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Nanomateriales
Rafael Abargues López
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1 nm 100 nm 1 μm 10 μm 100 μm
Virus Bacteria Red Blood Cell Hair FleaGlucose
1 mm0.1 nm
Water
10 nm
DNA
Graphene Nanotubes Nanowires Thin Films
1 nm 10 nm 100 nm
NanoparticlesQuantum Dots
Nanomateriales
The Nanoscale
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THE NANOSCALE
NanoparticleSoccer Ball
Earth
Order 10‐7
Order 1
Order 10 7
What is a Nanoparticle?
100 nm
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WHY NANOMATERIALS?
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The Macroscale
Silver Gold
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The Nanoscale
Things are different at the NanoscaleSilver Gold
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1 Partícula(Diámetro 1 cm)
1015 Partícules(Diámetro 100 nm)
Área Superficial 3 cm2 Área Superficial 30 m2
INCREMENTO 100.000 VECES
Área SuperficialLa Nanoescala
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Nanopartículas En La Antigüedad
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Copa de Licurgo
Siglo IV DCPrimer referente del uso de nanopartículas de Oro y plata
Dicroismo: Diferentes colores dependiendo de si la luzpasa o no a través de la copa
El vidrio de la copa contiene nanopartículas de Au y Ag.
Nanopartículas de Au y Ag deun tamaño entre 5 y 60 nm.
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Vidrieras
Los colores se obtenían introduciendo nanoparticulas metálicasde Au y Ag en vidrio fundido.
Siglo XIEn la época Románica (siglo XI), las vidrieras comienzan a serusadas en los templos pero llegan a su apogeo en la época Gótica(S. XIII).
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Vidrieras
Tamaño de Nanopartículas de Au
Forma de Nanopartículas de Ag
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Síntesis Coloidal
Siglo XIXEn 1857 Michael Faraday sintetiza por primera veznanopartículas de oro coloidal.
Físico y QuímicoMichael Faraday
Tras 160 años, los coloides son aún estables
Experimental Relations of Gold and Other Metals to LightM. Faraday. Philos. Trans. Roy. Soc. London 1857, 145‐181
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TIPOS DE NANOMATERIALES
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Types of Nanomaterials
InorganicNanomaterials
OrganicNanomaterials
Metal NMs Semiconducting NMs Magnetic NMs Carbon‐based NMs
Dendrimes Micelles Liposomes
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Nanopartículas Metalícas
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Nanoescala
Las cosas son dintintas a escala nanométrica
Plata Oro
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Propiedades Ópticas Efecto Plasmónico
Resonancia Plasmónica Superficial Localizada
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Campo Eléctrico (E):
Electrones:
Campo Eléctrico (E):
Electrones:
Propiedades Ópticas
No Resonante Resonante
Efecto Plasmónico
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Diameter
107.86
Ag47
169.96
Au79
TamañoPropiedades Ópticas
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TamañoPropiedades Ópticas
Nanopartículas de Au
Diametro
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5 nm
TamañoPropiedades Ópticas
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FormaPropiedades Ópticas
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EntornoPropiedades Ópticas
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Completa Absorción Espectro visible y parte de IR
Propiedades Ópticas
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SemiconductingNanomaterials
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Quantum Dots
2 nm 6 nmDiameter (nm)
400 nm 700 nm
VISIBLE
Calcogenuros Metálicos
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2 nm 6 nmDiameter (nm)
400 nm 700 nm
VISIBLE
Discrete Energy LevelsEnergy Continuum (bands)
Energy
Bulk Semiconductor Quantum Dots
Size (nm)
CB
VB
Eg
Confinamiento Cuántico
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400 450 500 550 600 650 700Wavelength (nm)
Ph
otol
umin
esce
nce
400 450 500 550 600 650 700Wavelength (nm)
Abs
orba
nce
(a.u
.)
Propiedades vs Tamaño
2 nm 6 nmDiameter (nm)
400 nm 700 nm
VISIBLE
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Calcogenuros Metálicos
ZnSZnSe
400 nm 700 nm 2500 nmUV IR
200 nm
CdSCdSe
PbSPbSe
PbTe
CdTe
VISIBLE
2 nm 6 nmDiameter (nm)
Propiedades Ópticas
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Perovskitas Haluros Metálicos tipo Perovskitas
CsPbBr3
Estructura cristalina tipo Perovskita
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Óxidos Metálicos
Semiconductores de banda ancha
Óxidos de Metales de Transición
Thin Films
ZnO
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MagneticNanomaterials
![Page 33: Nanomateriales. ICMUV 2918 2015/Curso ICMUV´18... · Copa de Licurgo SigloIV DC Primer referente del uso de nanopartículas de Oro y plata Dicroismo: Diferentes colores dependiendo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062602/5e987903a0e5f27e957be31a/html5/thumbnails/33.jpg)
Superparamagnetismo
Nanopartículas Magnéticas
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Síntesis de Nanopartículas
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Síntesis de Nanopartículas
![Page 36: Nanomateriales. ICMUV 2918 2015/Curso ICMUV´18... · Copa de Licurgo SigloIV DC Primer referente del uso de nanopartículas de Oro y plata Dicroismo: Diferentes colores dependiendo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062602/5e987903a0e5f27e957be31a/html5/thumbnails/36.jpg)
Métodos Bottom‐Up Síntesis Química
ReducciónCitrato Sódico Nucleación Crecimiento
Au(III)Precursor de Au
Au(0) Au(0) Clústeres de Au
https://youtu.be/urmi99jQSZY?t=10s
Estabilización
Au(0) Nanopartículas de Au
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Ablación Laser
https://youtu.be/kOy0yuWpUzU?t=7s
Métodos Top‐Down
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Química de Superficie Ligandos: Importancia
1. Control de la Estabilidad
2. Solubilidad
3. Control de tamaño y forma
4. Funcionalización
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Química de Superficie Estabilización
Estabilización
Au
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![Page 41: Nanomateriales. ICMUV 2918 2015/Curso ICMUV´18... · Copa de Licurgo SigloIV DC Primer referente del uso de nanopartículas de Oro y plata Dicroismo: Diferentes colores dependiendo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062602/5e987903a0e5f27e957be31a/html5/thumbnails/41.jpg)
COO‐
COO‐
COO‐
‐OOC
NH3+
NH3+
NH3+
+H3N
Química de Superficie
Carga Positiva Carga Negativa
OH
OH
OH
HO
Sin Carga
Amfifílico(Soluble en agua y aceite)
Hidrofílico(soluble Agua)
Solubilidad
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Química de Superficie Funcionalización
![Page 43: Nanomateriales. ICMUV 2918 2015/Curso ICMUV´18... · Copa de Licurgo SigloIV DC Primer referente del uso de nanopartículas de Oro y plata Dicroismo: Diferentes colores dependiendo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062602/5e987903a0e5f27e957be31a/html5/thumbnails/43.jpg)
Aplicaciones
![Page 44: Nanomateriales. ICMUV 2918 2015/Curso ICMUV´18... · Copa de Licurgo SigloIV DC Primer referente del uso de nanopartículas de Oro y plata Dicroismo: Diferentes colores dependiendo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062602/5e987903a0e5f27e957be31a/html5/thumbnails/44.jpg)
Funcionalización de SuperficieGran Área Superficial
Nanomateriales Multifuncionales
NP
Por Qué?
Nanotecnología
Tamaño Propiedades Físico‐químicas
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NANO-MATERIALS
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Una Au NP de 100 nm puede tener en superficie 200.000 moléculas
Crushed
1 Partícula(Diámetro 1 cm)
1015 Partículas(Diámetro 100 nm)
Área Superficial 3 cm2 Área Superficial 30 m2
INCREMENTO 100.000 VECES
Nanobiotecnología Área Superficial
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Química de Superficie Funcionalización
Easy functionalization of Nanoparticles
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NanoDrugsNanoDrugs
DISPERSION in all body
TARGETINGon Inflammed Cells
Targeting oninflammed zoneInflammed
Zone
HealthyCell
HealthyPart of Colon
Medicina Clasica vs. Nanomedicina
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TamañoNanobiotecnología
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QD
QD
QD
Unión selectiva a dianas celulares
Agente buscador de dianas celulares
Diagnosis Bioimagen
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Buscador de dianas Celulares y Liberación de Fármacos
Membrane Cell
CellReceptors
BioActive Nanoparticles
Targeting Agent
Therapeutic Agent
1. Cell Targeting 2. Drug Release
Cell
Liberación de FármacosTerapia
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Liberación de Fármacos
Targeting Agent
Therapeutic Agent
Terapia
Cisplatino se libera en el interior de la célula
Cisplatino
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Phototérmia
Nanopartículas Magnéticas
Targeting AgentCoCo
Magnet
42‐46 ºC
Au Nanopartículas
Targeting AgentAuAu
Terapia Hipertermia
Fototérmia Magnética
Terapia
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Theranostics: Diagnosis and Terapia Simultánea
Diagnosis
Nanomateriales
Terapia
Teranóstica
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DIAGNOSIS PHOTOTHERAPY(HYPERTHERMIA)
TUMOUR CELL TUMOUR CELL HEALTHY CELL
Targeting Agent
Au@QD Nanoparticle
Teranóstica
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Nanopartículas de Au como agente de Contraste
Rayos X
Omnipaque TM
Agente de contraste IodadoAgente de contraste de Au NP
Au
Au NP (2 nm)
Bioimagen
1mm
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Cosmética Sistemas de Liberación
La partícula se conjuga con el péptido sintético paraestabilizar y administrar estos péptidos a la céluladiana en un perfil de liberación más sostenible..
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Test comerciales basados en Nanopartículas de Oro
BioSensores Test de Embarazo, Ovulación, VIH
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Nitrocelulosa
Zona de Test
Zona de Control
Zona de ReacciónZona de Muestra
Muestra de Orina
BioSensores Test de Embarazo
Au NP
La muestra se desplaza por capilaridad
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Test de Embarazo Negativo
Test de embarazo comercial basados en Nanopartículas de Oro
Test de Embarazo Positivo
BioSensores Test de Embarazo
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Sensores Químicos Sensores Alimentos
Cambio de porpiedades ópticas al detectar varias moléculas
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Sensores Químicos Sensores Alimentos
Sensor Colorimétrico paraControl de Caducidad de Alimentos
Sensores de Ag NPs impresos en etiquetas autoadhesivas
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Otras Aplicaciones
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LEDs
El poder de la luz y el color
QUANTUM DOTS AND PEROVSKITES
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from 20‐30% to as high as 65% Theoretical increase of solar power efficiency
Quantum Dots and Perovskites
ITO
SUN LIGHT
Photovoltaics
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Óxidos de Metales de TransiciónFotocatalisis
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Water Splitting
Fotosíntesis Artificial
Óxidos de Metales de Transición
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Purificación de Agua Óxidos de Metales de Transición
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Azul de metileno
Con Fotocatalizador
Sin Fotocatalizador
Fotocatalizador (Au-ZnO)
Óxidos de Metales de TransiciónPurificación de Agua
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Fotovoltaica Concentración de luz
Nanopartículas Grandes>100 nm
Nanopartículas Pequeñas>20 nm
Muchas Gracias