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 de 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
[editar | editar còdic]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 començar 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
[editar | editar còdic]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
[editar | editar còdic]- Superfícies d'antibiòtics (per eixemple, incorporació de nanopartículas d'argent o péptidos 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
[editar | editar còdic]- Desalinización de l'aigua (per eixemple, membranes noves per a l'eliminació de ions, de baix cost altament eficient [12])
- Remediación 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 péptidos (per eixemple, ensambles macromoleculares de péptidos 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
[editar | editar còdic]- ↑ Science.123(3191)
- ↑ Physical Review Letters.39(17)
- 1098–1101.doi:10.1103/PhysRevLett.39.1098.
- ↑ International Journal of Molecular Sciences.15(8)
- 13849–13880.doi:10.3390/ijms150813849.
- ↑ J. Mater. Chem. A.3(29)
- 14971–14976.ISSN 2050-7496.doi:10.1039/c5ta02380g.
- ↑ Journal of the American Chemical Society.135(32)
- 12048–12056.doi:10.1021/ja4054465.
- ↑ ACS Applied Materials & Interfaços.7(27)
- 14851–14858.doi:10.1021/acsami.5b03364.
- ↑ ChemPhysChem.15(10)
- 1956–1969.ISSN 1439-7641.doi:10.1002/cphc.201402175.
- ↑ 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.
- ↑ Journal of the American Chemical Society.134(48)
- 19694–19700.doi:10.1021/ja306663g.
- ↑ Journal of the American Chemical Society.137(15)
- 4956–4959.doi:10.1021/jacs.5b02290.
- ↑ Nature Nanotechnology.10(5)
- 459–464.doi:10.1038/nnano.2015.37.
- ↑ 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.
- ↑ 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.