Nanostructuring silicon probes via electrodeposition: characterization of electrode coatings for acute in vivo neural recordings

Understanding how the brain works will require tools capable of measuring neuron elec-trical activity at a network scale. However, considerable progress is still necessary to reliably increase the number of neurons that are recorded and identified simultaneously with existing mi-croelectrode arrays. This project aims to evaluate how different materials can modify the effi-ciency of signal transfer from the neural tissue to the electrode. Therefore, various coating materials (gold, PEDOT, tungsten oxide and carbon nano-tubes) are characterized in terms of their underlying electrochemical processes and recording ef-ficacy. Iridium electrodes (177-706 μm2) are coated using galvanostatic deposition under different charge densities. By performing electrochemical impedance spectroscopy in phosphate buffered saline it is determined that the impedance modulus at 1 kHz depends on the coating material and decreased up to a maximum of two orders of magnitude for PEDOT (from 1 MΩ to 25 kΩ). The electrodes are furthermore characterized by cyclic voltammetry showing that charge storage capacity is im-proved by one order of magnitude reaching a maximum of 84.1 mC/cm2 for the PEDOT: gold nanoparticles composite (38 times the capacity of the pristine). Neural recording of spontaneous activity within the cortex was performed in anesthetized rodents to evaluate electrode coating performance.

Engineering of metal oxide nanoparticles for application in electrochemical devices

The growing demand for materials and devices with new functionalities led to the increased inter-est in the field of nanomaterials and nanotechnologies. Nanoparticles, not only present a reduced size as well as high reactivity, which allows the development of electronic and electrochemical devices with exclusive properties, when compared with thin films. This dissertation aims to explore the development of several nanostructured metal oxides by sol-vothermal synthesis and its application in different electrochemical devices. Within this broad theme, this study has a specific number of objectives: a) research of the influence of the synthesis parameters to the structure and morphology of the nanoparticles; b) improvement of the perfor-mance of the electrochromic devices with the application of the nanoparticles as electrode; c) application of the nanoparticles as probes to sensing devices; and d) production of solution-pro-cessed transistors with a nanostructured metal oxide semiconductor. Regarding the results, several conclusions can be exposed. Solvothermal synthesis shows to be a very versatile method to control the growth and morphology of the nanoparticles. The electrochromic device performance is influenced by the different structures and morphologies of WO3 nanoparticles, mainly due to the surface area and conductivity of the materials. The dep-osition of the electrochromic layer by inkjet printing allows the patterning of the electrodes without wasting material and without any additional steps. Nanostructured WO3 probes were produced by electrodeposition and drop casting and applied as pH sensor and biosensor, respectively. The good performance and sensitivity of the devices is explained by the high number of electrochemical reactions occurring at the surface of the na-noparticles. GIZO nanoparticles were deposited by spin coating and used in electrolyte-gated transistors, which promotes a good interface between the semiconductor and the dielectric. The produced transistors work at low potential and with improved ON-OFF current ratio, up to 6 orders of mag-nitude. To summarize, the low temperatures used in the production of the devices are compatible with flexible substrates and additionally, the low cost of the techniques involved can be adapted for disposable devices.

Fabrication and characterization of transparent conductive oxide surface sensors for electrocorticography – TrECoG

Understanding how the brain works has been one of the greatest goals of mankind. This desire fuels the scientific community to pursue novel techniques able to acquire the complex information produced by the brain at any given moment. The Electrocorticography (ECoG) is one of those techniques. By placing conductive electrodes over the dura, or directly over the cortex, and measuring the electric potential variation, one can acquire information regarding the activation of those areas. In this work, transparent ECoGs, (TrECoGs) are fabricated through thin film deposition of the Transparent Conductive Oxides (TCOs) Indium-Zinc-Oxide (IZO) and Gallium-Zinc-Oxide (GZO). Five distinct devices have been fabricated via shadow masking and photolithography. The data acquired and presented in this work validates the TrECoGs fabricated as efficient devices for recording brain activity. The best results were obtained for the GZO- based TrECoG, which presented an average impedance of 36 kΩ at 1 kHz for 500 μm diameter electrodes, a transmittance close to 90% for the visible spectrum and a clear capability to detect brain signal variations. The IZO based devices also presented high transmittance levels (90%), but with higher impedances, which ranged from 40 kΩ to 100 kΩ.

Desenvolvimento de um teste de diagnóstico rápido para a deteção de malária em amostras clínicas

A malária é uma doença infeciosa transmitida através da picada de um mosquito fêmea Anopheles infetado com o parasita protozoário do género Plasmodium (P.), sendo o P. falciparum a espécie mais mortal. É responsável pela morte de milhares de pessoas por ano, nomeadamente nos países em vias desenvolvimento, países esses que não detêm as condições necessárias para a prática da microscopia ótica em larga escala, que continua nos dias de hoje a ser a técnica de eleição para o diagnóstico da doença. A conceção de testes de baixo custo e de fácil utilização tais como os testes de diagnóstico rápido (TDR) são uma mais-valia no diagnóstico deste tipo de doenças. A presente dissertação centra-se no desenvolvimento de um TDR num formato competitivo, baseado em nanopartículas de ouro (AuNP) funcionalizadas com ácido mercaptoundecanoico (MUA) ou com o pentapétido Cys-Ala-Leu-Asn-Asn (CALNN) e conjugadas com um anticorpo monoclonal anti-PfHRP2 que reconhece especificamente a proteína rica em histidina 2 produzida pelo P. falciparum (PfHRP2). Para isso, utilizou-se uma tecnologia inovadora na conceção do TDR, a tecnologia lab on paper, que utiliza o papel Whatman nº1. Os estudos de estabilidade de AuNP funcionalizadas com citrato de sódio, MUA ou CALNN por variação da força iónica e pH do meio mostraram que o pentapéptido CALNN é o agente de revestimento mais resistente a oscilações de força iónica, comparativamente com o citrato de sódio e o MUA e que apenas as AuNP revestidas com citrato de sódio atingiram o ponto de agregação ao pKa da molécula de revestimento. Os principais resultados obtidos aquando do desenvolvimento do TDR revelaram que o valor de diluição ótima de anticorpo anti-IgG (solução mãe a 11 mg.mL-1) imobilizado na linha de controlo é de 1:40 e 1:90, utilizando para deteção os bionanoconjugados AuNP-MUA-Anticorpo e AuNP-CALNN-Anticorpo, respetivamente. Com a aplicação da solução AuNP-CALNN-Anticorpo visualizou-se o aparecimento de cor vermelha na linha de teste, o que demonstra a deteção do antigénio pelos bionanoconjugados. A deteção ocorreu com a aplicação de 2,5 μL de PfHRP2 a 1,5 mg.mL-1. Numa análise global após a aplicação de culturas de sangue não infetadas ou infetadas com o parasita da malária, obteve-se cor na linha de controlo com uma diluição de 1:20 do anticorpo anti-IgG imobilizado. Em relação à linha de teste, na presença de culturas não infetadas, obteve-se sinal na mesma aplicando bionanoconjugados AuNP-MUA-Anticorpo e 2,5 μL de PfHRP2 a 2,6 mg.ml-1.

Improving silicon probe performance through layer-by-layer coating

Fully comprehending brain function, as the scale of neural networks, will only be possi-ble with the development of tools by micro and nanofabrication. Regarding specifically silicon microelectrodes arrays, a significant improvement in long-term performance of these implants is essential. This project aims to create a silicon microelectrode coating that provides high-quality electrical recordings, while limiting the inflammatory response of chronic implants. To this purpose, a combined chitosan and gold nanoparticles coating was produced allied with electrodes modification by electrodeposition with PEDOT/PSS in order to reduce the im-pedance at 1kHz. Using a dip-coating mechanism, the silicon probe was coated and then charac-terized both morphologically and electrochemically, with focus on the stability of post-surgery performance in anesthetized rodents. Since not only the inflammatory response analysis is vital, the electrodes recording degradation over time was also studied. The produced film presented a thickness of approximately 50 μm that led to an increase of impedance of less than 20 kΩ in average. On a 3 week chronic implant, the impedance in-crease on the coated probe was of 641 kΩ, compared with 2.4 MΩ obtained for the uncoated probe. The inflammatory response was also significantly reduced due to the biocompatible film as proved by histological tests.

Study of gold nanoparticle assisted neuron stimulation

The unique proprieties exhibited by nanoscale particles compared to their macro size counterparts allow for the creation of novel neural activity manipula-tion procedures. In this sense, gold nanoparticles (AuNPs) can be used to stimu-late the electrical activity of neuron by converting light into heat. During this dissertation, AuNPs are synthesized by the citrate reduction method, resulting in a hydrodynamic diameter of approximately 16 nm and an absorbance peak of 530 nm. A system to control a 532 nm laser and measure the temperature variation was custom built from scratch specifically for this project. Temperature is then measured with recourse to a thermocouple and through changes in impedance. The built system had in consideration the necessities pre-sented by in vivo tests. Trials were performed by measuring the temperature rise of colloidal AuNP solutions, having the temperature variation reached a maximum of ap-proximately 18 ºC relative to control trials; successfully showing that light is ef-fectively transduced into heat when AuNPs are present. This novel approach enables an alternative to optogenetics, which require the animal to be genetically modified in order to allow neuron stimulation.

Analysis of physicochemical interaction between the components of asphalt mixtures with rubber

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil

Construcción y evaluación de prototipos para acondicionamiento térmico de viviendas precarias

Los actuales planes de vivienda de carácter gubernamental, si bien significan un avance en el mejoramiento de las condiciones térmicas de confort para destinatarios de viviendas precarias, por lo general no contemplan el aprovechamiento de los recursos energéticos naturales, tales como la radiación solar, los vientos, la vegetación, la luz natural y la tierra como depósito de energía. El presente Proyecto de Investigación contempla la construcción de uno o dos prototipos y el monitoreo de sus capacidades de generar o quitar calor (según sea invierno o verano). El diseño de dichos prototipos fue realizado y calculado en forma teórica en el Proyecto 2008.

Precedentes Romanos acerca de la protección al más débil

La protección de la parte más débil en toda relación jurídica, fuere de índole contractual o no, debe ser objetivo prioritario del Derecho. Ahora bien, éste se plasma en normas que son las que rigen la vida social, las cuales muchas veces no contemplan estas prioridades. Lo que crea la paradoja de que existan normas legales, pero no legítimas. El desarrollo social hace que esas leyes queden retrasadas, lo que las hace devenir inútiles para los fines que se tuvieron en vista al crearlas. Partiendo de aquí es importante recurrir al Derecho Romano. Quien piense a éste como una colección de reglas añejas y obsoletas, se equivoca. Quien lo considere arqueología jurídica, también se equivoca. Y yerra igualmente el que limita (y degrada) su importancia reduciéndolo a un mero antecedente de los códigos actuales. Es la equivocación de los dogmáticos, pero una visión humanista razona diferente. El Derecho Romano es la ratio scripta, el Derecho Natural en acto, y como tal conserva su vigencia. El extremo y salvaje liberalismo olvidó y desnaturalizó muchos de sus principios, cuya actualidad deseamos rescatar: El respeto a la ancianidad, regímenes tuitivos, como el amparo del pródigo, la defensa del más débil en un contrato. El trabajo y el trabajador, el asesoramiento gratuito. Los ejemplos resultan numerosísimos. Sobre este tema pretendemos investigar, presentando soluciones romanas a problemas actuales, y demostrando así que un marco normativo superador del que actualmente tenemos es posible.

Desarrollo de alternativas de mejoramiento del acondicionamiento térmico invernal y estival en los asentamientos informales de viviendas existentes en la ciudad de Córdoba por medio del aprovechamiento de las energías naturales

Como consecuencia de la estructura socio-económica de la población de escasos recursos que habitan los barrios informales más pobres de la ciudad de Córdoba (General Savio, Villa Bajo Pueyrredón y Barranco Yaco) se evidencia un uso ilegal de la energía eléctrica a los efectos de iluminar, calefaccionar y refrescar los ambientes de dichos asentamientos. El presente proyecto cuyo objetivo es mejorar la calidad de vida de los ocupantes, está orientado a optimizar con poca inversión las condiciones ambientales de las viviendas y fundamentalmente a crear el diseño de dispositivos de bajo costo que permitan el acondicionamiento térmico invernal y el refrescamiento estival. A tal fin se considerará el aporte de energías naturales: radiación solar, vientos predominantes, energía subterránea (tierra), entre otros. Los resultados obtenidos permitirán en el futuro la transferencia de las tecnologías arribadas a nuevos proyectos de interés social, aspectos que también podrían hacerse aplicables a otras tipologías (edificios para escuelas urbanas y rurales por ejemplo)

Estudio y diseño de alternativas sustentables para envolventes de viviendas de interés social en las diferentes zonas bioclimáticas de la provincia de Córdoba

Identificación y caracterización del problema objeto del estudio: La consideración de los recursos naturales en las diferentes regiones bioclimáticas, son factores fundamentales en el diseño de las envolventes de las viviendas para un uso racional de la energía. Estos aspectos tienen una incidencia directa en los presupuestos que deben afrontar los habitantes para solventar los gastos energéticos, en especial en aquellos sectores de menores recursos en la sociedad. Considerando la estructura socio-económica de la población y el déficit habitacional, surge como una de las temáticas más importantes el de la habitabilidad. La mayoría de de las viviendas de interés social en la Provincia de Córdoba no tienen la posibilidad de ser climatizadas con medios convencionales. Por tal razón, el diseño y materialización de las envolventes debiera ajustarse a las condiciones bioambientales de cada zona en particular y a la vez aprovechar los recursos naturales garantizando el confort ambiental con mayor ahorro energético. La Provincia de Córdoba abarca diferentes zonas bioambientales (II a y IIIa) de la República Argentina (Norma IRAM 11603) que presentan microclimas que deben ser determinados para la solución del tema-problema abordado. Es importante relevar la disponibilidad de materiales en cada zona y determinar la aptitud de los mismos, considerando simultáneamente los aspectos económicos de cada alternativa planteada. Hipótesis: La concreción de la investigación del tema-problema planteado permitirá que los requerimientos físicos de las envolventes para cada zona bioambiental de la Provincia de Córdoba sean incorporados en las Normativas y Reglamentaciones vigentes como así también alternativas de envolventes que cumplan con las mismas. Planteo de objetivos: Generales: Mejorar las condiciones de confort bioambiental para viviendas de interés social y disminuir el gasto energético en las viviendas de interés social de la Provincia de Córdoba; Específicos: Plantear alternativas constructivas de envolventes que mejoren los aspectos térmicos, acústicos y lumínicos en las viviendas. Materiales y métodos a utilizar: Se estudiarán los materiales de construcción disponibles en cada zona, como así también aquellos de bajo costo o para reciclar. Las metodologías a utilizar serán variadas y estarán en relación a cada desarrollo en particular: relevamientos teóricos y análisis biliográficos sobre la temática, relevamientos cuantitativos de condiciones de confort ( temperaturas de las envolventes y del aire, niveles de ruido, iluminancias medias de ambientes, velocidad del aire interior) mediante la utilización de instrumental específico, relevamientos cualitativos (encuestas) en los habitantes de viviendas de interés social ubicadas en diferentes zonas bioclimáticas, verificación de alternativas y posible modelización.

Desarrollo de alternativas de mejoramiento térmico invernal y estival para viviendas de interés social en Córdoba. Diseño, construcción y verificación de modelos y/o prototipos

Los actuales planes de vivienda de carácter gubernamental, si bien significan un avance en el mejoramiento de las condiciones térmicas de confort para destinatarios de viviendas precarias, por lo general no contemplan el aprovechamiento de los recursos energéticos naturales, tales como la radiación solar, los vientos, la vegetación, la luz natural y la tierra como depósito de energía. El presente Proyecto de Investigación contempla la construcción de uno o dos prototipos y el monitoreo de sus capacidades de generar o quitar calor (según sea invierno o verano).

Utilización de técnicas de Biología Molecular en el diagnóstico clínico: detección de Trypanosoma cruzi y su relación con el compromiso cardiovascular en pacientes chagásicos

La enfermedad de Chagas, que afecta en Latinoamérica a unos 20 millones de personas, presenta una fase inicial aguda con niveles altos de parasitemia y a continuación el período intermedio y la fase crónica con baja parasitemia que pueden durar varias décadas. Un importante porcentaje de infectados con Trypanosoma cruzi desarrolla la miocardiopatía chagásica, cuya fisiopatología plantea actualmente numerosos interrogantes. (...) La dificultad en la comprensión de los mecanismos fisiopatológicos de esta enfermedad se acrecienta con la ausencia de métodos diagnósticos certeros. Actualmente éste se basa en la sospecha clínica-epidemiológica y en pruebas serológicas que sólo indican la memoria inmunológica de la exposición al parásito. La disparidad de resultados entre los diferentes métodos de diagnóstico directo, cultivos anatomopatológicos y hemocultivos puede deberse a que sólo en una proporción de pacientes con serología positiva el parásito está presente o bien a que su presencia sea transitoria y periódica, o bien a la ausencia de un método suficientemente sensible para detectarlo. (...) En nuestro laboratorio hemos demostrado que es posible detectar T. cruzi en sangre de pacientes con Chagas crónico, mediante la amplificación de un fragmento de ADN de T. cruzi de 220 pb. Este fragmento es específico de T. Cruzi y no produce reacciones cruzadas con ADN humano ni Leishmania. En resumen, distintos autores afirman que la presencia del parásito es un factor importante en la generación y mantenimiento de la inflamación miocárdica. Es posible, por lo tanto, que la detección de parasitemia en chagásicos crónicos, tengan o no signos de cardiopatía, sirva como un dato pronóstico sobre la evolución futura de la enfermedad. En el presente proyecto nos proponemos detectar parasitemia en pacientes chagásicos serológicamente positivos que se hallan en las etapas intermedia y crónica de la enfermedad. Este dato se correlacionará con el grado de compromiso cardiovascular para determinar su posible valor pronóstico de la aparición y evolución de la miocardiopatía chagásica. Objetivo general Determinar parasitemia en pacientes chagásicos de fase intermedia y crónicos y correlacionarlo con el grado de compromiso cardíaco, en función del timpo de evolución y el número de parásitos circulantes. Objetivos específicos 1. Identificar parasitemia en pacientes chagásicos crónicos por medio de PCR y correlacionarlo con el grado de compromiso cardíaco determinado según la clasificación de la Sociedad Argentina de Cardiología. 2. Cuantificar los parásitos por medio de PCR cuantitativa para establecer una posible correlación con el tipo clínico de las miocardiopatías.