Ingenieria molecular
L'ingenieria molecular és un camp emergent d'estudi relacionat en el disseny i la prova de propietats moleculars, el comportament i les interaccions en la finalitat de ensamblar millors materials, sistemes i processos per a funcions específiques. Este enfocament, en el qual les propietats observables d'un sistema macroscòpic estan influenciades per l'alteració directa d'una estructura molecular, cau dins de la categoria més àmplia de disseny de "avall cap a dalt".
L'ingenieria molecular, és altament interdisciplinària per naturalea, comprén aspectes d'ingenieria química, ciència dels materials, bioingeniería, ingenieria elèctrica, física, ingenieria mecànica i química. També hi ha un considerable solapamiento en la nanotecnología, en la que abdós estan preocupats pel comportament dels materials en l'escala de nanómetros o menys. Donada la naturalea altament fonamental de les interaccions moleculars, hi ha una gran cantitat d'àrees d'aplicació potencials, llimitades tal volta solament per l'imaginació i les lleis de la física. No obstant, alguns dels primers èxits de l'ingenieria molecular s'han donat en els camps de la inmunoterapia, la biologia sintètica i l'electrònica imprimible (vore més avall: Aplicacions de l'ingenieria molecular).
L'ingenieria molecular és un camp dinàmic i en evolució en problemes d'objectius complexos; els alvanços requerixen ingeniers sofisticats i creatius que estiguen familiarizados en totes les disciplines. Una metodologia d'ingenieria racional que es basa en principis moleculars contrasta en els enfocaments generalisats de prova i error comuns en totes les disciplines d'ingenieria. En lloc de basar-se en correlació empíriques ben descrites pero poc enteses entre la composició d'un sistema i les seues propietats, un enfocament de disseny molecular busca manipular les propietats del sistema directament utilisant una comprensió dels seus orígens químics i físics. Açò a sovint dona lloc a materials i sistemes fonamentalment nous, que són necessaris per a abordar les necessitats pendents en numerosos camps, des de l'energia fins a l'assistència sanitària i l'electrònica. Ademés, en la major sofisticació de la tecnologia, els enfocaments de prova i error a sovint són costosos i difícils, ya que pot ser difícil donar conte de totes les dependències rellevants entre les variables en un sistema complex. Els esforços d'ingenieria molecular poden incloure ferramentes computacionals, métodos experimentals o una combinació d'abdós.
Història
L'ingenieria molecular va ser mencionada per primera volta en la lliteratura d'investigació en 1956 per Arthur R. von Hippel, qui la va definir com "... un nou modo de pensar sobre problemes d'ingenieria. En lloc de prendre materials prefabricar i tractar de dissenyar aplicacions d'ingenieria consistents en les seues propietats macroscòpiques, un construïx materials a partir dels seus àtoms i molècules per al propòsit en qüestió ".[1] Este concepte es va fer eco en la conferència seminal de Richard Feynman’s de 1959, There's Plenty of Room at the Bottom,que es considera àmpliament com el naiximent d'algunes de les idees fonamentals del camp de la nanotecnología. A pesar de la primerenca introducció d'estos conceptes, no va ser fins a mediats de la década de 1980 en la publicació de Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology per Drexler que els conceptes moderns de la ciència a escala nanométrica i molecular varen escomençar a créixer en la consciència del públic.
El descobriment de les propietats conductores d'electricitat en el poliacetileno per Alan J. Heeger en 1977[2] va obrir efectivament el camp de l'electrònica orgànica, que ha demostrat ser fonamental per a molts esforços d'ingenieria molecular. El disseny i l'optimisació d'estos materials han donat lloc a una série d'innovacions que inclouen diodos emissors de llum orgànics i cèlules solars flexibles.
Aplicacions
El disseny molecular ha segut un element important de moltes disciplines acadèmiques, incloses la bioingeniería, l'ingenieria química, l'ingenieria elèctrica, la ciència dels materials, l'ingenieria mecànica i la química. No obstant, un dels desafius actuals és reunir la massa crítica de mà d'obra entre les disciplines per a comprendre el camp des de la teoria del disseny fins a la producció de materials, i des del disseny del dispositiu fins al desenroll del producte. Per lo tant, si ben el concepte d'ingenieria racional de la tecnologia d'avall cap a dalt no és nou, encara està llunt de ser àmpliament traduït en esforços d'I&D.
L'ingenieria molecular s'usa en moltes indústries. Algunes aplicacions de tecnologies a on l'ingenieria molecular juga un paper fonamental:
Productes de consumidor
- Superfícies d'antibiòtics (per eixemple, incorporació de nanopartículas d'argent o pèptids antibacterianos en recobriment per a previndre l'infecció microbiana)[3]
- Cosmètics (per eixemple, modificació reológica en molècules chicotetes i surfactantes en champú)
- Productes de neteja (per eixemple, nanoplata en detergent per a roba)
- Productes electrònics de consum (pantalles orgàniques de diodos emissors de llum (OLED))
- Finestres electrocrómicas (per eixemple, finestres en el Dreamliner 787)
- Vehículs en emissions zero (per eixemple, piles / piles de combustible alvançades)
- Superfícies autolimpiantes (per eixemple, súperrevestiment superficials hidrófobos)
- Bateries de fluix - molècules sintetisades per a electrolitos d'alta densitat d'energia i membranes altament selectives en sistemes d'almagasenament d'energia a escala de ret.[4]
- Bateria de ion de liti - creació de molècules noves per a usar com a aglutinants d'electrodos, electrolitos, aditius electrolítics o inclús per a l'almagasenament d'energia directament a fi de millorar la densitat energètica (utilisant materials com grafeno, nanovarillas de silici i bateria de liti), densitat de potència, cicle vida i seguritat.[5][6][7][8][9][10][11]
- Cèlula fotoeléctrica - Desenroll de nous materials per a ser més eficients i econòmiques les cèlules solars incloent lo orgànic , cela solar de punt quàntic o perovskite-basada en energia solar fotovoltaica.
- Desdoblament fotocatalítico de l'aigua - Millora de la producció d'hidrogen combustible per mig d'energia solar i materials catalítics alvançats com les nanopartículas semiconductoras.
Ingenieria migambiental
- Desalinisació de l'aigua (per eixemple, membranes noves per a l'eliminació de ions, de baix cost altament eficient [12])
- Remediació del sol (per eixemple, nanopartículas catalítiques que acceleren la degradació de contaminants del sol de llarga vida, com a composts orgànics clorados[13])
- Seqüestre de carbono (per eixemple, nous materials per a l'adsorció de CO2[14])
- Les vacunes basades en pèptids (per eixemple, ensambles macromoleculares de pèptids anfifílicos induïxen una resposta immune robusta)[15]
- CRISPR -tècnica d'edició de gens més ràpida i eficient
- Suministre de gens/Teràpia gènica - disseny de molècules per a administrar gens modificats o nous en cèlules d'organismes vius per a curar trastorns genètics
- Ingenieria metabòlica - modificació del metabolisme d'organismes per a optimisar la producció de substàncies químiques (per eixemple, genómica sintètica)
- Ingenieria de proteïnes - alteració de l'estructura de les proteïnes existents per a permetre noves funcions específiques o la creació de proteïnes completament artificials
Referències
- ↑ «Molecular Engineering».Science.123(3191)
- ↑ «Electrical Conductivity in Doped Polyacetylene».Physical Review Letters.39(17)
- 1098–1101.doi:10.1103/PhysRevLett.39.1098.
- ↑ «Antibacterial Surface Treatment for Orthopaedic Implants».International Journal of Molecular Sciences.15(8)
- 13849–13880.doi:10.3390/ijms150813849.
- ↑ «A subtractive approach to molecular engineering of dimethoxybenzene-based redox materials for senar-aqueous flow batteries».J. Mater. Chem. A.3(29)
- 14971–14976.ISSN 2050-7496.doi:10.1039/c5ta02380g.
- ↑ «Toward an Ideal Polymer Binder Design for High-Capacity Battery Anodes».Journal of the American Chemical Society.135(32)
- 12048–12056.doi:10.1021/ja4054465.
- ↑ «Highly Adhesive and Soluble Copolyimide Binder: Improving the Long-Term Cycle Life of Silicon Anodes in Lithium-Ion Batteries».ACS Applied Materials & Interfaços.7(27)
- 14851–14858.doi:10.1021/acsami.5b03364.
- ↑ «Recent Progress in Research on High-Voltage Electrolytes for Lithium-Ion Batteries».ChemPhysChem.15(10)
- 1956–1969.ISSN 1439-7641.doi:10.1002/cphc.201402175.
- ↑ «Positive Electrode Passivation by LiDFOB Electrolyte Additive in High-Capacity Lithium-Ion Cells».Journal of The Electrochemical Society.159(12)
- A2109–A2117.ISSN 0013-4651.doi:10.1149/2.083212jes.
- ↑ «New Laminar Batteries | Printed Electronics World». Archivat des d'el original, el 1 de decembre de 2017. Consultat el 6 d'agost de 2016.
- ↑ «Polymer-Bound Pyrene-4,5,9,10-tetraone for Fast-Charge and -Discharge Lithium-Ion Batteries with High Capacity».Journal of the American Chemical Society.134(48)
- 19694–19700.doi:10.1021/ja306663g.
- ↑ «Heavily n-Dopable π-Conjugated Redox Polymers with Ultrafast Energy Storage Capability».Journal of the American Chemical Society.137(15)
- 4956–4959.doi:10.1021/jacs.5b02290.
- ↑ «Water desalination using nanoporous single-layer graphene».Nature Nanotechnology.10(5)
- 459–464.doi:10.1038/nnano.2015.37.
- ↑ «Field assessment of carboxymethyl cellulose stabilized iron nanoparticles for in situ destruction of chlorinated solvents in source zones».Water Research.44(7)
- 2360–2370.doi:10.1016/j.watres.2009.12.041.
- ↑ «Better Carbon Capture Through Chemistry | Chemical & Engineering News». cen.acs.org. Consultat el 6 d'agost de 2016.
- ↑ «Self-Assembled Peptide Amphiphile Micelles Containing a Cytotoxic T-Cell Epitope Promote a Protective Immune Response In Viu».Advanced Materials.24(28)
- 3845–3849.ISSN 1521-4095.doi:10.1002/adma.201200209.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Ingeniería molecular» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.