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.

Síntesis y caracterización de Materiales Nanoscópicos y Nano-especies activas y sus aplicaciones en Energía y Medio Ambiente

Se estudiara la síntesis, caracterización y aplicación de Materiales Nanoscópicos (Nanoestructurados, MN y Nanocomposites, NC), con propiedades definidas en el campo de la Energía, Medio Ambiente y Bioingeniería, especialmente las MCM y SBA ( MCM-41 y MCM-48, SBA-1, SBA-3, SBA-15 y SBA-16, Silíceas o Al/Ga/Ti como Heteroátomo, y la Al-SBA-3, recientemente desarrollada por nosotros, primera publicación a nivel mundial). Se pondrá énfasis en el diseño, preparación y caracterización de sus réplicas con C (CMK-1 y CMK-3). Determinación y optimización de las estrategias de síntesis de MN y NC y Nano especies Activas en nuevos catalizadores (Ir/ TiO2, Pt/Pd etc.), cuyas propiedades fundamentales (estructurales, electrónicas, conductividad, actividad catalítica, etc.) sean aplicables en los Campos Citados. Comprensión de los parámetros que definen dichas propiedades, relación estructura/actividad, rediseño y aplicaciones de MN y NC en dos procesos específicos (de los cuales ya hemos publicado resultados): Energía y Medioambiente: 1) Almacenamiento de H2, Adsorción/Absorción de H2 en los MN Silíceos y Carbonosos y NC y Desarrollo de NC híbridos formados por reservorios en base a los MN por oclusión de nano-alambres moleculares de polímeros orgánicos, modificando las propiedades de conductividad / semiconductividad y adsorción de H2; 2) Estudio de las reacciones de hidrotratamiento catalítico (HDT), que comprende la hidrogenación, la hidrodesulfurizacion (HDS) y la hidrodenitrogenacion (HDN) de compuestos refractarios presentes en los cortes de combustibles. La determinación del mecanismo de las reacciones de HDS y HDN.

Modelización, argumentación, enunciados científicos, comunicación virtual y redes sociales a través de las Tecnologías de la Información y la Comunicación en Ciencias Naturales

El presente proyecto tiene por finalidad investigar los diferentes procesos de aprendizaje e interacciones que tienen lugar través del desarrollo y aplicaciones de estrategias innovadoras en ambientes mediados por las TIC en el ámbito de la Biología, la Física y la Química. Esta propuesta se llevará a cabo a través de cuatro componentes articuladas que se integran a través de su marco teórico y en su utilización en la práctica áulica. El primero de ellos se refiere al desarrollo, aplicación y evaluación de materiales que involucran diferentes procesos centrados en la modelización. Proponemos identificar, adaptar y aplicar una serie de recursos tecnológicos usados en la modelización. Se investigarán distintos aspectos generando dimensiones y categorías de análisis que permitan caracterizarlos. Dentro de ellos se usarán las simulaciones para la enseñanza la Física, específicamente se tratará de identificar las dificultades que presentan los estudiantes al resolver problemas aplicando las Leyes de Newton y generar una propuesta didáctica que incluya una simulación Applet Java para el aprendizaje de este contenido con su correspondiente evaluación. Otro recurso tecnológico que se estudiará tiene que ver con las animaciones llevadas a cabo por computadora. Se utilizará la estrategia Stopmotion para el aprendizaje de diferentes aspectos de la división celular en Biología, con alumnos de escuelas secundaria, investigando los aprendizajes y las producciones realizadas por estudiantes que trabajan de manera no tradicional. También se propone el uso de dos laboratorios virtuales con alumnos del profesorado en Biología, lo que permite comprender conceptos que habitualmente requieren experimentación fáctica, uno para la identificación de ADN a través de electroforesis en gel y el otro para la contaminación del agua. Se propone generar las guías de laboratorio basada en resolución de problemas a investigar la innovación a través de encuestas y entrevistas. Se investigarán el impacto de este recurso, las actitudes de los estudiantes frente a esta estrategia y sus aprendizajes. También se investigará la aplicación de un video juego educativo Kokori en 3D, de distribución gratuita, libre cuyo objetivo es poner en evidencia la comprensión de los procesos metabólicos de las células. Se aplicará a docentes de formación inicial analizando la interacción con los saberes de los estudiantes a través de situaciones en un escenario lúdico. Toda la investigación de esta componente estará centrada en la caracterización de los materiales, su evaluación, los aprendizajes con procesos de modelización. La segunda componente investiga las características que presentan las argumentaciones que se abordan en los procesos de lectura y escritura que se promueven cuando se trabaja con las TIC. Se analizarán las producciones escritas realizadas por docentes y estudiantes en las redes sociales y otros materiales desarrollados y aplicados en la componente anterior. El tercer componente se refiere al estudio de la interacción y comunicación que se promueva entre los participantes de los trabajos virtuales y de las redes sociales que intervienen, tales como Facebook y Twiter. Se considerará las dimensiones, categorías e indicadores que dan cuanta de los proceso de comunicación en estos entornos. El último componente, es el análisis de los procesos y negociaciones respecto de los enunciados, como las premisas que representan el conocimiento, que se ponen en juego en distintas propuestas elaboradas por los futuros profesores de biología en recursos como la Webquest. El enfoque metodológico usado integra técnicas y procedimientos cuantitativos y cualitativos. La contribución teórica permitirá caracterizar diferentes aspectos de la enseñanza de las ciencias naturales introduciendo TIC y como aporte novedoso se espera consolidar una red de comunicaciones entre los docentes, los estudiantes y los investigadores involucrados en el proyecto.