Universitat Internacional de Catalunya

Micro y Nanotecnología

Micro y Nanotecnología
6
13549
3
Primer semestre
op
OPTATIVIDAD
OPTATIVIDAD
Lengua de impartición principal: inglés

Otras lenguas de impartición: catalán, castellano

Profesorado


Horario acordado con el profesor al inicio del curso académico (viernes de 11:00 a 12:00). En cualquier caso, se puede concertar una cita y acordar una tutoría presencial con el profesor escribiendo al correo electrónico ecastro@uic.es.

Presentación

Innumerables soluciones sanitarias y biomédicas con alto impacto en términos de diagnósticos oportunos, éxito terapéutico, comodidad del paciente o sostenibilidad financiera de los sistemas de salud dependen de micro y nanotecnologías. Por lo tanto, no es exagerado afirmar que tales tecnologías juegan en la actualidad un papel tremendo con respecto a mejorar la calidad de nuestra vida, salud y bienestar. Combinar armónicamente biomateriales, células y moléculas biológicamente relevantes para generar in vitro estructuras que imiten el tejido para el buen desarrollo de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos, requiere utilizar técnicas de fabricación a nivel micro y el uso de materiales a nivel manométrico para poder condicionar no solo las propiedades químicas y físicas a nivel manométrico, sino adecuar las interacciones celulares también a un nivel sub-micrométrico.

Requisitos previos

Asignaturas de Materiales, Biomateriales y biocompatibilidad, Materiales avanzados y selección de materiales, Tecnología de conformación de materiales.

Objetivos

  • Conocer los fundamentos de las micro y nanotecnologías y su aplicación al diseño y desarrollo de sensores químicos, biosensores y microchips.
  • Entender los principios, el diseño y las aplicaciones de vanguardia para el análisis y detección basados en micro y nanotecnologías.
  • Comprender los principios y las aplicaciones de técnicas de caracterización avanzadas de sistemas químicos constituidos por nanomateriales de elevado interés actual.

Competencias

  • CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
  • CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
  • CE17 - Ser capaz de identificar los conceptos de la ingeniería que se pueden aplicar en el campo de la biología y de la salud.
  • CE18 - Definir los principios fundamentales de las tecnologías que se emplean en el diseño y la fabricación de micro y nanosensores en áreas biotecnológicas.
  • CG10 - Saber trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar
  • CG4 - Resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicación y transmisión de conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Bioingeniería.
  • CT5 - Realizar un uso solvente de los recursos de información. Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información en el ámbito de especialidad y valorar de forma crítica los resultados de dicha gestión.
  • CT7 - Dominar una tercera lengua, habitualmente el inglés, con un nivel adecuado oral y escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán los titulados y tituladas

Resultados de aprendizaje

Al finalizar esta materia los alumnos serán capaces de:

  • Conocer y comprender los fundamentos científicos en que se apoya la nanotecnología.
  • Entender los fundamentos conceptuales y metodológicos de las micro y nanotecnologías que forman la bioingeniería.
  • Desarrollar la capacidad de realizar un trabajo de forma autónoma mediante búsqueda de fuentes de información útil y su discusión.
  • Presentar de forma oral en público de información técnica.

Contenidos


  1. Introducción y revisión histórica de la micro y nanotecnología. La visión de Feynman.
  2. Tecnologías emergentes. Mercado de la nanotecnología. Revolución tecnológica.
  3. Clasificación de los nanomateriales.
  4. Fenómenos cuánticos característicos. Confinamiento de electrones.
  5. Estado actual de la técnica. Aplicaciones de la nanotecnología: Nanomedicina y Nanobiotecnología. Nanoestructuras biomiméticas y motores moleculares.

  1. La micro y nanoescala. Superficie específica.
  2. Más allá de la ley de Moore.
  3. Leyes de escala. Superparamagnetismo en nanopartículas. Dependencia del tamaño de la fuerza coercitiva, la magnetización de saturación y la temperatura de Curie.
  4. La dependencia del tamaño como propiedad de los nanomateriales. Los fundamentos de la mecánica cuántica. Influencia de la morfología en las propiedades ópticas de las nanopartículas.
  5. Aplicaciones de la nanotecnología: Nanoelectrónica y nanorobótica. Confinamiento cuántico. Brecha de banda de los nanomateriales. Propiedades eléctricas de los nanomateriales.

  1. Definición de nanotecnología (UE versus EE. UU.).
  2. Definición de nanomedicina.
  3. Definición de nanomaterial - Distribuciones de tamaño.
  4. Necesidad de la bioingeniería nanotecnológica.
  5. Beneficios de las micro y nanotecnologías en ingeniería de tejidos.

  1. Nanomateriales. Partículas coloidales autoensambladas. Hilos. Fullerenos y nanotubos de carbono. Dendrímeros. Micelas anfifílicas. Grafeno. Materiales nanocompuestos.
  2. Nanocapas. Hidrogeles. Bio-MEMS implantados. Nanotecnología y cáncer: Descubrimiento, detección, entrega y destrucción. Micro y nanobots.
  3. Nanopartículas médicas. Nanoshells. Nanopartículas de base lipídica. Nanopartículas basadas en polímeros y terapéutica polimérica. Nanopartículas para la administración de fármacos. Nanopartículas en la clínica.

  1. Caracterización microscópica de los nanomateriales. Ampliación. Resolución y poder de resolución. Microscopio electrónico de transmisión y de barrido (TEM y SEM). Microscopio de fuerza atómica (AFM).
  2. Métodos de difracción para la caracterización de nanomateriales. Estructura en materiales de tamaño nanométrico. Dispersión de la luz.
  3. Caracterización espectroscópica de las nanopartículas.

  1. Herramientas litográficas: Fotolitografía. Salas blancas. Resolución.
  2. Desarrollos recientes: Litografía de inmersión.
  3. Tecnologías emergentes: La litografía de nanoimpresión y la nanolitografía por inmersión.

  1. Deposición de películas finas.
  2. Sputtering, Deposición Química de Vapor (CVD) y spin coating.

  1. Fluidos a nanoescala. Microactuadores.
  2. Aplicaciones de la nanofluídica: análisis de biomoléculas. Biochips.

  1. Métodos de preparación de nanopartículas.
  2. Síntesis de nanopartículas mediante reacciones químicas: MNPs.
  3. Control de las propiedades de las nanopartículas mediante el establecimiento de condiciones experimentales durante la síntesis: NPs de Ag.
  4. Aplicaciones industriales de las NPs.

  1. Definición de nanosensores.
  2. Métodos de fabricación.
  3. Tipos de nanosensores.
  4. Nanoestructuras y nanomateriales en sensores.
  5. Aplicaciones de los nanosensores.

Metodología y actividades formativas

Modalidad totalmente presencial en el aula



Durante las clases presenciales, se expondrán los aspectos fundamentales de cada tema para que puedan ser desarrollados individualmente por cada alumno mediante el uso de bibliografía seleccionada y con el apoyo de tutorías.En la asignatura se seguirán metodologías educativas innovadoras tales como la Peer instruction, Flipped Classroom, LegoTM Serious Play.

En el transcurso de la asignatura se planteará al alumnado la realización de las siguientes actividades formativas:

Aprendizaje entre iguales (Peer Instruction) – Preguntas cortas lanzadas por el profesor al principio o final de la clase virtual o presencial sobre el tema que se esté tratando en la asignatura en ese momento a las que los estudiantes deben responder individualmente a través de un foro de Pregunta y Respuesta (PyR) evaluable habilitado para ello en Moodle, de tal manera que entre los alumnos construyan cooperativamente la respuesta correcta a la pregunta corta (que podrá caer en el examen de la asignatura) – el profesor señalará las respuestas de aquellos alumnos que sean acertadas y ello les permitirá sumar puntos de cara a la evaluación de la participación activa. Algunas de estas preguntas cortas podrán ser materia de evaluación en cualquiera de los exámenes de la asignatura.

Modelización (Do it yourself – DIY) – Construcción de maquetas y modelos en grupo, durante una clase presencial práctica tipo seminario, que permitan a los estudiantes aprender haciendo (como un modelo de fullereno/nanotubo de carbono o un modelo de microscopio de fuerza atómica con bricks de Lego) en una metodología de aprendizaje tipo Lego Serious Play. Una vez construida la maqueta o el modelo, se pedirá a los estudiantes que utilicen ese modelo o maqueta para realizar alguna actividad que les permita profundizar en el conocimiento de la tecnología, técnica o material modelizado siguiendo un guión facilitado por el profesor.

Búsqueda del tesoro (Fomento de la lectura) – Dividir la clase presencial en dos grupos, cada uno con un portavoz que se desplace a la biblioteca a buscar un libro que indique el profesor (distinto para cada grupo), de tal manera que cada uno de los grupos busque una serie de datos o explicaciones solicitadas por el profesor en el libro indicado y construya cooperativamente un documento con esos datos y explicaciones sacadas del libro y que entregar, a través del portavoz, vía tarea de Moodle, al profesor al final de la clase. El profesor dará puntos de participación activa en la evaluación de la asignatura al grupo que lo haga mejor.

Clases invertidas (Flipped Classroom) – El profesor colgará en el Moodle el enlace a un video de Youtube sobre algún aspecto del temario de la asignatura que los alumnos visualizarán o bien como deberes en casa antes de la clase correspondiente no presencial o bien durante el descanso de la clase presencial proyectándolo en la pantalla de clase. Tras la visualización del video, el profesor propondrá a los alumnos realizar un quiz a través de una herramienta como Socrative o Kahoot utilizando sus móviles, tabletas u ordenadores para comprobar la asimilación de los conceptos tratados en el video. El profesor dará puntos de participación activa en la asignatura a los estudiantes que responden correctamente y más rápidamente a las preguntas del quiz.

Prácticas de laboratorio – Aprendizaje basado en pequeños proyectos de investigación en el que desarrollen individualmente el guion de las propias prácticas propuestas a partir de una bibliografía básica de consulta y una lista de equipamiento disponible en el laboratorio de prácticas del grado, trabajen cooperativamente para obtener experimentalmente en el laboratorio de prácticas del grado unas nanopartículas, un dispositivo microfluídico, y presenten/expliquen ante el resto de sus compañeros y el profesor su procedimiento de trabajo, materiales utilizados y resultados obtenidos a modo de seminario de investigación.

Sistemas y criterios de evaluación

Modalidad totalmente presencial en el aula



La estructuración de la asignatura en sesiones teóricas y prácticas comporta la evaluación de los conocimientos y de las competencias adquiridas de manera diferenciada y a la vez complementaria. En el caso de los contenidos de las sesiones teóricas serán evaluados en una prueba parcial y en una prueba final, ambas escritas y que tendrán en cuenta tanto la capacidad de relacionar los contenidos de los
diferentes temas de manera transversal, como el desarrollo del pensamiento propio. Por lo que se refiere a la parte práctica de la asignatura, la evaluación será continuada, considerándose los siguientes aspectos con diferente peso relativo: participación activa en clase, trabajo final de curso y su evaluación por pares, prácticas de laboratorio, debate tras la lectura de la bibliografía complementaria. Para que ambas partes de la asignatura puedan hacer media y obtener así la calificación final de la asignatura será necesario que ambas partes de la asignatura de aprueben independientemente.

 

La calificación del alumno será:

 

1ª convocatoria

  

Tipo de evaluación

Sistema de evaluación

Ponderación

Evaluación sumativa

Examen Final

30 %

Evaluación sumativa

Examen Parcial

25 %

Evaluación formativa

Exposición oral – TED Talk StQgat

15 %

Evaluación diagnóstica

Test de autoevaluación

0 %

Evaluación auténtica

Prácticas de laboratorio

15 %

Evaluación auténtica

Deberes

15 %

 


2ª convocatoria

 

Tipo de evaluación

Sistema de evaluación

Ponderación

Evaluación sumativa

Examen Final

70 %

Evaluación formativa

Exposición oral – TED Talk StQgat

15 %

Evaluación diagnóstica

Test de autoevaluación

0 %

Evaluación auténtica

Prácticas de laboratorio

15 %

 

Consideraciones importantes:


  1. Plagio, copiar o cualquier otra acción que se pueda considerar trampa supondrá un cero en ese apartado de evaluación. Realizarlo en los exámenes supondrá el suspenso inmediato de la asignatura.
  2. En segunda convocatoria no se podrá obtener la calificación de "Matrícula de Honor", por lo que la calificación máxima será de "Excelente". 
  3. No se aceptarán cambios en el calendario, fechas de exámenes o en el sistema de evaluación.
  4. Los estudiantes de intercambio (Erasmus y otros) o repetidores estarán sometidos a las mismas condiciones que el resto del alumnado.

Bibliografía y 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.

Durante el curso se suministrarán artículos y revisiones novedosas aparecidas en revistas científicas sobre aspectos concretos tratados en el mismo.

Periodo de evaluación

E: fecha de examen | R: fecha de revisión | 1: primera convocatoria | 2: segunda convocatoria:
  • E1 18/01/2023 P2A01 14:00h