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.

Polímeros a partir de fuentes renovables. Polymers from renewable resources.

Las poliolefinas (polietileno y polipropileno) y el poliestireno se obtienen por polimerización de monómeros derivados del petróleo. La utilización creciente del petróleo incrementa la emisión a la atmósfera de gases que provocan el recalentamiento global. Por otra parte, la escasez de reservas de petróleo provocó en los últimos años un incremento en el precio del crudo y en el de sus derivados. Por tal motivo, esto pone de manifiesto el interés actual por reemplazar al petróleo y al gas natural por materias primas renovables. El ácido poliláctico (APL) y el poli(3-hidroxibutirato) (PHB) son poliésteres de origen bacteriano que poseen propiedades termoplásticas y elastómeras similares a los plásticos derivados del petróleo, pero son biodegradables y se producen a partir de sustratos renovables. Sin embargo, su costo es aún demasiado elevado. Una de las estrategias utilizadas para abaratarlos es la utilización de sustratos de costo bajo o nulo (residuos agroindustriales y permeado de lactosuero). Por lo tanto, el principal objetivo de este proyecto es sintetizar plásticos biodegradables alternativos a los polímeros sintéticos ya existentes a partir de recursos renovables de bajo costo. En particular, se pretende utilizar permeado de lactosuero proveniente de distintas industrias de San Francisco y su zona. San Francisco se encuentra estratégicamente ubicada dentro de una de las principales cuencas lecheras de este país. Los trabajos a desarrollar serán teórico y experimentales, y se relacionan con la síntesis y caracterización de los productos y el modelado de dichos procesos. Desde el punto de vista experimental se pretende: a) sintetizar el bio-monómero (ácico láctico) y los polímeros (APL y PHB) ; b) caracterizar el bio-monómero y los polímeros mediante el empleo de técnicas volumétricas, espectroscópicas y cromatográficas; y c) medir propiedades finales (fundamentalmente mecánicas) y establecer las relaciones estructuras-propiedades. Desde el punto de vista teórico se modelarán los procesos de síntesis (bio-monómero) y polimerización. Los modelos se utilizarán para la predicción de características físicas y moleculares de los productos finales, para la simulación y la optimización de procesos, y para complementar técnicas de caracterización. Este proyecto se enmarca dentro de la Química Verde o Sustentable con lo cual se pretende incentivar el desarrollo de productos más saludables y químicamente adaptados al medio ambiente que reemplacen a los polímeros sintéticos existentes sin la pérdida de sus propiedades finales. De este modo, se espera que los resultados contribuyan al conocimiento científico y tecnológico y resulten de interés regional e internacional.

Representations of lattice point sets : theory, algorithms, applications

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Habil.-Schr., 2006

Lattice point inequalities and face numbers of polytopes in view of central symmetry

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2012

Experiments in square lattice with a common treatment in all blocks

This paper deals with a generalization of square lattice designs, with k² treatments in blocks of k + 1 plots, the extra plot in each block receiving a standard treatment, the same for all blocks. The new design leads to lower variances for contrasts between adjusted treatment means

The existence of periodic solutions of a two dimensional Lattice

We consider a two dimensional lattice coupled with nearest neighbor interaction potential of power type. The existence of infinite many periodic solutions is shown by using minimax methods.

Diseño de filtros de onda acústica basados en estructuras "half lattice"

En los últimos tiempos la telefonía móvil ha experimentado una reducción de los terminales gracias a la miniaturización de los filtros a frecuencias de microondas. Los filtros pasa banda más utilizados son los basados en la tecnología SAW, sin embargo son incompatibles con tecnologías de silicio y su comportamiento se degrada a frecuencias superiores de 3 GHz, por ello los estudios actuales se centran en la tecnología BAW. Las dos arquitecturas convencionales de filtros basados en resonadores BAW unidos eléctricamente son el ladder y lattice. Sin embargo, en este proyecto se estudiará la topología half lattice, la cual presenta un mejor comportamiento y unas dimensiones más reducidas. Para ello se obtendrán las ecuaciones de diseño del filtro, y con ellas se realizará la implementación a partir de la frecuencia central y el ancho de banda relativo.

The antibody response in mice to carrier-free synthetic polymers of Plasmodium falciparum circumsporozoite repetitive epitope is I-Ab-restricted: possible implications for malaria vaccines.

The immunogenicity of a novel synthetic peptide consisting of an average of 40 (Asn-Ala-Asn-Pro) repeats of the circumsporozoite protein of Plasmodium falciparum, (NANP)40, was studied in mice without using any carrier proteins. First, high titers of anti-(NANP)40 antibodies could be obtained after immunization of C57BL/6 mice. These antibodies also reacted with an extract of mosquitoes infected with P. falciparum sporozoites. C57BL/6 nu/nu mice did not produce antibodies against (NANP)40. Secondly, when 14 strains of mice with nine different H-2 haplotypes were immunized with (NANP)40 without carrier, only H-2b mice were found to produce anti-(NANP)40 antibodies, whereas all non-H-2b mice were consistently unresponsive. This response was demonstrated to be I-A-linked by using recombinant and mutant mice. I-Ab [B10.A(5R)] mice produced anti-(NANP)40 antibodies as well as H-2b inbred mice. B6CH-2bm12 I-Ab-mutant mice showed only a very low response. Third, the antibody response against (NANP)40 could be induced in nonresponder mice by immunization with the peptide coupled to a carrier protein. In view of the existence of such an exceptional H-2b restriction in the response to sporozoite synthetic peptides in mice, the triggering of peptide-specific T cell responses in humans receiving sporozoite malaria vaccines might be difficult to achieve.

Human urothelial cells grown on collagen adsorbed to surface-modified polymers.

OBJECTIVES: Tissue engineering methods can be applied to regenerate diseased, or congenitally missing, urinary tract tissues. Urinary tract tissue cell cultures must be established in vitro and adequate matrices, acting as cell carriers, must be developed. Although degradable and nondegradable polymer matrices offer adequate mechanical stability, they are not optimal for cell adherence and growth. To overcome this problem, extracellular matrix proteins, permitting cell adhesion and regulation of cell proliferation and differentiation, can be adsorbed to the surface-modified polymer. METHODS: In this study, nondegradable polymer films, poly(ethylene terephthalate), were used as an experimental model. Films were modified by graft polymerization of acrylic acid to subsequently allow collagen type I and III immobilization. The following adhesion, proliferation of human urothelial cells, and induction of their stratification were analyzed. RESULTS: Collagen adsorption on 0.2 microg/cm2 poly(acrylic acid)-grafted polymer films rendered the matrix apt for human urothelial cell adhesion and proliferation. Furthermore, stratification of urothelial cells was demonstrated on these surface-modified matrices. CONCLUSIONS: These results have shown that surface-modified polymer matrices can be used to act as cell carriers for cultured human urothelial cells. Such a cell-matrix construct could be applied in reparative surgery of the urinary tract.

Effect of Knotting on the Shape of Polymers

Momentary configurations of long polymers at thermal equilibrium usually deviate from spherical symmetry and can be better described, on average, by a prolate ellipsoid. The asphericity and nature of asphericity (or prolateness) that describe these momentary ellipsoidal shapes of a polymer are determined by specific expressions involving the three principal moments of inertia calculated for configurations of the polymer. Earlier theoretical studies and numerical simulations have established that as the length of the polymer increases, the average shape for the statistical ensemble of random configurations asymptotically approaches a characteristic universal shape that depends on the solvent quality. It has been established, however, that these universal shapes differ for linear, circular, and branched chains. We investigate here the effect of knotting on the shape of cyclic polymers modeled as random isosegmental polygons. We observe that random polygons forming different knot types reach asymptotic shapes that are distinct from the ensemble average shape. For the same chain length, more complex knots are, on average, more spherical than less complex knots.

tagO is involved in the synthesis of all anionic cell-wall polymers in Bacillus subtilis 168.

Sequence homologies suggest that the Bacillus subtilis 168 tagO gene encodes UDP-N-acetylglucosamine:undecaprenyl-P N-acetylglucosaminyl 1-P transferase, the enzyme responsible for catalysing the first step in the synthesis of the teichoic acid linkage unit, i.e. the formation of undecaprenyl-PP-N-acetylglucosamine. Inhibition of tagO expression mediated by an IPTG-inducible P(spac) promoter led to the development of a coccoid cell morphology, a feature characteristic of mutants blocked in teichoic acid synthesis. Indeed, analyses of the cell-wall phosphate content, as well as the incorporation of radioactively labelled precursors, revealed that the synthesis of poly(glycerol phosphate) and poly(glucosyl N-acetylgalactosamine 1-phosphate), the two strain 168 teichoic acids known to share the same linkage unit, was affected. Surprisingly, under phosphate limitation, deficiency of TagO precludes the synthesis of teichuronic acid, which is normally induced under these conditions. The regulatory region of tagO, containing two partly overlapping sigma(A)-controlled promoters, is similar to that of sigA, the gene encoding the major sigma factor responsible for growth. Here, the authors discuss the possibility that TagO may represent a pivotal element in the multi-enzyme complexes responsible for the synthesis of anionic cell-wall polymers, and that it may play one of the key roles in balanced cell growth.

Scaling behavior and equilibrium lengths of knotted polymers

We use numerical simulations to investigate how the chain length and topology of freely fluctuating knotted polymer rings affect their various spatial characteristics such as the radius of the smallest sphere enclosing momentary configurations of simulated polymer chains. We describe how the average value of a characteristic changes with the chain size and how this change depends on the topology of the modeled polymers. Although the scaling profiles of a spatial characteristic for distinct knot types do not intersect (at least, in the range of our data), the profiles for nontrivial knots intersect the corresponding profile obtained for phantom polymers, i.e., those that are free to explore all available topological states. For each knot type, this point of intersection defines its equilibrium length with respect to the spatial characteristic. At this chain length, a polymer forming a given knot type will not tend to increase or decrease. on average, the value of the spatial characteristic when the polymer is released from its topological constraint. We show interrelations between equilibrium lengths defined with respect to spatial characteristics of different character and observe that they are related to the lengths of ideal geometric configurations of the corresponding knot types.

Production of renewable polymers from crop plants

Plants produce a range of biopolymers for purposes such as maintenance of structural integrity, carbon storage, and defense against pathogens and desiccation. Several of these natural polymers are used by humans as food and materials, and increasingly as an energy carrier. In this review, we focus on plant biopolymers that are used as materials in bulk applications, such as plastics and elastomers, in the context of depleting resources and climate change, and consider technical and scientific bottlenecks in the production of novel or improved materials in transgenic or alternative crop plants. The biopolymers discussed are natural rubber and several polymers that are not naturally produced in plants, such as polyhydroxyalkanoates, fibrous proteins and poly-amino acids. In addition, monomers or precursors for the chemical synthesis of biopolymers, such as 4-hydroxybenzoate, itaconic acid, fructose and sorbitol, are discussed briefly

A systolic array for linear MIMO detection based on an all-swap lattice reduction algorithm

A systolic array to implement lattice-reduction-aided lineardetection is proposed for a MIMO receiver. The lattice reductionalgorithm and the ensuing linear detections are operated in the same array, which can be hardware-efficient. All-swap lattice reduction algorithm (ASLR) is considered for the systolic design.ASLR is a variant of the LLL algorithm, which processes all lattice basis vectors within one iteration. Lattice-reduction-aided linear detection based on ASLR and LLL algorithms have very similarbit-error-rate performance, while ASLR is more time efficient inthe systolic array, especially for systems with a large number ofantennas.