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Nanotecnología
Mª del Carmen Berrocal Sertucha Prof. Depto. Ciencias Biomédicas (Nutrición y
Bromatología)
Facultad de Farmacia, Compuestos bioactivos 1-3Junio/2016
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Nanopartículas insignia
A)-Fullereno (C60-1985) C20, C70. En hollín, Cristales, partículas espaciales….
B)-Nanotubo de carbono (1991).
Polímeros de Fullereno
C)-Grafeno (2010)
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Comparativa de tamaños
Oficina de Ciencias. Depto de la Energia http://science.energy.gov/~/media/bes/images/placemats/nano%20energy/Nano-Front-HR.JPG
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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.
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Las propiedades “Nano” La escala nanométrica confiere a las estructuras/partículas, propiedades diferentes a las del mismo material a escala micrométrica.
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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.
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Elevada Reactividad (S/V)
Propiedades de interacción con la luz. Propiedades eléctricas, conductividad. Propiedades térmicas. Propiedades mecánicas…. Propiedades químicas. Propiedades biológicas.
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Las propiedades f(tamaño)
Emulsión Suspensión
Comportamiento frente a la luz
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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
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Nanoestructuras
Nanotubos inorgánicos Nanosomas
Nanotubos orgánicos
Nanopartículas
Fullereno, grafeno….
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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.
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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.
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Liberación
Efecto barrera
Humedad Moléculas volátiles Oxígeno CO2
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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…).
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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.
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• 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
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• 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
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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)
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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.
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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…..
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Riesgos/Beneficios para la salud Las nanopartículas penetran en el cuerpo humano
• Por Inhalación, • Por ingestión, • Por Penetración.
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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.
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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”.
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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)
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• 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.
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