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En el presente trabajo de tesis se estudió la interacción de los iones pesados con la materia para analizar y la modificar las propiedades físicas de la superficie de los materiales. En una primera parte se desarrolló un programa de simulación Monte Carlo para el análisis de datos de la técnica ERDA -Elastic Recoil Detection Analysis-. Como segunda parte se analizaron las propiedades específicas inducidas por los iones al penetrar materiales aisladores. En particular se investigaron los cambios físico-químicos producidos en diferentes polímeros. La técnica ERDA consiste en irradiar las muestras a estudiar con haces de iones pesados, provistos por un acelerador, y detectar los átomos expulsados por el choque elástico hazmuestra. La información sobre la profundidad de la cual provienen los átomos expulsados de la muestra se obtiene en forma similar a la técnica RBS, la cual se basa en la propiedad que tienen los iones de perder una gran cantidad de energía cuando atraviesan un dado espesor de material. En este trabajo se ha implementado esta técnica utilizando un detector telescópico E¡¢E. De la medición de la pérdida total de energía se obtiene información de la profundidad y de la pérdida de energía en el detector gaseoso ¢E se obtiene el valor de Z del elemento. Esta técnica es especialmente apropiada para analizar simultaneamente los elementos livianos presentes en matrices pesadas y para determinar en forma no destructiva la evolución de perfiles de diversos elementos en función de la profundidad. La simulación desarrollada en este trabajo permite analizar los espectros experimentales y obtener información relevante de la muestra como ser: composición, concentración en función de la profundidad, espesores de distintas capas, relaciones estequiométricas entre los elementos, etc. En la segunda parte de este trabajo, se irradiaron varios polímeros con haces de diferentes iones y energías con el fin de producir modificaciones en los mismos. A diferencia de las radiaciones ° y electrones, en el caso de los iones pesados, éstos depositan una altísima densidad de energía en un rango de sólo unos pocos micrones induciendo cambios físico-químicos muy complejos en la superficie del material irradiado. Estas perturbaciones inducidas por el ion son por ejemplo cortes de cadenas (chain scission), unión entre cadenas poliméricas (crosslinking), creación de radicales libres, etc. Fenómenos muy complicados de describir y que son generados en las proximidades del camino que recorre el ion, dentro del material. Los polímeros estudiados fueron: polifluoruro de vinilideno (PVDF), polietilenos de alta y baja densidad (PEAD y PEBD) y especialmente el polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) considerado uno de los biomateriales por excelencia ya que desde hace varias décadas se utiliza en el reemplazo de la articulación de cadera y rodilla. Las irradiaciones se realizaron utilizando el acelerador TANDAR, de 20 MV, y el del Instituto de Física de Porto Alegre, Brasil, de 3 MV, que cubren el rango de alta y baja energía. Los efectos de la irradiación se observaron mediante mediciones no destructivas utilizando espectroscopía del infrarrojo (FTIR) y se estudiaron los cambios de la cristalinidad, distintas estructuras químicas, cortes y enlaces de cadenas poliméricas como función del tipo de ion, energía y fluencia. Se determinó que existe un número particular de iones por unidad de área, denominado fluencia óptima, que depende fuertemente de las características de la radiación utilizada, para la cual se maximiza una determinada propiedad del material. Se desarrolló un código Monte Carlo para explicar este fenómeno, basandose en un modelo simple de deposición de la energía en las trazas iónicas, pudiéndose así explicar la correlación entre la fluencia óptima y el poder frenador de los iones.

Nuestro trabajo consiste en un estudio de aplicación de procedimientos semiempíricos relacionados con dos áreas: a) el empleo de las técnicas w (omega) b) la transferencia con carácter de parámetros, de los elementos de la matriz de Fock . a) En una primera etapa hemos trabajado, como indicamos, con las técnicas w : la homónima propiamente dicha y una de sus variantes, la técnica w biparamétrica mejorada, consecuente de la anterior y cuya mejora se debe a Castro y Fernández, de la entonces Sección y actual División Química Teórica del INIFTA. De esta forma, tras un breve estudio numérico de la primera de estas técnicas — la w— , referido a la convergencia de las poblaciones atómicas y energías orbitales a sus valores autoconsistentes, se ha aplicado la segunda, la ITPOT ( del inglés, Improved Two-Parameter Omega Technique), al cálculo de momentos dipolares y longitudes de unión de algunos hidrocarburos. Los resultados obtenidos se discuten en cada caso. b) En una segunda etapa, referida concretamente a la transferibilidad de los elementos de matriz de Fock, se ha trabajado en dos terrenos. i) el de la transferencia de elementos calculados a partir de una base ortogonal de orbitales localizados ii) en el de elementos obtenidos directamente por medio de métodos semiempíricos conocidos (MNDO, MINDO/3 y CNDO/M) y de muy difundida aplicación.

En este trabajo de tesis se estudio la decoloración y degradación de colorantes modelos ya sea en forma individual como sus mezclas. Para ello se utilizaron diferentes técnicas analíticas como la espectrofotometría, cromatografía liquida y espectrofluorometría, entre otras. Los datos obtenidos fueron analizados utilizando las herramientas matemáticas MCR-ALS y PARAFAC.

En los últimos años se registra una búsqueda de fuentes naturales que presenten componentes y/o productos derivados aplicables al desarrollo de alimentos funcionales, los cuales incidan en la nutrición mediante el aporte simultáneo de efectos benéficos para la salud. En ese contexto se encuentra la chía (Salvia hispanica L.), especie vegetal oriunda del sudeste de EEUU y noroeste de América Central (México, Guatemala), constituyente importante de la dieta de civilizaciones desde épocas precolombinas. En nuestro país, su creciente expansión en las provincias del NOA puede contribuir a la diversificación de la producción agrícola, con impacto en términos socioeconómicos. Cabe señalar el aporte de los lípidos a la salud y el bienestar, lo que está determinado fundamentalmente por su composición. Así, se ha demostrado que tanto el perfil de ácidos grasos, especialmente los niveles relativos de ácidos grasos ω-9, ω-6 y ω-3 así como la presencia de ciertos componentes minoritarios, pueden ejercer una influencia positiva en las funciones fisiológicas de nuestro organismo. En este sentido, las semillas de chía son una fuente interesante ya que su aceite presenta un elevado tenor de ácidos grasos esenciales y antioxidantes naturales, cuya incorporación en la dieta permitiría disminuir la incidencia de enfermedades coronarias, así como de otras enfermedades (diabetes, síndrome metabólico, enfermedades de la piel, procesos inflamatorios, desórdenes del sistema inmunológico, cáncer, depresión). Uno de los desafíos asociados al desarrollo de alimentos funcionales a partir de este sustrato está relacionado con la adecuada preservación del alto tenor de ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) ω-3 presente debido a la alta susceptibilidad de registrar rancidez oxidativa. En función de las consideraciones realizadas, en este trabajo de Tesis se propuso estudiar la inclusión de subproductos de la semilla de chía (aceite, mucílago, proteínas) en alimentos a través del desarrollo de sistemas de provisión o vehiculización de dichos compuestos funcionales y bioactivos, evaluando diversos aspectos asociados a su calidad global.

Recientemente, la semilla de chía (Salvia hispanica L.) ha sido redescubierta como una importante fuente de ácidos grasos omega-3, proteínas, fibra dietética y antioxidantes, a partir de la cual puede obtenerse aceite con una elevada proporción de ácidos grasos esenciales. Su incorporación en la dieta permite disminuir la incidencia de enfermedades coronarias, refuerza el sistema nervioso; la fibra dietaria es una valiosa alternativa para regular el tránsito intestinal, lo cual ayuda a prevenir la obesidad, el cáncer de colon, así como los elevados niveles de colesterol y de glucosa en sangre. En nuestro país, la creciente expansión de su cultivo en las provincias del noroeste puede representar un aporte tendiente a la diversificación de la producción agrícola con el consecuente impacto socioeconómico en dicha región. Por otra parte, Argentina es uno de los principales productores y exportadores de aceite de girasol (Helianthus annuus L.) y la industria local se destaca por su avanzada tecnología y alta competitividad. Asimismo, el girasol es el segundo cultivo oleaginoso en importancia a escala nacional luego de la soja. El 92% del girasol producido en la Argentina es procesado, siendo exportado el 70% como aceite crudo a granel y harina proteica y el 30% restante como aceite refinado. Los aceites comestibles constituyen un componente importante en nuestra alimentación, cuya variedad y consumo depende de la disponibilidad de cada país y región. La composición de los aceites varía considerablemente en el aporte de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y poliinsaturados y particularmente, en el tenor de ácidos grasos omega-6 y omega-3. La nutrición en el mundo occidental se caracteriza por una elevada ingesta de ácidos grasos omega-6 y un bajo consumo de ácidos grasos omega-3, debido mayoritariamente al origen vegetal de los aceites que se producen y al bajo consumo de pescados grasos. De esta forma, la relación omega-6:omega-3 está alejada de la que recomienda la FAO/OMS. En virtud de ello, es posible preparar aceites con relaciones omega-6:omega-3 muy cercanas a las recomendadas, desarrollando productos que contengan mezclas de aceites con una adecuada composición de ácidos grasos. En nuestro país, debido a la gran producción de aceite de girasol, es interesante la revalorización de los subproductos generados en el proceso de extracción y/o refinación del mismo. Entre ellos se encuentran las gomas, constituidas por una mezcla de fosfolípidos, agua y restos de aceite. La posterior deshidratación de las mismas da lugar al subproducto denominado lecitina. Cada fosfolípido constituyente contribuye a la funcionalidad de la lecitina, por lo que la modificación de su estructura y/o de su concentración posibilita ampliar las propiedades funcionales de las mismas. En el Capítulo I se presenta una introducción sobre la chía y el girasol, describiendo el origen y los antecedentes históricos de estas especies, las principales características botánicas, así como la composición química de las semillas y sus respectivos aceites. Además, se describe el proceso de obtención de los aceites vegetales y de la lecitina, la cual es principalmente utilizada como agente emulsificante en la industria alimentaria. Por último, se describen los mecanismos de formación, estabilidad y desestabilización de las emulsiones. En el Capítulo II se detalla el proceso de fraccionamiento de lecitina nativa de girasol, mediante el empleo de diferentes soluciones etanol-agua y distintos niveles de pH del solvente de extracción. Además, se analizan las propiedades funcionales de las fracciones enriquecidas en fosfatidilcolina PC, como agentes emulsificantes de emulsiones O/W. En el Capítulo III se estudia la obtención, caracterización, estabilidad oxidativa y condiciones de almacenamiento más adecuadas de aceites mezcla girasol-chía, los cuales presentan relaciones omega-6:omega-3 acordes a las recomendadas por la FAO/OMS, evaluando la eficiencia de la adición de antioxidantes (extracto de romero, palmitato de ascorbilo y su mezcla) con respecto al deterioro oxidativo de los mismos. Además, se presentan los resultados del análisis sensorial. En el Capítulo IV se evalúa la estabilidad física de emulsiones O/W formuladas con aceites mezcla girasol-chía, lecitinas modificadas de girasol mediante “deoiling” y fraccionamiento (agente emulsificante) y mucílago de chía (agente estabilizante). Finalmente, se exponen las Conclusiones generales obtenidas a partir de este trabajo de Tesis y en base a ellas, las Perspectivas futuras.

El objetivo general de este trabajo es la aplicación de técnicas de biorremediación para realizar el tratamiento de residuos industriales que contienen metales pesados. Para lograr este objetivo general, se han planteado los siguientes objetivos específicos:  Caracterizar física y químicamente los residuos industriales. Determinar los metales presentes en mayor cantidad y la especiación de los mismos en el residuo.  Estudiar el proceso de lixiviación de metales pesados empleando bacterias del género Acidithiobacillus. Evaluar la eficiencia del proceso en lote o continuo en distintas modalidades (lote vs. sistema continuo con bacterias inmovilizadas, contacto directo vs. indirecto).  Recuperación de los metales lixiviados mediante biosorción empleando algas pardas marinas.

Los continuos avances en biología, química y computación han contribuido al desarrollo acelerado de los estudios de simulación por computadora o también conocidos como estudios in silico; los cuales fueron propuestos inicialmente para orientar la búsqueda de nuevos fármacos o identificar los agentes contaminantes presentes en el ambiente, mediante el ajuste de un modelo. Entre los diferentes métodos in silico existentes, la teoría de las Relaciones Cuantitativas Estructura-Actividad (QSAR) propuesta por Corwin Hansch y Toshio Fujita en el año 1964, se ha destacado por ofrecer elementos útiles para abordar diferentes cuestiones químicas involucradas en los complejos procesos y mecanismos de los sistemas bióticos y abióticos. El fundamento de teoría QSAR reside en elucidar la respuesta química de un compuesto en términos de sus características estructurales. Por ello, los modelos matemáticos QSAR proponen un paralelismo racional entre la estructura molecular de una sustancia, que es representada por diversos descriptores moleculares y el efecto final que dicha sustancia produce sobre un determinado organismo o entorno. Es así como el formalismo QSAR permite estimar diferentes parámetros de respuesta como la actividad, toxicidad o propiedad de nuevas moléculas, a partir del conocimiento de la estructura molecular involucrada. Por más de 55 años el crecimiento exponencial del número de publicaciones científicas basadas en la teoría QSAR ha sido muestra de su constante evolución, atribuida principalmente al aumento de las bases de datos químicas de acceso público y a la inclusión de múltiples técnicas estadísticas sencillas y complejas, capaces de establecer correlaciones entre numerosas características estructurales de las moléculas y diversas propiedades fisicoquímicas, organolépticas, biológicas o toxicológicas. A raíz de esto, los estudios QSAR han sido ampliamente utilizados en la academia, la industria y las agencias gubernamentales como una herramienta computacional que permite realizar predicciones de los posibles efectos que los productos químicos, los materiales y los nanomateriales provocan sobre la salud humana y los ecosistemas. Sin embargo, cabe destacar que la hipótesis principal de la teoría QSAR no consiste en explicar el mecanismo de acción, la toxico-cinética o toxico-dinámica de las sustancias químicas; por el contrario, se enfoca en calcular el efecto final que una estructura química produce sobre un individuo o ambiente definido. Aunque, si el modelo logra una cuantificación acertada de la actividad del compuesto, puede brindar información del fenómeno involucrado; tal como especificar si una molécula es activa o inactiva, tóxica o no tóxica; esto según los límites de detección propuestos a nivel experimental. Por otra parte, en aquellos casos que se cuenta con información de la conformación molecular del compuesto, dada por las técnicas de cristalografía de rayos X o Resonancia Magnética Nuclear (RMN), es posible establecer modelos de regresión QSAR basados en descriptores geométricos, que interpretan la actividad involucrada con base en la disposición tridimensional de la molécula; a este enfoque se le conoce como QSAR-3D. A partir de numerosas aplicaciones de los modelos QSAR, se logró evidenciar su eficacia para tratar grandes conjuntos moleculares y predecir cuantiosos efectos finales definidos por protocolos de ensayo de difícil medición. Estas condiciones permitieron a los investigadores discernir tendencias en los datos existentes más relevantes para la salud pública o el ambiente, y luego extrapolar tendencia a compuestos no sintetizados o carentes de información química, física o biológica. Es así como el enfoque QSAR ha contribuido en novedosas investigaciones orientadas en los compuestos químicos provenientes o inspirados en la naturaleza, reconocidos por presentar distintas propiedades biológicas plausibles como: antioxidante, antibacterial, anticonvulsiva, anticancerígena, inhibición enzimática, larvicida, repelente, entre otras propiedades de gran importancia para el diseño de nuevos productos químicos de interés comercial, medicinal, agrícola y sanitario. No obstante, el paradigma de la teoría QSAR no solo proporciona modelos que cuantifican propiedades fisicoquímicas o biológicas. También se enfatiza en orientar la síntesis de nuevas moléculas conforme a los 12 principios de la química verde, reducir el tiempo y los gastos que implican los ensayos in vivo e in vitro, y minimizar los experimentos en animales. Por lo anterior, la presente Tesis Doctoral se fundamenta en el estudio, diseño y aplicación de modelos de la teoría QSAR que proporcionen una guía computacional en el diseño sustentable, racional y selectivo de nuevos compuestos con actividad específica, inocuos en mamíferos y de alta eficiencia en el control de enfermedades neurológicas e infecciosas que afectan la salud pública mundial. Actualmente, entre los compuestos químicos más utilizados en el tratamiento de diversos trastornos neurodegenerativos, como la enfermedad de Alzheimer (AD), se destacan los inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa (IsAChE). Este tipo de compuestos químicos actúan en el Sistema Nervioso Central (CNS), incrementado la actividad colinérgica cerebral. Este modo de acción también se encuentra en los pesticidas más novedosos y eficientes para controlar las plagas y los vectores de enfermedades. Conforme a lo anterior, se examinó la capacidad inhibitoria in vitro de la enzima acetilcolinesterasa (AChE) de diferentes conjuntos moleculares basados en derivados de Tacrina, los cuales representan una alternativa en el diseño de nuevos fármacos de bajo costo para tratar las enfermedades neurológicas y reducir los efectos secundarios producidos por los medicamentos actuales. Asimismo, estas moléculas proveen información estructural relevante en el desarrollo de fitosanitario selectivos y eficaces contra los vectores de enfermedades. Ante las múltiples ventajas que tienen los productos de origen natural y sus derivados semi-sintéticos sobre la salud y el cuidado de los ecosistemas; se evaluó la actividad antifúngica medida a través de la Inhibición del Crecimiento (IG) de un conjunto molecular conformado por derivados de cinamato; los cuales representan una novedosa librería molecular bioactiva e inocua para la salud humana, obtenida a través de procedimientos ecocompatibles Por último, se abordó a través del modelado QSAR el estudio de diferentes conjuntos moleculares constituidos por diversas moléculas naturales o semi-sintéticas con prominente actividad larvicida sobre el mosquito Aedes aegypti L., el principal vector de diversas enfermedades endémicas, como el dengue, la fiebre amarilla, la fiebre de chikungunya y el zika.

El cobre es un metal importante en la vida cotidiana presente en una diversa gama de objetos desde cables y monedas hasta pinturas y circuitos impresos. En las distintas etapas de su obtención a partir del mineral y en su purificación se usan aditivos que en general no sonamigables con el medio ambiente, como el etilxantato de potasio y la tiourea. El monitoreo de su concentración es importante para mantenerlos en niveles óptimos desde el punto de vista de calidad del producto y también del reacondicionamiento de soluciones, permitiendo su reutilización, para lo cual es importante contar con métodos simples, robustos y económicos de cuantificación de estos compuestos en aguas de procesos y en efluentes.En esta tesis se desarrollaron diferentes sensores para los dos compuestos mencionados, los cuales incluyen la utilización de técnicas espectroscópicas (UV-vis) y electroquímicas (voltametrías cíclica y de onda cuadrada y espectroscopía de impedancia).Orientados a las etapas intermedias de producción, donde el pH es muy bajo y la fuerza iónica, elevada; se desarrollaron sensores basados en la interacción de los analitos con materiales nanoestructurados inmovilizados en una matriz polimérica, ya sea en tiras de acetato para obtener sensores espectrofotométricos, o en electrodos de grafito obtenidos por serigrafía para lograr sensores electroquímicos. En el primer caso se evaluó el efecto del analito sobre la banda del plasmón de resonancia superficial de las nanopartículas y en el segundo, su efecto sobre los procesos de oxidación y/o la resistencia a la transferencia de carga de la superficie.Por otra parte, con el objetivo de medir tiourea en efluentes y dado que la misma es un conocido inhibidor enzimático, se hizo una prueba de concepto de un sensor enzimático, basado en peroxidasa de rábano picante (HRP). Así, mediante la técnica de voltametría cíclica se midió la corriente catalítica de reducción de peróxido de hidrógeno, la cual se vio disminuida en presencia de tiourea debido a la inhibición de la enzima.Finalmente, completando la explicación del principio de funcionamiento de los sensores, se realizaron caracterizaciones de los mismos mediante técnicas de microscopía (SEM), electroquímicas (voltametría cíclica), espectroscópicas de absorción en el IR (PM-IRRAS, ATR) y de microbalanza de cristal de cuarzo (QCM).

En los últimos años se ha determinado que los neutrófilos son células altamente versátiles y sofisticadas, cuyas funciones van mucho más allá de la eliminación de los microorganismos. En la infección por VIH el papel de los neutrófilos no está totalmente caracterizado pero actualmente está claro que la relación entre los neutrófilos y el VIH-1 es mucho más compleja de lo que se pensaba. Los objetivos de esta Tesis fueron evaluar en pacientes con infección asintomática y sin TAR el efecto de la infección por VIH sobre la muerte celular de los neutrófilos, la expresión de moléculas y receptores de superficie y el nivel sérico de marcadores de activación inmune. En pacientes VIH seropositivos sin TAR hubo un aumento de la apoptosis temprana de los neutrófilos en relación a los grupos controles. Esta apoptosis aumentada no depende de la activación de la vía extrínseca o intrínseca. En estos pacientes se detectó una disminución de la expresión de CD62L y de CD16 en neutrófilos que se correlacionó con el estado inmunológico y el nivel de apoptosis de los neutrófilos. Además, se caracterizaron dos subpoblaciones de neutrófilos en base a la expresión de CD11b: una CD11balto y otra CD11bintermedia. Según la coexpresión de moléculas de superficie, se pudieron caracterizar dos subpoblaciones de neutrófilos: una CD11altoCD16alto y una CD11bintermedioCD16-. Por otro lado, hubo un aumento de la expresión de TLR2 que, unido a la expresión de moléculas de adhesión y al aumento de la apoptosis temprana, es indicativo de un fenotipo activado de los neutrófilos. Los niveles aumentados de IL-6 y de PCR-as, pero no los de TNF, se correlacionaron con la carga viral y el estado inmunológico. El nivel de apoptosis de los neutrófilos se correlacionó inversamente con los niveles séricos de IL-6. En conclusión, esta Tesis ha aportado información sobre distintos aspectos relacionados con la apoptosis de los neutrófilos en estadios tempranos de la infección por VIH y por lo tanto contribuye a una mayor comprensión sobre el efecto de este virus sobre componentes de la respuesta inmune innata y sobre el rol de los neutrófilos en la patogénesis de la infección.