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Nanotecnología2016

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Karmele BerrocalSertutxa
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Este documento presenta una introducción a la nanotecnología, definiéndola y explicando su historia. Detalla algunos materiales nanométricos clave como los fullerenos, nanotubos de carbono y grafeno. Explica cómo las propiedades de los materiales cambian a escala nanométrica y cómo esto permite nuevas aplicaciones. Finalmente, discute aplicaciones potenciales de la nanotecnología en la industria alimentaria y la necesidad de evaluar riesgos para la salud y la seguridad del consumidor.

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Powerpoint Templates Page 1 Nanotecnología Mª del Carmen Berrocal Sertucha Prof. Depto. Ciencias Biomédicas (Nutrición y Bromatología) Facultad de Farmacia, Compuestos bioactivos 1-3Junio/2016
Powerpoint Templates Page 2 Indice • Definición. • Precedentes de la Nanotecnología. • El tamaño es clave. • Comparativa en base al tamaño. • Nanocompuestos. • Nanoestructuras. • Aplicaciones en la Industria Alimentaria. • Relaciones Beneficios/Riesgos. • Legislación Europea.
Powerpoint Templates Page 3 Definición de Nanotecnología • Según ISO (2010): 1. Comprensión y control de la materia y los procesos a escala nanométrica, generalmente ≤ 100nm de una o más dimensiones, donde la aparición de fenómenos dependientes del tamaño, permite nuevas aplicaciones. 2. Los nanomateriales adquieren propiedades diferentes a escala nanométrica y surgen materiales novedosos, dispositivos y sistemas que explotan estas nuevas propiedades.
Powerpoint Templates Page 4 Precedentes históricos • Siglo IV a.C., los vidrieros romanos ya aprovechaban las propiedades de los materiales nanométricos. (cristales con Nmetales, Au, Ag..). • Richard Feynman, Premio Nobel de Física, en 1960 propuso manipular los átomos para construir estructuras que poseyeran la mayor variedad de propiedades.
Powerpoint Templates Page 5 La ciencia de lo nanométrico • En 1974 se crea el concepto de Nanotecnología por el Prof. Norio Taniguchi de la Universidad de Ciencias en Tokio. • En los -80 en base a la teoria del Prof K. Eric Drexler, se consigue manipular átomos y moléculas. • En 1996 Richard E. Smalley, Harold Kroto y Robert Curl, ganan el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de los fullerenos (formas alotrópicas del Carbono).
Powerpoint Templates Page 6 El material nanométrico del futuro • En 2010 Andrey Gueim y Konstantin Novosiolov, reciben el Premio Nobel de Física por los conocimientos de esta nueva forma alotrópica del Carbono, EL GRAFENO. • Conocido desde 1930s. • Lo aíslan a Tªambiente. • Es como un hidrocarburo aromático policíclico. En su forma cristalina hay enlaces que estabilizan las láminas de Grafeno.
Powerpoint Templates Page 7 Nanopartículas insignia A)-Fullereno (C60-1985) C20, C70. En hollín, Cristales, partículas espaciales…. B)-Nanotubo de carbono (1991). Polímeros de Fullereno C)-Grafeno (2010)
Powerpoint Templates Page 8 Comparativa de tamaños Oficina de Ciencias. Depto de la Energia http://science.energy.gov/~/media/bes/images/placemats/nano%20energy/Nano-Front-HR.JPG
Powerpoint Templates Page 9 Las propiedades “Nano” • Las nanopartículas o nanoestructuras deben cumplir 3 condiciones: 1) Que el tamaño ≤100nm. al menos en una dimensión (1D,2D,3D). 2) Que las propiedades de los materiales cambien en este rango. 3) Que haya control y entendimiento de lo que se está fabricando.
Powerpoint Templates Page 10 Las propiedades “Nano” La escala nanométrica confiere a las estructuras/partículas, propiedades diferentes a las del mismo material a escala micrométrica.
Powerpoint Templates Page 11 El tamaño es clave Las nanopartículas tienen: a) Un elevado cociente Superficie/Volumen. Mayor reactividad. b) El tamaño por debajo del tamaño celular y de las barreras biológicas. Mayor poder de penetración, incluso podrían llegar hasta el núcleo celular.
Powerpoint Templates Page 12 Elevada Reactividad (S/V) Propiedades de interacción con la luz. Propiedades eléctricas, conductividad. Propiedades térmicas. Propiedades mecánicas…. Propiedades químicas. Propiedades biológicas.
Powerpoint Templates Page 13 Las propiedades f(tamaño) Emulsión Suspensión Comportamiento frente a la luz
Powerpoint Templates Page 14 Elevado grado de penetración
Powerpoint Templates Page 15 Efecto Biológico
Powerpoint Templates Page 16 Nanomateriales Inorgánicos • Nanopartículas de Au, de Ag • Nanopartículas de Se, de Cu • Nanopartículas de Fe • Nanopartículas de Ca, de Mg • Nanopartículas de Silicatos • Nanopartículas de NaCl (< cantidad) • Nanopartículas de Oxidos de metales: TiO2
Powerpoint Templates Page 17 Nanoestructuras Nanotubos inorgánicos Nanosomas Nanotubos orgánicos Nanopartículas Fullereno, grafeno….
Powerpoint Templates Page 18 Nanosomas Partículas versátiles Encapsulación de moléculas hidrosolubles/liposolubles. Dispersión en agua de una película fosfolipídica a Tª por encima de la Tª de transición del lípido.
Powerpoint Templates Page 19 APLICACIONES DE LAS NANOPARTÍCULAS
Powerpoint Templates Page 20 Nanotubos de Carbono • Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes conocidas. 10-100 veces mas fuertes que el acero, por unidad de peso. • 1,3nm. de diámetro. • Para aumento de resistencia, para transporte de moléculas en su interior, exterior, funcionalizados en superficie.
Powerpoint Templates Page 21 Liberación Efecto barrera Humedad Moléculas volátiles Oxígeno CO2
Powerpoint Templates Page 22 Aplicaciones en la Industria Alimentaria En cualquier punto de la cadena alimentaria. AREAS:  Envasado (envases activos, envases inteligentes).  Calidad y Seguridad Alilmentaria (biosensores).  Nuevos productos (nanoalimentos funcionales).  Mejora en el Procesado de alimentos (gelatinización, espumas, emulsiones…).
Powerpoint Templates Page 23 Nanoalimento • Todo alimento cultivado, producido o procesado o envasado mediante el empleo de técnicas o herramientas nanotecnológicas, o al cual se le han agregado nanomateriales manufacturados que incluyen nanopartículas metálicas o nanoestructuras, que contienen ingredientes alimentarios.
Powerpoint Templates Page 24 • Con captadores de radicales libres: aumentan la vida útil de producto alimentario. • Con nanoestructuras que liberan: colorantes, aromas….. Intensificando el efecto Envases activos de plástico Febrero/2016. Partículas de Se
Powerpoint Templates Page 25 • Son sistemas que monitorizan las condiciones del alimento envasado, dando información sobre la calidad del mismo durante el transporte y el almacenamiento. Envases inteligentes (smart) Indicador de frescura (EEUU) Facilita conocer la temperatura optima de consumo
Powerpoint Templates Page 26 Un nanosensor detecta: • Los cambios de temperatura (trazabilidad). • La formación de compuestos de degradación. • La formación de gases en el proceso. degradativo. • Contaminación microbiana. Envases inteligentes (smart)
Powerpoint Templates Page 27 Envases activos-inteligentes
Powerpoint Templates Page 28 Nuevos productos funcionales • Nanoalimentos funcionales. Incorporando a los alimentos nanopartículas de Zn, Fe, Se. Nanocápsulas con omega-3, carotenoides, licopenos…..Reducción de la prevalencia de enfermedades. • Liberando gradualmente el contenido fijado en superficie: color, textura, sabor, aromas. • Uso de nanopartículas para mejorar la absorción de nutrientes. Biodisponibilidad.
Powerpoint Templates Page 29 Procesado de alimentos • Conocer la naturaleza de las nanoestructuras presentes en los alimentos, ayudará a mejorar el procesado: – Las propiedades funcionales de las nanoestructuras que adoptan almidón y celulosa. Determinan los procesos como gelatinización, que afectan al valor nutritivo de los alimentos. – Nanoestructuras en la interfase agua-aceite o agua- aire, responsables de la estabilidad de espumas, emulsiones…..
Powerpoint Templates Page 30 Riesgos/Beneficios para la salud Las nanopartículas penetran en el cuerpo humano • Por Inhalación, • Por ingestión, • Por Penetración.
Powerpoint Templates Page 31 Pregunta Parlamentaria • Sept/2010.Batido dietético de chocolate de RBc Life Sciences con nanopartículas de 5nm recubiertas de moléculas de cacao y azúcar (menor cantidad de • grasa y azúcar). • La adición de nanomateriales no carece de riesgos, pueden atravesar barreras, como epitelio e intestino. • Instituto de Salud Medioambiental de Düssel Dorf, tras su investigación: Ingerir nanopartículas de Sílice o TiO2 podría provocar daños al instestino.
Powerpoint Templates Page 32 Reglamento Europeo 1169/2011 • Nanomaterial artificial: cualquier material producido intencionadamente que tenga una o más dimensiones del orden de 100nm…………….. • Propiedades de la nanoescala: – Relacionadas con la gran superficie específica. – Las propiedades físico-químicas específicas que son distintas de la forma no nanotecnológica del mismo material. • Información en el etiquetado: Si hay nanomateriales artificiales, figurarán en el listado de ingredientes seguido de la palabra “nano”.
Powerpoint Templates Page 33 Evaluación de los Riesgos • En el año 2009 la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), concluyó que en el uso de la nanotecnología aún existían muchas incertidumbres sobre su seguridad y era difícil dar unas conclusiones plenamente satisfactorias. • “Guidance on the risk assessment of the application of nanoscience and nanotechnologies in the food and feed chain” (EFSA Journal 2011;9(5):2140)
Powerpoint Templates Page 34 • Nanotecnología considerada como la segunda Revolución Industrial. • Máximo desarrollo en la segunda década del s. XXI. • El grupo internacional “Amigos de la Tierra” http://www.tierra.org/: Cambiar el criterio de nanopartículas. Tamaño a Propiedades…………300nm. • Precaución de la Industria Alimentaria, para evitar rechazo consumidores.
Powerpoint Templates Page 35 Muchas Gracias

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  • 1. Powerpoint Templates Page 1 Nanotecnología Mª del Carmen Berrocal Sertucha Prof. Depto. Ciencias Biomédicas (Nutrición y Bromatología) Facultad de Farmacia, Compuestos bioactivos 1-3Junio/2016
  • 2. Powerpoint Templates Page 2 Indice • Definición. • Precedentes de la Nanotecnología. • El tamaño es clave. • Comparativa en base al tamaño. • Nanocompuestos. • Nanoestructuras. • Aplicaciones en la Industria Alimentaria. • Relaciones Beneficios/Riesgos. • Legislación Europea.
  • 3. Powerpoint Templates Page 3 Definición de Nanotecnología • Según ISO (2010): 1. Comprensión y control de la materia y los procesos a escala nanométrica, generalmente ≤ 100nm de una o más dimensiones, donde la aparición de fenómenos dependientes del tamaño, permite nuevas aplicaciones. 2. Los nanomateriales adquieren propiedades diferentes a escala nanométrica y surgen materiales novedosos, dispositivos y sistemas que explotan estas nuevas propiedades.
  • 4. Powerpoint Templates Page 4 Precedentes históricos • Siglo IV a.C., los vidrieros romanos ya aprovechaban las propiedades de los materiales nanométricos. (cristales con Nmetales, Au, Ag..). • Richard Feynman, Premio Nobel de Física, en 1960 propuso manipular los átomos para construir estructuras que poseyeran la mayor variedad de propiedades.
  • 5. Powerpoint Templates Page 5 La ciencia de lo nanométrico • En 1974 se crea el concepto de Nanotecnología por el Prof. Norio Taniguchi de la Universidad de Ciencias en Tokio. • En los -80 en base a la teoria del Prof K. Eric Drexler, se consigue manipular átomos y moléculas. • En 1996 Richard E. Smalley, Harold Kroto y Robert Curl, ganan el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de los fullerenos (formas alotrópicas del Carbono).
  • 6. Powerpoint Templates Page 6 El material nanométrico del futuro • En 2010 Andrey Gueim y Konstantin Novosiolov, reciben el Premio Nobel de Física por los conocimientos de esta nueva forma alotrópica del Carbono, EL GRAFENO. • Conocido desde 1930s. • Lo aíslan a Tªambiente. • Es como un hidrocarburo aromático policíclico. En su forma cristalina hay enlaces que estabilizan las láminas de Grafeno.
  • 7. Powerpoint Templates Page 7 Nanopartículas insignia A)-Fullereno (C60-1985) C20, C70. En hollín, Cristales, partículas espaciales…. B)-Nanotubo de carbono (1991). Polímeros de Fullereno C)-Grafeno (2010)
  • 8. Powerpoint Templates Page 8 Comparativa de tamaños Oficina de Ciencias. Depto de la Energia http://science.energy.gov/~/media/bes/images/placemats/nano%20energy/Nano-Front-HR.JPG
  • 9. Powerpoint Templates Page 9 Las propiedades “Nano” • Las nanopartículas o nanoestructuras deben cumplir 3 condiciones: 1) Que el tamaño ≤100nm. al menos en una dimensión (1D,2D,3D). 2) Que las propiedades de los materiales cambien en este rango. 3) Que haya control y entendimiento de lo que se está fabricando.
  • 10. Powerpoint Templates Page 10 Las propiedades “Nano” La escala nanométrica confiere a las estructuras/partículas, propiedades diferentes a las del mismo material a escala micrométrica.
  • 11. Powerpoint Templates Page 11 El tamaño es clave Las nanopartículas tienen: a) Un elevado cociente Superficie/Volumen. Mayor reactividad. b) El tamaño por debajo del tamaño celular y de las barreras biológicas. Mayor poder de penetración, incluso podrían llegar hasta el núcleo celular.
  • 12. Powerpoint Templates Page 12 Elevada Reactividad (S/V) Propiedades de interacción con la luz. Propiedades eléctricas, conductividad. Propiedades térmicas. Propiedades mecánicas…. Propiedades químicas. Propiedades biológicas.
  • 13. Powerpoint Templates Page 13 Las propiedades f(tamaño) Emulsión Suspensión Comportamiento frente a la luz
  • 14. Powerpoint Templates Page 14 Elevado grado de penetración
  • 15. Powerpoint Templates Page 15 Efecto Biológico
  • 16. Powerpoint Templates Page 16 Nanomateriales Inorgánicos • Nanopartículas de Au, de Ag • Nanopartículas de Se, de Cu • Nanopartículas de Fe • Nanopartículas de Ca, de Mg • Nanopartículas de Silicatos • Nanopartículas de NaCl (< cantidad) • Nanopartículas de Oxidos de metales: TiO2
  • 17. Powerpoint Templates Page 17 Nanoestructuras Nanotubos inorgánicos Nanosomas Nanotubos orgánicos Nanopartículas Fullereno, grafeno….
  • 18. Powerpoint Templates Page 18 Nanosomas Partículas versátiles Encapsulación de moléculas hidrosolubles/liposolubles. Dispersión en agua de una película fosfolipídica a Tª por encima de la Tª de transición del lípido.
  • 19. Powerpoint Templates Page 19 APLICACIONES DE LAS NANOPARTÍCULAS
  • 20. Powerpoint Templates Page 20 Nanotubos de Carbono • Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes conocidas. 10-100 veces mas fuertes que el acero, por unidad de peso. • 1,3nm. de diámetro. • Para aumento de resistencia, para transporte de moléculas en su interior, exterior, funcionalizados en superficie.
  • 21. Powerpoint Templates Page 21 Liberación Efecto barrera Humedad Moléculas volátiles Oxígeno CO2
  • 22. Powerpoint Templates Page 22 Aplicaciones en la Industria Alimentaria En cualquier punto de la cadena alimentaria. AREAS:  Envasado (envases activos, envases inteligentes).  Calidad y Seguridad Alilmentaria (biosensores).  Nuevos productos (nanoalimentos funcionales).  Mejora en el Procesado de alimentos (gelatinización, espumas, emulsiones…).
  • 23. Powerpoint Templates Page 23 Nanoalimento • Todo alimento cultivado, producido o procesado o envasado mediante el empleo de técnicas o herramientas nanotecnológicas, o al cual se le han agregado nanomateriales manufacturados que incluyen nanopartículas metálicas o nanoestructuras, que contienen ingredientes alimentarios.
  • 24. Powerpoint Templates Page 24 • Con captadores de radicales libres: aumentan la vida útil de producto alimentario. • Con nanoestructuras que liberan: colorantes, aromas….. Intensificando el efecto Envases activos de plástico Febrero/2016. Partículas de Se
  • 25. Powerpoint Templates Page 25 • Son sistemas que monitorizan las condiciones del alimento envasado, dando información sobre la calidad del mismo durante el transporte y el almacenamiento. Envases inteligentes (smart) Indicador de frescura (EEUU) Facilita conocer la temperatura optima de consumo
  • 26. Powerpoint Templates Page 26 Un nanosensor detecta: • Los cambios de temperatura (trazabilidad). • La formación de compuestos de degradación. • La formación de gases en el proceso. degradativo. • Contaminación microbiana. Envases inteligentes (smart)
  • 27. Powerpoint Templates Page 27 Envases activos-inteligentes
  • 28. Powerpoint Templates Page 28 Nuevos productos funcionales • Nanoalimentos funcionales. Incorporando a los alimentos nanopartículas de Zn, Fe, Se. Nanocápsulas con omega-3, carotenoides, licopenos…..Reducción de la prevalencia de enfermedades. • Liberando gradualmente el contenido fijado en superficie: color, textura, sabor, aromas. • Uso de nanopartículas para mejorar la absorción de nutrientes. Biodisponibilidad.
  • 29. Powerpoint Templates Page 29 Procesado de alimentos • Conocer la naturaleza de las nanoestructuras presentes en los alimentos, ayudará a mejorar el procesado: – Las propiedades funcionales de las nanoestructuras que adoptan almidón y celulosa. Determinan los procesos como gelatinización, que afectan al valor nutritivo de los alimentos. – Nanoestructuras en la interfase agua-aceite o agua- aire, responsables de la estabilidad de espumas, emulsiones…..
  • 30. Powerpoint Templates Page 30 Riesgos/Beneficios para la salud Las nanopartículas penetran en el cuerpo humano • Por Inhalación, • Por ingestión, • Por Penetración.
  • 31. Powerpoint Templates Page 31 Pregunta Parlamentaria • Sept/2010.Batido dietético de chocolate de RBc Life Sciences con nanopartículas de 5nm recubiertas de moléculas de cacao y azúcar (menor cantidad de • grasa y azúcar). • La adición de nanomateriales no carece de riesgos, pueden atravesar barreras, como epitelio e intestino. • Instituto de Salud Medioambiental de Düssel Dorf, tras su investigación: Ingerir nanopartículas de Sílice o TiO2 podría provocar daños al instestino.
  • 32. Powerpoint Templates Page 32 Reglamento Europeo 1169/2011 • Nanomaterial artificial: cualquier material producido intencionadamente que tenga una o más dimensiones del orden de 100nm…………….. • Propiedades de la nanoescala: – Relacionadas con la gran superficie específica. – Las propiedades físico-químicas específicas que son distintas de la forma no nanotecnológica del mismo material. • Información en el etiquetado: Si hay nanomateriales artificiales, figurarán en el listado de ingredientes seguido de la palabra “nano”.
  • 33. Powerpoint Templates Page 33 Evaluación de los Riesgos • En el año 2009 la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), concluyó que en el uso de la nanotecnología aún existían muchas incertidumbres sobre su seguridad y era difícil dar unas conclusiones plenamente satisfactorias. • “Guidance on the risk assessment of the application of nanoscience and nanotechnologies in the food and feed chain” (EFSA Journal 2011;9(5):2140)
  • 34. Powerpoint Templates Page 34 • Nanotecnología considerada como la segunda Revolución Industrial. • Máximo desarrollo en la segunda década del s. XXI. • El grupo internacional “Amigos de la Tierra” http://www.tierra.org/: Cambiar el criterio de nanopartículas. Tamaño a Propiedades…………300nm. • Precaución de la Industria Alimentaria, para evitar rechazo consumidores.
  • 35. Powerpoint Templates Page 35 Muchas Gracias