Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de un biosensor basado en un transistor efecto de campo utilizando el nanomaterial bidimensional MXeno Ti3C2Tx para la detección de la dopamina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Urbina Pinto, Edwin Well; Grieseler, RolfLa presente investigación se enfoca en el diseño, fabricación y caracterización de un biosensor basado en un transistor de efecto de campo (FET, por sus siglas en inglés), cuyo canal es el nanomaterial bidimensional MXeno Ti3C2Tx, para la detección de dopamina. La dopamina es un neurotransmisor crucial en distintas funciones neurológicas. El trastorno de este neurotransmisor ha generado interés debido a su asociación con las enfermedades de Parkinson, Alzheimer, esquizofrenia. Los biosensores a base de nanomateriales han surgido como una alternativa prometedora para la detección de dopamina debido a su alta sensibilidad, selectividad y capacidad de respuesta en tiempo real. Para este estudio se sigue un conjunto de metodologías que incluye la fabricación del nanomaterial MXeno Ti3C2Tx, su caracterización eléctrica, así como su caracterización mediante espectroscopia Raman, espectroscopía de energía dispersiva de rayos X y microscopía electrónica de barrido. Además, se realizó la caracterización eléctrica del biosensor FET con canal MXeno Ti3C2Tx. Los resultados obtenidos en esta investigación muestran que la longitud del nanomaterial bidimensional MXeno Ti3C2Tx son “excepcionalmente grandes” en comparación con lo reportado en la literatura, lo que evidencia una contribución significativa en el campo de nanomateriales 2D. Otro resultado prometedor, aun no documentado en la literatura existente, es que la conductancia del nanomaterial MXeno Ti3C2Tx es mayor a la de la fase MAX Ti3AlC2 (material 3D, precursor del MXeno). Por otra parte, el biosensor FET con canal MXeno Ti3C2Tx logra detectar eficazmente concentraciones de dopamina en un rango de 10 µM a 40 µM, alcanzando así con éxito el objetivo de la presente tesis. En conclusión, esta investigación no solo presenta una contribución significativa en el campo de los nanomateriales 2D, sino que también demuestra que la conductancia del MXeno Ti3C2Tx es superior a la de su precursor, la fase MAX Ti3AlC2, mejorando la sensibilidad del biosensor. Contribuyendo así en la eficacia de los biosensores FET de dopamina. Finalmente, se plantean propuestas para las futuras investigaciones que puedan contribuir al desarrollo de este biosensor.Ítem Texto completo enlazado Síntesis de nanoestructuras de oro y el modelado computacional de sus propiedades ópticas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-06) Sifuentes Becerra, Jorge Ricardo; Hernández García, YulánLas nanopartículas de oro (AuNP) poseen propiedades ópticas que las convierten en buenas candidatas para una gran variedad de aplicaciones en campos tales como la fotónica y la biomedicina. Estas propiedades dependen de las dimensiones y la geometría de la nanopartícula, por lo que es imprescindible controlar y optimizar las condiciones de síntesis para su posterior uso. Además, se puede obtener información de dichas propiedades mediante métodos numéricos para modelar la distribución del campo eléctrico y el espectro de extinción (absorción y dispersión) de la nanopartícula. Esto es muy importante para la espectroscopía Raman amplificada en superficie (SERS), ya que en esta técnica las AuNP actúan como antenas, que amplifican la intensidad del campo eléctrico a las frecuencias de resonancia plasmónica, el cual además se concentra en zonas específicas de la superficie. En el presente trabajo se optimizarán las condiciones de síntesis de tres AuNP con morfologías diferentes: cajas (NB), cubos (NC) y prismas triangulares (NT), para lo cual, se utilizarán tres métodos de síntesis basados en la reducción de ácido cloroáurico. El primero de ellos se emplea para sintetizar AuNB a partir del reemplazo galvánico de nanocubos de plata (AgNC) preparados mediante el método del poliol. En el segundo se utilizará CTAB como estabilizante y se variará la concentración de los reactivos para la obtención de diversas morfologías como cubos o triángulos. El último método se utilizará para conseguir AuNT, únicamente con tiosulfato como reductor y estabilizante. Seguidamente, se caracterizarán las NP obtenidas mediante espectroscopía UV–Vis–NIR y microscopía electrónica. Posteriormente, se empleará el modelado computacional por el método de diferencia finita en el dominio del tiempo (FDTD) para explicar las propiedades ópticas de las nanopartículas sintetizadas. Para esto se tomarán en cuenta variables como la geometría, las dimensiones, la identidad del metal y el medio que las rodea. Finalmente, se compararán las potenciales ventajas y desventajas de cada nanopartícula en función al método de síntesis y a sus propiedades ópticas analizadas por el método de FDTD.Ítem Texto completo enlazado Elaboración de nanopartículas de oro en hidrogeles termosensitivos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-06) Gutarra Yarmas, Jesús Tito; Rueda Sánchez, Juan CarlosEste trabajo de investigación muestra la factibilidad de sintetizar nanopartículas de oro dentro de hidrogeles (HG) termosensitivos de N-isopropilacrilamida (NiPAAm) y 2-oxazolinas obteniendose de esta forma un nuevo compósito Hidrogelnanopartículas de oro (HG-NPAu). Los hidrogeles termosensitivos se elaboraron a partir de la copolimerización radicalar de (NiPAAm) y un macromonómero (MM) hidrolizado de 2-éster-2-oxazolina en presencia de Bisacrilamida. También se sintetizaron hidrogeles mediante la polimerización de NiPAAm y un telequélico, el cual fue elaborado a partir de los monómeros de Metiloxazolina (MeOXA) y 2-éster-2-oxazolina (EsterOXA). La polimerización fue iniciada por el Clorometilestireno (CMS) y finalizada con un terminador derivado de Piperazina. Los grupos ácidos carboxílicos contenidos en el macromonómero y en el telequélico permitieron mediante una reacción con cisteamina la incorporación de grupos tioles en la estructura de los hidrogeles. Los hidrogeles así modificados fueron acomplejados con iones aúricos y luego éstos fueron reducidos con citrato de sodio a baja temperatura. De esta forma se obtuvo nanopartículas de oro (NPAu) in situ dentro del hidrogel. Los ensayos de absorción de agua y sensibilidad a la temperatura realizados a los hidrogeles muestran que la capacidad de absorción de agua del HG se incrementa con el contenido de macromonómero en su estructura y éstos son sensibles a la temperatura, manifestándose esta sensibilidad a mayores temperaturas conforme aumento el contenido de macromonómero. Los HG que contienen nanopartículas de oro (NPAu) también mostraron sensibilidad a la temperatura. La caracterización por UV-Visible de los HG con NP-Au muestra un pico en aproximadamente 520 nm, el cual es característico del plasmón de las nanopartículas de oro (NPAu). Esto es evidencia de la formación de NPAu dentro de los hidrogeles. Junto con ello, la microfotografía electrónica de transmisión (REM) también evidencia la presencia de nanopartículas de oro dentro de los hidrogeles. Los compósitos de Hidrogel-NPAu, tienen potenciales aplicaciones en el campo de la biotecnología, óptica y electrónica debido a su propiedad de contracción y/o expansión de su volumen, con el consiguiente cambio de las propiedades ópticas y electrónicas de las nanopartículas de oro.Ítem Texto completo enlazado Aplicación de un diseño experimental factorial en el estudio de la adsorción de fenol y nitrofenoles con nanofibras de carbono(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-12-10) Beltrán Suito, Rodrigo; Sun Kuo, María del RosarioEl objetivo principal de la presente investigación fue el estudio de la adsorción de fenol, 2-nitrofenol, 4-nitrofenol y 2,4-dinitrofenol con nanofibras de carbono (CNF) como adsorbente mediante el uso de un diseño experimental aplicando el modelo factorial de Box Wilson. El uso de este modelo permitió estudiar el efecto en conjunto de diferentes variables (pH, fuerza iónica y concentración inicial del adsorbato) y encontrar las condiciones óptimas para la adsorción. Las CNF fueron sintetizadas por el método CVD utilizando una mezcla de etileno e hidrógeno en un reactor tubular de lecho fijo empleando un catalizador de Ni/SiO2 por 4h a 873K. El material adsorbente (CNF) fue caracterizado mediante diferentes técnicas instrumentales: ATR, FTIR, DRX, SEM, EDX, sorción de N2, titulación Boehm y pHPZC. El análisis por DRX permitió la determinación de las fases cristalográficas en la estructura y la naturaleza grafítica del material. Se encontraron dos picos representativos de planos grafíticos (d101, 44,52° y d002, 25,76°). La titulación Boehm permitió determinar los grupos ácidos superficiales: fenólicos 12,22±0,28 mmolH+/gCNF, lactónicos 6,47±0,12 mmolH+/gCNF y carboxílicos 0,89±0,17 mmolH+/gCNF. La espectroscopia infrarroja (FTIR) permitió identificar los grupos funcionales. El análisis por SEM mostró que las nanofibras se encuentran aglomeradas, sin un ordenamiento aparente, relacionado posiblemente con la alta temperatura empleada en la síntesis (600°C). El análisis elemental realizado (EDX) indica la presencia de solo dos elementos: C (96,4%) y Ni (3,36%), éste último relacionado con el catalizador empleado en la síntesis. Mediante la sorción de N2 se determinó que las CNF tenían un área superficial de 120m2.g-1. Las CNF resultaron ser mayoritariamente micro-mesoporosas, lo que podría favorecer la adsorción de moléculas grandes como el fenol y los nitrofenoles. La isoterma de adsorción de N2 fue de tipo IV, según la clasificación IUPAC, típica de materiales carbonosos. El punto de carga cero encontrado fue de 6,5. El estudio de la cinética de adsorción permitió determinar los tiempos de equilibrio que fueron: 250min para fenol, 300min para 4-nitrofenol y 2,4-dinitrofenol y 400min para 2-nitrofenol. Se aplicó el diseño experimental en base al modelo factorial de Box-Wilson con dos variables (pH y fuerza iónica) y tres variables (pH, fuerza iónica y concentración inicial de adsorbato). A partir de los ensayos propuestos por el diseño factorial se obtuvieron ecuaciones de regresión (funciones de respuesta) de dos y tres variables utilizando el software estadístico JMP® 7.0.1. En base al análisis matemático de estas funciones, se determinó que las condiciones de máxima adsorción para todos los adsorbentes fueron pH = 1 y 20%NaCl. Las condiciones medias fueron pH = 7 y 10%NaCl y las condiciones menos favorables fueron pH = 13 y 0%NaCl. A partir de estas condiciones se realizaron las isotermas de adsorción. Utilizando el software de química computacional HyperChemTM 8.0.3 se realizaron los cálculos de densidad electrónica para los adsorbatos de estudio bajo diferentes condiciones de pH. Se encontró que, para todas las especies adsorbidas, las condiciones ácidas aumentan la electrofilicidad del anillo aromático por una disminución de la densidad electrónica en él mismo. Además, la sustitución de un grupo nitro (NO2) en la estructura lleva a un aumento de la electrofilicidad (disminución de la densidad de carga en el anillo) por su carácter atractor, lo que se tradujo en un aumento de la adsorción. Así mismo, para elucidar el posible mecanismo de adsorción se determinaron las isotermas de adsorción. Los resultados experimentales se correlacionaron con seis modelos de isotermas: Freundlich, Langmuir, Elovich, Temkin, Redlich-Peterson, Dubinin-Radushkevich. En general, se encontró que la adsorción se produce en centros activos con una superficie mixta y con una distribución homogénea de energía. El orden descendente obtenido en relación con a la capacidad de adsorción promedio fue: 2,4-dinitrofenol > 4-nitrofenol > 2-nitrofenol > fenol. Este orden se explica mediante el efecto del pH y la fuerza iónica en la adsorción. El pH tiene el efecto de protonar/desprotonar al adsorbato y este hace variar la electrofilicidad que es determinante en la adsorción. Por otro lado, la fuerza iónica está relacionada con el efecto de “salting out”, que hace cambiar la solubilidad de los adsorbatos debido a la presencia de electrólitos en solución.