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En este trabajo de tesis estudiamos los aspectos estructurales locales y las transiciones electrónicas del hierro en nanopartículas de óxido de Fe(III) o maghemita (γ-Fe2O3), muestras originalmente diseñadas para examinar su respuesta a excitaciones magnéticas para una potencial utilización en hipertermia. Para ello analizamos los resultados de experimentos de absorción de rayos X en el borde K del hierro realizados mediante el empleo de luz sincrotrónica en muestras de γ-Fe2O3 de distinto tamaño (entre 6 y 12 nm) y con dos tipos de recubrimiento orgánicos (APS y DMSA). Además, reprodujimos mediante simulaciones la configuración de niveles de transición electrónica para energías de absorción cercanas al borde K del Fe. Analizamos cómo influye el tamaño de las nanopartículas y el tipo de recubrimiento en el entorno cercano a los átomos de Fe y en la configuración electrónica, cuyos efectos estén posiblemente vinculados con las propiedades magnéticas de estos sistemas.

El objeto de este trabajo es describir la estructura de un núcleo a energías de excitación que van desde la decena de MeV a alrededor de 100 MeV, donde aún podemos hablar de núcleo sin tener en cuenta la estructura de los nucleones; estas energías corresponden a temperaturas nucleares de O a 3 MeV aproximadamente.

La proteína quinasa dependiente de cAMP (PKA) es una quinasa de serina y treonina de amplio espectro que fosforila a sus proteínas blanco en respuesta a estímulos específicos. Se encuentra involucrada en la regulación de una gran diversidad de procesos fisiológicos en una amplia variedad de organismos, motivo por el cual es un miembro modelo de estudio de la superfamilia de las Proteínas Quinasa. En la mayoría de los organismos, en condiciones de baja concentración de cAMP existe como una holoenzima inactiva heterotetramérica conformada por dos subunidades catalíticas (C) y un dímero de subunidades regulatorias (R). En respuesta a estímulos extracelulares específicos, las concentraciones intracelulares del segundo mensajero aumentan; como consecuencia, dos moléculas de cAMP se unen a cada subunidad R, generando un cambio conformacional que disocia la holoenzima en un dímero de subunidades R y dos subunidades C activas. En mamíferos existen cuatro isoformas de la subunidad R, que presentan una estructura de dominios bien conservada entre los distintos organismos. Ésta consiste de dos dominios de unión a cAMP hacia el extremo C-terminal, y una región responsable de la dimerización hacia el extremo N-terminal. Esta pequeña región de apenas 50 aminoácidos se denomina dominio de dimerización y anclaje (D/D), ya que constituye además una superficie de interacción para una familia de proteínas denominadas AKAPs (A-Kinase Anchoring Proteins). Estas proteínas tienen como función proporcionar a la holoenzima de la PKA la localización subcelular necesaria para garantizar la propagación adecuada de las señales disparadas por cAMP. Todas ellas presentan una hélice anfipática de unos 20 aminoácidos cuya cara no polar interactúa con alta afinidad con una superficie hidrofóbica proporcionada por los dominios D/D. Se conocen las estructuras de alta resolución de los dominios D/D de mamíferos, tanto en su forma apo como en complejo con péptidos derivados de distintas AKAPs. Sin embargo, hasta la fecha no se han llevado a cabo estudios estructurales de estos dominios en otros organismos. El objetivo principal de este trabajo consiste en obtener una caracterización estructural y funcional del dominio D/D de Bcy1, la subunidad R de la PKA de S. cerevisiae. La motivación principal radica en contribuir con el primer estudio de estos dominios en organismos no mamíferos, a efectos de establecer una comparación con éstos. S. cerevisiae es un organismo modelo por excelencia en bioquímica y biología molecular, y resulta muy pertinente para este trabajo dado que en este organismo la PKA es una enzima fundamental involucrada en la regulación de los procesos relacionados con la respuesta a la disponibilidad de nutrientes, respuesta a estrés, desarrollo y entrada en fase estacionaria. En primer lugar, se realizó un mapeo del dominio D/D de Bcy1 por análisis bioinformático de secuencias y experimentos de entrecruzamiento químico utilizando mutantes de deleción de Bcy1 en su extremo N-terminal. En segundo lugar, se procedió al clonado, sobreexpresión en bacterias, y desarrollo de un protocolo de purificación del fragmento recombinante Bcy1 1-50. Posteriormente, se procedió a su caracterización estructural, para lo cual se utilizaron dos abordajes generales: estudiar la estructura en solución y elucidar la estructura cristalina. Para la primera parte, se determinó el estado oligomérico en solución y se obtuvieron parámetros hidrodinámicos característicos utilizando cromatografía de exclusión molecular (SEC), dispersión estática de la luz (SLS) y dispersión de rayos X a bajo ángulo (SAXS). Por otro lado, se estudió la estructura secundaria utilizando dicroísmo circular (CD). Finalmente, se construyó un modelo de la estructura en solución consistente con los datos experimentales, mediante herramientas de modelado molecular. En segundo lugar, se logró resolver la estructura cristalina utilizando difracción por rayos X (XRD). Recientemente, en nuestro grupo de investigación se han identificado varias proteínas interactoras de Bcy1. Estas proteínas son consideradas “candidatas” a ser las primeras AKAPs reportadas en levaduras. Para concluir este trabajo, se estudió la interacción entre el fragmento Bcy1 1-50 y un péptido sintético derivado de una de estas proteínas, Ira2. Para ello se utilizaron técnicas de dicroísmo circular y espectroscopía de fluorescencia.

Los objetos que manifiestan el fenómeno Be son estrellas de tipo espectral B no supergigantes rodeadas de una envoltura circunestelar gaseosa extendida. Estos objetos son rotadores rápidos y presentan (o han presentado) en su espectro líneas en emisión de hidrógeno y de metales una vez ionizados. La presencia de una envoltura extendida no sólo se revela a través de las líneas en emisión, sino que también se manifiesta mediante numerosas peculiaridades espectroscópicas, fotométricas y polarimétricas que caracterizan al fenómeno Be. Los modelos propuestos para explicar la formación y estructura de los discos y/o envolturas circunestelares gaseosas en las estrellas Be se basan en diferentes mecanismos, entre los cuales se destacan: la rotación, los vientos estelares, las pulsaciones, las interacciones gravitatorias y los campos magnéticos. Una de las hipótesis más aceptada es la de un disco Kepleriano producido por la alta rotación de la estrella. Sin embargo, el origen y la evolución de las envolturas es un tema controversial desde hace muchas décadas. El objetivo principal de esta Tesis es investigar la geometría, estructura física y evolución de las envolturas circunestelares que se desarrollan alrededor de las estrellas con fenómeno Be, con el fin de aportar elementos relevantes para el estudio de los posibles mecanismos que dan lugar a este fenómeno. Para ello analizamos un grupo de objetos Be a partir de diferentes técnicas (espectroscopía e interferometría) y modelamos la geometría y dinámica de sus envolturas. La región del infrarrojo (IR) cercano provee una herramienta valiosa para el análisis de las propiedades y variabilidad de las envolturas circunestelares, dado que en ella aparecen numerosas líneas de recombinación del hidrógeno que casi no poseen contribución fotosférica y cuyas intensidades relativas están directamente relacionadas con las propiedades físicas de sus regiones de formación. Utilizando espectros IR de una muestra de 23 estrellas Be estudiamos las líneas de recombinación de las series de Paschen, Brackett, Pfund y Humphreys, realizando mediciones directas sobre sus perfiles (anchos equivalentes, flujos y anchos a mitad de altura). Para 8 de los objetos estudiados, nuestras observaciones son las primeras reportadas en este rango espectral. Clasificamos los espectros obtenidos en base a la intensidad relativa de las líneas de las series de Pfund, Brackett y Humphreys en tres grupos que representan envolturas con propiedades físicas diferentes (Mennickent et al., 2009; Granada et al., 2010). Obtuvimos además diagramas de cocientes de flujos que están directamente relacionados con el régimen de opacidad de las líneas y sus posibles cambios, tales como el diagrama de Lenorzer et al. (2002a) o diagramas equivalentes que proponemos en este trabajo de tesis. En base a modelos simples, pudimos obtener densidades columnares de átomos, extensiones relativas de las regiones de formación de las diferentes líneas y radios internos de dichas regiones en unidades de radios estelares. A su vez, hemos podido estudiar la evolución de las propiedades físicas de las envolturas a partir del seguimiento temporal de 8 objetos de la muestra observada, donde encontramos evidencia de procesos de formación o disipación del disco. Por otra parte, utilizamos otra técnica útil para analizar la geometría y cinemática de las envolturas de las estrellas Be: la interferometría de larga base con alta resolución espectral. Analizamos observaciones espectrointerferométricas en la región de la línea Brγ de una muestra de 26 estrellas Be. Ajustando los datos mediante un modelo cinemático 2D para un disco ecuatorial en rotación (Delaa et al., 2011), logramos determinar parámetros físicos y cinemáticos del disco de 18 estrellas que presentaban la línea Brγ en emisión. De esos objetos, 10 fueron estudiados también mediante espectros IR. Los tamaños encontrados para los discos en la línea Brγ se encuentran entre 2 y 13 radios estelares. Para 5 de los objetos de la muestra, los tamaños determinados en este trabajo son los primeros reportados. En casi todos los casos, encontramos que el disco sigue una rotación Kepleriana, a excepción de un objeto (228 Eri) en el que fue necesario agregarle al disco una sobredensidad con forma de brazo espiral. Asimismo, estos resultados fueron analizados en forma conjunta con los obtenidos para otros 7 objetos por Meilland et al. (2012). Del análisis total de 25 estrellas Be con emisión en Brγ no encontramos correlación entre la velocidad de rotación respecto de la velocidad crítica V /Vcrit y el tipo espectral de la estrella central, y encontramos que el eje de rotación de los discos está uniformemente distribuido en el plano del cielo. Además, estimamos un valor medio de V /V crit = 0.75 ± 0.08 y una tasa de rotación media de Ω/Ωcrit = 0.90 ± 0.05. Este resultado concuerda con los valores propuestos por Cranmer (2005), Frémat et al. (2005) y Zorec et al. (2016), quienes sostienen que las estrellas Be no rotan a la velocidad crítica. Este resultado sugiere la necesidad de considerar un mecanismo adicional a la rotación que contribuya a la formación de la envoltura circunestelar. La importancia de la rotación se manifiesta a través de la correlación encontrada entre la cota máxima para el tamaño del disco en la línea Brγ y la velocidad de rotación en la base del mismo. Este resultado obtenido a partir del modelado de datos interferométricos está en buen acuerdo con los radios internos de las regiones de formación de la línea Brγ obtenidos mediante el análisis de los espectros IR para estrellas con diferentes velocidades de rotación. El seguimiento temporal de los objetos y la utilización de dos técnicas complementarias para determinar parámetros de los discos circunestelares de las estrellas Be nos permitió encontrar evidencia de variaciones relacionadas con procesos de formación/disipación del disco en escalas de tiempo relativamente cortas (de algunos meses a unos pocos años).

En esta investigación se presenta el estudio de las interacciones dipolares entre nanopartículas magnéticas (NPM) monodominio en suspensiones coloidales y su influencia en la disipación de calor bajo campos electromagnéticos de radiofrecuencia (RF). Una suspensión coloidal magnética está formada por una fase dispersa, dada por las NPM, y una fase dispersante. Las NPM se encuentran recubiertas por una capa surfactante la cual está cargada eléctricamente y es responsable de la estabilización del coloide, por repulsión electrostática, impidiendo su agregación y decantación. En ausencia de campo magnético y en equilibrio termodinámico, el momento magnético de cada partícula se orienta aleatoriamente lo cual conlleva a que la suspensión coloidal se comporte en forma similar a un material paramagnético con la diferencia de que los momentos magnéticos son mucho más grandes que en el paramagnetismo atómico, razón por la cual este comportamiento de la suspensión coloidal se conoce como superparamagnetismo. En el caso de NPM monodominio se obtiene un súper momento magnético alrededor de 104 -105µB. Cuando las NPM están bajo la acción de un campo magnético alterno, su magnetización responde con una componente fuera de fase en relación al campo externo, esto es, el cambio en la dirección del momento magnético de la partícula no ocurre simultáneamente con el cambio de dirección del campo aplicado. Esta respuesta hace que la energía absorbida por las partículas sea entregada al medio en forma de calor, propiedad conocida como potencia específica absorbida (SAR, por sus siglas en inglés). El tiempo de retraso se conoce como tiempo de relajación magnética (τ). Una aplicación de esta propiedad es la hipertermia magnética (HM). Esta aplicación consiste en llevar NPM al interior de células vivas y utilizando campos de radiofrecuencia, aumentar la temperatura local de la célula y generar su muerte. De esta forma, si las NPM son internalizadas por células cancerígenas, la aplicación se presenta como un tratamiento médico contra el cáncer y se puede utilizar como terapia individual o complementaria a las terapias ya existentes. Uno de los principales retos para el establecimiento de la hipertermia como una terapia oncológica, es la obtención de una suspensión coloidal biocompatible, cuyas propiedades puedan ser optimizadas para obtener un mayor valor de SAR dentro del límite de confort de amplitud de campo (8.5 kA/m) y frecuencia (100 kHz) para los humanos, campos de mayor amplitud y frecuencia podrían generar quemaduras. Si las propiedades del coloide están optimizadas, menores dosis de NPM pueden ser internalizadas por células y provocar muerte celular, bajas dosis representan baja toxicidad. Debido al carácter magnético de las NPM las interacciones dipolares modifican el SAR, puesto que cambian el valor de la barrera de energía que tiene que superar el momento magnético de las NPM y por ende cambia su tiempo de relajación, y la condición de resonancia. Así que también conocer la organización de las partículas dentro del coloide se hace necesario. Además, cabe resaltar que durante el proceso de internalización, la célula agrupa las NPM en endosomas y esto hace que las NPM se agreguen. La formación de estos agregados afecta la respuesta a campos alternos en el entorno celular, incrementa las interacciones dipolares y modifica el rendimiento de las NPM.

Desde los principios de la historia de la aviación, el hombre intenta imitar a las aves para poder volar. En las últimas décadas, con el diseño y avances en micro vehículos aéreos, producto de sus bajas velocidades de desplazamiento, se investiga la aplicación de sistemas de alas batientes. En este marco, se vienen desarrollando distintas investigaciones para poder comprender la aerodinámica de estos sistemas, dividiendo los movimientos en tres movimientos principales (aleteo, cabeceo y deslizamiento). En particular, el movimiento de cabeceo es de gran estudio por su relación con el fenómeno de pérdida dinámica, el cual está presente principalmente en palas de helicópteros y de aerogeneradores, el cual produce un retraso en la entrada en pérdida, y un incremento en la fuerza de sustentación generada, respecto a un incremento cuasi-estático en el ángulo de ataque. Si bien este efecto es conocido, es muy escaza la información respecto al efecto de la turbulencia en estas condiciones no estacionarias. Bajo estas condiciones se plantearon ensayos experimentales en túnel de viento de dos modelos alares (placa plana y perfil SD8020), para la medición de carga aerodinámica y el campo de presiones en la estela del modelo alar. En primera instancia se realizaron mediciones con anemometría de hilo caliente para la determinación de las características de la corriente libre en el túnel de viento, y mediante la aplicación de una grilla turbuladora se modificaron las características turbulentas, generando un aumento en la intensidad de turbulencia y un decrecimiento de la escala integral espacial. Del análisis de resultados, se pudieron encontrar diferencias en la carga aerodinámica desarrollada por cada modelo alar en función de las características de la corriente libre, tanto para condiciones estáticas como con movimiento de cabeceo a distintas frecuencias reducidas entre 0,015 y 0,06. La influencia de la turbulencia en las cargas aerodinámicas es altamente dependiente de la geometría del modelo ensayado, principalmente de su borde de ataque y borde de fuga, en concordancia con resultados de otros autores para condiciones de flujo laminar en condiciones estáticas. La influencia de la turbulencia en las cargas aerodinámicas muestra un comportamiento similar en condiciones estáticas como dinámicas, generando modificaciones del 10% o más en el coeficiente de sustentación. A su vez, se realizaron mediciones en la estela con rack de presiones, para los casos estudiados. Los resultados muestran un efecto de la turbulencia en las estructuras vorticosas desprendidas por el modelo alar en condiciones dinámicas. Específicamente, el aumento de la intensidad de turbulencia produce una estela más homogénea, con estructuras coherentes de menor intensidad energética, y nuevamente, estos efectos son dependientes de la geometría del perfil utilizado.

El medio interplanetario se conforma de un plasma tenue que fluye desde el Sol llamado viento solar (VS). El VS transporta estructuras magnéticas expulsadas desde la corona solar (por ej. eyecciones coronales de masa, ECMs). En este trabajo, se estudian teórica y observacionalmente algunos aspectos de la evolución de las ECMs en el medio interplanetario (MI); en particular, del subconjunto llamado nubes magnéticas (NMs). Se modela la evolución dinámica de varios eventos ocurridos entre 1997-2004, se cuantifica su expansión y se calculan, con los modelos desarrollados, cantidades globales invariantes (flujo y helicidad magnética), relevantes en un análisis combinado de eventos solares y sus contrapartes interplanetarias. Los modelos desarrollados se basan en la descripción magnetohidrodinámica del plasma. Se propone una evolución autosimilar de la estructura de las NMs con tasas de expansión diferentes en cada una de sus direcciones principales (radial y axial). Se comienza sólo con expansión radial y se avanza hasta incluir la expansión axial. Finalmente, se amplía la descripción con un formalismo general, basado en las observaciones, derivado en un orden jerárquico y aplicable, incluso, a estructuras más generales que las NMs. Se muestra la robustez de los invariantes globales cuando se los calcula con diferentes modelos de expansión. Se cuantifica por primera vez la cantidad típica de energía magnética perdida por unidad de tiempo en la evolución de una NM. Para algunas de las NMs estudiadas se analizan también observaciones del evento solar asociado y de su región activa (RA) fuente. Se identifican características de la zona de erupción que permiten cuantificar los invariantes globales en el Sol. Se dan cuantificaciones del flujo magnético involucrado en la eyección y estimaciones de la variación de helicidad magnética de la RA fuente. A partir de la comparación de las cantidades globales en el Sol y en el MI se proponen modelos para las erupciones y se restringen los modelos existentes. Por último se estudia la evolución de una NM particular desde que es observada cerca de la Tierra hasta más de 5 unidades astronómicas con datos de dos sondas alineadas con el Sol. Se cuantifican los invariantes globales en ambos puntos de observación. Se comparan dichas cantidades y se da una interpretación de la estructura magnética distorsionada por interacción con el VS ambiente lejos del Sol. Se extiende la comparación hasta el Sol identificando la fuente solar con lo que se tiene una descripción completa de su evolución a través de la heliósfera.

En este trabajo se propuso un modelo de crecimiento celular, el cual considera tanto la proliferación como la difusión. A través de experimentos in silico del modelo propuesto, se estudió la dinámica de la interfaz del cultivo creciendo, obteniéndose que ésta pertenece a la clase de universalidad Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) (exponente de rugosidad: α = 0,48(3), α = 0,46(4) y α = 0,51(4), para diferentes valores de la probabilidad de crecimiento; exponente de crecimiento: β = 0,32(3)). Los resultados obtenidos concuerdan con datos experimentales de cultivos in vitro realizados por otros autores. Además, para analizar la velocidad de la interfaz y los perfiles de ocupación de las células, se realizó una comparación de los resultados de los experimentos in silico del modelo con una aproximación de campo medio de una ecuación maestra. Una vez comprendido el comportamiento del modelo, se aplica una modificación, incorporando un ruido congelado en la matriz de crecimiento. Se estudia nuevamente su dinámica de crecimiento y se concluye que para bajos valores de ruido, la dinámica de la interfaz sigue perteneciendo a la clase de universalidad KPZ. A medida que el ruido toma relevancia, la velocidad de la interfaz va disminuyendo hasta que finalmente, en cierto valor crítico, la interfaz se congela experimentando una transición de fase de segundo orden. El exponente del parámetro de orden obtenido es θ = 0, 20(2). En el punto crítico, se verificó que el término no lineal de la ecuación KPZ tiende a cero, obteniendose los exponentes α = 1,03(4) y β = 0,81(3), pertenecientes a la clase de universalidad Edwards-Wilkinson congelado (QEW). En forma complementaria, se estudió la resolución numérica de la ecuación KPZ con ruido congelado para ciertos valores controversiales del término no lineal, es decir λ < 0 y λ = 0.

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2019

La variedad de fenómenos que presentan los sistemas magnéticos frustrados, acompañados de la transiciones de fase exóticas producidas por los efectos de campos magnéticos externos, despertó el interés en su estudio en los últimos años. En este trabajo, abordamos a partir de simulaciones computacionales el estudio de distintos sistemas frustrados utilizando, en particular, un método Monte Carlo reciente: el algoritmo de Wang-Landau. En la primera parte del trabajo, el énfasis se encuentra en el estudio del modelo clásico para hielos de spin con interacciones a primeros vecinos. Aprovechando las ventajas del algoritmo utilizado, exploramos las propiedades del modelo y su dinámica bajo la acción de un campo magnético aplicado en las direcciones [111] y [100]. Presentamos, además, un caso especial en el que el mismo modelo (spines tipo Ising sobre una red pirocloro) con interacciones antiferromagnéticas exhibe un comportamiento inusual: el fenómeno de orden por desorden. En una segunda parte, profundizamos las investigaciones realizadas con respecto a la entropı́a residual de modelos de hielo en redes con distintas geometrı́as. Estudiamos los efectos de tamaño finito y de superficie de los sistemas, constrastando nuestros resultados con los antecedentes en el tema. Por último, presentamos un sistema magnético frustrado bidimensional que puede ser considerado modelo de hielo. Estudiamos los efectos que la anisotropı́a de forma produce sobre la transición de fase que presenta, en particular, la conversión de una transición de Kasteleyn en una sucesión de transiciones de primer orden.