Introdución á Nanociencia e Nanotecnología

Esta materia de introdución pretende dotar ao alumno dos fundamentos necesarios para comprender os conceptos que se desenvolverán nas distintas materias que compoñen o máster Interuniversitario en Nanociencia e Nanotecnoloxía.

Bloque Bioloxía
Programa de clases expositivas (11 h)
Tema 1. A célula (2 horas lectivas): Membrana e o seu potencial. Transporte a través da membrana. Endocitosis. Necesidades enerxéticas da célula. Metabolismo glucídico: glicolisis, ciclo de Krebs e fosforilación oxidativa. Mitocondria e apoptosis, outras formas de morte celular. Núcleo. División celular. Xenómica.
Tema 2. Transducción de sinais (1 hora). Principais mecanismos de sinalización
Tema 3. Transporte de solutos e auga (1 hora). Volumes corporais. Principios do intercambio de materiais entre os distintos compartimentos: sangue, extracelular e intracelular. Circulación linfática.
Tema 4. Sistema Cardiocirculatorio (2 horas). Organización do sistema cardiovascular. Reología. Arterias, veas e capilares. Corazón como unha bomba. Mecanismos reguladores.
Tema 5. Respiratorio (2 horas). Organización do sistema respiratorio. Transportei de osíxeno e dióxido de carbono no sangue. Mecánica ventilatoria e a súa regulación.
Tema 6. Sistema Urinario (1 hora). Organización do sistema urinario. Filtración glomerular e fluxo sanguíneo renal
Tema 7. Sistema Nervioso (1 hora). Organización do sistema nervioso. Sistema nervioso autónomo. Transducción sensorial

Programa de seminarios (7 horas)
Seminario 1: Técnicas de secuenciación xenómica.
Seminario 2: Técnicas para medir o Potencial de Membrana. Transmisión do impulso nervioso.
Seminario 3: Insulina
Seminario 4: Sistemas de Transporte. Barreira hematoencefálica.
Seminario 5: Absorción intestinal. Función hepatobiliar
Seminario 6: Sangue. Hemostasia
Seminario 7: Fundamentos da interacción dos nanomateriales coas estruturas biolóxicas

Bloque Química
Programa de clases expositivas (11 h)
- Tema 1.- Fundamentos de Espectroscopía: Interacción radiación-materia. (1 hora lectiva). Fundamento mecanocuántico da interacción de radiación e materia. Tipos de espectros de moleculares. Regras de selección. Espectros de rotación. Intensidade e anchura das bandas. Lei de Lambert- Beer.
- Tema 2: Espectroscopía infravermello (1 hora lectiva). Vibración de moléculas diatómicas. Espectro IR de moléculas diatómicas: regras de selección e intensidade. Anarmonicidad das vibracións. Enerxía residual e enerxía de disociación. Estrutura fina de rotación. Espectros IR de moléculas poliatómicas: modos normais de vibración. Bandas fundamentais, harmónicos, bandas de combinación. Frecuencias características. Aplicacións da espectroscopía IR.
- Tema 3: Espectroscopía Raman (2 horas lectivas). Interacción radiación-materia. Efecto Raman. Espectro Raman de rotación e vibración-rotación. Desprazamento Raman. Orixe do Raman scattering: Polarizabilidad. Regras de selección e modos activos. Raman e fluorescencia. Aplicacións da espectroscopía Raman
- Tema 4: Espectroscopía electrónica e fluorescencia. (1 hora lectiva). Niveis de enerxía electrónica en moléculas diatómicas. Espectros electrónicos de moléculas diatómicas. Regras de selección. Estrutura de vibración. Principio de Frank- Condon. Espectros electrónicos de moléculas poliatómicas. Tipos de transicións electrónicas. Cromóforos e auxocromos. Procesos de desactivación electrónica. Fluorescencia e fosforescencia.
- Tema 5.- Cinética química (1 hora lectiva). Cinétiva vs termodinámica. Velocidade de reacción. Lei de velocidade e orde de reacción. Variación da constante de velocidade coa temperatura. Catálisis. Mecanismos de reacción.
- Tema 6.- Forzas intermoleculares. (1,5 horas lectivas). Tipos de ligazóns non covalentes. Solvatación e ligazón. Estabilidade de complexos Host- Guest en disolución. Caracterización de sistemas supramoleculares. Aplicacións.
- Tema 7.- Macromoléculas. Estrutura e caracterización. (1,5 horas lectivas). Oligómeros abertos. Macrociclos. Caixas moleculares. Quiralidad versus xeometría. Liberdade conformacional. Aplicacións.
- Tema 8.- Quiralidad: Respostas quiroópticas e aplicacións. (2 horas lectivas). Luz polarizada. Fundamentos da espectroscopía quiroóptica. Tipos de espectroscopía quiroóptica. Predición de respostas quiroópticas. Aplicacións en determinación estrutural e sensing.

Programa de seminarios (7 horas lectivas)
Seminario 1: Fundamentos de espectroscopia (1 hora lectiva)
Seminario 2: Espectroscopia IR (1 hora lectiva)
Seminario 3: Espectroscopia Raman (1 hora lectiva)
Seminario 4: Cinética Química (1 hora lectiva)
Seminario 5: Forzas intermoleculares (1 hora lectiva)
Seminario 6: Macromoléculas. Estrutura e caracterización. (1 hora lectiva)
Seminario 7: Quiralidad: Respostas quiroópticas e aplicacións. (1 hora lectiva)

Bloque Física
Programa de clases expositivas (10 h)
- Tema 1. Introdución. Os materiais e as súas características: Metais e Aliaxes, Cerámicas, Polímeros, Materiais Compostos, Nanomateriales. Materiais críticos. Deseño de materiais. Índice de material e os mapas de selección de materiais
- Tema 2. Propiedades mecánicas dos materiais. Diagramas esforzo-deformación: elasticidade, plasticidade, tenacidade, fractura, fluencia. Fallos dos materiais baixo tensión: Carga repetitiva e fatiga. Corrosión. Degradación. Dureza. Rugosidade. Fricción. Tipos de desgaste superficial
- Tema 3. Propiedades térmicas dos materiais. Capacidade calorífica. Condutividade térmica. Expansión térmica.
- Tema 4. Propiedades eléctricas .Condutividade. Lei de Ohm. Condución electrónica e iónica.Condutores, dieléctricos e semiconductores.
- Tema 5. Propiedades magnéticas. Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo. Histéresis.
- Tema 6. Propiedades ópticas. Radiación electromagnética. Interacción con sólidos. Refracción, índice de refracción. Reflexión. Transmisión. Absorción.

Programa de seminarios
Seminario 1: Propiedades de Materiais. Nanomateriales (1 hora lectiva)
Seminario 2: Propiedades mecánicas dos materiais. Fricción e desgaste con nanoaditivos. (1 hora lectiva)
Seminario 3: Propiedades térmicas dos materiais. Nanofluidos térmicos (1 hora lectiva)
Seminario 4: Propiedades eléctricas de materiais, condutividade eléctrica, lei de Ohm (1 hora lectiva)
Seminario 5: Teoría de bandas, condutores, dieléctricos e semiconductores (1 hora lectiva)
Seminario 6: Propiedades magnéticas: diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo (1 hora lectiva)
Seminario 7: Propiedades ópticas dos materiais (1 hora lectiva)

Bibliografía básica:
- Biología molecular de la célula. Bruce Alberts. Garland Science, 2016 Omega.
- Biología celular y molecular. Gerald Karp. McGraw-Hill Interamericana de España S.L, 2014.
- Fisiología humana: un enfoque integrado. Dee Unglaub Silverthorn. Ed. Medica Panamericana, 2019
- Química Física. P.W. Atkins. Omega, 2002.
- Manual de Química Física. Bertrán, J., Nuñez, J., Ariel, 2002.
- Surface enhanced Raman spectroscopy : analytical, biophysical and life science applications, Schlücker, S., Wiley-VCH, 2011
- Fisicoquímica. Ira N. Levine. McGraw-Hill, 2004.
- Química Física. P.W. Atkins. Omega, 2002.
- Quimica general. R. Petrucci y otros. Pearson Education 2011.
- Ciencia e ingeniería de materiales. William D. Callister, Jr., David G. Rethwisch. Barcelona. Reverté, 2016.
- Física del estado sólido, J. Maza, J. Mosqueira, J. A. Veira, manuales universitarios 8, Universidad de Santiago de Compostela, 2008
- Ondas de Luz, J. A. Díaz Navas y J.M. Medina Ruiz 2ª Edic. Copicentro Editorial . Universidad de Granada 2013
- Óptica, E. Hecht 5ª Edic. Pearson Educación. 2017
- Teoría y problemas de óptica, E. Hecht : McGraw-Hill, 1990.

Bibliografía complementaria
Física del estado sólido: ejercicios resueltos, J. Maza, J. Mosqueira, J. A. Veira, manuales universitarios 11, Universidad de Santiago de Compostela, 2008
Materials: Engineering, Science, Processing and Design M. F. Ashby, H. Shercliff, D, Cebon, Butterworth Heinemann Books, Elsevier 2018
Optica Física, Problemas y ejercicios resueltos, F. Carreño y M.A. Antón. Prentice Hall 2001
Optica Electromagnética VOl. I y II, J. M. Cabrera, F. Agulló López y F. J. López . Addison-Wesley /Univ. Aut. Madrid Edic. 2000

Básicas:
CB7: Que os estudantes saiban aplicar os coñecementos adquiridos e a súa capacidade de resolución de problemas en contornas novas ou pouco coñecidos dentro de contextos máis amplos (ou multidisciplinares) relacionados coa súa área de estudo.
CB8: Que os estudantes sexan capaces de integrar coñecementos e enfrontarse á complexidade de formular xuízos a partir dunha información que, sendo incompleta ou limitada, inclúa reflexións sobre as responsabilidades sociais e éticas vinculadas á aplicación dos seus coñecementos e xuízos
CB9: Que os estudantes saiban comunicar as súas conclusións –e os coñecementos e razóns últimas que as sustentan– a públicos especializados e non especializados dun modo claro e sen ambigüidades;
CB10: Que os estudantes posúan as habilidades de aprendizaxe que lles permitan continuar estudando dun modo que haberá de ser en gran medida autodirigido ou autónomo.

Xenerais:
CG2: Saber aplicar os coñecementos á resolución de problemas no ámbito multidisciplinar da investigación e a innovación relacionada con nanociencia e nanotecnoloxía.
CG3: Ser capaz de identificar teorías e modelos científicos e aproximacións metodolóxicas adecuadas para o deseño e a avaliación de materiais nanoestructurados.
CG4: Ter capacidade para comprender a regulamentación e as responsabilidades sociais que se derivan da investigación, o desenvolvemento e a innovación na área da nanociencia e a nanotecnoloxía.
CG5: Dispoñer de coñecementos e habilidades para participar en proxectos de investigación e colaboracións científicas ou tecnolóxicas, en contextos interdisciplinares e cun alto compoñente de transferencia do coñecemento.
CG6: Ter capacidade de liderado, creatividade, iniciativa e espírito emprendedor.
CG9: Ter capacidade de comunicación oral e escrita e de interacción científica con profesionais doutras áreas de coñecemento.
CG10: Adquirir a formación necesaria para poder integrarse en futuros estudos de doutoramento en Nanociencia e Nanotecnoloxía, ou en ámbitos relacionados.

Transversais:
CT2: Saber desenvolver traballos de colaboración en equipos multidisciplinares.
CT3: Usar as Tecnoloxías da Información e a Comunicación ( TICs) como ferramenta para a transmisión de coñecementos, resultados e conclusións en ámbitos especializados de modo claro e rigoroso.
CT5: Saber aplicar os principios recolleitos en The European Charter & Code for Researchers.

Específicas:
CE01: Coñecer a terminoloxía propia da Nanociencia e a Nanotecnoloxía
CE02: Interrelacionar a estrutura química, a arquitectura ou ordenamento do material nanoestructurado coas súas propiedades químicas, físicas e biolóxicas.
CE03: Adquirir os coñecementos conceptuais e prácticos sobre os procesos de auto- ensamblado e auto-organización en sistemas macromoleculares que sexan necesarios para o deseño de novos nanomateriales e nanoestructuras
CE05: Avaliar as relacións e diferenzas entre as propiedades dos materiais a escala macro, micro e nano.
CE06: Coñecer as principais técnicas de caracterización de materiais nanoestructurados.
CE07: Coñecer as interaccións dos materiais nanoestructurados cos seres vivos e o medio ambiente.
CE08: Coñecer as principais aplicacións dos nanomateriales nos diversos campos de coñecemento como a física, química, enxeñería, a biomedicina, biotecnoloxía, ou arte, entre outros.

-Clases teóricas con participación dos alumnos.
-Discusión de casos prácticos en seminarios con apoio de métodos informáticos e pizarra.
-Aprendizaxe baseada en problemas
-Presentacións orais de temas previamente preparados, seguidas de debate con participación de estudantes e profesores

A avaliación consistirá para cada bloque en:
- Exame escrito sobre contidos básicos da materia (50% da cualificación). O exame da materia, que se realizará na data indicada na guía do curso correspondente, consistirá en preguntas de resposta curta e resolución de problemas. A puntuación máxima será de 5 puntos. Requírese unha cualificación mínima de 2 puntos nesta parte para que se computen as cualificacións dos outros dous ítems que se valoran.
- Participación activa nos seminarios, presentacións orais e traballos (50% da cualificación). Avaliarase a participación activa dos alumnos mediante a resolución de cuestións e problemas expostos en clase, a presentación de traballos e a intervención nos debates que poidan xurdir. Nas presentacións orais avaliarase a claridade expositiva e a capacidade para responder as preguntas que se expoñan.

Cada bloque avaliarase por separado, sendo necesaria unha cualificación mínima de 4 en cada un dos bloques para que se faga a media entre os bloques cursados.


Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación ao recollido na "Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”:

"Artigo 16. Realización fraudulenta de exercicios ou probas.

A realización fraudulenta dalgún exercicio ou proba esixida na avaliación dunha materia implicará a cualificación de suspenso na convocatoria correspondente, con independencia do proceso disciplinario que se poida seguir contra o alumno infractor. Considerarse fraudulenta, entre outras, a realización de traballos plaxiados ou obtidos de fontes accesibles ao público sen reelaboración ou reinterpretación e sen citas aos autores e das fontes."

As horas de actividades formativas presenciais son 32 (teóricas) e 21 (seminario e clases prácticas de pizarra). As horas de traballo persoal do alumno estímanse en 90.

O alumno debe evitar o simple esforzo memorístico e orientar o estudo para comprender, razoar e relacionar os contidos da materia. A participación en actividades interactivas permitirá ao estudante unha mellor comprensión dos aspectos desenvolvidos nas clases expositivas, o que facilitará a preparación do exame final.