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Nanomateriales Funcionales Inspirados en la Naturaleza

Código: 45746
Créditos: 3
2026/2027
Titulación Tipo Curso
Nanociencia Aplicada: de Materiales a Dispositivos / Applied Nanoscience: From Materials to Devices OP 1

Profesor/a de contacto

Nombre :
Salvio Suarez Garcia
Correo electrónico :
salvio.suarez@uab.cat

Equipo docente (externo a la UAB)

Patricia Ramírez Priego
Jose Daniel Bolaños Cardet

Idiomas de los grupos

Puede consultar esta información al final del documento.

Prerrequisitos

El estudiantado debe tener conocimientos en ciencias naturales, ingeniería o áreas afines, incluyendo conocimientos básicos de química y biología. Se recomienda, aunque no es imprescindible, estar familiarizado con conceptos fundamentales de ciencia de materiales o nanotecnología. Se requiere un nivel de inglés científico suficiente para leer literatura primaria, seguir las clases y preparar presentaciones orales.

Objetivos

La naturaleza ha desarrollado, a lo largo de miles de millones de años, materiales funcionales altamente eficientes con propiedades que superan con creces las alcanzables mediante enfoques de ingeniería convencionales. Esta asignatura tiene como objetivo tender un puente entre la inspiración biológica y el diseño racional de nanomateriales avanzados con funcionalidades ópticas, estructurales y biomédicas, entre otras.


La asignatura persigue los siguientes objetivos:


  1. Introducir al estudiantado en los principios del diseño de materiales bioinspírados y bioimitéticos, desde la organización estructural jerárquica hasta la química de superficies y la respuesta óptica.
  2. Proporcionar un marco conceptual y práctico para traducir estrategias estructurales naturales en nanomateriales funcionales, recubrimientos y andamiajes.
  3. Desarrollar la capacidad del estudiantado para evaluar críticamente la literatura científica e identificar oportunidades de innovación en la interfaz entre la biología y la ciencia de materiales.
  4. Fomentar el pensamiento interdisciplinar conectando la física óptica (fenómenos fotónicos y plasmónicos), la química de superficies (recubrimientos adhesivos y funcionales) y la ingeniería biomédica (diseño de andamiajes y regeneración tisular).


Resultados de aprendizaje

  • CA32 (Crear estructuras fotónicas y plasmónicas.) Crear estructuras fotónicas y plasmónicas.
  • CA33 (Diseñar nuevos recubrimientos de nanomateriales mediante la observación de la naturaleza.) Diseñar nuevos recubrimientos de nanomateriales mediante la observación de la naturaleza.
  • CA34 (Proponer formulaciones de andamios funcionales compatibles con el medio ambiente y la sostenibilidad.) Proponer formulaciones de andamios funcionales compatibles con el medio ambiente y la sostenibilidad.
  • KA33 (Identificar las distintas interacciones que pueden presentar los materiales con la luz.) Identificar las distintas interacciones que pueden presentar los materiales con la luz.
  • KA34 (Enumerar las distintas aplicaciones que presentan los andamios biomédicos.) Enumerar las distintas aplicaciones que presentan los andamios biomédicos.
  • KA35 (Relacionar tipos de materiales con distintas funcionalidades ópticas, biomédicas y estructurales.) Relacionar tipos de materiales con distintas funcionalidades ópticas, biomédicas y estructurales.
  • SA40 (Determinar los componentes necesarios para la preparación de andamios biomédicos.) Determinar los componentes necesarios para la preparación de andamios biomédicos.
  • SA41 (Identificar las características que confieren a un nanomaterial su capacidad para ser utilizado como recubrimiento adhesivo.) Identificar las características que confieren a un nanomaterial su capacidad para ser utilizado como recubrimiento adhesivo.

Contenidos

Bloque 1 - La naturaleza como principio de diseño

Introducción a la bioinspíración y la biomimética. Organización jerárquica en materiales biológicos: de la escala molecular a la macroscópica. Ejemplos clave: nácar, hueso, hoja de loto, seda de araña, proteínas adhesivas del mejillón. Niveles de complejidad estructural y sus consecuencias funcionales. Reglas de diseño derivadas de la naturaleza: multifuncionalidad, autoensamblaje, fabricación en condiciones ambientales.


Bloque 2 - Interacciones luz-materia y nanomateriales ópticos

Fundamentos de la interacción luz-materia: absorción, dispersión, reflexión, fluorescencia y resonancia de plasmón. Color estructural en la naturaleza (mariposa Morpho, pluma de pavo real, Pollia condensata): cristales fotónicos y fenómenos de interferencia. Nanoestructuras plasmónicas: resonancia de plasmón superficial localizado, aplicaciones en sensores e imagen. Materiales inspirados en la melanina: absorción de banda ancha, captación de radicales libres, conducción iónico-electrónica. Diseño de dispositivos fotónicos y plasmónicos bioinspírados.


Bloque 3 - Recubrimientos adhesivos y funcionales bioinspírados

Química de superficies en la naturaleza: proteínas adhesivas del mejillón, DOPA y química del catecol. Polidopamina: síntesis, estructura, posfuncionalización, universalidad de deposición. Mojabilidad y antiadherencia biológica: efecto loto, superficies superhidrofóbicas y superhidrofílicas. Recubrimientos bioinspírados y películas autoportantes para aplicaciones biomédicas: antimicrobianos, regeneración tisular, funcionalización de implantes.


Bloque 4 - Andamiajes funcionales para aplicaciones biomédicas (y otras)

Definición y requisitos de los andamiajes biomédicos: biocompatibilidad, biodegradabilidad, compatibilidad mecánica, porosidad, química de superficies. Materiales de andamiaje bioinspírados: compuestos colágeno-hidroxiapatita, fibroína de seda, quitosano, etc. Estrategias de fabricación: electrohilado, liofilización, bioimprésión 3D, autoensamblaje. Liberación de fármacos y liberación local desde andamiajes. Consideraciones de sostenibilidad y química verde en el diseño. Aspectos regulatorios y de traslación: del laboratorio a la aplicación clínica. Otras aplicaciones en diferentes áreas (energia, ciencia de materiales, etc.).

Actividades formativas y Metodología

Título Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Preparación de la presentación de grupo 22 0,88 CA32, CA33, CA34, SA40, SA41
Seminarios de casos reales 5 0,2 CA32, CA33, CA34, SA40, SA41
Tutorías y seguimiento del proyecto de grupo 10 0,4 CA33, CA34, SA40, SA41
Estudio y revisión de la literatura científica 18 0,72 KA33, KA34, KA35
Clases teóricas 14 0,56 CA32, CA33, CA34, KA33, KA34, KA35

La asignatura combina clases teóricas estructuradas que cubren los fundamentos teóricos y aplicados de cada bloque de contenido con seminarios de casos reales en los que se discuten y evalúan críticamente artículos científicos.


Un componente central de la metodología es la actividad de proyecto de grupo: el estudiantado, de forma individual o en grupos de 2-3 personas, recibe un concepto o sistema extraído de la naturaleza. A partir de esa referencia biológica, debe desarrollar una presentación que aborde: (i) por qué el sistema natural es de interés y qué propiedades específicas lo hacen destacable; (ii) cómo esas propiedades pueden traducirse en el diseño de un nuevo nanomaterial funcional; y (iii) qué aplicaciones biomédicas, ambientales u otras podrían beneficiarse de dicho material. Las presentaciones se exponen oralmente ante todo el grupo y están sujetas a preguntas del profesorado y del resto del estudiantado.


Las horas supervisadas incluyen tutorías de seguimiento del proyecto de grupo.

Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.

Evaluación

Actividades de evaluación continuada

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Defensa oral de los proyectos 30% 3 0,12 CA32, CA33, CA34, SA40, SA41
Entrega escrita individual 25% 1 0,04 KA33, KA34, KA35
Examen 45% 2 0,08 CA32, CA33, CA34, KA33, KA34, KA35, SA40, SA41

Entrega escrita individual (25%): Cada estudiante presenta individualmente una propuesta escrita breve en la que selecciona un sistema o estrategia biológica, que puede estar relacionado con el proyecto de grupo, pero debe ser distinto, y esboza una estrategia preliminar para trasladarlo al diseño de un nanomaterial funcional. La propuesta debe identificar: la propiedad o función objetivo, la estrategia de traducción propuesta desde el principio biológico al diseño del material y al menos una aplicación plausible. Los criterios de evaluación incluyen la claridad del razonamiento biológico, la solidez científica de la estrategia de traducción propuesta y el uso y citación adecuados de la literatura científica. Esta entrega es individual, incluso para el estudiantado que trabaje en grupo en la defensa oral.


Defensa oral (30%): El estudiantado, de forma individual o en grupo, presenta su proyecto de diseño de materiales inspirados en la naturaleza. Los criterios de evaluación incluyen: precisión y profundidad del análisis biológico, calidad y viabilidad del diseño de material propuesto, especificidad y realismo de las aplicaciones propuestas, y capacidad para defender el trabajo ante las preguntas del tribunal. Las presentaciones deben realizarse en inglés.


Examen (45%): Examen escrito que cubre el contenido teórico de los cuatro bloques. El examen consta de una sección tipo test que evalúa conceptos fundamentales y conocimientos de todos los bloques, combinada con una o dos preguntas abiertas en las que el estudiantado debe analizar un texto científico breve o proponer una estrategia de material bioinspírado para un objetivo funcional dado.

Bibliografía

Básica:

  • Wegst U.G.K., Bai H., Saiz E., Tomsia A.P., Ritchie R.O. Bioinspired structural materials. Nature Materials 14 (2015) 23–36.
  • Lee H., Dellatore S.M., Miller W.M., Messersmith P.B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science 318 (2007) 426–430.
  • Aizenberg J., Fratzl P. Biological and biomimetic materials. Advanced Materials 21 (2009) 387–388.
  • d'Ischia M. et al. Polydopamine and eumelanin: from structure–property relationships to a unified tailoring strategy. Accounts of Chemical Research 47 (2014) 3541–3550.
  • Langer R., Vacanti J.P. Tissue Engineering. Science 260 (1993) 920–926.


Complementaria:

  • Bhushan B. (Ed.). Biomimetics: Nature-Based Innovation. CRC Press, 2012.
  • Ratner B.D., Hoffman A.S., Schoen F.J., Lemons J.E. (Eds.). Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine. 3rd ed., Academic Press, 2012.
  • Bolaños-Cardet J., Ruiz-Molina D., Yuste V.J., Suárez-García S. Bioinspired phenol-based coatings for medical fabrics against antimicrobial resistance. Chemical Engineering Journal 481 (2024) 148674.
  • Maroli G., Rosati G., Suárez-García S. et al. Wearable, battery-free, wireless multiplexed printed sensors for heat-stroke prevention with mussel-inspired bio-adhesive membranes. Biosensors and Bioelectronics 260 (2024) 116421.
  • Wong T.-S. et al. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity. Nature 477 (2011) 443–447.


Software

No se requiere ningún software específico. Se espera que el estudiantado utilice herramientas estándar de ofimática y presentación para el proyecto de grupo. Es imprescindible el acceso a bases de datos de literatura científica (Web of Science, Scopus, PubMed) a través de la UAB.

Grupos e idiomas de la asignatura

La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura

Tipo de docencia Grupo Idioma Semestre Turno
(TEm) Teoría (máster) 1 Inglés primer cuatrimestre tarde