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El despertar de la Fuerza: Las fuerzas moleculares. ¿Cómo se mantienen unidos los nanomateriales?

Según la RAE, la fuerza describe la fortaleza, la robustez, el poder y la habilidad para sacar o desplazar de lugar a algo o a alguien que posea peso o que ejerza resistencia. La Fuerza siempre ha sido muy importante en general, aunque dicen que vale más maña que fuerza. A partir de la Fuerza existe una gran saga, Star Wars y a partir de ciertas fuerzas, las fuerzas moleculares, los compuestos nanométricos adquieren todo su esplendor

¿Cuáles son con las fuerzas principales que mantienen estables los compuestos nanométricos?

Los compuestos nanométricos están formados normalmente por pocos centenares o miles de átomos. Se presentan en forma individual o en forma de aglomerados y se suelen encontrar en forma de polvo, de suspensión líquida, en forma de gel, etc.

Fuerzas presentes en la naturaleza

Existen diferentes fuerzas presentes en la naturaleza, por ejemplo tenemos que los compuestos suelen mantenerse estables gracias a enlaces químicos (iónicos, covalentes, metálicos, etc), o también nos encontramos con las fuerzas gravitacionales, las cuales son responsables de la atracción entre la Tierra y la Luna, o de la dinámica de todo el sistema solar.

Las fuerzas implicadas en el mundo nano: Las fuerzas moleculares

En el caso de los compuestos nanométricos, las fuerzas que imperan, suelen ser fuerzas moleculares, más conocidas como fuerzas de Van der Waals. Son de naturaleza omnipresente y se cree que juegan un papel crucial en la determinación de la estructura, estabilidad y función de una amplia variedad de sistemas en los campos de la biología, la química, la física y la ciencia de los materiales. En otras palabras, cada sistema molecular y cada material en la naturaleza experimenta estas fuerzas, por ejemplo, están presentes en las interacciones de proteínas y fármacos, la estabilidad de la doble hélice del ADN e incluso en las peculiares propiedades de adhesión de las garras del gecko.

Cuando se las compara con un enlace covalente (que implica el intercambio de pares de electrones entre átomos), las fuerzas de Van der Waals son relativamente débiles y surgen de interacciones electrostáticas instantáneas entre las nubes electrónicas fluctuantes que rodean a los objetos microscópicos. Sin embargo, estas fuerzas tienen un origen mecánico-cuántico y han planteado un desafío sustancial para su correcto entendimiento. ¿Por qué como explicamos la cuántica? Nosotros lo intentamos….

Dos corrientes, dos explicaciones

Existen dos corrientes diferentes para explicar su comportamiento, por un lado, la mayoría de los químicos y biólogos la explican a partir de la imagen de dos dipolos eléctricos inducidos, similares a los polos N y S de un imán, que representan las distribuciones desiguales de cargas positivas y negativas.

Así, como las moléculas no tienen carga eléctrica neta, a consecuencia de la dinámica cuántica se puede producir una distribución en la que haya mayor densidad de electrones en una región respecto a otra, por lo que aparece un dipolo momentáneo. Cuando dos de estas moléculas polarizadas y orientadas convenientemente se acercan lo suficiente entre ambas, puede ocurrir que las fuerzas eléctricas atractivas sean lo bastante intensas como para crear uniones intermoleculares Así, aunque estos átomos sean eléctricamente neutros, e incluso escasamente reactivos, pueden atraerse entre sí (en ausencia de cualquier otra interacción) debido a estas fuerzas moleculares e incluso condensarse en sólidos, aunque no exista enlace químico entre las partículas. Por otro lado, la imagen expuesta por muchos físicos se centra en el hecho de que las fluctuaciones onduladas de vacío son responsables de las interacciones de van der Waals entre los objetos macroscópicos más grandes.

Todas las fuerzas intermoleculares en la nanoescala dependen de la orientación relativa de las moléculas. Así, las interacciones de inducción y dispersión son siempre atractivas, sin importar su orientación, pero el signo de la interacción cambia con la rotación de las moléculas. Esto hace que la fuerza electrostática pueda ser atractiva o repulsiva, dependiendo de la orientación mutua de las moléculas.

Fuerzas moleculares y su importancia en la reactividad

Como consecuencia de estas fuerzas atómicas y moleculares, desde el punto de vista de la reactividad química, esta aumenta considerablemente al acercarnos a las dimensiones nanométricas. Esta aproximación es muy importante, ya que a medida que nuestra comprensión y control de las interacciones intra e intermoleculares se amplía, es posible sintetizar y ensamblar sistemas moleculares cada vez más complejos que son capaces de realizar trabajos o completar tareas sofisticadas a escala molecular. Es decir, es posible seguir implementando las máquinas moleculares, sistemas dinámicos que comprenden una clase de movimientos asombrosamente diversos y que están diseñados para responder a una gran cantidad de estímulos externos. El control de las fuerzas de interacción moleculares permitirá un ensamblaje controlable y jerárquico de estos componentes moleculares con efectos cuantificables en las escalas micro, meso y macro.

y con esto concluimos el último post del 2017, espero que os haya gustado. De cara al 2018, intentaremos mantener mayor regularidad e intentaremos seguir aportando nuestro granito de arena a dar luz y hacer más comprensible el invisible mundo nano

 

Nanoseminarios con expertos-Gabriel Gomila

Nuevo vídeo de los nanoseminarios realizados durante el Festival nano 10alamenos9 y hoy os presentamos a Gabriel Gomila y el vídeo “Microscopios para las las ciencias de la vida: de la micro a la nanoescala”

Gabriel Gomila es licenciado y Doctor en Ciencias Físicas por la Universitat de Barcelona. Actualmente es Profesor de la UB. Lider de Grupo en el Instituto de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC). Su actividad de investigación gira alrededor del desarrollo de nuevas técnicas microscópicas para las Ciencias de la Vida.

El grupo que lidera Gabriel se denomina Nanoscale bioelectrical characterization,

“Microscopios para las las ciencias de la vida: de la micro a la nanoescala”


Los seres vivos contienen una variedad de estructuras funcionales que tienen medidas que van de los metros (cómo por ejemplo un brazo) hasta las pocas decenas de nanómetros (cómo por ejemplo una molécula de ADN).

Durante muchos siglos la existencia de las estructuras funcionales más pequeñas fueron desconocidas puesto que no podían ser vistas a primera vista. En esta charla se hace un repaso a las diferentes técnicas microscópicas que se han ido descubriendo a lo largo del años y como ellas han permitido configurar el conocimiento que tenemos hoy en día de la estructura interior de los seres vivos

Espero que disfrutéis del seminario!

 

Nanoseminarios con expertos-Samuel Sánchez

Nuevo vídeo de los nanoseminarios realizados durante el Festival nano 10alamenos9 y hoy os presentamos un top, Samuel Sánchez y su vídeo “Nanorobots: Los cirujanos del futuro”

SAMUEL SÁNCHEZ es  Profesor de investigación ICREA en el instituto de Bioenginyeria de Cataluña y jefe de grupo en el instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart, Alemania. En su grupo diseñan nano y micropartículas que se autopropulsan y nadan en líquidos y se denominan “nanorobots”, “nanomáquinas” o “nanomotores”. Además de trabajos fundamentales, también buscan aplicaciones biomédicas y medioambientales por estas partículas. En los últimos años ha recibido diferentes premios como Guinness World ®, MIT TR35 Innovador del año 2014, Premio Científico de la Fundación Princesa de Girona 2015 o el Joven Relevante del Círculo Ecuestre 2016, entre otros.

“Nanorobots; Los cirujanos del futuro o la nueva revolución robótica”

Hace casi 60 años, Richard Feymann (no os perdáis el tributo que le haremos desde Espai Nano a este fantástico personaje) propuso hacer pequeños nano-cirujanos que navegaran por nuestro cuerpo reparando tejidos y transportando fármacos. Os presentamos nanorobots o nanomáquinas que pueden transportar células, fármacos o incluso para limpiar aguas contaminadas.

El futuro está llamando a nuestra puerta

PD: Samuel colabora con nosotros en un gran proyecto de primaria del cual os hemos hablado en anteriores entradas, Nanoinventum

 

 

Teatro científico Nanoland: Viaje al mundo nano

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Hace poco más de un año, me puse como reto crear una obra teatral que me permitiera explicar el mundo de la nanociencia de una manera potente y diferente. Para lograrlo, me puse en contacto con Rosa Senserich y Anna Trias (moltes gràcies a les dues), las cuáles me llevaron a Javier Villena, quien gracias a su ímpetu y gracias a su compañía y la profesionalidad de sus actores consiguieron que una idea, un sueño, se pudiera hacer realidad, creamos la obra de teatro Nanoland.

Sigue tu camino, persigue tus sueños y persevera en tus motivaciones.

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NANOPLATA ¿ÁNGEL O DEMONIO? II by A.O

Nanopartículas de plata (nanoplata) ¿amigas o enemigas?

Finalizamos el ciclo de la nanoplata, ¿amiga o enemiga? con este post realizado por nuestra colaboradora A.Oliete donde nos explicará los efectos nocivos de la nanoplata, un nanomaterial de amplio uso, con propiedades biocidas excelentes y aplicaciones reales y potenciales espectaculares pero con un potencial efecto nanotóxico que se ha de tener en cuenta para ciertas aplicaciones.

nanosilver

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El nanoescopista: Cerrado por vacaciones

Hace poco más de 3 meses inicié una nueva aventura en mi vida divulgativa, me hice bloggero. Después de 33 entradas, tengo una cosa muy clara, que esta siendo una excelente experiencia, a la cúal sin duda alguna quiero seguir dándole continuidad, para seguir aprendiendo, para seguir mejorando….pero todo esto a partir de septiembre, que ahora me tomo unas merecidas vacaciones!

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El nanoteatro de los sueños: Nanoland y nanomagic

El Teatro Nanocientífic es una propuesta teatral que consigue a través del entretenimiento y de la diversión acercar la ciencia y el interés por las nanotecnologíass, que provocan la la curiosidad científica ciencia al público infantil.

Es un ejercicio de ingenio que mezcla hábilmente el mundo del teatro con propiedades y aplicaciones nanotecnológicas. Alimenta la sorpresa y la curiosidad y conduce a preguntas y a respuestas de los más pequeños, potenciando el interés por la ciencia
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