Fotoquímica de moléculas de interés biológico y/o tecnológico. Estudios en medios homogéneos y microheterogéneos

Se estudiará, desde el punto de vista cinético, mecanístico y de identificación de fotoproductos, la fotoquímica de compuestos de interés biológico y/o tecnológico. En particular se estudiarán los procesos de degradación directa y fotoinducida de vitaminas y aromatizantes. Además se investigará sobre la fotoquímica y fotofísica de moléculas fotocrómicas con posibles aplicaciones como memorias ópticas o interruptores moleculares y se comenzará con el desarrollo de nanodispositivos fluorescentes destinados a la detección y cuantificación de especies reactivas de oxígeno. En todos los casos se hará especial énfasis en la elaboración de generalizaciones, basadas en relaciones estructura-reactividad, para familias o grupos de compuestos relacionados, que adviertan acerca de probables procesos fotoquímicos. Estos procesos pueden deberse a absorción lumínica directa por parte del sustrato o bien a reacciones fotosensibilizadas (ante fotoirradiación con luz natural medioambiental) en las que el receptor primario de la luz es un compuesto acompañante, que directa o indirectamente produce especies reactivas que afectan al sustrato en cuestión. Una variante de este segundo proceso es que el mismo sustrato actúe como fotosensibilizador. Los estudios se realizarán en medios homogéneos y microheterogéneos, con el fin, en el segundo caso, de modelar determinados medioambientes de reacción para los diferentes sustratos, o bien de modificar o proveer nuevas propiedades a los compuestos de interés.

Diseño y Desarrollo de Drogas y Medicamentos Huérfanos

Nuestro grupo de investigación trabaja desde hace unos años en plantear soluciones a problemas de medicamentos con conflictos de disponibilidad. Esta situación generalmente está asocada a las enfermedades huérfanas (raras y olvidadas). Desde la investigación básica y aplicada se intenta lograr una interacción entre la Farmacoquímica y la Farmacoepidemiología, estrategia que justamente usa la industria farmacéutica cuando quiere desarrollar un nuevo medicamento. Esto nos ha permitido consolidar un grupo de investigación con la experiencia suficiente para encarar actividades de campo y experimentales. Para los primeros se utilizan métodos descriptivos cualitativos y cuantitativos, de observación y de intervención. Se trabaja en colaboración con los 14 Hospitales Públicos de la ciudad de Córdoba y con algunas clínicas privadas (6), con ANMAT y con las bases de datos de Agencias Oficiales de Medicamentos de países de referencia (EEUU y Europa), entre otros. A continuación, se analizan los factores que causan la “orfandad” de los medicamentos, la significancia clínica y el impacto sanitario, social y económico originado por su falta de disponibilidad. Respecto al diseño y desarrollo de nuevas entidades químicas farmacológicas, se decidió enfocar el estudio en fármacos para enfermedades huérfanas, principalmente las parasitarias (malaria, Chagas, leishmaniasis). Estas enfermedades son raras en países desarrollados y olvidadas o desatendidas en países pobres o menos desarrollados como el nuestro. En este sentido, se utilizan las metodologías propias de la Química Medicinal, como son el descubrimiento y optimización de prototipos. Se recurre a las estrategias más racionales actualmente utilizadas, como son el diseño y preparación de una quimioteca focalizada, su evaluación biológica, la identificación de líderes y su optimización utilizando la farmacomodulación, el diseño directo e indirecto asistido por computadoras y el estudio de las REA, QSAR y 3D-QSAR. La quimioteca actual está compuesta de derivados bencenosulfonilos de heterocíclicos, y cuenta actualmente con 105 compuestos, muchos de los cuales demostraron actividad antiparasitaria. La quimioteca se la diseñó utilizando la estrategia denominada "diseño de fármacos basada en fragmentos". La hipótesis es que tanto la fracción bencenosulfonilo como la heterocíclica han probado ser bioactivas. El objetivo general del proyecto es contribuir al mejoramiento de la salud humana, al avance científico y tecnológico y a la formación de recursos humanos por medio del diseño y desarrollo de Drogas y Medicamentos Huérfanos. Proponemos los siguientes objetivos específicos: 1) Incrementar el número de compuestos de la quimioteca de N-bencenosulfonilos de heterociclos. 2) Evaluar la actividad antiparasitaria in vitro. 3) Estudiar las propiedades del estado sólido de los derivados. 4) Usar la información adquirida en los puntos 1-3 para estudios de cribado virtual y mejorar la solubilidad de los compuestos seleccionados. 4) Continuar con los estudios farmacoepidmiológicos sobre medicamentos huérfanos o no disponibles en nuestro país, que retroalimenta y complementa los estudios farmacoquímicos. El proyecto presenta un impacto científico y socio-económico importante, ya que abarca varios aspectos de la problemática de medicamentos no disponibles o huérfanos, desde el diagnóstico de la situación en nuestro medio, pasando por la identificación de nuevas entidades químicas y el desarrollo de posibles soluciones para su transferencia a la industria. Esto se debe a su enfoque original (en academias) al plantearse la retroalimentación entre la farmacoquímica y la farmacoepidemiología. Esta experiencia es muy estimulante, el contacto con los profesionales del equipo de salud enriquece el intercambio de opiniones y la consolidación de proyectos multidisciplinarios, permitiendo abordar el problema de un modo integral.

Caracterización de Compuestos Bioactivos Microencapsulados en Biopolímeros para su Aplicación en la Preservación de Alimentos y en la Formulación de Productos Nutracéuticos.

La exposición a la luz, al aire, a elevadas temperaturas y el almacenamiento prolongado produce alteraciones nutricionales y organolépticas en alimentos. Las modificaciones nutricionales pueden ser causadas por especies reactivas de oxígeno (ROS), las cuales producen oxidación de proteínas, lípidos, vitaminas, etc. Mientras que las alteraciones organolépticas involucran pérdidas del flavor por la generación de compuesto volátil off-flavor, debido principalmente al desarrollo de microorganismos y a oxidaciones. Compuestos bioactivos (CB) tales como carotenoides (Car) y flavonoides (Fl) cumplen relevantes funciones biológicas, entre las que se pueden destacar la capacidad antioxidante, antimicrobiana y antitumoral, entre otras. El propósito de este proyecto es el estudio de propiedades biológicas en particular capacidad antioxidante y antimicrobiana de CB como Car y Fl microencapsulados en biopolímeros para determinar el efecto de los mismos sobre las alteraciones nutricionales y organolépticas en alimentos durante el almacenamiento. Los CB serán microencapsulados por secado por aspersión spray drying, atrapamiento en liposomas o múltiple emulsificación evaporación de solvente, utilizando goma arábica, lecitina o quitosano como materiales de pared. Se estudiará la capacidad de los compuestos bioactivos y de los materiales de pared para desactivar ROS por espectroscopia de absorción UV-Vis. Se determinará la actividad antimicrobiana de los mismos frente a microorganismos especialmente psicrotrofos, por difusión en discos sobre placa de agar previamente inoculadas, por curvas de crecimiento y por ensayos de viabilidad. Posteriormente se analizarán las alteraciones nutricionales y organolépticas en muestras de leche en condiciones de iluminación y temperatura que simulen las de almacenamiento. Para tal fin, se evaluará la estabilidad de proteínas y vitaminas, por electroforesis capilar, la formación de compuestos volátiles se determinará por cromatografía de gases y el desarrollo de microorganismos por recuento estándar en placa. Finalmente se evaluará el efecto de la adición de carotenoides y flavonoides microencapsulados sobre la degradación de proteínas y vitaminas, la formación de off-flavor y el desarrollo de microorganismos durante el almacenamiento de leche. Con este proyecto se pretende determinar tanto la capacidad antioxidante como antimicrobiana de carotenoides y flavonoides puros y microencapsulados, así como de los biopolímeros usado para la microencapsulación y su potencial aplicación como conservantes en leche en la formulación de productos nutracéuticos.

Estructuras porosas de Titanio-Hidroxiapatita para aplicaciones en implantología

La necesidad de nuevos materiales para ser usados en implantes óseos, con mayor biocompatibilidad y características de oseointegración, hace que la investigación se dirija hacia el uso de diferentes materiales, combinados adecuadamente. Tal es el caso de los implantes de titanio (Ti) recubiertos con hidroxiapatita (HAP). El primero, le brinda al implante sus características mecánicas mientras que la HAP, al ser un cerámico bioactivo, le provee sus excelentes características químicas en la superficie de reacción con el tejido. El problema es que se ha demostrado que hay una incompatibilidad mecánica entre el Ti y la HAP, al poseer propiedades muy distintas. Una solución sería la incorporación de la HAP como parte del implante de titanio, generando un material compuesto o composite de Ti-HAP. La pulvimetalurgia permite, en principio, realizar esta mezcla de materiales, con el agregado beneficioso de porosidad debida al proceso de sinterización involucrado. Este trabajo, como primera parte de un proyecto mayor, se propone utilizar las técnicas pulvimetalúrgicas para obtener un composite poroso de Ti-HAP, para su futura aplicación como material de implante óseo.

ESTRATEGIA QUÍMICA Y FARMACOLÓGICA PARA LA BÚSQUEDA DE PRODUCTOS BIOACTIVOS DE PLANTAS AUTÓCTONAS Y MEDICINALES

A partir de especies autóctonas bioactivas, se pretende obtener metabolitos químicos con potenciales actividades biológicas. Esta metodología de trabajo es válida para el descubrimiento de nuevas drogas de origen natural y que podrían ser de aplicación en diversas áreas de la farmacología experimental. Dentro de los diferentes metabolitos químicos que produce el reino vegetal, tanto la familia de flavonoides como la de alcaloides, presentan importantes características farmacológicas, haciéndolos interesantes para su estudio. El presente proyecto contempla la búsqueda de principios activos de origen natural orientados a su evaluación con potenciales aplicaciones terapéuticas: A) Drogas con actividad inhibidora de Acetilcolinesterasa (AcHE) Se evaluará el contenido químico en alcaloides de Lycopodium de especies sudamericanas de Huperzia:Huperzia quadrifariata, Huperzia reflexa y Huperzia acerosa, estudiando sus propiedades como agentes con actividad anticolinesterasa y su relación sobre la memoria y el aprendizaje. B) Drogas con actividad inhibidora sobre sistemas enzimáticos relacionados a eventos inflamatorios: La óxido nítrico sintasa inducilbe (iNOS) es la enzima responsable de la sobreproducción patológica del óxido nítirico (NO), un mediador citotóxico en procesos inflamatorios. Así, evaluaremos si flavonoides obtenidos de Dalea elegans, Dalea boliviana y Prosopis strombulifera, podrían tener algún efecto inhibitorio tanto sobre la producción de NO, como en la expresión de la iNOS, utilizando línea celular derivada de macrófago: J774. C) Drogas con actividad inhibidora de la enzima tirosinasa Tirosinasa es la enzima encargada de la formación de melanina y su inhibición, permitiría la obtención de nuevos agentes terapéuticos y cosméticos que serían útiles para tratar trastornos de hiperpigmentación. De este modo, se estudiará la actividad de flavonoides prenilados obtenidos de especies de Dalea (Dalea elegans y Dalea boliivana) sobre la inhibición de tirosinasa de hongos "in vitro". De este modo, el presente plan de trabajo tiene como propósito el estudio de flavonoides y alcaloides, obtenidos de especies sudamericanas, no solo en su aspecto químico sino también su aplicación en estudios biológicos que permitan asignar actividades, evaluando potenciales efectos farmacológicos y sus posibles mecanismos de acción.

Desarrollo de un modelo predictivo de vulnerabilidad al consumo de alcohol durante la adolescencia

En las últimas décadas, el rol determinante de los factores genéticos en los trastornos por abuso y dependencia al alcohol se ha visto mitigado por estudios epidemiológicos y pre-clínicos que indican que la experiencia temprana con el alcohol está significativamente asociada al consumo posterior de la droga. Ciertos estadios parecen ser períodos críticos para modular el patrón de consumo: la iniciación en el consumo de alcohol durante la adolescencia constituye un factor de riesgo para el posterior desarrollo de problemas con el alcohol. Los sujetos que empiezan a consumir a los 15 años poseen cuatro veces más posibilidades de desarrollar dependencia hacia el alcohol que aquellos que empiezan a los 21 años. Estas investigaciones han modificado nuestra conceptualización del abuso y la dependencia hacia el alcohol, los cuales son ahora considerados trastornos del desarrollo con etiología en la adolescencia. Las ratas adolescentes son, en relación a sus pares adultos, menos sensibles a los efectos sedativos y de incoordinación motora del alcohol, pero más sensibles a los efectos apetitivos reforzantes derivados de la ingesta de alcohol. Este perfil de respuesta podría poner a los adolescentes a riesgo de desarrollar problemas con el alcohol. El presente proyecto indagará, mediante el uso de modelos animales, factores de vulnerabilidad para el consumo exacerbado de alcohol durante la adolescencia y mecanismos asociados a los mismos. Se pretende generar un modelo predictivo de la ingesta adolescente de etanol en función de la evaluación de sensibilidad a los (a) efectos facilitadores de la exposición temprana al alcohol, (b) efectos motivacionales reforzantes de la droga y también en función de la (c) respuestas de búsqueda de la novedad. Se evaluara (Experimentos 1 y 2) si la iniciación adolescente al alcohol tiene un efecto facilitador sobre la ingesta posterior de la droga y si dicho efecto puede contrarrestarse por la administración de antagonistas opiáceos. Los sustratos neurales de este fenómeno son aún poco conocidos. En el presente trabajo realizaremos una caracterización anátomo-funcional de estos sustratos (Experimento 3), mediante genes de expresión temprana c-fos y delta-fos B y el marcado de células catecolaminérgicas, con especial atención a áreas que han sido relacionados con el desarrollo dependencia a drogas (corteza prefrontal y núcleo accumbens). El Experimento 4 analizará la respuesta general de activación frente a la novedad a partir de locomoción en campo abierto, y la adquisición de aprendizajes motivacionales apetitivos y aversivos durante el transcurso de un mismo episodio de intoxicación con alcohol. También se analizará (Experimentos 5 y 6) el rol mediador de el acetaldehído, un producto de la metabolización del alcohol, en la expresión de efectos motivacionales del etanol, evaluados mediante CPL. Una de las hipótesis es que la iniciación al alcohol durante la adolescencia, pero no así durante la adultez, afectará el consumo posterior de esta droga y que esto será revertido por la administración de naltrexona. Se espera proveer un mapa de las áreas cerebrales que se activan en el adolescente luego de la auto-administración de alcohol. Este conocimiento será derivado de la aplicación de marcado de genes de expresión temprana c-fos (específicamente dirigidos a la evaluación de efectos agudos) y delta fos b (que, hipotetizamos, serán expresados luego de la experiencia crónica con la droga). Los datos del Experimento 4 permitirán indagar la asociación entre diferentes rasgos conductuales del adolescente e ingesta de alcohol. Nuestra expectativa es que la ingesta de alcohol estará positivamente asociada con la reactividad a la novedad y el reforzamiento apetitivo, y negativamente asociada a los efectos aversivos de la droga. Finalmente, esperamos observar que la administración de d-penicilamina (un secuestrador de acetaldehído) bloquee la expresión de las propiedades reforzantes del alcohol.

Análisis experimental y caracterización de pavimentos porosos y su respuesta hidrológica

El extenso uso de pavimentos impermeables trae consigo, sobre todo en áreas de un importante desarrollo urbano, considerables problemas en la evacuación de las aguas lluvias. El uso indiscriminado de estas estructuras en áreas urbanas, disminuye notoriamente la capacidad de recarga natural de agua en los terrenos, e incrementa de forma considerable el volumen y el caudal del escurrimiento superficial, aumentando el riesgo de provocar inundaciones. Además, cuando el agua de las lluvias escurre, arrastra consigo materiales sólidos y contaminantes depositados en calles y estacionamientos. Una de las alternativas posibles para la remediación de esta problemática es el uso de pavimentos porosos. Lamentablemente, en nuestro país no se ha extendido la aplicación de estas tecnologías que conllevan importantes beneficios económicos y ambientales, entre los cuales pueden citarse la mejora en la calidad de los efluentes pluviales, la flora arbórea urbana más longeva y mejor desarrollada, la reducción del efecto de “isla térmica” en las grandes ciudades, la reducción notable de la contaminación acústica, el aumento de la seguridad vial, y reducción de costos, considerando integralmente el sistema vial y el sistema de drenaje pluvial. Los beneficios ambientales descriptos justifican plenamente su amplio uso en los países desarrollados. Como objetivo principal se plantea caracterizar experimentalmente el comportamiento hidrológico-ambiental de pavimentos porosos que puedan ser fabricados con materiales y tecnología local, e inferir los posibles beneficios que su uso pudiera acarrear en el medio ambiente. Como metodología se propone el estudio teórico-experimental, desde la tecnología de los materiales, en el diseño y conocimiento de las propiedades en estado fresco y endurecido y en la durabilidad de hormigones porosos elaborados con materiales locales. Para la caracterización hidrológica se fabricarán parcelas de pavimento poroso, las cuales serán ensayadas mediante el uso de un microsimulador de lluvia, midiendo la intensidad de lluvia generada y el escurrimiento superficial resultante. Estos experimentos podrán repetirse para distintas intensidades de lluvia generada, la cual puede graduarse en el rango de 65 a 120 mm/h. A partir de los datos recopilados, podrán ajustarse parámetros hidrológicos que permitan describir el comportamiento de estas superficies, en comparación con la situación natural y la actual (pavimentos impermeables). Se ajustarán modelos de infiltración que permitan extrapolar en forma hipotética la situación a escalas mayores, y cuantificar preliminarmente los beneficios hidrológico-ambientales que produciría este tipo de tratamiento superficial en el ambiente urbano. Como resultados de este proyecto se espera obtener: una verificación de las posibilidades de los materiales locales, brindando bases evolucionadas para su empleo en la construcción; una metodología para caracterizar en forma preliminar la capacidad de infiltración de muestras reducidas de pavimento poroso; un sensor electrónico para automatizar las mediciones del microsimulador de lluvia; una metodología para caracterizar experimentalmente la capacidad de infiltración de los pavimentos porosos propuestos, basada en el uso del simulador de lluvia disponible en el Laboratorio de Hidráulica; un conjunto de resultados experimentales que posibiliten analizar el comportamiento hidrológico-ambiental de estas superficies; un conjunto de parámetros que permitan cuantificar la respuesta hidrológica de estos pavimentos y una estimación preliminar de los hipotéticos beneficios asociados al uso de estas tecnologías. Se considera que el Proyecto puede servir como puntapié inicial para el análisis de viabilidad, a nivel local, del uso de tecnologías de pavimentación novedosas en el país, pero con varias décadas de experiencia a nivel internacional. Los beneficios medioambientales asociados a los pavimentos porosos, justifican plenamente su investigación a nivel local.

COMPORTAMIENTO DE SUELOS CONTAMINADOS: Interacción fluidos - partículas en los procesos de transporte.

La investigación en medios porosos pretende profundizar el estudio en sistemas de partículas tales como suelos y rocas, haciendo énfasis en los procesos físicos que gobiernan el comportamiento de la fase sólida y los fluidos intersticiales (agua, hidrocarburos, electrolitos, etc.). Las investigaciones planteadas para este proyecto se encuentran relacionadas con el comportamiento mecánico de los sistemas de partículas, la interacción fluido-partícula y su relevancia en los problemas de flujo de contaminantes, problemas de flujo no miscible, y remediación de suelos contaminados. En cada uno de los aspectos mencionados se busca tanto interpretar comportamientos emergentes a través de estudios realizados a diferentes escalas, como desarrollar soluciones creativas e innovadoras para los problemas en estudio. Se evaluará la interacción fluido-partícula en la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos para determinar las propiedades del suelo que gobiernan el fenómeno de desplazamiento no miscible. Se realizarán procedimientos experimentales para la remediación de As y otros metales o metaloides en suelo y aguas subterráneas. Se analizará el comportamiento de suelos en los procesos de transporte de lixiviado, a través de barreras de bajas permeabilidad (liners) como así también en barreras reactivas permeables, incluyendo variables como la actividad bacteriana, mecanismos de adsorción y reacciones químicas. Esta investigación tiene un fuerte componente de experimentación en laboratorio. Las herramientas utilizadas consisten fundamentalmente en el desarrollo y diseño de experimentos, donde se monitorea la influencia de las variables que controlan el comportamiento macroscópico del sistema. También se plantean trabajos basados en análisis numéricos, modelos de comportamiento, modelos físicos micro-mecánicos, y análisis de imágenes de alta resolución. Los estudios realizados son relevantes para el campo de la ingeniería geotécnica, geotecnia ambiental, industria del petróleo, hidrogeología e ingeniería geológica.

Arte Rupestre de la Sierra de Comechingones - Provincia de Córdoba - Argentina

El arte rupestre de la Provincia de Córdoba conforma un conjunto de especial interés arqueológico y estético pero no totalmente conocido en terreno. Este Proyecto intenta profundizar los hallazgos en la sierra de Comechingones, con la finalidad de establecer sus correlaciones con los ambientes litológicos de estas montañas, entre las latitudes comprendidas entre Alpa Corral y Chaján bajo la hipótesis de que la misma es significativa especialmente en lo que concierne a las distribuciones de pinturas y petroglifos. De acuerdo con esta hipótesis los objetivos de investigación se refieren a obtener registros nuevos organizando la prospección de acuerdo con la extensión de los Distritos Geológicos Cerro Áspero e Intihuasi, establecer sus características estilísticas y efectuar estudios de sitio detallados de acuerdo con protocolos de investigación ya sometidos a prueba por el equipo de investigadores, los cuales abarcan las propiedades litológicas, los signos, sus combinaciones y ubicación en la arquitectura de cada sitio rupestre. Se procurará alcanzar un corpus de sitios y de arte amplio y representativo del arte rupestre de la Provincia. Los esfuerzos de síntesis realizados hasta ahora no han contemplado el arte del sur de Córdoba más que en los casos conocidos desde fines del siglo XIX, por lo tanto, es particularmente importante abordar su localización y estudio con premura antes que se destruyan y, asimismo, prever las medidas precautorias como para que esto no suceda.

Especies nativas del Centro de Argentina: potencial agroindustrial y perspectivas para la producción de energía y biocombustibles

La región centro de Argentina posee una elevada riqueza de especies nativas y endémicas, con potencial valor agroindustrial. Flourensia campestris y F. oolepis (Asteraceae), conforman comunidades denominadas "chilcales". Son reconocidas por sus usos tradicionales como aromática, tintórea, medicinal y para leña -en especial raíz- y presentan potencial aplicación en la agroindustria como insecticida, antimicrobiana, antifúngica y aleloquímica. Trabajos realizados en nuestro laboratorio con extractos acuosos de hojas secas de F. campestris demostraron un potente efecto herbicida sobre semillas de Lactuca sativa. Mediante el fraccionamiento biodirigido por CC y técnicas espectrales (GC-MS, IR, 1H-RMN, 13C-RMN, 2D-RMN) se pudo identificar la estructura molecular del ácido hamanásico ((4S, 8S)–7–carboxi–8–hidroxi- 1(2), 12(13)-dien-bisaboleno). Su presencia en F. campestris, y su actividad biológica, no habían sido descriptos con anterioridad y sugieren un potencial herbicida natural. En ambas especies se puede apreciar a simple vista su alto contenido en resinas, compuestos propuestos para reemplazar a los hidrocarburos en la fabricación de pinturas, pegamentos y adhesivos. Estudios preliminares en nuestro laboratorio señalan un contenido de entre un 20-40 % de resinas en la biomasa aérea de Flourensia, sin embargo, no existen al presente estudios sobre su composición química ni sobre su potencial aplicación industrial. Por otro lado, el desarrollo de cultivos energéticos, para la generación de electricidad por combustión de biomasa, constituye uno de los objetivos principales dentro de las políticas de energías renovables a nivel nacional (programa GENREN) y mundial. Las especies con mayor aptitud deben poseer altas tasas de crecimiento y un alto grado de tolerancia de adversidades bióticas y abióticas, lo que permitiría cultivarlos en áreas marginales para la agricultura tradicional, hechos que coinciden con las especies de Flourensia en estudio. Asimismo, el tratamiento térmico o pirólisis de biomasa proveniente de la agricultura es una de las alternativas de reutilización de la misma con distintos fines. Este pasivo ecológico puede ser transformado en productos de alto valor agregado. En base a lo expuesto, el objetivo general de este proyecto es investigar en las dos especies vegetales endémicas de Argentina y abundantes en la provincia de Córdoba, las características de los metabolitos secundarios en relación a su potencial aplicación agroquímica (herbicidas naturales), la composición de sus resinas para uso industrial y su rendimiento como materia prima de alta densidad energética para la cogeneración de electricidad y producción de biocombustible, en función del desarrollo de una agricultura sustentable. Para ello, el proyecto propone incrementar el rendimiento de la purificación de ácido hamanásico e identificar y cuantificar su presencia en otros órganos de F. campestris y en F.oolepis, con el objetivo de evaluar su efecto herbicida, mediante bioensayos en cápsulas de Petri, en especies cultivables y malezas. Los usos potenciales de las resinas se estudiarán en base a la identificación de sus compuestos químicos mediante su extracción y análisis espectrales (CG-MS). A través de la determinación del poder calorífico, contenido de cenizas y de nitrógeno de la biomasa aérea de las especies, se evaluará su rendimiento energético para emplear como biocombustible sólido en la cogeneración eléctrica, mientras que con la aplicación del método fast pyrolysis y análisis por CG-MS, se determinará su aplicación o su posterior modificación de acuerdo a las características del bio-oil deseado. El destino energético de las especies propuestas permitiría iniciar de manera rápida la etapa de domesticación y puesta en cultivo, y avanzar en el desarrollo de aplicaciones industriales más sofisticadas, como el aprovechamiento de sus propiedades bioactivas o el desarrollo de productos industriales basados en sus metabolitos secundarios.

Especies nativas del Centro de Argentina: potencial agroindustrial y perspectivas para la producción de energía y biocombustibles

La región centro de Argentina posee una elevada riqueza de especies nativas y endémicas, con potencial valor agroindustrial. Flourensia campestris y F. oolepis (Asteraceae), conforman comunidades denominadas "chilcales". Son reconocidas por sus usos tradicionales como aromática, tintórea, medicinal y para leña -en especial raíz- y presentan potencial aplicación en la agroindustria como insecticida, antimicrobiana, antifúngica y aleloquímica. Trabajos realizados en nuestro laboratorio con extractos acuosos de hojas secas de F. campestris demostraron un potente efecto herbicida sobre semillas de Lactuca sativa. Mediante el fraccionamiento biodirigido por CC y técnicas espectrales (GC-MS, IR, 1H-RMN, 13C-RMN, 2D-RMN) se pudo identificar la estructura molecular del ácido hamanásico ((4S, 8S)–7–carboxi–8–hidroxi- 1(2), 12(13)-dien-bisaboleno). Su presencia en F. campestris, y su actividad biológica, no habían sido descriptos con anterioridad y sugieren un potencial herbicida natural. En ambas especies se puede apreciar a simple vista su alto contenido en resinas, compuestos propuestos para reemplazar a los hidrocarburos en la fabricación de pinturas, pegamentos y adhesivos. Estudios preliminares en nuestro laboratorio señalan un contenido de entre un 20-40 % de resinas en la biomasa aérea de Flourensia, sin embargo, no existen al presente estudios sobre su composición química ni sobre su potencial aplicación industrial. Por otro lado, el desarrollo de cultivos energéticos, para la generación de electricidad por combustión de biomasa, constituye uno de los objetivos principales dentro de las políticas de energías renovables a nivel nacional (programa GENREN) y mundial. Las especies con mayor aptitud deben poseer altas tasas de crecimiento y un alto grado de tolerancia de adversidades bióticas y abióticas, lo que permitiría cultivarlos en áreas marginales para la agricultura tradicional, hechos que coinciden con las especies de Flourensia en estudio. Asimismo, el tratamiento térmico o pirólisis de biomasa proveniente de la agricultura es una de las alternativas de reutilización de la misma con distintos fines. Este pasivo ecológico puede ser transformado en productos de alto valor agregado. En base a lo expuesto, el objetivo general de este proyecto es investigar en las dos especies vegetales endémicas de Argentina y abundantes en la provincia de Córdoba, las características de los metabolitos secundarios en relación a su potencial aplicación agroquímica (herbicidas naturales), la composición de sus resinas para uso industrial y su rendimiento como materia prima de alta densidad energética para la cogeneración de electricidad y producción de biocombustible, en función del desarrollo de una agricultura sustentable. Para ello, el proyecto propone incrementar el rendimiento de la purificación de ácido hamanásico e identificar y cuantificar su presencia en otros órganos de F. campestris y en F.oolepis, con el objetivo de evaluar su efecto herbicida, mediante bioensayos en cápsulas de Petri, en especies cultivables y malezas. Los usos potenciales de las resinas se estudiarán en base a la identificación de sus compuestos químicos mediante su extracción y análisis espectrales (CG-MS). A través de la determinación del poder calorífico, contenido de cenizas y de nitrógeno de la biomasa aérea de las especies, se evaluará su rendimiento energético para emplear como biocombustible sólido en la cogeneración eléctrica, mientras que con la aplicación del método fast pyrolysis y análisis por CG-MS, se determinará su aplicación o su posterior modificación de acuerdo a las características del bio-oil deseado. El destino energético de las especies propuestas permitiría iniciar de manera rápida la etapa de domesticación y puesta en cultivo, y avanzar en el desarrollo de aplicaciones industriales más sofisticadas, como el aprovechamiento de sus propiedades bioactivas o el desarrollo de productos industriales basados en sus metabolitos secundarios.

Materiales de interés tecnológico

Este es un proyecto que tiene por objetivo general dar continuidad a las investigaciones relacionadas a materiales de interés tecnológico que el Grupo Ciencia de Materiales de Fa.M.A.F lleva a cabo. Las diferentes líneas de trabajo se pueden agrupar en tres grandes temas: aceros y superaleaciones basadas en Fe y Ni; cerámicos magnéticos [filtros moleculares de sílice del tipo ZSM-5, MCM-41 y MCM-48 modificados con Fe, Co, Mn; hematita nanométrica] y aleaciones metálicas magnéticas [CoCu, nanohilos y multicapas de CoM y FeM (M= Pt y Pd); aleaciones de tipo Heusler Mn-Ni-Ga, aleaciones CoSiB y FeSiB nanoestructuradas ]. El primer tema apunta a la optimización de las propiedades mecánicas de aceros de medio carbono y baja aleación, de producción nacional y aptos para construcciones mecánicas, y al desarrollo de superaleaciones (Fe,Ni) de alta temperatura, para su aplicación en pequeñas Turbomáquinas Térmicas. En el caso de materiales magnéticos cerámicos y metálicos, el objetivo es la producción y el desarrollo de nanoestructuras novedosas, con propiedades especiales, de potencial uso en nano-dispositivos y nanotecnología en general. En todos los casos se plantea la producción del material de interés a escala laboratorio, con control de las variables del proceso, la caracterización de la microestructura resultante y sus propiedades relevantes. Luego se establecen las correlaciones proceso-microestructura y microestructura–propiedades y se formalizan en modelos para los diferentes mecanismos que operan tanto durante la etapa de proceso (modelos de solidificación, de deposición, de aleado mecánico) como los involucrados en las propiedades de interés (modelos de magnetización, transporte, deformación). En este esquema se busca optimizar las propiedades. El presente proyecto fortalecerá además el área Ciencia de Materiales en la Universidad Nacional de Córdoba, formando en el nivel de grado y posgrado a ingenieros y físicos en esta disciplina. En el área de materiales cerámicos magnéticas nos dedicaremos (en colaboración con CiTeQ-UTN-FRC) a la producción y caracterización de filtros moleculares de sílice de amplio uso en procesos de catálisis, modificados por la incorporación de especies magnéticas. La incorporación del material magnético se realizará mediante técnicas hidrotérmicas y de impregnación. Los composites obtenidos se estudiarán con dos propósitos: evaluar los efectos de la funcionalización magnética sobre el desempeño del filtro de sílice como catalizador de diferentes reacciones y describir las propiedades magnéticas de las pequeñas (2 a 5 nm) nanoestructuras encapsuladas en los poros. Se continuará con la producción y caracterización de partículas de ferritas, con propiedades determinadas a partir del control de los distintos parámetros que intervienen en la síntesis. En la línea de aleaciones metálicas magnéticas se estudiarán las aleaciones de Heusler, con memoria de forma magnetica, las aleaciones CuCo con magneto-resistencia gigante y las aleaciones (Co,Fe)SiB con magnetoimpedancia gigante. Se aplicará la técnica de melt spinning con dos rodillos, a la producción de estas aleaciones. En el caso de aceros de medio carbono el plan propuesto apunta a identificar los micromecanismos de deformación y fractura que pueden operar en estas microestructuras. Se realizará el "collar test" con el objetivo de propagar una grieta radialmente hacia el centro del collar y luego poder observar la sección de material que la contiene. Esta serie de experimentos y observaciones permitirán localizar el inicio de la grieta y avanzar sobre la determinación del tipo de partículas que actúan como intermediarios en la propagación. Se espera que estos antecedentes más los resultados metalográficos arrojen luz sobre los mecanismos de fractura del acero IRAM – IAS 15B41

Estados de cuasi-equilibrio dipolar en fluidos complejos estudiados por relajación y decoherencia en Resonancia Magnética Nuclear

La dinámica molecular colectiva de los cristales líquidos (CL) juega un papel preponderante en la respuesta de estos sistemas ante la aplicación de campos eléctricos y magnéticos externos, por lo que el estudio básico de la dinámica molecular, particularmente de los movimientos correlacionados, es indispensable para el diseño de aplicaciones tecnológicas basadas en CL. Por otra parte, se reconoce que la dinámica molecular colectiva distintiva de las fases ordenadas de fluidos complejos es además una propiedad que controla procesos clave en diversidad de materiales biológicos (funcionalidad y propiedades viscoelásticas de membranas, resistencia al almacenamiento de semillas y alimentos, temperatura de transición vítrea de compuestos de almidón, estabilidad de fases lamelares, etc.). Al presente, la relación entre estos conceptos reclama exhaustivos análisis y técnicas adecuadas para estudiar los movimientos microscópicos en distintas escalas temporales. En este Proyecto de investigación básica proponemos desarrollar y optimizar un conjunto de técnicas de RMN selectivamente aptas para el estudio de la dinámica lenta característica de las fases parcialmente ordenadas, por lo que tendrían aplicación directa en sistemas de interés biológico y tecnológico. Mediante diversas secuencias de pulsos en experimentos de RMN, es posible preparar estados cuánticos de “orden dipolar” en el sistema de espines nucleares, tanto en muestras en fase sólida como en CL. Tales estados de orden, están caracterizados por "cuasi-invariantes" que son observables de espin que relajan lentamente, intercambiando energía con la red que hace las veces de reservorio térmico. En síntesis, una vez creado el orden y establecido el estado de cuasi-equilibrio de cada cuasi-invariante, el sistema se comporta como un sistema termodinámico en contacto térmico con una red. De hecho, con todo rigor, se puede caracterizar el grado de orden por una "temperatura de espin". Además hay evidencia que los cuasi-invariantes dipolares reflejan sensible y selectivamente los movimientos moleculares correlacionados (a diferencia del cuasiinvariante Zeeman o magnetización nuclear). El aspecto distintivo de nuestra propuesta con respecto al estado actual del conocimiento, radica en la provisión de un nuevo parámetro de relajación de protones en cristales líquidos, para lo cual enfocamos las tareas hacia la caracterización de estos cuasiinvariantes, al diseño de técnicas de medición de sus tiempos de relajación y al desarrollo de la teoría que relaciona a éstos con la dinámica molecular. El esquema de trabajo se basa en reconocer que los eventos relevantes en los experimentos de creación-relajación de cuasi-invariantes dipolares ocurren en dos escalas de tiempo: la escala microscópica asociada con la decoherencia de los estados cuánticos y la escala macroscópica en la que se observa la relajación espín-reservorio. Proponemos como hipótesis general que los procesos que gobiernan la decoherencia, determinan también la relajación espin-red. Proponemos un enfoque innovador dentro del campo general de relajación de espin nuclear por RMN: considerar al sistema de espines nucleares como un sistema cuántico abierto multi-spin interactuando con un sistema (también cuántico) no observado. Para incorporar el detalle de la dinámica en escala microscópica en la descripción de la relajación es necesario el estudio experimental de los fenómenos que gobiernan la decoherencia y la relajación. Los resultados esperados en cada uno de esos grupos se interrelacionan, ya que la caracterización de los observables dipolares es un paso indispensable para explotar la potencialidad de la relajación del orden dipolar en presencia de movimientos moleculares correlacionados.

“DESARROLLO DE GEOINDICADORES Y VALORACIÓN DE VULNERABILIDAD DE RECURSOS HÍDRICOS ASOCIADOS A LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO PRODUCIDO POR CAMBIOS EN EL USO DEL SUELO”

La zona no saturada del suelo tiene una gran importancia en el ciclo del agua, así como en el transporte y las transformaciones de compuestos químicos. El estudio de esta zona es importante pues es el nexo entre el agua superficial y el agua subterránea. El incremento de las actividades agrícolas en la región central del país ha provocado un uso extendido de agroquímicos que contaminan las reservas hídricas subterráneas. La predicción y estimación del nivel de concentración, degradación, adsorción, retardo biológico, transporte y deposición de estos compuestos dependen de condiciones geológicas y propiedades físico-químicas del suelo. Es fundamental en este aspecto resolver con la información obtenida las ecuaciones de transporte de contaminantes para lo cual resulta de interés la mineralogía, tortuosidad, relación de vacíos y composición granulométrica del suelo. El transporte de contaminantes afecta la calidad del agua superficial (ríos, lagunas o esteros) y subterránea (napa freática y acuíferos) que constituyen fuentes de agua dulce. En este proyecto se realizan estudios que evalúan aspectos que afectan la calidad del agua superficial y subterránea debido a actividades antrópicas. En particular se analizan aspectos fenomenológicos de interés para el transporte de contaminantes en suelos para entender los mecanismos de contaminación de las aguas subterráneas. Estos estudios se realizarán en base a experimentos de laboratorio y simulaciones numéricas mediante modelos computacionales. Por otro lado, se tomarán dos casos o zonas de estudios, la primera abarca los recursos hídricos del norte de la Provincia de Córdoba, dentro de los cuales se destaca la laguna Mar Chiquita, y la segunda consiste en el estudio de la influencia del cambio del uso del suelo en la zona periurbana de la ciudad de Córdoba y el efecto que esto produce en la calidad del agua subterránea. En los estudios relacionados con la calidad y cantidad de agua que llega a la Laguna Mar Chiquita se realizarán estudios para la obtención de datos que permitan definir criterios de manejo y políticas de gestión de la cuenca intermedia, compatibles con requerimientos ambientales y sociales. Estos criterios y políticas serán una consecuencia de la interpretación del comportamiento fluvial y la respuesta del sistema hídrico ante los distintos pulsos de caudal, el cual será parcialmente aforado mediante campañas, y su interrelación con el uso del suelo en zonas que puedan afectar los afluentes de la laguna. Esto permitirá definir el caudal real que llega a la laguna y, de este modo, estimar el volumen ecológico de la misma. Al mismo tiempo, los afluentes en su trayecto reciben múltiples descargas de tipo doméstico, de origen industrial y de origen agropecuario (e.g. Río Suquía). Sin embargo, los estudios existentes sobre la calidad del agua y las actividades antrópicas son muy escasos, por lo cual resulta necesario realizar un seguimiento que permita conocer sus características y planificar su manejo. Por otro lado, se estudiará cómo el uso del suelo y fundamentalmente los cambios no controlados del mismo resultan vitales para poder preservar los recursos hídricos subterráneos. Este aspecto resulta de fundamental importancia en nuestra provincia en el caso del crecimiento acelerado que sufre la ciudad de Córdoba desde hace varias décadas por lo que éste caso se tomará como prioritario. Los resultados obtenidos permitirán generar información de gran valor para la toma de decisiones y obtener nuevos conocimientos relacionados con las características hidrodinámicas (superficial y subterránea) y del suelo en las zonas de estudio. Esto permitirá en un futuro definir o delimitar zonas de riesgo, realizar una adecuada planificación del uso del suelo en relación con las actividades agropecuarias y crecimiento de zonas urbanas y desarrollar programas para la preservación de recursos hídricos superficiales u subterráneos de la Provincia de Córdoba.

Sustentabilidad técnica, económica y ambiental en la construcción de viviendas. Producción de materiales con mezclas de suelo cemento.

Durante las últimas décadas se ha intentado recuperar el suelo del sitio de la construcción para combinarlo con materiales aglutinantes como el cemento o la cal, a los fines de disminuir la incidencia de costo del material en el monto total de la obra. Como antecedente, la ingeniería vial ha utilizado las mezclas de suelo cemento o suelo cal en terraplenes compactados en búsqueda de estabilidad tenso-deformacional de las obras geotécnicas desde la Segunda Guerra Mundial hasta nuestros días (Guney et al. 2006, Aiassa y Arrúa 2007. En esta región del país, la construcción de diversas obras de ingeniería se realiza con materiales tradicionales como el hormigón, morteros o ladrillos comunes, estos últimos obtenidos de la cocción de una mezcla de suelo arcilloso y paja cocidos (Millogo et al. 2008, Calabria et al. 2009) que provocan un impacto ambiental negativo atribuido a la contaminación atmosférica y la tala excesiva de vegetación local. Se planteará y definirá el manejo de materiales, ensayos y experimentos para el estudio sistematizado de las propiedades del material construido. Con esto se definirá el estudio experimental. Con los resultados obtenidos en el paso anterior, se procederá al análisis e interpretación de estos. Formulando las recomendaciones y conclusiones del proyecto. Se realizará la caracterización del suelo empleado como material de base para las mezclas. Se parametrizarán funciones de densidad de probabilidades para índices típicos del suelo (contenido de humedad natural, pesos unitario seco, límites de consistencia, etc.) Se pretende fijar definiciones respecto de: 1.Caracterización del comportamiento de los suelos limo arcillosos típicos del centro del país como material de construcción 2.Planteo de modelos teóricos-experimentales de caracterización de las relaciones tensión-deformación y la influencia del humedecimiento y permeabilidad en suelos limo arenosos y limo arcillosos compactados con aglomerante 3.Evaluación de los efectos ocasionados sobre el terreno natural, de características típicamente colapsables 4.Estimación de los tiempos requeridos para el curado de los elementos estructurales 5.Niveles de compactación y contenidos de humedad recomendable para el empleo de estos materiales como construcciones de uso civil 6.Elementos o componentes adicionales a los elementos estructurales requeridos para garantizar y verificar el adecuado funcionamiento Con los resultados recavados se establecerán comparaciones económicas entre la fabricación de elementos estructurales con materiales tradicionales o suelo-aglomentante. Hipótesis: Las mezclas suelo-aglomerante son mas económicas a igual calidad que los materiales tradicionales. Desarrollar criterios normativos para establecer estándares de calidad en la fabricación de elementos estructurales de esta naturaleza. Hipótesis: con procedimientos estandarizados se puede lograr la aceptación de los productos de esta investigación en el medio local.