Universitat Internacional de Catalunya
Micro i Nanotecnologia
Altres llengües d'impartició: català, castellà,
Professorat
Horari acordat amb el professor a l'inici del curs acadèmic (dimarts d'11:00 a 12:00). En qualsevol cas, pots demanar cita prèvia i concertar una tutoria presencial amb el professor escrivint al correu electrònic ecastro@uic.es.
Presentació
Les micro i nanotecnologies constitueixen avui dia una de les eines més transformadores en l'àmbit de la bioenginyeria, amb aplicacions de gran impacte en diagnòstic, tractament i monitoratge de la salut. La seva rellevància s'estén també al desenvolupament de materials avançats, sensors i dispositius que contribueixen a millorar la sostenibilitat dels sistemes sanitaris i a impulsar la innovació en múltiples sectors industrials.
L'assignatura s'alinea amb els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS), especialment amb el ODS 3 (Salut i Benestar) - en explorar aplicacions en nanomedicina, enginyeria de teixits i desenvolupament de teràpies més segures i eficaces-, ODS 4 (Educació de qualitat) -en oferir a l'alumnat competències avançades en un camp emergent que afavoreix la seva formació integral i la seva ocupabilitat en sectors estratègics-, ODS 9 (Indústria, innovació i infraestructura) -en fomentar el coneixement de tècniques i processos que sustenten la innovació tecnològica i la transferència de coneixement a la societat- i ODS 12 (Producció i consum responsables) - en reflexionar sobre els reptes ètics, ambientals i de sostenibilitat vinculats a la fabricació i aplicació de nanomaterials.
Per tant, l'estudi de les micro i nanotecnologies no sols permet comprendre els fonaments científics i tècnics d'aquest camp, sinó també situar aquest coneixement en el marc global dels reptes socials, ambientals i sanitaris actuals, contribuint a una bioenginyeria amb impacte positiu en la salut, la innovació i la sostenibilitat.
Requisits previs
Assignatures de Materials, Biomaterials i biocompatibilitat, Materials avançats i selecció de materials, Tecnologia de conformació de materials.
Objectius
- Conèixer els fonaments de les micro i nanotecnologies i la seva aplicació en el disseny i desenvolupament de sensors químics, biosensores i microxips.
- Entendre els principis, el disseny i les aplicacions d'avantguarda per a l'anàlisi i detecció basats en les micro i nanotecnologies.
- Comprendre els principis i les aplicacions de tècniques de caracterització avançades de sistemes químics constituïts per nanomaterials d'elevat interès actual.
Competències/Resultats d’aprenentatge de la titulació
- CN01 - Descriure els aspectes relacionats amb la bioenginyeria basant-se en llibres específics de la matèria juntament amb publicacions científiques a la frontera del coneixement.
- CN06 - Definir els principis fonamentals de les tecnologies que s’empren en el disseny i la fabricació de micro i nanosensors en àrees biotecnològiques.
- CP01 - Interpretar dades rellevants (normalment dins de la seva àrea d’estudi) per emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d’índole social, científica o ètica.
- CP04 - Produir estructures fixes i removibles en les aplicacions de dispositius mèdics.
- CP08 - Aplicar les metodologies i eines biotecnològiques per a la recerca, desenvolupament i producció de productes i serveis.
- HB01 - Comunicar de manera oral o escrita idees, problemes i solucions a un públic tant especialitzat com no especialitzat.
- HB04 - Avaluar l’impacte social i mediambiental de les solucions tècniques a través de l’anàlisi i l’aplicació dels principis i mètodes de qualitat.
- HB05 - Integrar una tercera llengua, habitualment l’anglès, en un ambient multilingüe i multidisciplinari, amb un nivell oral i escrit adequat i aplicant la terminologia pròpia de la bioenginyeria.
- HB07 - Relacionar el benestar amb la globalització i la sostenibilitat, i aconseguir habilitats per a l’ús de la tècnica, la tecnologia, l’economia i la sostenibilitat de manera equilibrada i compatible entre aquestes.
- HB12 - Avaluar els sistemes i processos de fabricació, metrologia i control de qualitat.
- HB14 - Discriminar els conceptes de l’enginyeria que es poden aplicar en el camp de la biologia i de la salut.
Resultats d’aprenentatge de l’assignatura
En finalitzar aquesta matèria, els alumnes seran capaços de:
● Distingir els fonaments conceptuals i metodològics de les diferents plataformes que formen la bioenginyeria: biotecnologia, nanotecnologia, farmacologia, immunologia, microbiologia, modelització, proteòmica i genòmica, drug delivery, project management, etc.
● Aplicar els fonaments de la bioenginyeria en camps com l’enginyeria de teixits, les ortesis, les pròtesis dentals, la creació d’una start-up, la sostenibilitat i el disseny, la fabricació i la caracterització de nous dispositius mèdics.
● Definir les característiques dels implants, pròtesis dentals, fèrules radiològiques i quirúrgiques, relacionant-les amb la osteointegració, la rehabilitació protèsica i la prescripció facultativa.
● Definir els materials i els processos utilitzats en la fabricació dels implants, pròtesis dentals, fèrules radiològiques i quirúrgiques.
Continguts
- Introducció i revisió històrica de la micro i la nanotecnologia. La visió de Feynman.
- Tecnologies emergents. Mercat de la nanotecnologia. La revolució tecnològica.
- Classificació de nanomaterials.
- Són fenòmens quàntics característics. El confinament d'electrons.
- Estat actual de l'art. Aplicacions de nanotecnologia: Nanomedicina i nanobiotecnologia. nanoestructures biomimètiques i motors moleculars.
- La micro i la nanoescala. Àrea de superfície específica.
- Més enllà de la llei de Moore.
- Lleis d'escalat. Superparamagnetisme en nanopartícules. La dependència de la mida de la força coercitiva, la magnetització de la saturació i la temperatura de Curie.
- La dependència de la mida com a propietat nanomaterial. Els fonaments de la mecànica quàntica. Influència de morfologia en les propietats òptiques de les nanopartícules.
- Aplicacions de nanotecnologia: nanoelectrònica i nanorobòtica. El confinament quàntic. Separació de banda dels nanomaterials. Propietats elèctriques dels nanomaterials.
- Definició de nanotecnologia (UE versus EE. UU.).
- Definició de nanomedicina.
- Definició de nanomaterial - Distribucions de mida.
- Necessitat de la bioenginyeria nanotecnològica.
- _
- Nanomaterials. Partícules col·loides automuntades. Llanços. Els ful·lerens de carboni i els nanotubs. Dendrimers. Mequiles amfifíliques. Gràfic. Materials de nanocomposita.
- Nanoscaffolds. Hidrogels. Memoràndums bioplantats. Nanotecnologia i c.ncer: Descobriment, detecció, lliurament i destrucció. Micro i nanobots.
- Les nanopartícules mèdiques. Nanoshells. nanopartícules basades en lípids. Les nanopartícules basades en polímers i les teràpies del polímer. Nanoparticles per al lliurament de drogues. Nanoparticles a les clíniques.
- Caracterització microscòpica dels nanomaterials. Magnificació. Resolució i resolució del poder. Microscopi d'electrons de transmissió i escaneig (TEM i SEM). Microscopi de la Força Atòmica (AFM).
- Mètodes de difracció per a la caracterització nanomaterial. Estructura en materials de mida nanomètrica. Dispersió de la llum.
- Caracterització espectroscòpica de les nanopartícules.
- Eines litogràfiques: Fotolitografia. Sales netes. Resolució.
- Recents desenvolupaments: Litografia d'Immersió.
- Tecnologies emergents: litografia de Nanoimprint i Nanolithografia de Dip-Pen.
- Deposició de pel·lícules primes.
- Dispersió, Deposició Química de Vapor (CVD) i recobriment d'espín.
- Fluids a nanoescala. Microactuators.
- Aplicacions de nanofluidics: anàlisi de biomolècules. Biochips.
- Mètodes de preparació de nanopartícules.
- Síntesi de les nanopartícules mitjançant reaccions químiques: MNP.
- Control de propietats de les nanopartícules establint condicions experimentals durant la síntesi: Ag NPs.
- Aplicacions industrials de NPs.
- Definició de nanosensors.
- Mètodes de fabricació.
- Tipus de nanosensors.
- Nanoestructures i nanomaterials en sensors.
- Aplicacions de nanosensors.
Metodologia i activitats formatives
Modalitat totalment presencial a l'aula
Durant les classes presencials, s'exposaran els aspectes fonamentals de cada tema perquè puguin ser desenvolupats individualment per cada alumne mitjançant l'ús de la bibliografia seleccionada i amb el suport de les tutories. Metodologies educatives innovadores com Peer Instruction, Flipped Classroom, LegoTM Serious Play serà seguit en el curs.
En el transcurs de l'assignatura es plantejarà a l'alumnat la realització de les següents activitats formatives:
Aprenentatge entre iguals (Peer Instruction) – Preguntes curtes llançades pel professor al principi o final de la classe virtual o presencial sobre el tema que s'estigui tractant en l'assignatura en aquest moment a les quals els estudiants han de respondre individualment a través d'un fòrum de Pregunta i Resposta (PiR) avaluable habilitat per a això en Moodle, de tal manera que entre els alumnes construeixin cooperativament la resposta correcta a la pregunta curta (que podrà caure en l'examen de l'assignatura) – el professor assenyalarà les respostes d'aquells alumnes que siguin encertades i això els permetrà sumar punts de cara a l'avaluació de la participació activa.
Modelització (Do it yourself – DIY) – Construcció de maquetes i models en grup, durant una classe presencial pràctica tipus seminari, que permetin als estudiants aprendre fent (com un model de fullereno/nanotubo de carboni o un model de microscopi de força atòmica amb bricks de Llec) en una metodologia d'aprenentatge tipus Llec Serious Play. Una vegada construïda la maqueta o el model, es demanarà als estudiants que utilitzin aquest model o maqueta per a realitzar alguna activitat que els permeti aprofundir en el coneixement de la tecnologia, tècnica o material modelitzada seguint un guió facilitat pel professor.
Cerca del tresor (Foment de la lectura) – Dividir la classe presencial en dos grups, cadascun amb un portaveu que es desplaci a la biblioteca a buscar un llibre que indiqui el professor (diferent per a cada grup), de tal manera que cadascun dels grups busqui una sèrie de dades o explicacions sol·licitades pel professor en el llibre indicat i construeixi cooperativament un document amb aquestes dades i explicacions tretes del llibre i que lliurar, a través del portaveu, via tasca de Moodle, al professor al final de la classe. El professor donarà punts de participació activa en l'avaluació de l'assignatura al grup que el faci millor.
Classes invertides (Flipped Classroom) – El professor penjarà en el Moodle l'enllaç a un vídeo de Youtube sobre algun aspecte del temari de l'assignatura que els alumnes visualitzaran o bé com a deures a casa abans de la classe corresponent no presencial o bé durant el descans de la classe presencial projectant-lo en la pantalla de classe. Després de la visualització del vídeo, el professor proposarà als alumnes realitzar un quiz a través d'una eina com Socrative o Kahoot utilitzant els seus mòbils, tauletes o ordinadors per a comprovar l'assimilació dels conceptes tractats en el vídeo. El professor donarà punts de participació activa en l'assignatura als estudiants que responen correctament i més ràpidament a les preguntes del quiz.
Pràctiques de laboratori – Aprenentatge basat en petits projectes de recerca en el qual desenvolupin individualment el guió de les pròpies pràctiques proposades a partir d'una bibliografia bàsica de consulta i una llista d'equipament disponible en el laboratori de pràctiques del grau, treballin cooperativament per a obtenir experimentalment en el laboratori de pràctiques del grau unes nanopartícules o un dispositiu microfluídico, i presentin/expliquin davant la resta dels seus companys i el professor el seu procediment de treball, materials utilitzats i resultats obtinguts a manera de seminari de recerca.
Sistemes i criteris d'avaluació
Modalitat totalment presencial a l'aula
L'estructuració de l'assignatura en sessions teòriques i pràctiques comporta l'avaluació dels coneixements i de les competències adquirides de manera diferenciada i alhora complementària. En el cas dels continguts de les sessions teòriques, seran avaluats en una prova parcial i en una prova final, totes dues escrites i que tindran en compte tant la capacitat de relacionar els continguts dels diferents temes de manera transversal, com el desenvolupament del pensament propi. Pel que fa a la part pràctica de l'assignatura, l'avaluació serà continuada, considerant-se els següents aspectes amb diferent pes relatiu: participació activa en classe, treball final de curs i la seva avaluació per parells, pràctiques de laboratori, debat després de la lectura de la bibliografia complementària. Perquè totes dues parts de l'assignatura puguin fer mitjana i obtenir així la qualificació final de l'assignatura serà necessari que totes dues parts de l'assignatura s'aprovin independentment.
La qualificació de l'alumne serà:
1ª convocatòria
|
Tipus d'avaluació |
Sistema d'avaluació |
Ponderació |
|
Avaluació sumativa |
Examen Final |
30 % |
|
Avaluació sumativa |
Examen Parcial |
25 % |
|
Avaluació formativa |
Exposición oral – Science Friday - Podcast | 15 % |
| Avaluació autèntica | Libreta de laboratorio | 10 % |
|
Avaluació autèntica |
Test Gemini IA | 10 % |
|
Avaluació autèntica |
Exit ticket - Boletín de problemas |
10 % |
2ª convocatòria
|
Tipus d'avaluació |
Sistema d'avaluació |
Ponderació |
|
Avaluació sumativa |
Examen Final |
70 % |
|
Avaluació formativa |
Exposición oral – Science Friday - Podcast | 15 % |
| Avaluació autèntica | Libreta de laboratorio | 10 % |
| Avaluació autèntica | Exit ticket - Boletín de problemas |
5 % |
Consideracions importants:
1. Plagi, copiar o qualsevol altra acció que es pugui considerar parany suposarà un zero en aquest apartat d'avaluació. Realitzar-ho en els exàmens suposarà el suspens immediat de l'assignatura.
2. En segona convocatòria no es podrà obtenir la qualificació de "Matrícula d'Honor", per la qual cosa la qualificació màxima serà de "Excel·lent".
3. No s'acceptaran canvis en el calendari, dates d'exàmens o en el sistema d'avaluació.
4. Els estudiants d'intercanvi (Erasmus i altres) o repetidors estaran sotmesos a les mateixes condicions que la resta de l'alumnat.
5. No es podrà entrar en classe 10 minuts després de començada la lliçó (ni sortir) excepte causa justificada.
6. Es permet i es fomenta l'ús d'eines d'intel·ligència artificial generativa (per exemple, ChatGPT, Claude, Gemini, etc.) en la preparació de treballs, tasques i activitats de classe, sempre que el seu ús es declari de manera transparent.
7. Quan s'utilitzi una eina de IA generativa, l'estudiant haurà d'incloure en un annex del lliurament:
a. l'eina utilitzada (ex. ChatGPT, versió gratuïta o de subscripció),
b. el prompt o instrucció principal empleada,
c. el tipus d'ajuda rebuda (ex. pluja d'idees, redacció inicial, resum de bibliografia, esquemes, traducció, creació d'imatges, etc.).
8. No està permès l'ús de IA generativa en exàmens presencials ni en avaluacions individuals on el professor no l'autoritzi expressament.
9. L'ús de IA generativa no eximeix de la responsabilitat acadèmica: l'estudiant és responsable últim de la veracitat, rigor i originalitat del contingut lliurat.
10. La falta d'atribució de l'ús d'aquestes eines es considerarà plagi o falta acadèmica greu.
Bibliografia i recursos
(1). Rogers, B. (2017). Nanotechnology: understanding small systems. CRC Press.
(2). Mendelson, M.I. (2013). Learning bio-micro-nanotechnology. CRC Press.
(3). Abdullaeva, Z. (2017). Nano- and biomaterials: compounds, properties, characterization, and applications. Wiley-VCH.
(4). Binns, C. (2022). Introduction to nanoscience and nanotechnology. Wiley Blackwel.
(5). Poinern, G.E.J. (2020). A laboratory course in nanoscience and nanotechnology. CRC Press.
(6). Contera, S. (2019). Nano comes to life: how nanotechnology is transforming medicine and the future of biology. Princeton University Press. [eBook]
Durant el curs se subministraran articles i revisions noves aparegudes en revistes científiques sobre aspectes concrets tractats en aquest.
Període d'avaluació
- E1 16/01/2026 P2A02 12:00h