Síntesis y Caracterización de Materiales Nanoestructurados para el Almacenamiento de Hidrógeno. Hidrogen storage: Synthesis and characterization of nanostructured materials.

El hidrógeno tiene, actualmente, una atención considerable por su posible uso como combustible limpio y otros usos industriales y se ha demostrado que es posible hacer funcionar motores de combustión interna, por lo tanto es una alternativa viable respecto de fuentes de energía no renovables como el petróleo y tal vez sea en el futuro la tecnología más prometedora para reducir la contaminación, conservando el suministro de combustibles fósiles. Uno de los principales problemas para la utilización del hidrógeno como combustible es el del almacenamiento para que pueda ser seguro y transportable con todos los riesgos que esto supone. En este sentido el estudio de la adsorción de polímeros conductores (tal como polianilina, PANI o polipirrol PPy) y su posterior polimerización sobre hospedajes como aluminosilicatos meso y microporosos y carbones mesoporosos, es de suma importancia por sus propiedades para el almacenamiento de H2. El objetivo general de este proyecto es Investigar el almacenamiento de hidrógeno en nuevos composites nano/microestructurados. La síntesis de materiales micro/mesoporosos (MFI, MEL, BEA, L, MS41, SBA-15, SBA-1, SBA-3, SBA-16, CMK-3) para usos como hospedaje se realizan por sol-gel o síntesis hidrotérmica y se modificarán con TiO2, CeO2, ZrO2 y eventualmente con Ir, Ni, Zr. Muestras de estos hospedajes serán expuestos a vapores del monómero puro (anilina o pirrol). Luego se polimerizarán por polimerización oxidativa. Los nanocomposites sintetizados se caracterizarán por XRD, FTIR, DSC, TGA, SEM, TEM, EXFAS, XANES, UV-Vis. La adsorción de hidrógeno sobre los composites se llevará a cabo en un Reactor Parr, desde presiones atmosféricas y a altas presiones y varias temperaturas de adsorción . Los estudios de desorción de hidrogeno se llevarán a cabo en un equipo Chemisorb Micrometrics y se realizarán estudios termogravimétricos y de capacidad de retención de Hidrogeno por el nanocomposite. La importancia del estudio de este proceso tiene importantes implicancias económicas y sociales que serán preponderantes en el futuro debido a las cada vez más exigentes regulaciones ambientales. Además se contribuirá al avance del conocimiento científico, ya que es posible diseñar nuevos materiales, los que además permitirán generar reservorios de H2 con alta eficiencia. Por lo consiguiente: - Se desarrollarán nuevos materiales nanoestructurados, micro y mesoporosos y nanoclusters de especies activas en los hospedajes como así también la inclusión de polímeros (PANI, PPy) dentro de los canales de estos materiales. - Se caracterizarán estos materiales por métodos espectroscópicos (fisicoquímica de superficie). - Se estudiará la adsorción /absorcion de H2 en los nuevos materiales desarrollados. -Se aplicarán métodos de diseño de experimento (RDS), para optimizar el proceso de almacenamiento de H2, nivel de interacción de variables sinérgicas o colinérgicas.

VACUNAS: estudio de un sistema portador (nanoestructura) del adyuvante CpG-ODN para la inducción de una respuesta inmune

Numerosas sustancias fueron ensayadas como adyuvantes de vacunas pero sólo un número reducido se utiliza en veterinaria y humanos (1) (2). El “aluminio” es el único aprobado por la FDA para humano (3). Es seguro pero débil cuando se utiliza como inmunógeno proteínas recombinantes (4) y no genera Th1 y CTL (5-7). Las vacunas de nueva generación trajeron aparejado el advenimiento de una nueva generación de adyuvantes, entre ellos los CpG-ODN. Este adyuvante induce respuesta humoral, Th1 y CTL (8). CpG-ODN se utiliza en humanos, en muchos casos con éxito (“trials” clínicos en fase I-III). Un beneficio adicional es su habilidad de desarrollar una respuesta inmune efectiva en grupos que responden poco a la vacunación (neonatos, ancianos e inmunosuprimidos) (9-12). Sin embargo, a pesar de que existe plena evidencia que CpG-ODN tienen potente actividad como adyuvante, se visualizan varios problemas (vida media corta, biodistribución y farmacocinética no favorable, alta unión a proteínas plasmáticas, baja internalización celular y efectos independientes de la secuencia CpG (13)) que hacen que su biodisponibilidad sea reducida, hecho que representa una limitación para su uso clínico. Debido a esto, se han estudiado diferentes estrategias para formular CpG-ODN (liposomas, nano/micropartículas de lípidos catiónicos o polímeros biodegradables y emulsiones) (14-19). Estos sistemas han mejorado la actividad inmunoestimulatoria de CpG-ODN, sin embargo adolecen de problemas como son la imposibilidad de síntesis en escala comercial y la toxicidad observada sobre todo con las matrices catiónicas (20). Nosotros proponemos utilizar sistemas nanoestructurados de cristales líquidos formados a partir de ésteres del ácido ascórbico (coageles) como vehículo de CpG-ODN con el fin de promover un aumento de su actividad biológica. Utilizaremos la nanoestructura del ester formado entre el ácido ascórbico y ácido palmítico (coagel ASC16). Nuestros estudios previos indican que el coagel ASC16 aumenta la actividad adyuvante de CpG-ODN ya que ratones inmunizados con OVA/CpG-ODN/coagel ASC16 desarrollaron mayores títulos de anticuerpos (IgG, IgG1 e IgG2a) e IFNg que aquellos animales tratados con OVA/CpG-ODN. El coagel ASC16 ofrece varias ventajas como biomaterial para la preparación de vehículo: a)sus componentes son biodegradables (vitamina C, ácido graso esencial), b)la vitamina C conserva sus propiedades antioxidantes y es clasificada por la FDA como un antioxidante natural y seguro, c)es bien tolerado fisiológicamente y d)es posible desde el punto de vista técnico producirlo en gran escala. Hipótesis: creemos que con esta estrategia de vehiculización lograríamos la/s siguientes ventajas: a)aumentar la vida media de CpG-ODN aumentando la resistencia a nucleasas y/o logrando que CpG-ODN permanezca mayor tiempo tanto en el sitio de inyección como en los tejidos donde se induce la respuesta inmune, b)aumentar la internalización celular de CpG-ODN y del antígeno por células presentadoras de antígeno, c)crear un efecto “depot” (liberación sostenida en el tiempo) en el sitio de inyección. Objetivos: 1)evaluar la capacidad adyuvante de CpG-ODN vehiculizado en el coagel ASC16 2)estudiar el mecanismo por el cual el coagel ASC16 mejora la actividad adyuvante de CpG-ODN. Estudiaremos la influencia del coagel sobre CpG-ODN en la farmacocinética, biodistribución, “up-take” y activación celular, protección de nucleasas y liberación sostenida en el tiempo (“depot”). Además se evaluará si el coagel tiene actividad inflamatoria “per se”. Si bien aquí contemplamos el estudio de CpG-ODN en animales, hay que tener en cuenta que CpG-ODN tiene una alta posibilidad de ser aprobado para uso humano en un tiempo cercano. Esperamos establecer que CpG-ODN está apropiadamente formulado en el coagel, punto de partida para el desarrollo de un nuevo sistema portador de adyuvantes. Asi, la información obtenida podría constituir una plataforma para nuevos desarrollos biotecnológicos.

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

New methods for detecting antibiotic resistant bacteria and preventing their spread

Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) bacteria have emerged in the early 1980's in numerous health care institutions around the world. The main transmission mechanism within hospitals and healthcare facilities is through the hands of health care workers. Resistant to several antibiotics, the MRSA is one of the most feared pathogens in the hospital setting since it is very difficult to eradicate with the standard treatments. There are still a limited number of anti-MRSA antibiotics but the first cases of resistance to these compounds have already been reported and their frequency is likely to increase in the coming years. Every year, the MRSA infections result in major human and financial costs, due to the high associated mortality and expenses related to the required care. Measures towards a faster detection of resistant bacteria and establishment of appropriate antibiotic treatment parameters are fundamental. Also as part as infection prevention, diminution of bacteria present on the commonly touched surfaces could also limit the spread and selection of antibiotic resistant bacteria. During my thesis, projects were developed around MRSA and antibiotic resistance investigation using innovative technologies. The thesis was subdivided in three main parts with the use of atomic force microscopy AFM for antibiotic resistance detection in part 1, the importance of the bacterial inoculum size in the selection of antibiotic resistance in part 2 and the testing of antimicrobial surfaces creating by sputtering copper onto polyester in part 3. In part 1 the AFM was used two different ways, first for the measurement of stiffness (elasticity) of bacteria and second as a nanosensor for antibiotic susceptibility testing. The stiffness of MRSA with different susceptibility profiles to vancomycin was investigated using the stiffness tomography mode of the AFM and results have demonstrated and increased stiffness in the vancomycin resistant strains that also paralleled with increased thickness of the bacterial cell wall. Parts of the AFM were also used to build a new antibiotic susceptibility-testing device. This nano sensor was able to measure vibrations emitted from living bacteria that ceased definitively upon antibiotic exposure to which they were susceptible but restarted after antibiotic removal to which they were resistant, allowing in a matter of minute the assessment of antibiotic susceptibility determination. In part 2 the inoculum effect (IE) of vancomycin, daptomycin and linezolid and its importance in antibiotic resistance selection was investigated with MRSA during a 15 days of cycling experiment. Results indicated that a high bacterial inoculum and a prolonged antibiotic exposure were two key factors in the in vitro antibiotic resistance selection in MRSA and should be taken into consideration when choosing the drug treatment. Finally in part 3 bactericidal textile surfaces were investigated against MRSA. Polyesters coated after 160 seconds of copper sputtering have demonstrated a high bactericidal activity reducing the bacterial load of at least 3 logio after one hour of contact. -- Au cours des dernières décennies, des bactéries multirésistantes aux antibiotiques (BMR) ont émergé dans les hôpitaux du monde entier. Depuis lors, le nombre de BMR et la prévalence des infections liées aux soins (IAS) continuent de croître et sont associés à une augmentation des taux de morbidité et de mortalité ainsi qu'à des coûts élevés. De plus, le nombre de résistance à différentes classes d'antibiotiques a également augmenté parmi les BMR, limitant ainsi les options thérapeutiques disponibles lorsqu'elles ont liées a des infections. Des mesures visant une détection plus rapide des bactéries résistantes ainsi que l'établissement des paramètres de traitement antibiotiques adéquats sont primordiales lors d'infections déjà présentes. Dans une optique de prévention, la diminution des bactéries présentes sur les surfaces communément touchées pourrait aussi freiner la dissémination et l'évolution des bactéries résistantes. Durant ma thèse, différents projets incluant des nouvelles technologies et évoluant autour de la résistance antibiotique ont été traités. Des nouvelles technologies telles que le microscope à force atomique (AFM) et la pulvérisation cathodique de cuivre (PCC) ont été utilisées, et le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM) a été la principale BMR étudiée. Deux grandes lignes de recherche ont été développées; la première visant à détecter la résistance antibiotique plus rapidement avec l'AFM et la seconde visant à prévenir la dissémination des BMR avec des surfaces crées grâce à la PCC. L'AFM a tout d'abord été utilisé en tant que microscope à sonde locale afin d'investiguer la résistance à la vancomycine chez les SARMs. Les résultats ont démontré que la rigidité de la paroi augmentait avec la résistance à la vancomycine et que celle-ci corrélait aussi avec une augmentation de l'épaisseur des parois, vérifiée grâce à la microscopie électronique. Des parties d'un AFM ont été ensuite utilisées afin de créer un nouveau dispositif de test de sensibilité aux antibiotiques, un nanocapteur. Ce nanocapteur mesure des vibrations produites par les bactéries vivantes. Après l'ajout d'antibiotique, les vibrations cessent définitivement chez les bactéries sensibles à l'antibiotique. En revanche pour les bactéries résistantes, les vibrations reprennent après le retrait de l'antibiotique dans le milieu permettant ainsi, en l'espace de minutes de détecter la sensibilité de la bactérie à un antibiotique. La PCC a été utilisée afin de créer des surfaces bactéricides pour la prévention de la viabilité des BMR sur des surfaces inertes. Des polyesters finement recouverts de cuivre (Cu), connu pour ses propriétés bactéricides, ont été produits et testés contre des SARMs. Une méthode de détection de viabilité des bactéries sur ces surfaces a été mise au point, et les polyesters obtenus après 160 secondes de pulvérisation au Cu ont démontré une excellente activité bactéricide, diminuant la charge bactérienne d'au moins 3 logio après une heure de contact. En conclusion, l'utilisation de nouvelles technologies nous a permis d'évoluer vers de méthodes de détection de la résistance antibiotique plus rapides ainsi que vers le développement d'un nouveau type de surface bactéricide, dans le but d'améliorer le diagnostic et la gestion des BMR.

Imaging liver and brain glycogen metabolism at the nanometer scale.

In mammals, glycogen synthesis and degradation are dynamic processes regulating blood and cerebral glucose-levels within a well-defined physiological range. Despite the essential role of glycogen in hepatic and cerebral metabolism, its spatiotemporal distribution at the molecular and cellular level is unclear. By correlating electron microscopy and ultra-high resolution ion microprobe (NanoSIMS) imaging of tissue from fasted mice injected with (13)C-labeled glucose, we demonstrate that liver glycogenesis initiates in the hepatocyte perinuclear region before spreading toward the cell membrane. In the mouse brain, we observe that (13)C is inhomogeneously incorporated into astrocytic glycogen at a rate ~25 times slower than in the liver, in agreement with prior bulk studies. This experiment, using temporally resolved, nanometer-scale imaging of glycogen synthesis and degradation, provides greater insight into glucose metabolism in mammalian organs and shows how this technique can be used to explore biochemical pathways in healthy and diseased states. FROM THE CLINICAL EDITOR: By correlating electron microscopy and ultra-high resolution ion microprobe imaging of tissue from fasting mice injected with (13)C-labeled glucose, the authors demonstrate a method to image glycogen metabolism at the nanometer scale.

Increased plasticity of the stiffness of melanoma cells correlates with their acquisition of metastatic properties.

The stiffness of tumor cells varies during cancer progression. In particular, metastatic carcinoma cells analyzed by Atomic Force Microscopy (AFM) appear softer than non-invasive and normal cells. Here we examined by AFM how the stiffness of melanoma cells varies during progression from non-invasive Radial Growth Phase (RGP) to invasive Vertical Growth Phase (VGP) and to metastatic tumors. We show that transformation of melanocytes to RGP and to VGP cells is characterized by decreased cell stiffness. However, further progression to metastatic melanoma is accompanied by increased cell stiffness and the acquisition of higher plasticity by tumor cells, which is manifested by their ability to greatly augment or reduce their stiffness in response to diverse adhesion conditions. We conclude that increased plasticity, rather than decreased stiffness as suggested for other tumor types, is a marker of melanoma malignancy. These findings advise caution about the potential use of AFM for melanoma diagnosis. FROM THE CLINICAL EDITOR: This study investigates the changes to cellular stiffness in metastatic melanoma cells examined via atomic force microscopy. The results demonstrate that increased plasticity is a marker of melanoma malignancy, as opposed to decreased stiffness.

Primordial Perturbations in Einstein-Aether theories

El nostre objectiu es l'estudi d'extensions de la Relativitat General i, en particular, estem interessats en les teories que continguin camps vectorials addicionals. En aquests tipus de teories es necessari imposar que el vector ha de tenir norma fixa per evitar la presència d'un fantasma o grau de llibertat amb terme cinètic negatiu, i això implica que la simetria Lorentz està trencada espontàniament. El camp del aether només interactua gravitatòriament i la seva presència es difícil de detectar, no obstant això, durant inflació les fluctuacions del buit a escales petites d'un camp lleuger pot deixar una empremta en observables com les anisotropies del fons de radiació de microones. Les fluctuacions del Einstein-aether es comporten com els camps sense massa i això fa que inflació generi modes de longitud de ona llarga en els sectors escalar i vectorial. Hem estudiat la signatura del Einstein-aether dins l'espectre de pertorbacions primordials lluny del límit de de Sitter de inflació. Aquests modes escalars i vectorials poden deixar una empremta significativa en la radiació de fons de microones en funció dels paràmetres del model. Les observacions del fons de radiació de microones imposen restriccions fenomenològiques que redueixen els límits existents per aquesta classe de teoria. Amb aquest estudi del aether també esperem millorar el coneixement que tenim de una classe més ampla de teories que exhibeixen el mateix tipus de trencament de simetria.

Prospective evaluation of three point of care devices for glycemia measurement in a neonatal intensive care unit.

Hypoglycemia, if recurrent, may have severe consequences on cognitive and psychomotor development of neonates. Therefore, screening for hypoglycemia is a daily routine in every facility taking care of newborn infants. Point-of-care-testing (POCT) devices are interesting for neonatal use, as their handling is easy, measurements can be performed at bedside, demanded blood volume is small and results are readily available. However, such whole blood measurements are challenged by a wide variation of hematocrit in neonates and a spectrum of normal glucose concentration at the lower end of the test range. We conducted a prospective trial to check precision and accuracy of the best suitable POCT device for neonatal use from three leading companies in Europe. Of the three devices tested (Precision Xceed, Abbott; Elite XL, Bayer; Aviva Nano, Roche), Aviva Nano exhibited the best precision. None completely fulfilled the ISO-accuracy-criteria 15197: 2003 or 2011. Aviva Nano fulfilled these criteria in 92% of cases while the others were <87%. Precision Xceed reached the 95% limit of the 2003 ISO-criteria for values ≤4.2 mmol/L, but not for the higher range (71%). Although validated for adults, new POCT devices need to be specifically evaluated on newborn infants before adopting their routine use in neonatology.

Leishmanial antigens in the diagnosis of active lesions and ancient scars of American tegumentary leishmaniasis patients

Cutaneous biopsies (n = 94) obtained from 88 patients with American tegumentary leishmaniasis were studied by conventional and immunohistochemical techniques. Specimens were distributed as active lesions of cutaneous leishmaniasis (n = 53) (Group I), cicatricial lesions of cutaneous leishmaniasis (n = 35) (Group II) and suggestive scars of healed mucosal leishmaniasis patients (n = 6) (Group III). In addition, active cutaneous lesions of other etiology (n = 24) (Group C1) and cutaneous scars not related to leishmaniasis (n = 10) (Group C2) were also included in the protocol. Amastigotes in Group I biopsies were detected by routine histopathological exam (30.2%), imprint (28.2%), culture (43.4%), immunofluorescence (41.4%) and immunoperoxidase (58.5%) techniques; and by the five methods together (79.3%). In Group II, 5.7% of cultures were positive. Leishmanial antigen was also seen in the cytoplasm of macrophages and giant cells (cellular pattern), vessel walls (vascular pattern) and dermal nerves (neural pattern). Positive reaction was detected in 49 (92.5%), 20 (57%) and 4 (67%) biopsies of Groups I, II and III, respectively. Antigen persistency in cicatricial tissue may be related to immunoprotection or, on the contrary, to the development of late lesions. We suggest that the cellular, vascular and neural patterns could be applied in the immunodiagnosis of active and cicatricial lesions in which leishmaniasis is suspected.