Dissertations / Theses on the topic 'Nanoestructuras de carbon'

Nowadays, our modern society huge challenges related to energy, savings as well as energy management, to improve and extend the standard of living to a growin population over 7000 million people, and do it with sustainable technologies becomes our main survival role play. Energy storage is a critical question to obtain a complete energy management system. Storage devices, suitably controlled by modern fast power electronic converters, may play a fundamental role in facing the challenge of global energy savings. In the present work, a new storage system based in electrochemical double layer capacitor has been developed and tested. The present doctoral thesis gives background related to energy storage based on supercapacitors. It attempts to place the supercapacitor device in context of available and future technologies for alternative energy systems management. Limitations of cells and electrodes are introduced. Ionic transport in active carbon and carbon nanofiber electrodes and possible restrictions in carbon nanostructured porous systems are studied and a novelty method to solve them are described. There are some open issues in the supercapacitor development, in this thesis the major challenges are introduced and how we can go beyond them, become the major objective. The results from the studies are presented in this thesis together with the scientific papers this thesis is based on.
Avui en dia, en les societats modernes, tenim l’important repte de fer sostenible el consum d’energia i al mateix temps salvaguardar els estàndards de qualitat de vida, en un planeta amb mes de 7.000 milions de persones, per això en l’acord de Paris (2015) es va marcar com objectiu que l’increment de temperatura mundial quedi per sota dels 2ºC, per aconseguir aquest objectiu s’han de reduir les emissions de gasos que influeixen negativament en l’efecte hivernacle. Reduir les emissions de gasos passa per un us mes racional de les diferents fonts d’energia, prioritzant l’energia elèctrica, que ha mostrat ser la menys contaminat. Un ús eficient de l’energia elèctrica passa pel desenvolupament de nous sistemes per emmagatzemar l’energia elèctrica, tant pel seu ús en sistemes de transport com per el nou paradigma de les ciutats intel·ligents. En aquest treball s’ha proposat: 1.- Estudiar els sistemes d’emmagatzematge elèctric basats en supercondensadors, des de les diferents parts que formen el supercondensador, s’han analitzat a fons les tres parts principals que conformen el supercondensador: Els elèctrodes, els separadors i l’electròlit. S’ha dedicat un especial esforç al estudi i disseny de nous elèctrodes, per això, s’han fet servir nanofibres de carbó, comprovant l’efecte del dopat de les nanofibres de carboni amb òxid de manganès millora de forma notable els valors de la capacitat especifica, arribant a valors de 812 F/g mesurats amb una rampa de tensió de 5 mV/s, i també, pensant en una futura industrialització del procés de fabricació, s’ha estudiat en profunditat la concentració i el tipus de polímer que es pot fer servir com a “binder” per mantindré l’estructura mecànica del elèctrode. 2.- Desenvolupar un nou sistema basat en l’ús de nano estructures carbonoses per la fabricació d’elèctrodes de supercondensadors de alta eficiència. S’ha estudiat l’efecte de fer servir nanofibres de carbó juntament amb carbó activat per millorar la resposta tant pel que fa a la capacitat especifica com a la resistència sèrie equivalent (ESR), s’han obtingut valors de capacitat especifica de 334 F/g fent servir únicament carbó activat i de 52 F/g amb nano fibres, fent servir sempre una rampa de tensió de 5 mV/s. Pel que fa a la ESR, les nanofibres, com era d’esperar, ens proporcionen el valor mes baix (0.28 Ω) en comparació als valors obtinguts fent servir carbó activat (3.72 Ω). Per aprofitar les millors característiques de les nano fibres i del carbó activat, s’ha estudiat quina es la millor relació entre elles: (90% de AC / 10% de CNFs) amb això el millor valor obtingut ha estat de 207 F/g. 3.- Estudiar el fenomen de la conductivitat iònica a l’interior de les estructures carbonoses dels elèctrodes i desenvolupar una millora que permeti reduir la resistència sèrie equivalent (ESR). Pensant en la sostenibilitat, s’ha dedicat un esforç especial al estudi i desenvolupament d’electròlits en base aquosa, que permetin optimitzar els valors de resistència sèrie equivalent (ESR) al mateix temps que s’ha evitat fer ús de productes nocius pel medi ambient o que requereixin de processos industrials complicats per la seva obtenció. En base a això, s’ha comprovat que el millor electròlit de base aquosa es la dissolució 1M de KOH, malgrat que aquesta es reactiva a l’alumini i complica el posterior procés d’encapsulat. Finalment s’ha optat per el sulfat de sodi (Na2SO4) que ha estat fet servir com ha referencia en bona part del estar del art, malgrat això, s’ha comprovat que la concentració del aigua del Mart Mort, que conté bàsicament clorurs de magnesi i potassi també dona uns resultats acceptables. 4.- Estudiar els efectes de la auto descàrrega i proposar un nou tipus de separadors que permeti millorar aquest paràmetre, seguint el model del supercondensador, seria fer que la resistència paral·lel sigui d’un valor el mes gran possible. Un dels elements constituents dels supercondesandors que ha estat poc estudiat en la literatura científica es el separador, habitualment es fa servir cel·lulosa, en aquest estudi s’ha estudiat l’efecte del separador de cel·lulosa en comparació amb un separador de fibra de vidre i per últim s’ha comprovat que les membranes conductores iòniques, que habitualment es fan servir en les bateries de flux, ens proporcionen els millors resultats pel que fa als valors de la resistència paral·lel.

2013/2014
La nanotecnologia è chiamata a rivoluzionare molti settori della nostra vita. Tra tutti i campi in cui è convolta, la ricerca delle energie rinnovabili, la possibilità di ottenere acqua pulita in tutte le parti del mondo, il miglioramento della salute e l’aumento dell’aspettativa di vita e lo sviluppo di sistemi informatici, sono gli obiettivi che si distinguono. Le nanostrutture di carbonio sono materiali promettenti che possono aiutare a raggiungere questi obiettivi: includono fullereni, grafene, nanotubi e nanohorns di carbonio. Tutti hanno proprietà interessanti e offrono nuovi vantaggi per le applicazioni in chimica dei materiali e nella medicina. Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato interessanti metodi per modificare queste nanostrutture per poterli applicare nei campi sopra menzionate. In questo contesto, lo scopo generale di questa tesi è il disegno di sistemi multifunzionali basati su nanostrutture di carbonio destinati ai sensori e alle applicazioni biologiche. Nel capitolo 1, viene fatta una breve panoramica dei nanotubi e i nanohorns di carbonio, spiegando la loro struttura, le loro proprietà e le loro applicazioni. Inoltre, vengono descritte le diverse strategie per la loro funzionalizzazione. Il riconoscimento molecolare gioca un ruolo importante in molti sistemi biologici. In flavoproteine, l'interazione specifica tra il cofattore flavina e l’apoenzima determina la reattività della proteina. Di conseguenza, la modulazione dell'ambiente delle flavine può essere utilizzata come strumento per determinare il loro comportamento e anche per comprendere i processi molecolari negli enzimi. Con questi obiettivi in mente, nel capitolo 2 è descritta la sintesi di differenti derivati basati sul sistema nanotubi di carbonio-triazina per l’uso come ricevitori di riboflavina. In primo luogo, la sintesi e la caratterizzazione di diverse 1,3,5-triazine sono riportate. In una seconda fase, viene descritta la funzionalizzazione di nanotubi di carbonio a parete singola e a parete multipla con le differenti triazine e anche con catene di p-tolil, impiegando le radiazioni microonde. Dopo, si riporta la caratterizzazione completa di questi derivati con varie tecniche. L’auto-assemblaggio degli ibridi è stato analizzato con microscopia elettronica a trasmissione, osservando come i funzionalizzati con 1,3,5-triazine formano buone dispersioni in acqua, mentre loro si auto-assemblano in solventi non polari a causa del riconoscimento di legami d’idrogeno complementari. Tuttavia, derivati funzionalizzati con p-tolil formano migliori dispersioni in solventi organici ed invece si auto-assemblano in acqua. Viene poi studiata la capacità dei nanotubi di carbonio funzionalizzati a parete multipla di riconoscere la riboflavina con la spettroscopia di fluorescenza e ultravioletta visibile, analizzando la grandezza delle interazioni non-covalenti. Si vede come la funzionalizzazione covalente dei nanotubi di carbonio diminuisce la loro capacità di formare interazioni  mentre le interazioni di legame d’idrogeno giocano un ruolo fondamentale nel processo di riconoscimento tra i membri del sistema. Inoltre, si è demostrata l’influenza dei tipi di triazine nel comportamento della riboflavina. In questo modo, è dimostrata la modulazione del riconoscimento molecolare della riboflavina attraverso i diversi nanotubi. Così, recettori artificiali in processi di catalisi possono essere specificamente disegnati per ottenere il controllo delle interazioni tra i nanotubi di carbonio funzionalizzati e la riboflavina, modificando il suo comportamento. Inoltre, le dimensioni e le eccellenti proprietà di nanotubi permettono di utilizzarli come strumento nella progettazione di sensori per la rivelazione di singole molecole. Nel capitolo 3 si riporta la modifica di nanohorn di carbonio per l'impiego come farmaci selettivi nella terapia del cancro è rapportata. Prima, si mostra la sintesi e la caratterizzazione di diversi ibridi di nanohorn: Antibody-CNH, Drug-CNH, Antibody-Drug-CNH e Double Functionalized-CNH. In particolare vengono usati cisplatino, come profarmaco, ed un anticorpo specifico per le cellule che mostrano l’antigene PSMA (Prostate-specific membrane antigen). Di seguito, vengono presentati diversi esperimenti biologici sviluppati in collaborazione con il professor Marco Colombatti dell’Università degli Studi di Verona (Italia). L’ibrido Antibody-Drug-CNH possiede una migliore capacità di uccidere selettivamente le cellule che presentano l'antigene PSMA, rispetto ad altri derivati di nanohorns. Il nuovo sistema progettato offre un grande potenziale dato dalla possibilità di modificare il tipo e il grado di funzionalizzazione. Questo permette di variare la quantità di farmaco o di anticorpo nelle nanostrutture con lo scopo di migliorare l’efficienza dei nuovi derivati. Inoltre, questo metodo può incorporare altri farmaci o anticorpi al sistema, aprendo la porta al trattamento di altre malattie. Il capitolo 4 descrive l'applicazione di diverse nanostrutture di carbonio nella terapia genica. Prima, si mostra la funzionalizzazione di nanohorns di carbonio con gruppi amminici, impiegando diversi metodi che utilizzano le radiazioni a microonde (cicloaddizione 1,3-dipolare e addizione radicalica). In seguito, viene presentato il lavoro svolto in "the Nanomedicine Lab" (Università di Manchester), sotto la supervisione del Prof. Kostas Kostarelos. L'efficacia dei nanohorns di carbonio funzionalizzati per formare complessi con siRNA è comparata con quella dei nanotubi di carbonio forniti dal gruppo del professor Kostarelos. Si è visto come i nanohorn di carbonio formino complessi con siRNA a differenza dei nanotubi. I complessi siRNA/nanohorn si caratterizzano utilizzando varie tecniche e viene analizzata la loro capacità di rilasciare il siRNA. Sebbene nanohorn di carbonio funzionalizzati con l’addizione radicalica mostrano una forte interazione con il materiale genetico, i derivati funzionalizzati con la cicloaddizione 1,3-dipolare lo rilasciano più facilmente. I risultati suggeriscono che, per conseguire il miglior carrier, la complessazione totale del siRNA con le nanostrutture dovrebbe essere evitato. Tuttavia, gli ibridi devono essere analizzati in vitro per garantire la migliore scelta. Questo studio contribuisce alla comprensione dell’uso di nanohorn di carbonio come vettori per terapia genica; ma, un maggior numero di derivati deve essere analizzato per un confronto completo con i nanotubi di carbonio.
La nanotecnología se presenta como una nueva ciencia que podrá revolucionar multiples aspectos de nuestras vidas. Entre los numerosos campos en los que la nanotecnología está centrada, la búsqueda de energías renovables, la posibilidad de obtener agua limpia en cualquier parte del mundo, la mejora de la salud y la longevidad de las personas así como el avance de los sistemas informáticos, son los objetivos que más destacan. Las nanoestructuras de carbon son nanomateriales prometedores que pueden ayudar a lograr esas metas. Estos materiales incluyen fullerenos, grafeno, nanohorns y nanotubos de carbono, entre otros. Todos ellos presentan propiedades interesantes y ofrecen nuevas ventajas para aplicaciones en química de materiales y medicina. Nuestro grupo de investigación ha desarrollado metodologías interesantes para la modificación de esas nanoestructuras con el objeto de que puedan ser útiles en las aplicaciones citadas anteriormente. En ese contexto, el objetivo general de esta tesis es el diseño de sistemas multifuncionales basados en nanoestructuras de carbono para ser usados en sensores y en aplicaciones biológicas. En el capítulo 1 se detallan la estructura y las propiedades de los nanohorns y los nanotubos de carbono junto a sus aplicaciones. Además, se muestra un resumen de las diferentes metodologías usadas para su funcionalización. El reconocimiento molecular juega un papel importante en numerosos sistemas biológicos. En flavoproteinas, la interacción específica entre el cofactor flavina y la apoenzima determina la reactividad total de la proteina. De este modo, la modulación del entorno de la flavina puede usarse como herramienta para determinar su comportamiento y, además, para entender los procesos moleculares en las enzimas. Con esos objetivos en mente, en el capítulo 2 se describe la síntesis de diferentes derivados basados en el sistema nanotubo de carbono-triazina para usarlos como receptores múltiples de riboflavina. En primer lugar, se sintentizan y caracterizan distintas 1,3,5-triazinas. En un segundo paso, se funcionalizan nanotubos de carbono tanto de pared simple como de pared multiple con las diferentes triazinas así como con cadenas de p-tolilo usando radiación microondas, y esos derivados se caracterizan completamente mediante diversas técnicas. El autoensamblaje de los híbridos se analiza mediante microscopía de transmisión electrónica observando como los derivados de 1,3,5-triazinas forman buenas dispersiones en agua y se autoensamblan en disolventes no polares debido al reconocimiento mediante enlaces de hidrógeno complementarios. Sin embargo, los derivados de p-tolilo forman mejores dispersiones en disolventes orgánicos y se agregan en agua. Finalmente, la habilidad de los nanotubos de carbono de pared múltiple funcionalizados para reconocer la riboflavina se estudia mediante fluorescencia y espectrocopía ultravioleta visible, analizando el alcance de las interacciones no covalentes. La funcionalización covalente de nanotubos de carbono disminuye su habilidad para formar interacciones  mientras que las interacciones mediante enlaces de hidrógeno juegan un papel fundamental en el proceso de reconocimiento entre los componentes del sistema. También se estudia la infuencia de las diferentes triazinas en el comportamiento de los complejos. De esta manera, se demuestra la modulación del reconocimiento de la riboflavina por medio de los diversos híbridos de nanotubos de carbono. Así, los receptores artificiales en procesos de catálisis pueden ser específicamente diseñados para lograr control de la interacción entre los nanotubos de carbono funcionalizados y la riboflavina, modificando así su comportamiento. En el capítulo 3 se describe la modificación de nanohorns de carbon para ser usados como fármacos selectivos en la terapia contra el cancer. En primer lugar se muestra la síntesis y caracterización de diferentes híbridos de nanohorns: Antibody-CNH, Drug-CNH, Antibody-Drug-CNH and Double Functionalized-CNH. En particular se usan cisplatino en forma de prodroga y un anticuerpo específico (D2B) para células de próstata que muestran el antígeno PSMA. Finalmente se presentan diferentes experimentos biológicos desarrollados en colaboración con el profesor Marco Colombatti, de la Universidad de Verona (Italia). Se demuestra la mejor habilidad del híbrido Antibody-Drug-CNH para matar selectivamente células que muestran el antígeno PSMA en comparación con los otros derivados de nanohorns. El nuevo sistema diseñado ofrece gran potencial debido la la posibilidad de modificar tanto el tipo como el grado de funcionalización. Esto permite variar la cantidad de fármaco o anticuerpo en la nanoestructura con el objetivo de conseguir una mejor eficacia del derivado. Además, con este método se pueden incorporar otros fármacos o anticuerpos al sistema, lo que abre la puerta al tratamiento de otras enfermedades. El capítulo 4 describe la aplicación de distintas nanoestructuras de carbono en terapia génica. Primero se muestra la funcionalización de nanohorns de carbono con grupos amino mediante diferentes metodologías usando radiación microondas (cicloadición 1,3-dipolar y adición radicálica). Después, se presenta el trabajo desarrollado en “the Nanomedicine Lab” (Universidad de Manchester) bajo la supervision del profesor Kostas Kostarelos. Se compara la eficacia de los nanohorns de carbono funcionalizados para formar complejos con siRNA con la de una serie de nanotubos de carbono aportados por el grupo del profesor Kostarelos. En nuestros experimentos, los nanohorns de carbon forman complejos mejor que los nanotubos. Los complejos siRNA/nanohorns se caracterizan mediante diversas técnicas y se analiza su capacidad de liberar el siRNA. Aunque los nanohorns de carbono funcionalizados mediante adición radicálica muestran una interacción más fuerte con el material genético, los derivados funcionalizados mediante cicloadición 1,3-dipolar lo liberan de manera más fácil. Los resultados sugieren que la complejación total entre el siRNA y la nanoestructura debe ser evitada para lograr más fácilmente el posterior desplazamiento de este dentro de la célula. Sin embargo, para garantizar la elección del híbrido más eficaz, los complejos deben ser analizados in vitro. Por tanto, este estudio contribuye al entendimiento de los nanohorns de carbono como vectores en terapia génica. No obstante, un mayor número de derivados deben ser analizados para lograr una comparación completa con los nanotubos de carbono.
Nanotechnology is claimed to revolutionize every aspect of our life. Among the large number of fields in which nanotechnology is involved; finding renewable clean energy, obtaining clean water for all, improving health and longevity and enhancing computing power are the most noteworthy. Carbon nanostructures are promising nanomaterials that can help to achieve these objectives. Fullerenes, graphene, nanohorns and nanotubes are including within these materials. All of them exhibit interesting properties and offer new opportunities for applications in material chemistry and medicine. Our research group has developed interesting methodologies for modifying these nanostructures in order to be used in the aforementioned applications. In this context, the objective of this thesis is the design of multifunctional systems based on carbon nanomaterials to be applied in sensors and in biological applications. Chapter 1 explains the structure, properties and applications of carbon nanohorns and carbon nanotubes, together with their applications. In addition, it provides an overview of the different methodologies to functionalize them. Molecular recognition plays an important role in numerous biological systems. In flavoproteins, the specific interaction between the flavin cofactor and the apoenzyme determines the reactivity of the entire protein. Therefore, the modulation of the environment of flavins can be used as a tool to set their behaviour and to understand the molecular processes in enzymes. With these aims, chapter 2 describes the synthesis of different carbon nanotubes-triazine derivatives to be used as multi-receptors of riboflavin. Firstly, different triazines are synthesized and characterized. In a second step, both single-walled and multi-walled carbon nanotubes are functionalized with different 1,3,5-triazine and p-tolyl chains using radical addition under microwave irradiation and these derivatives are characterized by different techniques. The self-assembly of these hybrids is analysed by transmission electron microscopy, observing how the 1,3,5-triazines derivatives form good dispersions in water and self-assemble in non-polar solvents due to the DAD-ADA hydrogen bonding recognition, while the p-tolyl derivatives show better dispersability in organic solvents and aggregate in polar solvents. Finally, the ability of the functionalized multi-walled carbon nanotubes to recognize riboflavin is studied by fluorescence and UV spectroscopy, analysing the scope of the different non-covalent interactions. It is shown that the functionalization of nanotubes by covalent approach decreases the ability of them to form  stacking and also that the hydrogen bond interactions play an important role in the recognition processes between the components. The influence of the different triazines in the complexes is also shown. Thus, the modulation of the molecular recognition of riboflavin by the diverse nanotubes hybrids is demonstrated. Therefore, our study clarifies the understanding of non-covalent interactions in biological systems. In this way, artificial receptors in catalystic processes could be designed through a specific control of the interaction between functionalized carbon nanotubes and riboflavin. Additionally, the size and the excellent properties of carbon nanotubes will permit to use them as the building blocks in the design of sensors for single-molecule detection. In chapter 3, the modification of carbon nanohorns to be applied as new selective drugs in cancer therapy is shown. Firstly, the synthesis and characterization of different conjugates by the functionalization of carbon nanohorns with orthogonal chains is reported: Antibody-CNH, Drug-CNH, Antibody-Drug-CNH and Double Functionalized-CNH. In particular, cisplatin in a prodrug form and a specific D2B antibody for PSMA+ prostate cancer cells are attached. In collaboration with the group of Professor Marco Colombatti, different biological experiments are reported. The better ability of Antibody-Drug-CNH to selectively kill PSMA+ cancer cells in comparison with the other synthesized CNHs hybrids is demonstrated. This new system offers great potentiality due to the possibility of modifying the type and degree of functionalization. This allows the variation of the quantity of drug or antibody attached to the nanostructure in order to play with the killing efficacy. Similarly, the method is useful to attach different drugs or antibodies opening the way to the treatment of other diseases. Chapter 4 describes the application of different carbon nanostructures in gene delivery. Firstly, the functionalization of carbon nanohorns with amino moieties by different methodologies (1,3-dipolar cycloaddition and radical addition) under microwave irradiation and their characterization is shown. Then, the work developed at the Nanomedicine Lab (University of Manchester) under the supervision of Professor Kostas Kostarelos is reported. The efficacy of the functionalized carbon nanohorns to form complexes with siRNA is compared with the one of functionalized carbon nanotubes provides by Prof. Kostarelos’s group. In our experiments, carbon nanohorns form complexes better than nanotubes. The nanohors complexes are characterized by different techniques and their capability to release siRNA is analysed. Although the carbon nanohorns functionalized by radical addition showed the strongest complexation of siRNA, the derivatives functionalized by 1,3-dipolar cycloaddition showed its easiest release. The results suggest that, in order to obtain the best candidate, a complete complexation of siRNA with the carrier should be avoided. However, the analysis of the cellular uptake should be evaluated in the future to assess the greatest candidate. These outcomes contribute to the understanding of the role of carbon nanohorns as gene delivery vectors. Nevertheless, additional derivatives should be tested for a fully comparison with carbon nanotubes.
XXVII Ciclo
1986

Gas sensors can be found in many activities ranging from environment protection, risk prevention, agriculture and even in food, chemical, and petrochemical industries. There exist different technologies for gas sensors depending on the transduction mechanism: mass-sensitive, optical, calorimetric, magnetic, electrochemical and conductometric. In this work, conductometric (or resistive) gas sensors are studied. Conductometric devices base its operating principle on the variation of the electrical conductivity (resistivity) or conductance (resistance) of a reactive (active) material interacting with gas. A chemical reaction between the active material (surface or bulk) and the gas occurs. This reaction induces a variation on some electrical property of the material resulting in a change on the electrical signal (conductivity or resistivity of the active material) of the sensor. Therefore, the sensor material should be compatible with the mentioned properties above. A carbon based material was chosen to be the reactive compound for the conductometric sensors. This material, a specific type of carbon nanofibers (CNFs), shares some suitable properties with other trendy carbon based materials such as carbon nanotubes or graphene. Conductometric gas sensors usually are composed of two main parts: the already mentioned reactive material and the heater device. The heater is required in order to stabilize the temperature of operation and to activate a desired chemical reaction. Unfortunately, despite the efforts to improve the heater technology, this component is still the most power demanding part of the overall device. The here studied sensors have been characterized with a heater device, but also alternative energy sources and other sensing strategies have been tested in order to reduce the energy cost. Among these, the use of ultraviolet and visible light sources were tested in order to modulate the sensor properties. In addition, another non-common strategy was used to operate the sensor: the so called self-heating effect (or Joule effect). To obtain the electrical signal of a sensor, the reactive material have to be scanned, usually a current (or voltage) is applied to the sensor, then, the voltage (or current) is read. If the probing magnitude is increased, the power dissipation through the sensing material, and its temperature, also increases. Therefore, the sensor could be operated without a heater device with a considerable reduction of its power consumption. Moreover, the self-heating also allows reducing the fabrication complexity, as there is no need of the heater element. In summary, the main objective of this work was to characterize the CNFs as a reactive material for conductometric sensors for low cost applications. First, the CNFs properties (electrical, mechanical, response to light and gases) were screened with the aim to assess the applicability of the sensing material (O. Monereo et al., 2013, Flexible sensor based on carbon nanofibers with multifunctional sensing features). Then, the sensor was tested with the use of temperature modulation (S. Claramunt et al., 2013, Flexible gas sensor array with an embedded heater based on metal decorated carbon nanofibres). At this point, a more detailed characterization of the gas sensing properties with O2, H2O, NO2 and NH3 was conducted. Then, the use of continuous self-heating operation (O. Monereo et al., 2015, Self-heating effects in large arrangements of randomly oriented carbon nanofibers: Application to gas sensors) and pulsed self-heating application (O. Monereo et al., 2016, Self-heating in pulsed mode for signal quality improvement: application to carbon nanostructures-based sensors) were found to be efficient methodologies to modulate the sensing characteristics of sensor devices, based on large arrays of nanostructures. Among the benefits achieved, the sensor presented improvements on stability, specificity, the detection time modulation, all along the simplification of device fabrication and the reduction of the power consumption. Finally, the phenomenon of self-heating in carbon nanofibers and its origin was studied (O. Monereo et al., 2016, Localized self-heating in large arrays of 1D nanostructures). In addition, the use of ultraviolet and visible light as alternative energy sources was also assessed and compared with the self-heating operation. Finally, the applicability of self-heating was also tested in graphene based (reduced graphene oxide) and metal oxide based (ZnO) devices to test the applicability of self-heating in other relevant sensing materials.
El objetivo principal de esta tesis es la caracterización de las nanofibras de carbono (CNFs) como material reactivo para sensores resistivos de gas para aplicaciones de bajo consumo. Primero, las propiedades eléctricas, mecánicas y respuesta a luz y gases de las CNFs fueron evaluadas para comprobar la aplicabilidad del material sensor (O. Monereo et al., 2013, Flexible sensor based on carbon nanofibers with multifunctional sensing features). Posteriormente, la respuesta del sensor a gases fue estudiada con modulación de temperatura (S. Claramunt et al., 2013, Flexible gas sensor array with an embedded heater based on metal decorated carbon nanofibres). En este punto, una caracteritzación más detallada de la respuesta del sensor a gases modulados con temperatura se realizó con O2, H2O, NO2 y NH3. A continuación, el uso de la metodología de auto-calentamiento continuo (O. Monereo et al., 2015, Self-heating effects in large arrangements of randomly oriented carbon nanofibers: Application to gas sensors) y pulsado (O. Monereo et al., 2016, Self-heating in pulsed mode for signal quality improvement: application to carbon nanostructures-based sensors) han sido probados como formas energéticamente eficientes para modular la respuesta de sensores basados en grandes matrices de CNFs. Entre los beneficios encontrados, consta una mejora de la estabilidad, especificidad, la modulación del tiempo de detección; todo añadiendo la simplificación de la fabricación. Finalmente, el origen del fenómeno de auto-calentamiento en CNFs fue estudiado en detalle (O. Monereo et al., 2016, Localized self-heating in large arrays of 1D nanostructures). Además, la aplicabilidad de la metodología fue también probada en nanotubos de carbono, óxido de grafeno reducido y nanohilos de óxido de zinc. Finalmente, el uso de luz ultraviolada y visible ha sido estudiado como a energías alternativas para la modulación de los sensores de gases de CNFs.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales
La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de compuestos poliméricos de polipropileno (PP) con nanoestructuras de carbono, mediante mezclado en fundido. El interés principal radica en el desarrollo de materiales multifuncionales que presenten conductividad eléctrica, estabilidad térmica y elevadas propiedades mecánicas, para igualar o superar las propiedades de los nanocompuestos de PP con nanotubos de carbono (CNT), bajo las mismas condiciones de procesamiento, y de este modo poder obtener materiales económicamente más competitivos. Por tal razón, el objetivo de la tesis es analizar el efecto del tipo de estructura de carbono (CNT, grafito (G) y óxido de grafeno térmicamente reducido (TrGO)) sobre las propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas de nanocompuestos de PP. Además, se estudia el efecto de un tratamiento térmico de recocido y de adicionar una segunda nanopartícula, sobre el desempeño de los nanocompuestos. Los resultados indican que la conductividad eléctrica depende fuertemente del tipo de relleno utilizado, lográndose obtener valores de conductividad eléctrica del orden de 10-3 S/m a concentraciones de sólo 2 y 4% en vol. de CNT o TrGO, respectivamente, mientras que en compuestos de PP con G, una conductividad similar se logra con concentraciones de 20% en vol. Del mismo modo, la estabilidad térmica de los nanocompuestos (a bajas concentraciones) es por lo menos 50 ºC superior que los microcompuestos con G. El módulo de Young de los compuestos bajo tracción se incrementó sustancialmente en relación al PP, para todas las partículas a base de carbono, mientras que la ductilidad disminuyó. Los resultados reológicos bajo condiciones de corte oscilatorio en estado fundido, mostraron que los materiales experimentan una transición de líquido a sólido en una concentración umbral que depende fuertemente del tipo de relleno usado, por ejemplo: 5% en vol. de CNT, 4% en vol. para TrGO, y 20% en vol. para G. Mediante un tratamiento térmico de recocido a los compuestos en estado fundido, la conductividad eléctrica se puede incrementar varios órdenes de magnitud, aunque depende del tipo de relleno y su concentración. Sin embargo, la estabilidad de los compuestos térmica no se ve afectada por el recocido. La conductividad eléctrica, estabilidad térmica y viscosidad de los compuestos de PP/TrGO puede incrementarse por la adición de CNT, obteniendo materiales híbridos con bajas concentraciones de CNT (que no superan el 1.5% en vol.), los cuales poseen propiedades superiores a las mezclas binarias, lo que se traduce en un ahorro económico significativo y facilidad en el procesamiento de este tipo de compuestos. Se estableció que las propiedades finales de un material nanocompuesto dependerán no sólo de la morfología del relleno, sino también del tamaño y el estado de dispersión dentro de la matriz.

Tuberculosis is a leading killing disease worldwide with more than 9 million people a ected per year. Current diagnostic methods exhibit several disadvantages; one of the most promising alternatives to overcome this is the development of nanostructured diagnostic systems which are able to detect molecules associated with certain diseases. Graphene since its discovery has been the focus for the development of these sensing elements due to its excellent electronic properties. In this work, a graphene-based eld e ect transistor (FET) has been developed for tuberculosis DNA detection, in order to set the basis for a diagnostic method that overcomes current limitations. The sensing elements composed of graphene monolayers were manufactured in the stages of annealing of the substrate, addition of the linker and functionalization with the addition of a probe DNA for tuberculosis detection. Additionally, two conditions for the sensing element were generated; one with the addition of a complementary DNA sequence (\DNA Target") and the other with a mismatched DNA sequence (\Non-complementary DNA"). The graphene and the transistor, in each stage of the manufacturing process, were structural, chemical and morphologically characterized by Raman Spectroscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Optical Microscopy, Laser Scanning Microscopy (LSM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The results indicated an appropriate functionalization of the graphene surface with the linker, the immobilization of the probe tuberculosis DNA and the hybridization with the corresponding \DNA Target", demonstrated by observation of di erent homogeneous morphologies and an appropriate increase in the roughness in each stage of the manufacturing process. Also by the presence of characteristic peaks of nitrogenous bases and in the variation of graphene bands in the Raman spectrum. On the contrary, the sensor element with the \Non-complementary" showed an agglomeration of the molecules and segregation of salts on a heterogeneous surface. The results of the characterization are consistent with the electronic characteristics previously determined. This investigation contributes to a basis for the development of a tuberculosis detection system based on nanotechnology for clinical application.
La tuberculosis es una de las principales enfermedades mortales en todo el mundo, con más de 9 millones de personas afectadas por año. Los métodos de diagnóstico actuales presentan varias desventajas; una de las alternativas más prometedoras para superar esto es el desarrollo de sistemas de diagnóstico nanoestructurados que son capaces de detectar moléculas asociadas con ciertas enfermedades. El grafeno desde su descubrimiento ha sido un foco para el desarrollo de estos elementos sensores debido a sus excelentes propiedades electrónicas. En este trabajo, se ha desarrollado un transistor de efecto de campo basado en grafeno (FET) para la detección del ADN de la tuberculosis, con el fin de sentar las bases para un método de diagnóstico que supere las limitaciones actuales. Los elementos sensores compuestos de monocapas de grafeno se fabricaron en las etapas de recocido del sustrato, adición del linker y funcionalización con la adición de un probe ADN para la detección de tuberculosis. Adicionalmente, se generaron dos condiciones para los elementos de detección; uno con la adición de una secuencia de ADN complementaria (“DNA Target") y el otro con una secuencia de ADN no complementaria (“Non-complementary DNA"). El grafeno y el transistor, en cada etapa del proceso de fabricación, se caracterizaron estructural, química y morfológicamente por Espectroscopia Raman, Espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), Microscopia óptica, Microscopia de Láser de Barrido (LSM), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Los resultados indicaron una funcionalización apropiada de la superficie del grafeno con el linker, la inmovilización del probe ADN de tuberculosis y la hibridación con el correspondiente “DNA Target", demostrado por la observación de diferentes morfologías homogéneas y un aumento apropiado de la rugosidad en cada etapa del proceso de fabricación. También por la presencia de picos característicos de bases nitrogenadas y en la variación de las bandas de grafeno en el espectro Raman. Por el contrario, el elemento sensor con el “Noncomplementary DNA" mostró una aglomeración de moléculas y segregación de sales sobre una superficie heterogénea. Los resultados de la caracterización son consistentes con las características electrónicas previamente realizadas. Esta investigación contribuye a dar una base para el desarrollo de un sistema de detección de la tuberculosis basado en la nanotecnología para uso clínico.
Tesis

La presente tesis es el resultado del estudio de la síntesis de compuestos de polianilina (PAni) con nanoestructuras de carbono para su aplicación en músculos artificiales y electrodos de supercondensadores. Las nanoestructuras que se emplearon en los compuestos de PAni son nanotubos de carbono multicapa (MWCNT), nanotubos de carbono multicapa dopados con nitrógeno (CNx-MWCNT), nanotubos de carbono multicapa funcionalizados con grupos oxigenados (COx-MWCNT) nanotubos de carbono multicapa exfoliados (exMWCNT), nanofibras de carbono de listones grafíticos helicoidales (HR-CNF) y óxido de grafeno (GO). Antes de abordar el trabajo experimental, se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica acerca del estado del arte de la PAni, las nanoestructuras de carbono empleadas, los compuestos de PAni y la utilización de estos materiales como músculos artificiales y electrodos de supercondensadores. Más adelante se muestran y discuten los resultados experimentales de la síntesis de los compuestos de PAni mediante un método mecánico, al principio (utilizando únicamente MWCNTs y CNx como cargas), y después utilizando la polimerización interfacial in situ. Se analiza la dispersión de las cargas en la matriz polimérica así como su efecto en la conductividad eléctrica de los compuestos. En la sección correspondiente al empleo de los compuestos de PAni como músculos artificiales se describe la construcción de actuadores lineales (constituidos de polvos de compuestos aglomerados con acetato de polivinilo) y actuadores flexionantes bicapa (de compuestos procesados con N-metil-2-pirrolidona) así como el efecto de cada nanoestructura de carbono en el accionamiento de estos dispositivos. Además de los experimentos de accionamiento, a las películas de compuestos de PAni (procesada con NMP) se les realizó una caracterización termomecánica. En el capítulo siguiente se discuten los resultados experimentales sobre la utilización de películas de compuestos de PAni (procesadas con NMP) como electrodos de supercondensadores. Además de las pruebas de voltamperometría cíclica y de carga/descarga (típicas en aplicaciones electroquímicas) se realizó una caracterización termogravimétrica a los compuestos junto a una caracterización termomecánica. Se describe con detalle el efecto de las nanoestructuras de carbono en las propiedades electroquímicas y mecánicas de los electrodos de compuestos de PAni. Las conclusiones más importantes se compendian en un capítulo al final de esta memoria. La bibliografía empleada se lista al final de cada capítulo.

A alta sensibilidade e a reprodutibilidade de sinal são características de dosímetros luminescentes opticamente estimulados, que instigam seu uso no controle da qualidade e dosimetria in vivo em Radioterapia. Nesse trabalho, amostras de Al2O3, Al2O3 (1%C) e Al2O3 com diferentes concentrações de terras-raras e de nanoestruturas de carbono foram estudadas para aplicação em Radioterapia. As amostras foram obtidas pelo processo manual de mistura e maceração e inseridas em cápsulas transparentes, com exceção do material Al2O3 (1%C), que foi obtido na forma de pastilhas. Os sinais OSL para todos os materiais testados apresentaram crescimento de resposta com a dose de radiação. A concentração de 0,02% apresentou maior intensidade de sinal para todos os materiais inseridos na alumina, com exceção do carbono grafite (1%). Os materiais foram caracterizados por diferentes técnicas, para análises espectroscópicas e estruturais. A sensibilidade OSL do material Al2O3 (1%C) foi investigada para feixes de elétrons de 5 a 12 MeV, para feixe de fótons de 6 MV e para uma fonte de Irídio-192. Diferentes características dosimétricas OSL dos materiais Al2O3 (0,02%Eu), Al2O3 (0,02%Tb), Al2O3 (0,02%ntC), Al2O3 (0,02%npC) foram investigadas para feixes de fótons de 50 kVp, de 6 MV e para uma fonte de Irídio-192, em um amplo intervalo de doses. Todos os materiais apresentaram reprodutibilidade de sinal OSL (desvios menores que 1%) e homogeneidade de resposta em grupo de até ±95% (conferida para o dosímetro de Al2O3 (0,02%ntC). Todos os materiais estudados apresentaram sensibilidade satisfatória para doses de interesse clínico. Amostras OSL de Al2O3 (1% C), Al2O3 (0,02%ntC) e Al2O3 (0,02%npC) foram utilizadas para um estudo piloto de dosimetria in vivo em Radioterapia. A dosimetria in vivo sugere o possível uso dos dosímetros na rotina clínica em Radioterapia, através do estabelecimento de um protocolo de medidas, calibrações para cada feixe e energia utilizada e controle do sistema de planejamento utilizado para os cálculos de dose.
High sensitivity and signal reproducibility are characteristics of optically stimulated luminescent dosimeter, instigating it use in quality control and in vivo dosimetry in Radiotherapy. In this work, samples of Al2O3, Al2O3 (1%C) and Al2O3 with different concentrations of rare-earth and carbon nanostructures, have been studied and developed for application in Radiotherapy. Samples were obtained by manual mixing and maceration and inserted into transparent capsules, except those of Al2O3 (1%C) which were produced as pellets. The OSL signals for all tested materials showed increasing response with radiation dose. The 0.02% concentration showed the highest signal intensity for all materials inserted into alumina, with exception to carbon graphite (1%). Materials were characterized by various techniques, through spectroscopic and structural analysis. The OSL sensitivity of Al2O3 (1%C) was investigated for electron beams from 5 to 12 MeV, 6 MV photons and an Iridium-192 source. Different dosimetric characteristics of some OSL materials Al2O3 (0.02%Eu), Al2O3 (0.02%Tb), Al2O3 (0.02%ntC), Al2O3 (0.02% npC) were investigated for photons beams of 50 kVp and 6 MV and a source of Iridium-192, in a wide dose range. All materials showed reproducibility of OSL signal (deviations less than 1%) and response homogeneity up to ± 95% (conferred for the dosimeter Al2O3 (0.02%ntC). All studied materials showed satisfactory sensitivity. Samples of Al2O3 (1%C), Al2O3 (0.02%ntC) and Al2O3 (0.02% npC) were used in a in vivo dosimetry pilot study in radiotherapy. The in vivo dosimetry performed with the developed OSL dosimeters suggest its possible use in clinical practice in Radiotherapy by establishing a measure protocol, calibrations for each beam and energy used and control of the planning system used for dose calculations.

Ingeniera Civil Química
El avance tecnológico y científico ha promovido la fabricación de materiales inteligentes , capaces de recibir información de su entorno, interpretarla y, así, cambiar sus funcionalidades de acuerdo a su propósito pre-determinado. Destacan en este grupo los polímeros con Memoria de Forma SMP, que pueden memorizar cierta geometría por deformación y recuperar su forma original, por medio de un estímulo sin contacto y sin la necesidad de intervención mecánica directa. Los SMP representan una opción económica y versátil, respecto de otros materiales. Se pueden potenciar sus propiedades y funcionalidades añadiendo nanopartículas, donde destacan los nanorellenos con base de carbono. Específicamente nanotubos de carbono CNT y grafeno, dada la gran variedad de aplicaciones en que estos materiales pueden ser utilizados. El objetivo general de esta investigación de tesis es caracterizar el efecto de la Memoria de Forma (SME de la matriz SMP), midiendo la recuperación de su forma original, como, así también, la incidencia de la concentración y el tipo de nanopartículas bajo los estímulos térmico y lumínico. Las muestras fueron preparadas, por medio de mezclado en fundido, donde la matriz elegida fue el co-polímero etileno-buteno, EngageTM, y los rellenos CNT comercial y Óxido de Grafeno Térmicamente Reducido TrGO, sintetizado según el método Hummers. El resultado principal es que todos los compósitos preparados alcanzaron una recuperación completa. En el caso de la estimulación térmica, la adición de carga aumentó el tiempo de recuperación de Memoria de Forma hasta en 2 [min], con respecto al SMP puro. Esto habla del detrimento que la rigidez del compósito causa sobre su recuperación. Sin embargo, en el caso de la estimulación lumínica, la adición de carga disminuyó el tiempo de recuperación hasta 6 [min] con respecto al SMP puro. Este resultado realza el poder de absorción de luz IR que brindan al SMP los rellenos sensibles a esta luz, CNT y TrGO. Además, comparativamente, el rendimiento del CNT como relleno superó al rendimiento del TrGO, en cuanto a SME (fue 1 [min] más rápido). Puesto que las recuperaciones obtenidas fueron completas, el EngageTM y sus compósitos estudiados poseen un gran potencial para el amplio rango de aplicaciones que disponen, sin mencionar que responden a estímulos originales, que amplían el rango de aplicaciones.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico
La producción, uso de solventes orgánicos y la contaminación asociado a estos han ido creciendo durante los últimos años debido al crecimiento de las industrias que hacen uso de estas sustancias. Los solventes orgánicos son responsables de una gran cantidad de efectos adversos para la salud de las personas, por lo que es necesario controlar la contaminación proveniente del uso de estas sustancias. Por este motivo, se emplea el uso de sensores capaces de captar solventes orgánicos y entregar información. Entre los materiales que se utilizan para este fin, están los compósitos poliméricos conductores (CPC), que varían su resistencia eléctrica ante la presencia de solventes orgánicos. En este trabajo, se compara el efecto de la cristalinidad entre matrices de PEBDL y ENGAGE®, se confeccionan CPC en base a ENGAGE® y nanotubos de carbono con distintos contenidos de relleno y se preparan nanocompósitos poliméricos de ENGAGE® con TrGO y MWCNT con el objetivo de estudiar el efecto del grado de cristalinidad, el tipo de nanoestructuras de carbono y la concentración de estos sobre los mecanismos de difusión de solventes orgánicos en nanocompósitos poliméricos que puedan ser utilizados potencialmente como sensores resistivos. En cuanto al efecto de la cristalinidad en la difusión de solventes comparando el ENGAGE® con polietileno de baja densidad lineal (PEBDL), se observa que, a mayor porcentaje de cristalinidad, menos es la difusión de un solvente en la matriz polimérica. Respecto al alcance que tiene el contenido de nanotubos de carbono en la difusión de solventes, se logra apreciar que la concentración de nanotubos afecta la difusión de un solvente en un nanocompósito y que la presencia de nanotubos de carbono repercute en la sensibilidad de un polímero ante la presencia de un solvente orgánico determinado. Al analizar cómo afecta el tipo de relleno utilizado en un nanocompósito en la difusión de solventes orgánicos, se observa que la afinidad entre el relleno y el solvente tiene efectos en el comportamiento difusivo del solvente. A menor afinidad relleno/solvente, mayor será la difusión. Estudiando la respuesta eléctrica de un CPC ante la presencia de solventes orgánicos, se observa que, a menor contenido de relleno, mayor es la sensibilidad del nanocompósito ante la presencia de solventes orgánicos. Por último, se confecciona un modelo matemático que busca replicar el comportamiento experimental respecto a la variación de la resistencia eléctrica del nanocompósito expuesto a solventes orgánicos. Se obtuvo que, entre más próximo se esté del umbral de percolación, el modelo más se ajustaba a los datos experimentales. Como conclusiones generales, es posible comprender los fenómenos que afectan las propiedades eléctricas de un CPC al ser expuesto a un solvente orgánico a través del estudio del comportamiento difusivo de este último, ya sea a través del coeficiente de difusión como a través de los parámetros cinéticos que caracterizan el movimiento de un solvente a través de un nanocompósito. Por último, los nanocompósitos de ENGAGE®/MWCNT presentan las características necesarias para poder ser utilizado como sensor de solventes orgánicos.

La Tuberculosis constituye uno de los principales factores de mortalidad en el mundo; en particular, en el Perú representa un problema de salud pública cada vez mayor. Por otro lado, el constante interés y avance en los estudios sobre la detección de biomoléculas con el uso de nanoestructuras constituye una alternativa de diagnóstico eficiente en sensibilidad y especificidad, con potencial para generar dispositivos económicos y de fácil fabricación. El presente trabajo de tesis se basa en el diseño e implementación de un sistema para caracterizar las propiedades electrónicas de transistores de efecto campo con canales basados en grafeno. El sistema cuenta con tres módulos: el módulo de medición conformado por dos medidores de parámetros semiconductores, un módulo de manipulación conformado por una estación de pruebas y microposicionadores, y un módulo de adquisición de datos conformado por un programa y un computador. Para la validación del sistema se fabricó un dispositivo sensor, del tipo transistor de efecto campo, basado en grafeno (GFET), y se evaluaron los principales factores que condicionan su desempeño en la detección de biomoléculas; factores tales como el recocido térmico, la resistencia de contacto y el uso de un buffer fosfato salino como medio electrolítico de compuerta. Asimismo, se realizó la adquisición de las curvas I-V de salida y de transferencia en cada etapa de fabricación del dispositivo sensor, y se analizó cualitativamente su desempeño en la detección de la secuencia de ADN 5'- GGTCCAGCTGTGTATCCACTCCAG-3' específica de la Mycobacterium tuberculosis (MTB). En la primera parte del presente trabajo de tesis se presentan los antecedentes y aplicaciones de los GFETs en la detección de ADN. La segunda parte está dedicada a brindar información detallada de todos los procedimientos experimentales, la implementación del sistema de medición, las herramientas analíticas y los materiales utilizados a lo largo del trabajo de investigación. La última parte presenta una discusión de los resultados obtenidos y las conclusiones extraídas del trabajo. A partir de los resultados del trabajo se puede inferir que el sistema de medición implementado permite evaluar las propiedades electrónicas de un transistor de efecto campo con una precisión adecuada y analizar sensores base grafenocadenas de ADN para la detección sensible y selectiva de tuberculosis. Como trabajo futuro, se deberán estudiar otros parámetros de calidad de los dispositivos sensores tales como la estabilidad a lo largo del tiempo, la especificidad y la robustez o reutilización con el fin de contrastarlos con los métodos estándar.
Tesis

Doctor en Química
El uso de antibacterianos de tipo nitrofurano en animales que serán utilizados como productos de consumo humano en cualquiera de sus etapas, se encuentra prohibido a nivel mundial. Debido a esto se hace necesario realizar el análisis de estos nitrocompuestos en los diversos alimentos de origen animal; HPLC-MS es la metodología aceptada como oficial por la FDA. Al respecto, en esta Tesis se desarrolla una técnica electroanalítica para el análisis de nitrocompuestos en muestras de origen animal y/o biológicas, como músculo de pollo y orina, utilizando nanoestructuras de carbono como electrodo de trabajo. Para tal efecto se estudió el comportamiento de la corriente debida a la reducción del grupo nitro a hidroxilamina vía 4 electrones. De acuerdo a este estudio se establecieron los potenciales óptimos de reducción para realizar el análisis voltamperométrico. Se realizó un estudio de la respuesta de la corriente de pico utilizando voltametría lineal de barrido y electrodo de carbón vítreo modificado con nanotubos de carbono y nanotubos de carbono oxidados, preparando la suspensión en distintos disolventes (agua, DMF, Nafión) y con diferentes concentraciones de nanotubos. Posteriormente y con la finalidad de mejorar la reproducibilidad y el límite de detección, se implementó el uso de un sistema FIA en conjunto con el uso de voltametría lineal de barrido y electrodos serigrafiados de nanotubos de carbono y nanofibras de carbono. Se desarrolló un pretratamiento de activación de los electrodos serigrafiados, que permitió aumentar la rugosidad y el área electroactiva 19 veces, lo que fue corroborado por estudios de cronocoulombimetría e imágenes obtenidas con Microscopía de barrido electrónico (SEM) y Microscopía de barrido electroquímico (SECM). Esto pretratamiento permitió alcanzar límites de detección inferiores a 3×10-8M para cada uno de los nitrocompuestos en estudio
Nitrofurans antibiotics for animals that will be used for human consumption in any of its stages have been prohibited worldwide. As result of that regulation nitro compounds in various foodstuffs of animal origin should be analyzed. HPLC-MS is the official accepted methodology by the FDA. The aim of this thesis is to develop an electroanalytical method for determination of nitro compounds in biological and/or animal origin samples, such as chicken muscle and urine by using carbon nanostructures as a working electrode. For this purpose we studied the behavior of the current due to the reduction of the nitro group to hydroxylamine via to four electrons. According to this study the optimal reduction potentials were established for the voltammetric analysis. The response of the peak current (ip) by using Linear sweep Voltammetry (LSV) on a Glassy Carbon Electrode (GCE) modified with carbon nanotubes and oxidized carbon nanotubes was studied. Different solvents (water, DMF, Nafion) as well as also different concentrations of nanotubes on suspension were prepared. Subsequently trying to improve the reproducibility and the detection limit a Flow Injection Analysis (FIA) system was implemented in conjunction with the use of linear sweep voltammetry on carbon nanotubes and carbon nanofibers electrodes. Activation pretreatment for screen printed electrodes was developed and applied before to the LSV analysis allowing to increases the electroactive area 19 folds and the surface roughness, these facts was corroborated by using Chronocoulometry and images obtained by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Scanning Electrochemical Microscopy (SECM). Consequently low detection limits (below to 3×10-8M) were obtained to every studied nitrofuran

Esta tesis se enfoca en el crecimiento y caracterización estructural y funcional de capas finas de carburo de cromo, con el fin de establecer las relaciones entre la síntesis, estructura y propiedades. La tecnología de depósito empleada en este estudio fue el arco catódico filtrado a partir de un blanco de cromo en una atmósfera reactiva de argón y acetileno (Ar + C2H2). Además, se diseñó un filtro lineal magnético para reducir el número de macropartículas que se depositan en las capas y que son inherentes al proceso de arco catódico. Las capas se depositaron sobre diferentes tipos de sustratos, silicio, vidrio y acero con el fin de realizar diferentes caracterizaciones. Las principales caracterizaciones realizadas fueron espectroscopias de foto-electrones de rayos-X (XPS), Raman y de infra-rojo (FTIR), difracción de rayos-X (XRD), microscopia de transmisión electrónica (TEM), así como nanoindentación y ball-on disk. Durante el desarrollo de esta tesis se ha logrado obtener por primera vez estructuras nanocompuestas formadas por nanocristales de carburo de cromo embebidas en una matriz de carbono amorfo hidrogenado, nc-CrC/a-C:H, y también estructuras nanocompuestas formadas por nanocristales de cromo embebidas en una matriz de carburo de cromo amorfo, nc-Cr/a-CrC depositadas por medio de la técnica de arco catódico filtrado. Se analizó principalmente el efecto de la presión total y presión parcial de acetileno y el voltaje de polarización aplicado a los sustratos sobre la composición química y la microestructura de las capas. Los parámetros con mayor influencia en la composición química de las muestras resultaron ser la presión total y la presión parcial de acetileno, lo que permitió obtener capas con contenidos de carbono desde 13.1 hasta 72.4 at.%. El voltaje de polarización tuvo también una gran importancia en la composición química pero se encontró que principalmente tiene una fuerte influencia en la estructura cristalina de las capas. Las capas depositadas a altas presiones, 6•10-2 mbar, y ricas en carbono presentaron una estructura amorfa y/o con estructura de nanocompuesto consistente en nanocristales de carburo de cromo embebidos en una matriz de carbono amorfo hidrogenado, nc-CrC/a-C:H. Las capas depositadas a una presión intermedia, 3•10-2 mbar, presentaron composiciones químicas cercanas a la estequiometria del Cr3C2 y estructuras amorfas, nanocompuestas o altamente cristalinas en función del voltaje de polarización. Las capas depositadas a baja presión, 6•10-3 mbar, y ricas en cromo presentaron estructuras amorfas, estructuras nanocompuestas consistentes en nanocristales de cromo embebidos en una matriz de carburo de cromo amorfo, nc-Cr/a-CrC, y estructuras altamente cristalinas en función del voltaje de polarización. Las capas presentaron diferentes combinaciones de dureza y coeficientes de fricción en función del contenido de carbono. Las capas depositadas a altas presiones y que fueron ricas en carbono presentaron los mejores valores de coeficientes de fricción, hasta 0.15, combinados con relativamente bajos valores de dureza, entre 3 y 8 GPa. Las capas depositadas a una presión intermedia, con composiciones químicas cercanas a la estequiometria del Cr3C2 presentaron los mejores resultados de dureza, hasta 33 GPa y a su vez buenos resultados de coeficiente de fricción, del orden de 0.3. La combinación de buenas propiedades mecánicas y tribológicas proporciona un material en forma de capa fina con un futuro prometedor para el desarrollo de aplicaciones mecánicas, tribológicas y biomédicas.
This thesis is focused in the growth and structural and functional characterization of chromium carbide thin films with the aim to establish synthesis, structure and property performance relations. The deposition technique employed in this study was filtered cathodic arc from a chromium target in a reactive argon and acetylene atmosphere. A linear magnetic filter was designed in order to reduce the macroparticles that reach the substrates and that are inherent to the cathodic arc process. During the development of this thesis it was reported for the first time the deposition of nanocomposite structures of chromium carbide nanocrystals embedded in an amorphous hydrogenated carbon matrix, nc-CrC/a-C:H, and also nanocomposite structures of chromium nanocrystals embedded in an amorphous chromium carbide matrix, deposited by filtered cathodic arc technique. The main parameters that influenced the chemical composition of the samples were the total pressure and acetylene partial pressure. The bias voltage also had a remarkably effect on the chemical composition, but it was found that it affects mainly to the crystalline structure of the films. The films deposited at high total pressure, 6•10(-2) mbar, were rich in carbon and presented an amorphous and/or nanocomposite structure consisting of chromium carbide nanocrystals embedded in an amorphous hydrogenated carbon matrix, nc-CrC/a-C:H. The films deposited at intermediate pressure, 3•10(-2) mbar, presented compositions near to the Cr(3)C(2) stoichiometry and amorphous, nanocomposite or highly crystalline structures as function of the bias voltage. The films deposited at low pressure, 6•10(-3) mbar, were rich in chromium and presented amorphous or nanocomposite structures consisting of chromium nanocrystals embedded in an amorphous chromium carbide matrix, nc-Cr/a-CrC. The films presented different combinations of hardness and friction coefficient as function of the carbon content. The films rich in carbon, presented the lower friction, combined with a relatively low hardness. The films deposited with compositions near to the Cr(3)C(2) stoichiometry, presented the highest hardness, and good results of friction. The combination of excellent mechanical and tribological properties provides materials with a promising future for mechanical, tribological and biomedical applications.

El presente trabajo de Tesis tuvo por objetivo el estudio de la reacción de oxidación catalítica selectiva del grupo tioéter (-S-) presente en los fármacos benzimidazólicos llamados albendazol, fenbendazol y triclabendazol para obtener las moléculas farmacológicamente activas conocidas como albendazol sulfóxido, fenbendazol sulfóxido y triclabendazol sulfóxido. Para tal fin se prepararon varios catalizadores heterogéneos a base de molibdeno soportado en nanoestructuras de carbono. La incorporación de la fase activa (Mo) se realizó mediante impregnación húmeda, con posterior calcinación durante 4 horas a la temperatura de 400°C. En la preparación de dichos catalizadores heterogéneos se utilizó ácido molibdatofosfórico (Mo20O3·P2O5·51H2O) como fuente de molibdeno y nanoestructuras de carbono, a base de nanotubos de carbono de múltiple capa, como soporte catalítico. De esta manera se prepararon tres tipos de catalizadores con diferente área superficial y diámetro promedio de poro: CAT1 (699 m2/g, 33nm), CAT2 (342 m2/g, 100nm) y CAT3 (755 m2/g, 35nm). En la reacción de oxidación catalítica se utilizó urea peróxido de hidrógeno (H2NCONH2·H2O2) como agente oxidante y metanol como medio de reacción (CH3OH). Las pruebas cualitativas se efectuaron a 48 y 72 horas de reacción. Los estudios cinéticos y de estabilidad se llevaron a cabo en intervalos de tiempo desde el minuto inicial hasta completar los 60 minutos de reacción. La caracterización físico química de las nanopartículas de carbono y de los catalizadores preparados se realizó utilizando las técnicas de adsorción-desorción de N2 (BET) y microscopía electrónica de barrido (SEM). La identificación y cuantificación de los productos de reacción catalítica se realizó mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) y cromatografía líquida de alta performance (HPLC). Los resultados del presente estudio indicaron que la reacción de oxidación catalítica sólo fue efectiva en albendazol, obteniéndose albendazol sulfóxido con un rendimiento, selectividad y conversión mayores al 90% después de 60 minutos de reacción. Sin embargo, después de utilizar los mismos catalizadores en una segunda reacción de oxidación de 60 minutos de duración, los estudios de estabilidad de los catalizadores estudiados reportaron hasta 50% y 60% de conversión y selectividad, respectivamente. Finalmente, en relación con la eficiencia de los catalizadores ensayados se estableció el siguiente orden descendente: CAT1 > CAT3 > CAT2
Tesis

Los biosensores son elementos clave en el desarrollo de sistemas de diagnóstico in-vitro y permiten la fabricación de dispositivos biomédicos miniaturizados para un diagnóstico más rápido y fiable de muchas enfermedades. Con ellos se podrán analizar rápidamente analitos presentes en la sangre, orina, tejidos o saliva y nos informarán de la concentración de determinados componentes (biomarcadores, drogas, antibióticos, virus, etc). Los biosensores también pueden ser aplicados en otros campos, como la alimentación, agricultura, monitorización de procesos industriales y control medio ambiental. Por tanto, el desarrollo de biosensores de bajo coste, pequeños, sensibles y fáciles de usar, repercutirá en el control de enfermedades, la detección de elementos contaminados y toxinas, o la mejora de la producción y control de procesos. La tecnología de los biosensores consiste en sistemas compactos de análisis, compuestos de un elemento de reconocimiento biológico (ADN, anticuerpo, etc.) que detecta un analito (glucosa, antígeno, etc.) y un elemento transductor de esa detección que permite cuantificar la cantidad de analito. En este trabajo, se han producido biosensores electroquímicos explotando, por un lado, su miniaturización e integración en dispositivos Lab on a Chip (LOC) y, por otro lado, mejorando su sensibilidad mediante el uso de micro-nanomateriales que permiten obtener microsensores electroquímicos avanzados. De este modo, se ha desarrollado un sistema de detección electroquímica (SDE) portable que se integra en un dispositivo LOC. Este SDE se compone principalmente de un potenciostato y un cartucho microfluídico que contiene un sensor integrado. El funcionamiento de este dispositivo se ha demostrado principalmente en medidas de ADN. Los resultados obtenidos muestran que la respuesta y sensibilidad del potenciostato es comparable a la que se obtiene en un sistema comercial como el Autolab PGSTAT. Además, como la superficie de sensor no requiere de una modificación previa de la sonda de ADN, el dispositivo microfluídico desarrollado puede ser utilizado para detectar cualquier otro analito de interés, como se ha demostrado en las medidas de detección de ácido úrico en solución. La mejora en la sensibilidad de las medidas electroquímicas, se ha obtenido mediante el atrapamiento magnético de nanotubos de carbono (NTC) sobre la superficie del electrodo de trabajo del sensor usando partículas magnéticas (PMs). Esto permite, por un lado, la obtención rápida y sencilla de superficies nanoestructuradas que mejoran las prestaciones del electrodo y, por otro, sensar la superficie de las PMs de manera eficiente tras la captura del analito de interés de la solución. Este procedimiento de nanoestructuración, que ha resultado aplicable tanto a electrodos serigrafiados como de capa fina, se ha aplicado con éxito a ensayos de biosensado directo de moléculas electroactivas y no electroactivas, y de marcadores y dianas enzimáticos. En el primer caso, se ha realizado la detección de dopamina, obteniéndose un límite de detección (LOD) lo suficientemente sensible para realizar la estimación de la concentración de dopamina endógena en orina. En el segundo caso, para la detección de analitos no electroactivos (como anticuerpos y detergente), se han usado marcadores no enzimáticos (nanocristales de Cd y ferroceno). Para ello se ha ensayado tanto la detección en formato de sándwich como por “sombreado superficial”, un novedoso procedimiento de detección en que la captura de analito interfiere en la detección de un marcador previamente incorporado sobre las PM. Por último, se ha realizado el biosensado de marcadores enzimáticos (mieloperoxidasa). El LOD obtenido en estas medidas es suficientemente bajo para la aplicación del protocolo al estudio de muestras de suero sanguíneo. La combinación de las superficies nanoestructuradas y del SDE portable ha resultado en el desarrollo de un dispositivo LOC con electrodos nanoestructurados, para la detección sensible, rápida, portable y potencialmente automatizable de analitos.
Biosensors are key elements in the development of in-vitro diagnostic systems and they permit the fabrication of miniaturized biomedical devices which enable a faster and more reliable diagnostic of various diseases. These will facilitate a fast analysis of analytes present in blood, urine, membranes or saliva and will report the concentration of certain components (biomarkers, drugs, antibiotics, viruses, etc.). Biosensors can also be applied in other fields such as, food, agriculture, monitoring of industrial processes and environmental control. Therefore, the development of low cost, small, sensitive and easy to use biosensors will facilitate the control of diseases, the detection of pollutants and toxins, or the improvement in the production and control of industrial processes. Biosensors are often defined as compact analytical systems, containing a biological recognition element (DNA, antibodies, etc.) that detects a certain analyte (glucose, antigen, etc.) and a transducer that accomplishes the translation of the binding event into a measurable signal for analyte quantification. In this work, electrochemical biosensors have been developed taking advantage of the miniaturization and integration of Lab on a Chip (LOC) devices and of the improvement in sensitivity provided by the use of micro-nanomaterials that enable the production of advanced electrochemical microsensors. Thereby, a portable electrochemical detection system (EDS), which is integrated in a LOC device, has been developed. This EDS, consist of a potentiostat and a microfluidic cartridge with a sensor included in it. Here, the operation of this EDS has been mainly demonstrated for DNA measurements. The results obtained show that the response and sensitivity of the EDS are comparable to those obtained using a commercial potentiostat. Besides, since for DNA measurements, which were performed in solution, the sensor surface is not previously modified, this cartridge could be used for the detection of other analytes of clinical interest, as it is demonstrated for uric acid detection. With respect to the improvement in sensitivity obtained in the electrochemical measurements, this has been achieved by carbon nanotube (CNT) wiring of magnetic particles (MP) on the surface of the sensor’s working electrode. This enables, on the one hand, the simple and fast acquisition of nanostructured electrode surfaces of improved performance and, on the other hand, the efficient sensing of the MP surface after analyte capture and concentration from the solution. As it is shown in this work, this nanostructuration procedure is applicable to either screen printed or thin film electrodes. Furthermore, CNT wiring of the MP surface has been successfully applied to both the direct biosensing of electroactive and non electroactive molecules, and the enhanced detection of enzymatic markers and targets. In the first case, dopamine detection has been accomplished, obtaining a limit of detection (LOD) low enough to permit the estimation of endogenous dopamine concentration in urine. In the case of the detection of non electroactive analytes (such as antibodies and surfactant), non enzymatic markers have been used (Cd nanocrystals and ferrocene). For these detections, a sandwich assay and a novel detection assay format based on “surface-shadowing” have been exploited, respectively. This latter novel methodology consists in the capture of the analyte, which then interferes in subsequent CNT wiring and electrochemical detection of an electroactive marker that has been previously incorporated to the MP surface. At last, the biosensing of enzymatic targets (myeloperoxidase) has been performed. The LOD obtained in this case was lower than the numbers obtained without using CNT wiring and was appropriate for the study of human serum samples. The combination of nanostructured electrode surfaces and a portable EDS has resulted in the development of a LOC device with nanostructured electrodes, applicable to sensitive, fast, portable and potentially automatizable analyte detection.

La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo principal el desarrollo y funcionalización de diversos materiales carbonosos para su posterior aplicación como elemento transductor en sensores y biosensores electroquímicos. En este trabajo se ha evaluado el efecto de emplear diferentes materiales carbonosos como elementos transductores en sensores voltamétricos y cronoamperométricos para la cuantificación de ácido ascórbico y ácido úrico en fluidos fisiológicos humanos (e.g., orina, sudor, suero y sangre). Se han empleado materiales carbonosos basados en grafito, grafeno, óxido de grafeno y nanotubos de carbono con estructura de espina de pescado (herringbone), siendo los tres primeros funcionalizados con nanopartículas metálicas (platino y oro), mientras que los nanotubos de carbono herringbone han sido sometidos a una funcionalización electroquímica covalente con ácido 4-aminobenzoico. Dispersiones acuosas de los materiales carbonos han sido empleadas para modificar, mediante la técnica drop-casting, unas redes de microelectrodos interdigitados de oro. Los electrodos preparados basados en grafeno y en nanotubos de carbono han sido empleados en el desarrollo de sensores voltamétricos para la detección de ácido ascórbico y ácido úrico, mostrando resultados prometedores. Por otra parte, los electrodos basados en óxido de grafeno y nanotubos de carbono herringbone, estando ambos materiales funcionalizados, han sido evaluados para cuantificar simultáneamente ácido ascórbico y ácido úrico mediante cronoamperometría. El electrodo basado en nanotubos de carbono proporciona mejores sensibilidades, lo que es indicativo de las excepcionales propiedades que presentan estos materiales. Ambos sensores han sido empleados para el análisis de muestras reales, resaltando nuevamente las extraordinarias propiedades que presenta el sensor basado en nanotubos de carbono ya que permite el análisis de matrices complejas como sangre, suero u orina, mediante la simple dilución de la muestra y haciendo uso de una calibración externa. Finalmente, se ha desarrollado un biosensor basado en grafito decorado con nanopartículas de platino y sobre el cual se ha inmovilizado la enzima glucosa oxidasa para la cuantificación de glucosa en muestras de sudor humano. Este biosensor ha sido preparado mediante la impresión manual de tintas flexibles sobre un sustrato que también presenta una elevada flexibilidad, de modo que puede ser fijado en la piel humana. La sensibilidad y límite de detección alcanzados con el dispositivo desarrollado ha permitido la cuantificación de glucosa en muestras reales de sudor humano.

La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos.
Tesis

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía,Física y Computación, 2016.
En esta tesis se presenta un estudio de diferentes aspectos del transporte de carga y valle en nanoestructuras basadas en carbono y la influencia de defectos en el material. La tesis esta dividida en dos bloques. La primera parte corresponde al estudio del bombeo cuántico adiabático en presencia de defectos Stone-Wales. Nuestros resultados muestran que su presencia puede incrementar notablemente la magnitud de la carga bombeada por el sistema. La segunda parte está orientada al estudio de la polarización de valles electrónicos en grafeno mediante una línea de defectos pentágono-octógono. El modelo que desarrollamos para este trabajo permite un análisis profundo del mecanismo de filtrado, lo que nos llevó a encontrar que una región de energía alejada de los puntos de Dirac se produce una inversión en la polarización de valle.
In this thesis is presented a study of different aspects of charge and valley transport in carbon-based nanostructures and the influence of defects. The thesis is divided in two blocks. The first part corresponds to the study of adiabatic quantum pumping in presence of a Stone-Wales defect. Our results show that its presence can increase the magnitude of the pumped charge by the system. The second part is oriented to the study of valley polarization in graphene by means of a line of defects pentagon-octagon. The model we developed allows a profound analysis of the filtering mechanism, wich led us to find that in an energy region close to the Dirac points, is produced an inversion of the valley polarization.

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2020
La presente tesis doctoral consistió en el estudio sistemético y experimental de la Adsorción de diferentes tipos de moléculas sobre Cu, Au y carbono pirolítico altamente orientado (HOPG) para la formación de sistemas nanoestructurados inteligentes. Se emplearon técnicas electroquímicas, espectroscópicas y de fotoemisión para realizar una caracterización exhaustiva de las nanoestructuras formadas. Sumado a esto, se realizaron cálculos computacionales que permitieron una mejor compresión de los resultados obtenidos experimentalmente. En particular, primeramente se realizó un estudio de la formación de monocapas autoensambladas (SAMs) de tioles sobre superficies de Cu y Au. En este sentido, se analizó el efecto de la cara cristalina del Au(hkl) en la estabilidad de las SAMs en función de la hibridación del C* (C unido al grupo -SH) y del largo de cadena del alcanotiol. Posteriormente, se continuó dicho estudio comparativo al analizar la diferencia en la configuración de las SAMs resultantes de la adsorción de a,w alcanoditioles sobre Au(100) y Au(111). Por su lado, se realizaron estudios de adsorción de tioles sobre Cu policristalino que permitieron la formación de estructuras lamelares complejas de Cu-alcanotioles. En una segunda parte se se buscaron las mejores condiciones experimentales para la fabricación de superficies inteligentes sobre Au(111) y HOPG. Por un lado, se formaron SAMs mixtas homogéneas de tioles sobre Au(111) que resultaron en la formación de un switch molecular sensible a pH. Por el otro lado, se formaron redes supramoleculares en 2D mediante la interacción de puente H entre moléculas aromáticas funcionalizadas sobre HOPG que, además, presentan propiedades de interruptor molecular sensibles a la dirección del campo eléctrico aplicado por un microscopio de efecto túnel en la interfaz sólido | líquido.
2021-12-31
Fil: Arisnabarreta, Nicolás. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Fil: Patrito, Eduardo Martín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica; Argentina.
Fil: Patrito, Eduardo Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Fil: Cometto, Fernando Pablo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica; Argentina.
Fil: Cometto, Fernando Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Físico – Química de Córdoba; Argentina.
Fil: Veglia, Alicia Viviana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica; Argentina.
Fil: Veglia, Alicia Viviana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Fil: Fanani, María Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.
Fil: Fanani, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.
Fil: Otero, Luis Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2019.
En este trabajo estudiamos diferentes materiales basados en carbono. Primero estudiamos los efectos de irradiación en grafito pirolítico altamente orientado, producidos mediante iones H + y electrones, desde un punto de vista estructural y topográfico. Contribuimos al entendimiento de la separación de la banda D del espectro Raman, asociada a los defectos estructurales. Luego, estudiamos un material híbrido compuesto por diferentes grafitos y nanopartículas de magnetita. Caracterizamos estas nuevas estructuras mediante diferentes métodos. Los resultados muestran que los híbridos presentan una alta densidad de nanopartículas de magnetita inmobilizadas en sus superficies, y su cantidad está relacionada al tamaño del sustrato y al tipo de defectos presentes en el mismo. El último sistema bajo estudio es un compuesto de láminas de grafito y nanopartículas de Ni. Medimos las propiedades electromagnéticas de este nuevo material en el rango de frecuencias 0,1 – 0,3 Ghz, con el objetivo de evaluar la aplicabilidad de este compuesto para utilizarlo como blindaje de microondas.
In this work we have studied different carbon-based materials. First, we asess irradiation effects in highly oriented pyrolitic graphite produced by H + ions and electrons, from a structural and topographic perspective. We contribute to the understanding of the splitting of the defect-associated D band in Raman spectroscopy. Then, we evaluate a hybrid material composed by different graphite powders and magnetite nanoparticles. These new structures are characterized by several methods. The results show that the hybrids present a high density of magnetite nanoparticles inmobilized at the surfaces, and its number is related with the size and kind of defect present in the different graphite substrates. The last system under study is a compound of graphite flakes and Ni nanoparticles. The electromagnetic properties of this material in the microwave frecuency range 0.1– 3.0 GHz are measured in order to test this new material for microwave shielding purposes.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2015
El punto focal de este trabajo de tesis es el empleo de moléculas poliméricas de tamaño nanométrico para la modificación de superficies. El uso de bloques constructivos en la escala del nanómetro nos lleva al concepto de nanotecnología. ¿Qué es la nanotecnología?, es el área de investigación que estudia, diseña y fabrica materiales o sistemas a escala nanoscópica y les concede alguna aplicación práctica. Eventualmente puede denominarse nanotecnología a la habilidad de controlar la materia átomo por átomo [1]. El tamaño de las unidades de construcción es sumamente importante debido a las propiedades físicas y químicas que presentan en esta escala. En la escala macro, el tamaño de los objetos de estudio va desde micrómetros hasta los kilómetros y las propiedades que se asocian a estos materiales son generalmente valores promedio, como la densidad, el modulo elástico, la resistividad o la magnetización. Cuando se miden a escalas inferiores a los micrómetros, muchas de las propiedades de los materiales cambian, como por ejemplo las mecánicas, las ferroeléctricas o ferromagnéticas [2]. Un ejemplo clásico es el oro; que en tamaños macroscópicos es dorado a simple vista, mientras que a escala nanométrica, las nanopartículas de oro dispersas en solución presentan diferentes colores, ya sea rojo, naranja, purpura o verdoso, dependiendo de su tamaño o de su forma. Las propiedades físicas, químicas y biológicas que tienen los materiales en los sistemas nanométricos difieren en muchas formas de sus propiedades en los sistemas macroscópicos y la investigación en nanotecnología busca entender y aprovechar estas propiedades para fabricar materiales y dispositivos mejorados, ya sea creando estructuras con nuevos tipos de arreglos atómicos, con nueva composición química, o el diseño de materiales híbridos nanoestructurados, etc [1]. La nanoestructuración superficial brinda la posibilidad de modificar las superficies generando patrones de tamaño nanométrico con determinadas propiedades o funciones de acuerdo a las características de la misma y siendo a su vez susceptibles de participar en diferentes reacciones químicas localizadas en la interfase. Las superficies nanoestructuradas muestran generalmente un aumento del área superficial y dependiendo de las propiedades de los bloques de construcción, pueden presentar un incremento en la conductividad eléctrica o iónica y mejoras en las propiedades ópticas respecto de aquellas preparadas sobre la base de películas conductoras compactas y amorfas. Los dendrímeros o polímeros dendríticos han captado la atención de los científicos desde su aparición debido a sus propiedades tan particulares. Sus unidades monoméricas están diseñadas de tal forma que mientras el radio del polímero crece en forma lineal, el número de grupos terminales crece en forma geométrica. Esta particularidad le confiere a las moléculas dendríticas un gradiente radial de propiedades. Estos polímeros presentan integridad y homogeneidad estructural, una cavidad interna bien definida disponible para encapsular o “atrapar” otra molécula (propiedades endoreceptoras), composición controlada y múltiples y homogéneos grupos terminales activos para dar reacciones de interés (propiedades exoreceptoras) [3] [4] [5] . La forma altamente compacta y globular, así como el tamaño uniforme y la multifuncionalidad de los dendrímeros los hace bloques constructores ideales para una amplia gama de materiales. Son factibles de formar monocapas autoensambladas, multicapas, y otros tipos de estructuras confinadas en la superficie. Por otra parte, el estudio del comportamiento de los dendrímeros en superficies e interfaces ofrece una visión única de sus propiedades químicas y físicas [6] [7]. Por todo ello, las moléculas dendríticas juegan un papel cada vez más importante en ciencia de materiales, pudiendo beneficiarse de sus propiedades físicas y químicas distintivas [8]. El uso de este tipo de polímeros como unidades estructurales permite obtener a través de una rutina sintética, una gran variedad de materiales con estructura y arquitectura perfectamente conocida y definida. Su tamaño, forma y funcionalidad controlada [9], su habilidad para autoensamblarse iso ó anisotrópicamente, su compatibilidad con otras unidades reactivas como DNA [10] y nanotubos, su capacidad de combinarse con compuestos orgánicos e inorgánicos [11], les confiere un importante rol como módulos fundamentales para la síntesis en nanoescala. Es por ello que el uso de dendrímeros como unidades estructurales para la rápida construcción de nanoarquitecturas controladas abre una nueva visión en la ciencia de los materiales[12]. Es importante tener en cuenta que la síntesis de dendrímeros es dificultosa y costosa. Es por esta razón, que una buena alternativa para mantener el efecto dendrítico es el uso de otras moléculas dendríticas, como los dendrones y los polímeros hiperramificados [12]. Los dendrones, son unidades estructurales de los dendrímeros y también pueden ser empleados para la modificación química de un sustrato, manteniendo a su vez el efecto dendrítico deseado con menor esfuerzo sintético [13]. Asimismo, los polímeros hiperramificados, a pesar de tener una estructura menos controlada que los dendrímeros, aún son capaces de presentar efecto dendrítico y tienen la ventaja de que pueden ser sintetizados con mayor facilidad [9]. Teniendo en cuenta esto último, es de gran interés pensar en las moléculas dendríticas como unidades constructoras para obtención de materiales nanoestructurados originales. En este sentido, la dendronización y el uso de determinados sustratos factibles de ser modificados tales como carbono u oro, nanopartículas metálicas, nanotubos de carbono, etc. resultan una combinación muy adecuada para formar nanoestructuras controladas [14]. El término dendronización describe la interacción covalente o supramolecular de dendrones o dendrímeros con sustratos no dendríticos creando nuevos materiales híbridos con propiedades únicas. Esta metodología de funcionalización ha demostrado ser una herramienta útil y eficaz, hacia la obtención de materiales multifuncionalizados y multirramificados [8] [15], posibilitando controlar sistemática y rigurosamente el tamaño, forma y grupos funcionales del sistema [16] [17] [18]. La modificación química de una superficie permite otorgar nuevas propiedades al material dependiendo de los grupos funcionales expuestos, enfocando el mismo hacia algún uso específico, ya sea en áreas como medicina[19], biomateriales[20], farmacología[21], desarrollo de sensores[22], etc. Dependiendo de las funcionalidades expuestas a la superficie, el material puede presentar características tales como adhesión, biocompatibilidad, hidrofobicidad, hidrofilicidad, etc. [23] [24] [11]. Por tal motivo, un control estricto de la modificación a nivel nanoscópico puede tener un efecto determinado a nivel macroscópico. Estos últimos años la investigación dedicada al diseño y obtención de nanomateriales a partir de unidades de construcción a escala nanométrica ha tenido un rápido crecimiento; principalmente fundamentado en las novedosas propiedades que se han encontrado, y que aún se espera encontrar, de esta nueva clase de materiales. Como se refirió anteriormente, algunas de estas propiedades son derivadas de su propia estructura molecular y dimensional, pero por otro lado, al modificar la superficie a escala nanométrica se suma versatilidad y la posibilidad de generar diseños con varios tipos de formas y estructuras diferentes, y por último, la facilidad de sufrir modificaciones químicas que promueven su adaptación hacia usos específicos, tales como el desarrollo de plataformas sensoras
Farias, Eliana Desireé. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Brunetti, Veronica. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Físico-Química de Córdoba; Argentina.
Paseggi, Mario César Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física del Litoral; Argentina.
Ferreyra, Nancy Fabiana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Fidelio, Gerardo Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.
Vela, María Elena. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina.