El progreso tecnológico de la humanidad se ha basado principalmente en el dominio de los materiales, registrándose en varias etapas como son la edad de piedra, de cobre, de bronce, de hierro, de la porcelana; en la revolución industrial del: zinc (Zn), silicio (Si), aluminio (Al), cemento, polímeros, metales amorfos y nanotubos de carbono. Por ejemplo, el silicio ha permitido la evolución de los sistemas digitales los cuales son la base de los ordenadores y de las telecomunicaciones que usamos cotidianamente. Actualmente, los avances de la tecnología permiten el control de sus tamaños, formas, áreas de superficie, fases, interfases, en un nivel micro y nanométrico. La variación de dichas propiedades estructurales y morfológicas originada por su naturaleza química y sus condiciones de fabricación puede causar una mejora en sus propiedades: mecánicas, ópticas y electrónicas; lo cual se puede usar para desarrollar tecnología. Un nanomaterial se define como aquel en el que una de sus dimensiones es menor a 100 nanómetros, y según el número de dimensiones que cumplan con esta definición se puede categorizar en: 0D, ID, 2D y 3D [1]. En las últimas décadas se han creado centros en nanotecnología en todo el mundo [2]. Por otra parte, es bien conocida la necesidad de impulsar tecnologías emergentes en nuestro país, especialmente en el sur, donde la economía está principalmente basada en la explotación de recursos naturales y el turismo, siendo el desarrollo tecnológico aún más escaso que otras regiones. La mayoría de los centros que desarrollan nanotecnología están ubicados en el norte y el centro de México. En este contexto se funda el Centro de Investigación de Investigación en Micro y Nanotecnología (Microna) en el 2005 como un centro pionero en su tipo en el sureste mexicano.
Microna tiene entre sus funciones fundamentales la investigación, la docencia, el desarrollo tecnológico, y la difusión del conocimiento a la sociedad en general buscando una transformación integral, acorde a los ejes del plan de trabajo rectoral 2021-2025. Desde sus inicios, los dos programas de posgrado ofrecidos por este Centro han estado incorporados en el programa nacional de posgrados de calidad (PNPC) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT): la “Maestría en Ciencias en Micro y Nanosistemas” en grado consolidado y el “Doctorado en Materiales y Nanociencia” en la categoría de “reciente creación”. A partir del año 2023, ambos programas están en proceso de inscripción al Sistema Nacional de Posgrados (SNP) del CONACyT, con el objetivo de formar a profesionales con una sólida preparación en la investigación científica básica y aplicada en diferentes áreas de las Micro y Nanociencias. A la fecha se cuenta con un registro de 15 estudiantes de maestría y 23 de doctorado.
En el año 2018 se crea el programa de Doctorado en Materiales y Nanociencias, y desde entonces ha habido un total de 44 estudiantes registrados en el programa. De estos, 18 alumnos han completado sus estudios y se han graduado, mientras que 23 estudiantes se encuentran actualmente activos y estudiando su plan de estudios. Lamentablemente, 3 estudiantes han sido dados de baja del programa debido a su bajo desempeño académico. Los graduados del programa están distribuidos en tres generaciones distintas, con una representación equitativa de género, contando con 9 hombres y 9 mujeres entre ellos. La última generación de egresados concluyó su programa en enero del año 2023. En los últimos 5 años, desde la graduación de la primera generación de estudiantes, se han logrado resultados altamente satisfactorios en el programa. Un ejemplo de ello es el incremento significativo en la publicación de artículos científicos, los cuales han sido publicados en revistas de alto impacto en el área de Nanociencia. Los temas abarcados en estos artículos son diversos e incluyen Nanomateriales [3-7], Óptica [8,9], Ambiente [10], Corrosión [11,12], Energía [13,14], y Electrónica [15]. Este amplio rango de temas refleja la capacidad del programa de Doctorado en Materiales y Nanociencia para abordar múltiples áreas de interés y contribuir significativamente al conocimiento científico en cada una de ellas.
En el proceso de reestructuración del programa de Doctorado en Materiales y Nanociencia, se ha considerado la experiencia adquirida desde su creación, prestando especial atención a la retroalimentación proporcionada por los estudiantes y empleadores. En este sentido, se llevaron a cabo encuestas a ambos grupos, lo que permitió obtener información valiosa. Los resultados revelaron que el 100% de los estudiantes que han egresado del programa han conseguido empleo en menos de un año, siendo las principales fuentes de empleo las Universidades Públicas y Privadas de la región, tales como la Universidad Veracruzana, el Instituto Tecnológico Nacional de México campus Veracruz y Boca del Río, así como instituciones privadas como la Universidad Cristóbal Colón y el Instituto Olmeca de Veracruz. En lo que respecta a las habilidades adquiridas por los estudiantes, la mayoría de los egresados (73% de un total de 11 encuestados de las dos primeras generaciones) calificó como excelente su capacidad en áreas como la gestión del tiempo, la comunicación (oral y escrita), la capacidad crítica, la síntesis de información científica, la adaptación a nuevas circunstancias, la generación de ideas, la tolerancia y el compromiso social, ver Figura 1. Además, los egresados consideraron que la formación teórica y práctica brindada por los profesores del programa fue satisfactoria. La calificación de los empleadores en estas mismas habilidades y aspectos mencionados reafirmó la valoración positiva de los egresados. Asimismo, se realizaron encuestas a estudiantes actualmente inscritos en el programa (18 estudiantes en total), y en promedio, el 71% de ellos calificó como excelente las habilidades antes mencionadas. En general, aquellos estudiantes que no calificaron como excelente las actividades del programa, aun así, les otorgaron una calificación de buena en una escala de categorías que incluye excelente, buena, regular, deficiente y nula.
Además, se ha observado que un 73 % de los graduados del doctorado ha calificado como buena su formación en liderazgo, trabajo en equipo y habilidades en lengua extranjera, mientras que el resto (27 %) la calificó como excelente. En contraste, entre los estudiantes inscritos, un 59 % calificó como excelente las habilidades adquiridas en liderazgo y trabajo en equipo. Se ha identificado una necesidad de mejora en la oferta de oportunidades para practicar el idioma inglés, así como en la evaluación de las materias relacionadas con el proyecto de tesis. Cabe destacar que un 91 % de todos los estudiantes, tanto inscritos como graduados, considera la preparación académica de los miembros del programa como excelente. Con el objetivo de mejorar los aspectos mencionados anteriormente, la presente reestructuración contempla una revisión exhaustiva del temario de las materias de avance de tesis, con el fin de adecuarlas y asegurar que los estudiantes finalicen su doctorado en tiempo y forma.
También se realizaron encuestas a potenciales estudiantes aspirantes al programa de doctorado (12 estudiantes), quienes actualmente se encuentran cursando la Maestría en Micro y Nanosistemas en Microna (7 están en cuarto semestre, y 5 en segundo semestre). De los cuales, entre los de cuarto semestre, 3 de ellos están interesados en estudiar el Doctorado en Materiales y Nanociencia; y de los de segundo semestre, también 3. Esta tendencia en dicho número de estudiantes se ha mantenido en las últimas generaciones donde alrededor de la mitad de nuestros estudiantes son de la Maestría impartida en nuestro centro.
Contexto Social
Los materiales y nanonomateriales tienen aplicaciones en prácticamente todo el quehacer humano, como lo es en el sector: eléctrico, metal mecánico, medio ambiente, energético, medicina, electrónica, agricultura, y alimentos entre otros [16-18].
Específicamente, en el medio ambiente, en donde se han reportado avances en el desarrollo de bio-lubricantes que disminuyen el uso de materiales sintéticos derivados del petróleo [18], catalizadores basados en nanomateriales que mejoran la desulfuración de gasolinas hasta el nivel de unas cuantas partes por millón [19-21] y el desarrollo de recubrimientos que incrementan el tiempo de vida útil de piezas mecánicas, lo que disminuye la generación de chatarra [22].
También se identifican materiales y nanomateriales para el tratamiento de aguas residuales, desalinización de agua, descontaminación de suelos, tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nanosensores para la detección de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos. En el sector energético, se pueden identificar dispositivos basados en materiales nanoestructuras enfocados a la generación de energía como los fotovoltaicos [23,24] y las celdas de combustión [25,26]. Además, existe otra gama amplia de nanomateriales enfocados al ahorro de energía como los termocrómicos [27] y electrocrómicos [28-30] que son capaces de regular el tipo y la intensidad de la luz dependiendo de la temperatura ambiental y/o aplicación de corriente eléctrica que pueden ser utilizados en ventanas “inteligentes” en la mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, además de tecnologías que ayudan a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos más eficientes basados en nanomateriales. Mejorando la eficiencia de los paneles y placas solares gracias a nanomateriales especializados en la captura y almacenamiento de energía solar.
En Medicina, se han utilizado nanomateriales como nanotransportadores de fármacos para lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles para detectar como para el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades [31-33], biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, otros nanomateriales se pretenden utilizar para implantes en hueso y piezas dentales [34,35], nanobots programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido óseo a raíz de una fractura, nanopartículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..
En la industria de Alimentos se utilizan materiales como nanosensores y nanochips útiles en el aseguramiento de la calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionan como nariz y lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y otros contaminantes, desarrollo de nanoenvases, Nanoalimentos con propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades organolépticas [36-38].
En electrónica se han empleado nanomateriales en el desarrollo de componentes electrónicos que permitan aumentar drásticamente la velocidad de procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nanocables cuánticos, circuitos basados en Grafeno o Nanotubos de Carbono [39]. Y en las tecnologías de la comunicación e informática, se emplean nanomateriales en el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas flexibles y transparentes, además el desarrollo de la computación cuántica.
Por otro lado, en la actualidad distintos temas relacionados a los estudios de corrosión a escala nanométrica y tribocorrosión. Estos se han abordado por el hecho de que se han desarrollado una gran cantidad de nanomateriales para su uso en diferentes ámbitos, y el desgaste es uno de los daños más severos que pueden sufrir estos nuevos materiales. El diseño y síntesis de nanocompositos como recubrimientos anticorrosivos, el uso de películas nanoestructuradas con un espesor nanométrico, el uso de nanopartículas como inhibidores de corrosión o como nano contenedores de estos últimos, así como el uso de nanopartículas como aditivos dentro de la matriz del concreto, son algunos de los ejemplos de la aplicación de la nanociencia y nanotecnológica para combatir el fenómeno de corrosión [40].
En este contexto, las líneas de generación y aplicación del conocimiento de este plan de estudios (las cuales se describirán más adelante) cubren todas las áreas anteriormente mencionadas. Las cuales son pertinentes para el desarrollo social y económico de la región y del país. Particularmente, en nuestro estado: se enfrentan problemas graves de contaminación de suelo y agua, se lidia con una alta corrosión de materiales, se posee un alto recurso solar que se debe aprovechar, existe una gran producción de alimentos, y se cuenta con industria metal mecánica y de materiales que se debe impulsar. Por esta razón es necesario la formación de recursos humanos con el mayor nivel de conocimiento científico y tecnológico que sea capaz de diseñar, fabricar, caracterizar e implementar los nanomateriales en dichas áreas.
