Estudios de sistemas organizados con aplicaciones en nanoquímica, síntesis orgánica y en reactividad. Studies of organized systems with applications in nanochemistry, organic synthesis and reactivity.

El objetivo general de este proyecto es el estudio de distintos tipos de sistemas organizados, conocer los factores que determinan la forma de organización y las consecuencias que ésta tiene sobre la reactividad de moléculas que se encuentran en ese entorno organizado. Se pretende realizar, desde la fisicoquímica y la síntesis orgánica, aportes a áreas multidisciplinarias como la nanociencia y la nanotecnología. Se sintetizarán ciclodextrinas anfifílicas y se estudiará su comportamiento en solución y en interfases, sus propiedades de agregación y morfología. Se estudiará también la termodinámica de los procesos y la capacidad catalítica de estas ciclodextrinas anfifílicas en superficies bidimensionales en reacciones de hidrólisis de ésteres. Las ciclodextrinas anfifílicas sintetizadas en el laboratorio se utilizarán también en mezclas con otros surfactantes, con el objetivo de generar medios eficientes respecto a la solubilización y extracción de contaminantes orgánicos desde suelos. Se espera encontrar sistemas que presenten efectos sinérgicos. Se determinará el efecto de la formación de complejos con ciclodextrina sobre las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de pesticidas de amplio uso en agricultura, en particular de compuestos organofosforados. Se investigarán ciclodextrinas que permitan controlar la liberación del agroquímico y se realizarán estudios de la reactividad de los pesticidas en solución y en medios que simulen el suelo determinando si la inclusión en las ciclodextrinas modifica la velocidad de descomposición. En la búsqueda de nuevos sistemas microheterogéneos se sintetizarán surfactantes gémini con una cadena hidrocarbonada y una perfluorada y se determinarán sus propiedades. Luego de su caracterización, estos surfactantes se aplicarán en estudios de reactividad de compuestos insolubles en agua.Se estudiará la formación de complejos de ciclodextrina con metales de transición y los mismos se utilizarán como catalizadores en reacciones de oxidación de sulfuros y de alquenos en medios acuosos y no acuosos buscando condiciones donde se logre inducción quiral. Se sintetizarán compuestos azufrados polifuncionales con los cuales se modificarán superficies de nanopartículas por quimioadsorción de los mismos. Dado que se pretende obtener compuestos con propiedades específicas que dependen de su estructura, se llevará a cabo el modelado computacional de las distintas moléculas en estudio, ya que esto podría aportar datos relevantes acerca de qué modificaciones estructurales podrían intensificar la propiedad o propiedades buscadas. En una etapa posterior se correlacionarán las propiedades predichas a través de cálculos teóricos con las observadas experimentalmente, lo que intrínsecamente conlleva a un mayor conocimiento del sistema.Los estudios propuestos en este proyecto permitirán avanzar en la comprensión de los factores supramoleculares que controlan y modulan la interacción de ligandos con sus receptores en interfases y la ocurrencia de reacciones hidrolíticas en interfases autoorganizadas.

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Tecnología de igy anti-escherichia coli aplicada mediante nanotubos sobre cultivos de enterocitos porcinos. Anti- escherichia coli igy technology applied through nanotubes on porcine enterocyte cultures.

La diarrea neonatal representa uno de los problemas sanitarios de mayor relevancia en las primeras semanas de vida del cerdo. Provoca importantes pérdidas económicas por morbilidad y mortalidad. El cultivo de enterocitos primarios representa una herramienta valiosa para el estudio de patologías causadas por agentes infecciosos que afectan la integridad del epitelio intestinal. La producción de anticuerpos extraídos a partir de la yema de huevo de gallinas inmunizadas (IgY), es una tecnología innovadora, que ha mostrado ser protectiva contra diarreas causadas por agentes víricos y bacterianos. La nanotecnología permite mejorar la eficiencia en la administración de distintas drogas. Los nanotubos de carbono han ganado una enorme popularidad por sus propiedades y aplicaciones únicas. La investigación sobre los aspectos toxicológicos de estas nanopartículas es escasa. Una vez dentro de la célula, las nanopartículas pueden inducir estrés oxidativo intracelular por perturbar el equilibrio oxidativo. Las hipótesis de trabajo es: La administración de IgY anti-Escherichia coli a través de nanotubos protegerá in vitro e in vivo a los enterocitos de una infección por E. coli previniendo la diarrea neonatal porcina. Los objetivos del trabajo son: Evaluar la protección por un anticuerpo aviario IgY anti-E. coli aplicado mediante nanotubos de carbono a cultivo de enterocitos porcinos primarios sometidos a una post-infección con E. coli; Analizar los efectos secundarios de los nanotubos con IgY anti-E coli en la citotoxicidad, el balance oxidativo y la apoptosis de los enterocitos porcinos cultivados in vitro y Evaluar la acción terapeútica de la IgY anti-E coli aplicada a porcinos y efectos secundarios de la administración con nanotubos. Se implementará un diseño experimental in vitro con diferentes grupos de cultivos con nanotubos, con IgY anti-E. coli e inespecifica y con exposición a E. coli. Se realizará cultivo de enterocitos porcinos primarios con una técnica de disgregación enzimática con colagenasa según protocolo de Bader et al. (2000). Se evaluará la viabilidad por la prueba de azul tripan. Para la obtención del anticuerpo anti-E. coli aviario se aplicarán un total de 3 dosis de E. coli (109 UFC/ml de adyuvante) a gallinas Legorhn en condiciones fisiológicas. Se recolectarán los huevos diariamente. Se purificará la IgY según método de Polson et al. (1985) utilizando PEG 6000. La concentración de IgY se medirá por ELISA de alta sensibilidad. La IgY será incorporada a nanotubos según protocolo de Acevedo et al. 2006. Para analizar los posibles efectos secundarios de los nanotubos se evaluará: 1. Citotoxicidad por técnica de MTT 2. Estrés oxidativo por técnica de TBARS y 3. Apoptosis por técnica de TUNEL.Además, se implementará un diseño experimental in vivo para probar la acción terapeútica de este nutraceútico aplicados a lechones destetados y los efectos secundarios de la administración con nanotubos. Se realizará un cultivo de enterocitos de lechones que previamente fueron tratados con la IgY anti-E. coli administrada mediante nanotubos y efectuarán las técnicas descriptas anteriormente. Los resultados esperados son: Elaboración de un Ac aviario IgY anti-E. coli para prevenir infección de enterocitos, Profundización en el conocimiento acerca de los efectos citotóxicos de los nanotubos de carbono multilamelares, Generación de tratamiento alternativo para enfermedades entéricas porcinas.

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

NANO(BIO)SENSORES ELECTROQUIMICOS Y PLASMÓNICOS: DISEÑO, CARACTERIZACIÓN Y APLICACIONES PARA LA CUANTIFICACION DE BIOMARCADORES DE ALTO IMPACTO

En Argentina, en consonancia con el resto del mundo, la Nanotecnología es considerada un área estratégica. Sin embargo, las investigaciones en Nanobiotecnología todavía constituyen un área de vacancia. El uso de nanomateriales para desarrollar plataformas bioanalíticas que permitan la construcción de biosensores ofrece múltiples ventajas y una promisoria perspectiva de aplicación en diversas áreas. En la actualidad, los laboratorios de análisis clínicos, la industria farmacéutica y alimentaria, y los laboratorios de control bromatológico y ambiental requieren de metodologías analíticas que proporcionen resultados exactos, reproducibles, rápidos, sensibles y selectivos empleando pequeños volúmenes de muestra, con un mínimo consumo de reactivos y una producción de deshechos limpia y escasa. Las investigaciones en nanobiosensores se encuentran dirigidas hacia el logro de estas metas. Uno de los grandes desafíos es lograr biosensores miniaturizados con potencialidad para el desarrollo de dispositivos de medición descentralizada (“point of care”) y la detección simultánea de multianalitos. Aún cuando se han hecho innumerables desarrollos en los casi 50 años de vida de los biosensores, todavía hay numerosos interrogantes por dilucidar. La modificación con nanomateriales juega un rol preponderante en los transductores tanto en los electroquímicos como en los plasmónicos. El uso de películas delgadas de Au para SPR modificadas con grafeno u óxido de grafeno, es un campo de una enorme potencialidad y sin embargo es muy poco explotado, por lo que reviste gran importancia. En lo referido a la capa de biorreconocimiento, se trabajará con moléculas capaces de establecer interacciones de bioafinidad, como los anticuerpos y también moléculas que son muy poco usadas en nuestro país y en Latinoamérica como ADN, aptámeros, PNA y lectinas. RESUMEN: El Objetivo general de este proyecto es desarrollar nuevas plataformas bioanalíticas para la detección de diferentes eventos de bioafinidad a partir de la integración de transductores electroquímicos (EQ) y plasmónicos con materiales nanoestructurados (nanotubos de carbono, nanoláminas de grafeno, nanoalambres metálicos); biomoléculas (ADN, “peptide nucleic acid” (PNA), aptámeros, anticuerpos, lectinas) y polímeros funcionalizados con moléculas bioactivas. Las arquitecturas supramoleculares resultantes estarán dirigidas al desarrollo de biosensores EQ y plasmónicos para la cuantificación de biomarcadores de relevancia clínica y medioambiental. Se funcionalizarán CNT, grafeno, óxido de grafeno, nanoalambres metálicos empleando homopéptidos y proteínas con alta afinidad por cationes metálicos, los que se integrarán a transductores de carbono y oro y biomoléculas de reconocimiento capaces de formar complejos de afinidad (antígeno-anticuerpo, aptámero-molécula blanco, ADN-ADN, PNA-ADN, lectinas-hidratos de carbono, ligandos-cationes metálicos y avidina-biotina). Se sintetizarán y caracterizarán nuevos monómeros y polímeros funcionalizados con moléculas bioactivas y/o grupos rédox empleando diferentes rutas sintéticas. Se desarrollarán genosensores para la detección del evento de hibridación de secuencias de interés médico (cáncer de colon y de mama, tuberculosis); aptasensores para la detección de marcadores proteicos de T. cruzi, enfermedades cardiovasculares y contaminantes catiónicos; inmunosensores para la detección de biomarcadores proteicos relacionados con enfermedades cardiovasculares y cáncer; y biosensores de afinidad con lectinas para la detección de hidratos de carbono. La caracterización de las plataformas y las señales analíticas se obtendrán empleando las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica, de pulso diferencial y de onda cuadrada; stripping; resonancia de plasmón superficial; espectroscopía de impedancia electroquímica; microscopías de barrido electroquímico, SEM, TEM, AFM,SNOM, espectroscopías: UV-vis, FTIR,Raman;RMN, TGA y DSC.