Universitat Internacional de Catalunya

Micro i Nanotecnologia

Micro i Nanotecnologia
6
13549
3
Primer semestre
op
OPTATIVITAT
OPTATIVITAT
Llengua d'impartició principal: anglès

Altres llengües d'impartició: català, castellà

Professorat


Horari acordat amb el professor a l'inici del curs acadèmic (divendres 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

Innombrables solucions sanitàries i biomèdiques amb alt impacte en termes de diagnòstics oportuns, èxit terapèutic, comoditat del pacient o sostenibilitat financera dels sistemes de salut depenen de les micro i nanotecnologies. Per tant, no és exagerat afirmar que tals tecnologies juguen en l'actualitat un paper significatiu respecte a la millorar de la qualitat de la nostra vida, salut i benestar. Combinar harmònicament biomaterials, cèl·lules i molècules biològicament rellevants per a generar in vitro estructures que imitin el teixit per al bon desenvolupament de la medicina regenerativa i l'enginyeria de teixits, requereix utilitzar tècniques de fabricació a nivell micro i l'ús de materials a nivell manomètric per a poder condicionar, no sols les propietats químiques i físiques a nivell manomètric, si no adequar les interaccions cel·lulars també a un nivell sub-micromètric.

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

  • CB2 - Que els estudiants sàpiguen aplicar els seus coneixements al seu treball o vocació d'una forma professional i posseeixin les competències que solen demostrar-se per mitjà de l'elaboració i defensa d'arguments i la resolució de problemes dins la seva àrea d'estudi
  • CB4 - Que els estudiants puguin transmetre informació, idees, problemes i solucions a un públic tant especialitzat com no especialitzat
  • CE17 - Ser capaç d'identificar els conceptes de l'enginyeria que es poden aplicar en el camp de la biologia i de la salut.
  • CE18 - Definir els principis fonamentals de les tecnologies que es fan servir en el disseny i la fabricació de micro i nanosensors en àrees biotecnològiques.
  • CG10 - Saber treballar en un entorn multilingüe i multidisciplinari
  • CG4 - Resoldre problemes amb iniciativa, presa de decisions, creativitat, raonament crític i de comunicació i transmissió de coneixements, habilitats i destreses en el camp de la Bioenginyeria.
  • CT5 - Realitzar un ús solvent dels recursos d'informació. Gestionar l'adquisició, l'estructuració, l'anàlisi i la visualització de dades i informació en l'àmbit d'especialitat i valorar de forma crítica els resultats d'aquesta gestió.
  • CT7 - Dominar una tercera llengua, habitualment l'anglès, amb un nivell adequat oral i escrit i d'acord amb les necessitats que tindran els titulats i titulades

Resultats d'aprenentatge

En finalitzar aquesta matèria els alumnes seran capaços de:

  • Conèixer i comprendre els fonaments científics en què es dóna suport a la nanotecnologia.
  • Entendre els fonaments conceptuals i metodològics de les micro i nanotecnologies que formen la bioenginyeria.
  • Desenvolupar la capacitat de fer un treball de manera autònoma mitjançant cerca de fonts d'informació útil i la seva discussió.
  • Presentar de manera oral en públic informació tècnica.

Continguts


  1. Introducció i revisió històrica de la micro i la nanotecnologia. La visió de Feynman.
  2. Tecnologies emergents. Mercat de la nanotecnologia. La revolució tecnològica.
  3. Classificació de nanomaterials.
  4. Són fenòmens quàntics característics. El confinament d'electrons.
  5. Estat actual de l'art. Aplicacions de nanotecnologia: Nanomedicina i nanobiotecnologia. nanoestructures biomimètiques i motors moleculars.

  1. La micro i la nanoescala. Àrea de superfície específica.
  2. Més enllà de la llei de Moore.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Aplicacions de nanotecnologia: nanoelectrònica i nanorobòtica. El confinament quàntic. Separació de banda dels nanomaterials. Propietats elèctriques dels nanomaterials.

  1. Definició de nanotecnologia (UE versus EE. UU.).
  2. Definició de nanomedicina.
  3. Definició de nanomaterial - Distribucions de mida.
  4. Necessitat de la bioenginyeria nanotecnològica.
  5. _

  1. Nanomaterials. Partícules col·loides automuntades. Llanços. Els ful·lerens de carboni i els nanotubs. Dendrimers. Mequiles amfifíliques. Gràfic. Materials de nanocomposita.
  2. Nanoscaffolds. Hidrogels. Memoràndums bioplantats. Nanotecnologia i c.ncer: Descobriment, detecció, lliurament i destrucció. Micro i nanobots.
  3. 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.

  1. 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).
  2. Mètodes de difracció per a la caracterització nanomaterial. Estructura en materials de mida nanomètrica. Dispersió de la llum.
  3. Caracterització espectroscòpica de les nanopartícules.

  1. Eines litogràfiques: Fotolitografia. Sales netes. Resolució.
  2. Recents desenvolupaments: Litografia d'Immersió.
  3. Tecnologies emergents: litografia de Nanoimprint i Nanolithografia de Dip-Pen.

  1. Deposició de pel·lícules primes.
  2. Dispersió, Deposició Química de Vapor (CVD) i recobriment d'espín.

  1. Fluids a nanoescala. Microactuators.
  2. Aplicacions de nanofluidics: anàlisi de biomolècules. Biochips.

  1. Mètodes de preparació de nanopartícules.
  2. Síntesi de les nanopartícules mitjançant reaccions químiques: MNP.
  3. Control de propietats de les nanopartícules establint condicions experimentals durant la síntesi: Ag NPs.
  4. Aplicacions industrials de NPs.

  1. Definició de nanosensors.
  2. Mètodes de fabricació.
  3. Tipus de nanosensors.
  4. Nanoestructures i nanomaterials en sensors.
  5. 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

Exposició oral - TED Talk StQgat

15 %

Avaluació diagnòstica

Test d'autoavaluació

0 %

Avaluació autèntica

Pràctiques de laboratori

15 %

Avaluació autèntica

Deures

15 %

 

2ª convocatòria

 

Tipus d'avaluació

Sistema d'avaluació

Ponderació

Avaluació sumativa

Examen Final

70 %

Avaluació formativa

Exposició oral - TED Talk StQgat

15 %

Avaluació diagnòstica

Test d'autoavaluació

0 %

Avaluació autèntica

Pràctiques de laboratori

15 %

 

Consideracions importants:

  1. Plagi, copiar o qualsevol altra acció que es pugui considerar trampa suposarà un zero en aquest apartat d'avaluació. Realitzar-en els exàmens suposarà el suspens immediat de l'assignatura.
  2. En segona convocatòria no es podrà obtenir la qualificació de "Matrícula d'Honor", de manera que 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 d'altres) o repetidors estaran sotmesos a les mateixes condicions que la resta de l'alumnat.

Bibliografia i recursos

(1). Rogers, B., Adams, J., Pennathur, S. (2017). Nanotechnology: understanding small systems. CRC Press.

(2). Mendelson. M. I. (2018). Learning Bio-Micro-Nanotechnology. CRC Press.

(3). Abdullaeva, Z. (2017). Nano- and Biomaterials: Compounds, Properties, Characterization, and Applications. Wiley-VCH Verlag.

(4). Bhushan, B. (2017). Handbook of nanotechnology. Springer.

(5). Poole Jr., C. P., Owens. F.J. (2003). Introduction to Nanotechnology. Wiley-Interscience.

(6). Binns, C. (2021). Introduction to Nanoscience and Nanotechnology. Wiley.

(7).Poinern, G. E. J. (2021). A Laboratory Course in Nanoscience and Nanotechnology. CRC Press.

(8). Contera, S. (2022). Nano Comes to Life: How Nanotechnology Is Transforming Medicine and the Future of Biology. Princeton University Press.

Durant el curs se subministraran articles i revisions noves aparegudes en revistes científiques sobre aspectes concrets tractats en aquest.

Període d'avaluació

E: data d'examen | R: data de revisió | 1: primera convocatòria | 2: segona convocatòria:
  • E1 18/01/2023 P2A01 14:00h