Cette thèse visait à concevoir et à synthétiser des matériaux hybrides organiques-inorganiques à luminescence contrôlée et à les étudier en tant que luminophores pour l'éclairage à LED. L'objectif final était d'obtenir une source de lumière blanche. En effet, les LED blanches commerciales sont constituées d'un dispositif émetteur bleu recouvert d'un luminophore jaune. La combinaison de ces deux couleurs produit une lumière blanche. Cependant, cette lumière n'est pas de bonne qualité car il lui manque une composante rouge. Cela entraîne un mauvais rendu des couleurs des objets éclairés par ces sources de lumière. Dans notre travail, des polymères conjugués de différentes couleurs d'émission ont été obtenus avec succès. En particulier, plusieurs émetteurs de blanc ont pu être isolés.Dans cette thèse, non seulement les procédures de synthèse et les caractérisations chimiques sont présentées en détail, mais également les études des propriétés photophysiques des polymères, en solution et à l'état solide. Des études à l'état solide ont été effectuées sur les polymères et sur les polymères dispersés dans une matrice polymère. Ces études ont permis d'identifier les facteurs limitants quant aux utilisations pratiques de ces matériaux. Des solutions ont été proposées pour améliorer les performances d’émission et de stabilité des matériaux. De plus, ces travaux ont permis d'introduire la 2,2’-bipyrimidine comme nouvelle unité constitutrice pour le développement de polymères conjugués. / This thesis aimed at designing and synthesizing organic-inorganic hybrid materials with controlled luminescence and at investigating them as phosphors for LED lighting. The final goal was to obtain a white source of light. Indeed, commercial white LEDs are made up of a blue emitting device covered with a yellow phosphor. Combining these two colors yields white light. However, this light is not of good quality as it lacks some red component. This results in a bad rendering of the colors of objects illuminated by these sources of light. In our work, conjugated polymers with different emission colors have successfully been obtained. In particular, several single white emitters have been isolated.In this PhD thesis, not only the synthetic procedures and chemical characterizations are presented in detail, but also the studies of the photophysical properties of the polymers, either in solution or in the solid state. Solid state studies were performed on the bulk polymers and on the polymers dispersed into a polymeric matrix. These studies have lead to identify the limiting factors that could hamper the use of the materials. Solutions have been proposed to improve the materials performance and stability. Furthermore, 2,2’-bipyrimidine has been introduced as a new synthon for designing and developing conjugated polymers.

<p>  </p> <p>In this thesis, cellulose nanofiber (CNF) reinforced polylactic acid (PLA) filaments were produced for 3D printing applications using melt extrusion. The use of CNF reinforcement has the potential to improve the mechanical properties of PLA, making it a more suitable material for various 3D printing applications. To produce the nanocomposites, a master batch with a high concentration of CNFs was premixed with PLA, and then diluted to final concentrations of 1, 3, and 5 wt% during the extrusion process. The dilution was carried out to assess the effects of varying CNF concentrations on the morphology and mechanical properties of the composites. The results showed that the addition of 3 wt.% CNF significantly enhanced the mechanical properties of the PLA composites. Specifically, the tensile strength increased by 77.7%, the compressive strength increased by 62.7%, and the flexural strength increased by 60.2%. These findings demonstrate that the melt extrusion of CNF reinforced PLA filaments is a viable approach for producing nanocomposites with improved mechanical properties for 3D printing applications. In conclusion, the study highlights the potential of CNF reinforcement in improving the mechanical properties of PLA for 3D printing applications. The results can provide valuable information for researchers and industries in the field of 3D printing and materials science, as well as support the development of more advanced and sustainable 3D printing materials.</p>

<p>  </p> <p>High-resolution enclosed channels/fibers are highly demanded by different disciplines such as microfluidic channels for chemical synthesis, bioreactors for drug metabolism, magnetic locomotor for drug delivery, and wearable devices for motion detection. However, the current fabrication techniques for enclosed channels/fibers are restricted to a few millimeters in size. Their manufacturing often involves time and energy-consuming multi-step processes with insufficient resolution. In this work, we demonstrate a novel co-flow-enabled fabrication method to resolve the technological restrictions in the fabrication of high-resolution enclosed channels/fibers with efficient production time, controllable morphologies, and high throughput manner.</p> <p>An epoxy-based enclosed microfluidic channel was first built. A non-reactive paraffin oil and a liquid resin were pumped into a 3D-printed co-flow generator and worked as core and shell fluids, respectively. The epoxy resin was cured by external heat stimulus. As a result, the reaction region was limited between the generator wall surface and the boundary of core flow, eliminating the need for precise control over the curing system. The experiment was successfully conducted to cure build resin channel inside copper and resin tubes with good shell thickness.</p> <p>Conductive hollow hydrogel microfibers were also fabricated by this method. Sodium Alginate and Calcium Chloride were chosen as the shell and core flows, respectively. The ionic crosslinking happens at the boundary of two flows and expands outwards across the radial direction. Thus, the diameter of the hollow channel can be easily adjusted by tuning the flow rate and the size of the core flow injection needle. PEDOT: PSS, a conductive polymer, was mixed with Sodium Alginate to impart fibers with excellent electrical conductivity. The synthesized hollow microfibers have shown their functionality in stretching movement detection by serving as a fundamental building element of motion sensors. </p>

No description available.

<p>Demand for lightweight, cost-effective, structural components is driving the development of continuous fiber thermoplastic tow preforms, also known as 3D-tow or tow reinforcements, to add material performance to hybrid-molded structures as an alternative to metal components. Tow reinforcements offer the performance advantages of continuous fiber composites within molded structures. The tow reinforcements also feature more tailorability of performance compared to fabric or organo-sheet reinforced hybrid-molded structures, improving their potential for design optimization. However, the added complexity of 3D-tow reinforcement structure requires the development of unique design principles and computer aided engineering (CAE) methodologies to effectively design components which meet manufacturing and performance requirements. </p> <p><br></p> <p>A systematic evaluation of design considerations was performed comparing parts manufactured with various design features, configurations, and materials. Choosing the structural profile and balance of material properties was shown to be an important component of achieving the desired performance especially where the tow reinforcement must work in conjunction with the overmolding material to provide structural performance. </p> <p><br></p> <p>By experimentally testing representative structures with features found on automobile components and molded sports equipment, performance was evaluated for a range of material combinations and reinforcement content. Tow reinforcements were made from continuous glass or carbon fiber reinforced PA6 prepreg tape and injection overmolded with unfilled or glass fiber filled PA6 adding a shear web and rib structures. Tow reinforcement significantly reduced warpage, and in tensile loading, demonstrated potential for 340\% strength increase over parts without tow. However, three-point bend performance was dominated by the overmolding material. High strain to break overmolding materials are recommended to avoid premature overmolding material cracking. </p> <p><br></p> <p>Tensile performance of tow reinforced structures is not accurately captured by conventional modeling processes. When wrapped around load introduction points, the fibers of a thick tow traverse a shorter distance at the inner radius than the outer radius leading to waviness on the inner region of each wrap. The Hsaio and Daniel model was used to predict local elastic properties of the wavy fiber composite and spatially varying material properties were applied to 3D finite element models of a suspension link. Neglecting fiber waviness overpredicted experimental tensile stiffness and strength by 36\% and 33\% respectively while modeling waviness overpredicted stiffness and strength by only 9\% and 14\% respectively. Tow wrap configuration, waviness propagation, and material parameters have significant effect on tensile performance while the tow has little effect on compressive performance.</p> <p><br></p> <p>In addition to fiber waviness, tow bundles also spread to reconcile path length differences. A method for accounting for tow spread orientations was developed and combined with fiber waviness modeling techniques. The effects of simulating the resulting fiber orientations and effective elastic properties was used to model representative beams in tension and bending load cases and compared to previous experimental results. Accounting for fiber waviness in tension demonstrated greatly improved part stiffness predictions. Spread tow bundles improved predicted strength and stiffness over simulations where tow was constrained to a uniform cross section. Increased tow reinforcement increased bending stiffness, but failure behavior was significantly influenced by the overmolding material.  </p> <p><br></p> <p>The studies in this work identified key performance attributes of 3D-tow reinforced hybrid composite structures. Design principles and modeling techniques were developed in this work, providing improved performance predictions which brings the technology closer to widespread adoption. </p>

<p dir="ltr">Inkjet printing allows for rapid prototyping and design iteration that traditional printing methods do not. The use of inkjet printing for electronic devices has seen increased use in recent years owing to its high precision and ability to quickly test new devices. However, nearly all of this work has been done on smooth substrates with surface roughnesses on the nano scale. To further explore the capabilities of inkjet printing on rough surfaces, electrically conductive ink was printed onto a variety of solids-loaded polymer composite substrates using varied filler particle sizes with surface roughnesses on the micron scale. This work examines the necessary parameters required to print on these rough surfaces and characterizes the electrical properties of deposited ink. Electrical conductivity was demonstrated on surfaces across five distinct substrates using varied particle sizes. Further, two functional devices in the form of a heater and a strain gauge were printed and tested on these substrates. These devices showed comparable performance to commercially available devices. These findings offer improved ability to use inkjet technology on a variety of substrates and have implications in multiple fields. This demonstration of basic conductivity and advanced functionality shows the potential to continue development of complex devices and integrate them into new substrates. The optimization of printing algorithms on these rough surfaces also has significant potential to improve printability on rough surfaces and further expand capabilities.</p>

Tesis por compendio / La presente tesis doctoral, que lleva por título “Diseño de nuevos nanomateriales híbridos con puertas moleculares como nanodispositivos para aplicaciones terapéuticas” está centrada en el desarrollo de nuevos materiales funcionales híbridos orgánico-inorgánicos para aplicaciones de liberación controlada. Los dos capítulos de la presente tesis en los que se describen los resultados obtenidos (el segundo y el tercer capítulos) están directamente relacionados con el uso de las nanopartículas mesoporosas de sílice como matriz inorgánica en el desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos para aplicaciones en liberación controlada. Aun así, los resultados se han dividido en dos capítulos, dependiendo del estímulo aplicado para la liberación de la molécula encapsulada. En uno de los capítulos, los diferentes materiales desarrollados se basan en nanodispositivos controlados enzimáticamente, mientras que en el otro capítulo es un cambio de pH o de fuerza electroestática (en los dos casos debido a la presencia de un microorganismo patógeno) el que causa la consecuente liberación de la carga. En el caso de los nanodispositivos controlados enzimáticamente, los cuales se describen en el Capítulo 2, se desarrollaron tres sólidos diferentes. El primer ejemplo se basó en el diseño, síntesis y caracterización de nanopartículas mesoporosas de sílice recubiertas con sales de azopiridinio, que se hidrolizan en presencia de esterasas y reductasas, las cuales se encuentran en la microflora del colon. Estas sales, que contienen un enlace azoico, se seleccionaron para una posible liberación selectiva en el colon. Los estudios de viabilidad celular e internalización se llevaron a cabo con células HeLa, así como los estudios de liberación del agente quimioterapéutico camptotecina. Un segundo ejemplo se centró en el diseño, síntesis, caracterización y aplicaciones de un nuevo nanodispositivo que responde a la presencia de proteasas para liberación controlada, empleando nanopartículas de sílice cubiertas con el polímero -poli-L-lisina. En este caso, se pretendía evaluar dos mecanismos diferentes de anclaje del polímero y los dos dieron resultados positivos, aunque presentaron diferentes perfiles de liberación en cada caso. También se realizaron estudios de viabilidad e internalización celular con este nuevo nanodispositivo, así como la liberación de camptotecina en células HeLa. Finalmente, el último nanodispositivo que responde a la acción de un enzima; incluye el diseño y aplicación de un “scaffold” 3D inteligente con puertas moleculares, el cual consiste en la combinación de nanopartículas mesoporosas de sílice con puertas y biomateriales porosos clásicos. En este caso, las nanopartículas mesoporosas de sílice se cubrieron con poliaminas y ATP. Estas nanopartículas se incorporaron durante la síntesis de un “scaffold” de gelatina, el cual se preparó mediante técnicas de prototipado rápido (RP). En presencia de fosfatasa ácida se induce la liberación del colorante encapsulado en los poros de las nanopartículas. La fosfatasa ácida se seleccionó como estímulo activador de este material diseñado, ya que es un enzima cuya concentración se emplea para evaluar la actividad de los osteoclastos en procesos de remodelación ósea y como marcador en metástasis de huesos. Estas propiedades abren posibilidades de uso de esta combinación en el diseño de materiales funcionales para la preparación de numerosos “scaffolds” avanzados con puertas moleculares, que puedan ayudar en aplicaciones de medicina regenerativa y terapias de cáncer de huesos. Con respecto al otro tipo de nanodispositivos, que se muestra en el Capítulo 3, se ha evaluado el posible uso de las nanopartículas mesoporosas de sílice con puertas moleculares como posibles vehículos para la liberación controlada de fármacos cuando un microorganismo patógeno está presente. En este caso, el diseño y desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos se ha basado en el uso de nanopartículas mesoporosas de sílice como matriz inorgánica, cubiertas con entidades moleculares orgánicas que podrían responder a un cambio en el pH del ambiente o a un cambio en la fuerza electroestática, debido a la presencia de un microorganismo patógeno, tales como hongos o bacterias. Uno de estos nanodispositivos desarrollados demuestra las aplicaciones y propiedades antifúngicas de un soporte cargado con tebuconazol y cubierto con moléculas que actúan de puerta molecular dirigida mediante un cambio de pH. El otro material presenta aplicaciones antibacterianas contra bacterias gram-positivas y gram-negativas, ya que se utiliza un nanodispositivo cargado con vancomicina y funcionalizado con -poli-L-lisina. En los dos casos, se ha demostrado que el uso de la nanoformulación puede mejorar la efectividad del fármaco encapsulado, mejorando y ampliando el espectro de acción del mismo, lo cual abre un gran abanico de posibilidades en aplicaciones de estos nanodispositivos en el tratamiento de infecciones. En resumen, se puede concluir que en la presente tesis se han desarrollado nuevos sólidos híbridos orgánico-inorgánicos, así como se han descrito las aplicaciones de estos nanodisposotivos como sistemas de liberación controlada. Los resultados obtenidos podrían ser útiles en futuros diseños de materiales híbridos avanzados en biotecnología, biomedicina y, concretamente, en aplicaciones terapéuticas (como terapias contra el cáncer, tratamiento de infecciones, medicina regenerativa, etc.) / Mas Font, N. (2014). Design of new hybrid nanomaterials with molecular gates as nanodevices for therapeutic applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48491 / Compendio

[EN] The present PhD thesis, which is entitled "Design of new bio-gated nanodevices for advanced communication processes and targeted controlled release of therapeutic agents" is focused on the development of new functional hybrid organic-inorganic materials for applications in the field of the controlled delivery of target molecules. The first chapter of the present thesis gives an introduction to the organic-inorganic hybrid materials functionalized with "molecular gates" and its application in controlled release processes. The second chapter of this thesis is focused on the development of a new nanodevice able to deliver its cargo as a function of the glucose concentration. The nanodevice is based on mesoporous silica nanoparticles loaded with a suitable fluorophore and functionalized with propylbenzymidazole moieties on the pore outlets. The mesopores are then capped with an active cyclodextrin modified glucose oxidase enzyme (through the formation of an inclusion complex between the cyclodextrins and the propylbenzymidazole group anchored to the solid support). When glucose is added its enzymatic oxidation produced gluconic acid. This acid induced a decrease in the pH of the medium and the protonation of the benzymidazole group that might result in the inclusion complex dethreading and the subsequent cargo release. The third chapter of the thesis is focused on the development of a new redox-responsive material for the controlled delivery of cytotoxic drugs in cancer cells. The system is based on mesoporous silica nanoparticles loaded with a reporter (safranin O) and functionalized with two different sized polyethylene glycol chains in the pore outlets using a disulfide linkage. In presence of glutathione, the disulfide bonds are cleaved allowing the release of the entrapped cargo. Once confirmed the aperture protocol, the uptake of the gated nanoparticles and their ability to deliver the cargo (fluorophore or cytotoxic agent) in HeLa cells were tested. Moreover, cell viability assays were also performed. The fourth chapter of the thesis is focused on the preparation and the study of a nanodevice for the controlled delivery in senescent cells in a murine model of pulmonary fibrosis. The material is prepared using mesoporous silica nanoparticles (as an inorganic support) and galactoligosaccharide (molecular gate) moieties anchored on the external surface. In presence of senescent cells, which overexpress ß-galactosidase enzyme, the hydrolysis of the galactooligosaccharide capping molecules take place and the cargo release from the inner of the pores is produced (rhodamine B). After the in vitro studies, the ability of nanoparticles to accumulate and release their payload in tissues with abundance of senescent cells was evaluated in vivo. For that purpose, mice with induced pulmonary fibrosis, pathogenesis with associated increased alveolar senescence, were treated with the synthesized material and subsequently examined to assess its ability to accumulate and release its payload (fluorophore) in lung's damaged areas. In the fifth chapter of the thesis it has been explored the concept of cascade chemical communication using different types of nanodevices, each of them loaded with a certain messenger and externally functionalized with a gate-like entity that controls the release of the payload. When the enzyme able to hydrolyze the molecular gate that blocks the pores of the first type of nanoparticles (S1), is added to an aqueous suspension containing the three nanoparticles, the delivery of the chemical messenger 1 is produced. This messenger is able to open the second type of nanoparticles (S2) which delivers the messenger 2. Finally, the messenger 2 triggers the aperture of the third group of gated system (S3), which ultimately delivers its load (a dye) as a final response. / [ES] La presente tesis doctoral titulada "Diseño de nuevos nanodispositivos para procesos avanzados de comunicación y liberación controlada y dirigida de agentes terapéuticos" está centrada en el desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos funcionales para aplicaciones en el campo de la liberación controlada de moléculas de interés. El primer capítulo de la tesis ofrece una introducción a los materiales híbridos orgánico-inorgánicos funcionalizados con "puertas moleculares" y su aplicación en procesos de liberación controlada. En el segundo capítulo de la tesis se aborda el desarrollo de un nanodispositivo capaz de responder y liberar su carga en función de la concentración de glucosa. Este nanodispositivo está basado en nanoparticulas de sílice mesoporosa funcionalizadas en su superficie externa con grupos benzimidazol y con los poros cargados con un fluoróforo. Los poros se cierran al añadir la enzima glucosa oxidasa funcionalizada con ciclodextrinas (por formación de un complejo de inclusión entre el benzimidazol y los oligosacáridos cíclicos). Al adicionar glucosa se produce su oxidación enzimática dando ácido glucónico. Este ácido induce una bajada del pH del medio con la consiguiente protonación de los benzimidazoles y la ruptura de los complejos de inclusión. Esta ruptura provoca la salida de la enzima de la superficie y la liberación del colorante atrapado en los poros. El tercer capítulo de la tesis se ha centrado en el desarrollo de un material para la liberación controlada de agentes citotóxicos en células cancerosas en respuesta a cambios en el potencial redox. De nuevo se emplean nanopartículas de sílice mesoporosa con los poros cargados con un colorante (safranina O) y la superficie externa funcionalizada con dos polietilenglicoles conteniendo enlaces disulfuro. En presencia de glutatión se produce la reducción del enlace disulfuro con la consiguiente liberación del colorante. Una vez confirmado el protocolo de apertura, se estudió la internalización y la liberación de un fluoróforo y de un agente citotóxico en el modelo celular HeLa, realizando además ensayos de viabilidad. En el cuarto capítulo de la tesis se ha preparado y ensayado un nanodispositivo para la liberación controlada en células senescentes en un modelo murino de fibrosis pulmonar. El material se prepara empleando nanopartículas de sílice mesoporosa y un galactooligosacárido anclado en la superficie externa. En presencia de células senescentes, que sobreexpresan la enzima ¿-galactosidasa, se produce la hidrólisis del oligosacárido con la consiguiente liberación de la carga atrapada en los poros del soporte (rodamina B). Tras los estudios in vitro, la capacidad del nanodispositivo de acumularse y liberar su carga en tejidos ricos en células senescentes se evaluó in vivo. Para ello, ratones con fibrosis pulmonar inducida, patología en la que se ha descrito la aparición de senescencia, se trataron con el material sintetizado y posteriormente fueron examinados para comprobar la capacidad de acumularse y liberar su carga (fluoróforo) en la zona pulmonar dañada. En el quinto capítulo se ha explorado el proceso de comunicación química en cascada empleando tres tipos de nanopartículas mesoporosas de sílice cargadas con diferentes mensajeros y funcionalizadas con tres puertas moleculares distintas. Cuando sobre una suspensión de las tres nanopartículas se añade la enzima capaz de hidrolizar la puerta molecular que bloquea los poros del primer tipo de nanopartículas (S1), se produce la liberación del mensajero 1. Este mensajero es capaz de inducir la apertura del segundo tipo de nanopartículas (S2), que a su vez liberan al medio el mensajero 2. Por último, el mensajero 2 es capaz de abrir la puerta molecular del tercer tipo de nanopartículas (S3), que liberan finalmente su carga (un colorante) como respuesta final. / [CA] La present tesis doctoral titulada "Disseny de nous nanodispositius per a processos avançats de comunicació i lliberació controlada i dirigida d'agents terapèutics" està centrada en el desenvolupament de nous materials híbrids orgànic-inorgànic funcionals per a aplicacions en el camp de la lliberació controlada de molècules d'interès. El primer capítol de la tesis ofereix una introducció als materials híbrids orgànic-inorgànic funcionalitzats amb "portes moleculars" i la seua aplicació en processos de lliberació controlada. En el segon capítol de la tesis s'aborda el desenvolupament d'un nanodispositiu capaç de respondre i lliberar la seua càrrega en funció de la concentració de glucosa. Este nanodispositiu està basat en nanopartícules de sílice mesoporoses funcionalitzades a la seua superfície externa amb grups benzimidazol i amb els pors carregats amb un fluoròfor. Els pors queden bloquejats al afegir el enzim glucosa oxidasa funcionalitzada amb ciclodextrines (per formació d'un complex d'inclusió entre el benzimidazol i els oligosacàrids cíclics). Al afegir glucosa es produeix la seua oxidació enzimàtica donant lloc a àcid glucònic. Este àcid indueix una baixada del pH del medi amb la consegüent protonació dels benzimidazols i el trencament dels complexes d'inclusió. Este trencament provoca l'eixida del enzim de la superfície i la lliberació del colorant atrapat als pors. El tercer capítol de la tesis s'ha centrat en la preparació d'un material per a la lliberació controlada d'agents citotòxics en cèl¿lules canceroses en resposta a canvis en el potencia redox. De nou s'empren nanopartícules de sílice mesoporoses amb els pors carregats amb un colorant (safranina O) i la superfície externa funcionalitzada amb dos polietilenglicols (de diferent pes molecular) contenint enllaços disulfur. En presència de glutatió es produeix la reducció del enllaç disulfur amb la consegüent lliberació del colorant. Una volta confirmat el protocol d'obertura, es va estudiar la internalització i la lliberació d'un fluoròfor i d'un agent citotòxic en el model cel¿lular HeLa, realitzant ademés assajos de viabilitat. En el quart capítol de la tesis s'ha preparat i s'ha estudiat un nanodispositiu per a la lliberació controlada en cèl¿lules senescents, en un model murí de fibrosis pulmonar. El material es prepara emprant nanopartícules de sílice mesoporoses i un galactooligosacàrid anclat a la superfície externa del material. En presència de cèl¿lules senescents, que sobreexpresen el enzim ¿-galactosidasa, es produeix la hidròlisis del oligosacàrid amb el consegüent alliberament de la càrrega atrapada en els pors del suport (rodamina B). Després dels estudis in vitro, la capacitat del nanodispositiu d'acumular-se i lliberar la càrrega en teixits rics en cèl¿lules senecents es va evaluar in vivo. Amb este propòsit, ratolins amb fibrosis pulmonar induïda, patologia en la que s'ha descrit l'aparició de senescència en els teixits danyats, es van tractar amb el material sintetitzat i posteriorment van ser examinats per a comprovar la capacitat d'acumular-se i lliberar la seua càrrega (fluoròfor) en la zona dels pulmons afectada. En el quint capítol s'ha explorat el procés de comunicació química en cascada utilitzant tres tipus de nanopartícules mesoporoses de sílice carregades amb diferents missatgers i funcionalitzades amb tres portes moleculars diferents. Quan, sobre una suspensió de les tres nanopartícules, s'afegeix l'enzim capaç d'hidrolitzar la porta molecular que bloqueja els pors del primer tipus de nanopartícules (S1), es produeix la lliberació del missatger 1 des de S1. Este missatger és capaç d'induir l'obertura del segon tipus de nanopartícules (S2), les quals lliberen al medi el missatger 2. Per últim, el missatger 2 és capaç d'obrir la porta molecular del tercer tipus de nanopartícules (S3), que lliberen finalment la seua càrr / Giménez Morales, C. (2016). Design of new bio-gated nanodevices for advanced communication processes and targeted controlled release of therapeutic agents [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62822

Tesis por compendio / [EN] The present PhD thesis is centred in the design (using concepts of supramolecular chemistry), synthesis and characterization of different hybrid organic-inorganic materials for boron removal from aqueous media. The interaction between boron and organic groups, polyols, used in the development of these new adsorbents is also studied. In the first part of the thesis it is presented a brief review of supramolecular chemistry concepts, chemistry of boron and also the main methods for boron removal (first chapter) and, also, the objectives of this thesis (second chapter). The third chapter exposes the results obtained by using a ceramic foam as macroscopic support for active materials for boron removal. This support is previously "impregnated" with an inorganic silica mesoporous material (UVM-7) and, in a second step, it is functionalized with an organic group with high boron affinity (gluconamide). This organic group, which works as an adsorbent, remains anchored to a macroscopic support, which will facilitate the use of these materials in industrial applications. Once the material is synthetized their boron adsorption and elimination abailability in aqueous media is studied and its ulterior reutilization. The fourth chapter of the PhD thesis is focused on the preparation of low cost materials for boron adsorption from water. In first place, it is used, as inorganic scaffolding, UVM-7 material, a mesoporous silica phase with a bimodal pore system. This material has a high boron adsorption capacity after its functionalization with the polyalcohol (as it is shown in the previous chapter) nevertheless, the reagents used in the synthesis tetraethylorthosilicate, as silica source, and hexadecyltrimethylammonium bromide, as templating agent are so expensive that they induce a high cost of final materials. In this chapter is presented as an alternative another materials which are able to perform as inorganic scaffolds: UVM-11 (surfactant-free mesoporous material), two silica xerogels with pores within the mesoporous range and comercial high surface area silica fume were prepared. Once all the materials are synthetized they are functionalized with gluconamides which are the active compounds for boron adsorption. Finally, a comparative study of the boron adsorption capacities in water is carried out. Low cost materials present comparable boron removal to those of higher cost and comercially abailable materials. Finally, in the fith chapter of this PhD thesis, the adsorption mechanism of boron on the active materials (based on UVM-7 as inorganic support) is studied using solid Nuclear Magnetic Resonance measures of 11B and 13C and using techniques as Magic Angle Sppining, crossed polarization and heteronuclear polarization disacoplament. To do that, a hybrid material composed by UVM-7 matrix grafted with gluconamide is prepared and then the solid is put in contact with different boron quantities. Final solids are characterized through 13C and 11B NMR, showing the formation of boronesters between gluconamide diol groups and boron adsorbed. When low boron concentration is used, bisquelate complexes are formed (B:glucosa = 1:2), however with higher concentrations monoquelate complexes are formed (B:glucosa = 1:1). This work was carried out in collaboration with the research group of "sol-gel materials and NMR", appertaining to the center of "Chimie de la matière condensée de Paris" of the "Université Pierre et Marie Curie". / [ES] La presente tesis doctoral está dedicada al diseño (empleando conceptos de química supramolecular), síntesis y caracterización de diferentes materiales híbridos orgánico-inorgánicos para la eliminación de boro en medios acuosos. También se ha procedido a estudiar detalladamente la interacción del boro con las agrupaciones orgánicas, polialcoholes, empleadas en el desarrollo de estos nuevos adsorbentes. En la primera parte de la tesis de presenta una introducción en la que se revisa los conceptos de química supramolecular, química del boro y los principales métodos de eliminación de boro (primer capítulo) y, también, se exponen los objetivos de la tesis (segundo capítulo). Ya en el tercer capítulo se exponen los resultados obtenidos empleando una esponja cerámica como soporte macroscópico para los materiales activos frente a la eliminación de boro. Este soporte se "impregnan" previamente con un material inorgánico silíceo mesoporoso (UVM-7) y, en una fase posterior, se funcionaliza con un grupo orgánico con alta afinidad hacia el boro (gluconamida). El grupo orgánico que funcionará como adsorbente queda así anclado a un soporte de tamaño macroscópico que facilitará la aplicación de estos materiales a gran escala. Una vez preparado y caracterizado se estudió la capacidad del material para adsorber y eliminar boro de medios acuosos y su posterior reutilización. En el cuarto capítulo de la tesis doctoral se aborda la preparación de materiales adsorbentes de bajo coste económico para la eliminación de boro en medios acuosos. En primer lugar se emplea, como soporte inorgánico, UVM-7 una sílice mesoporosa con un sistema bimodal de poros. Este material tiene una capacidad de adsorción de boro muy elevada una vez funcionalizado con el correspondiente polialcohol (tal y como se expone en el capítulo anterior) sin embargo los reactivos para su síntesis tetraetilortosilicato como fuente de sílice y bromuro de cetiltrimetilamonio como agente director de estructura son muy caros con lo que el material final presenta un elevado coste. En este capítulo se presenta como alternativa otros materiales que puedan actuar como soportes inorgánicos: UVM-11, material mesoporoso que no requiere de agente director de estructura en su síntesis, dos xerogeles con poros en el rango meso y una sílice comercial nanoparticulada de elevada superficie específica. Una vez sintetizados y caracterizados los cinco soportes se funcionalizaron con gluconamidas, que son los componentes activos frente a la adsorción de boro. Finalmente, se realiza un estudio comparativo de la capacidad de eliminación de boro de los cinco materiales preparados. Los materiales de bajo coste estudiados presentan una capacidad de eliminación de boro comparable a los materiales de mayor coste y a los materiales comercialmente disponibles. Por último, en el capítulo cinco de esta tesis doctoral, se aborda el estudio del mecanismo de adsorción del boro en los materiales activos preparados (basados en UVM-7 como soporte inorgánico) mediante medidas de resonancia magnética nuclear de sólidos, tanto de 13C como de 11B empleando las técnicas de rotación en ángulo mágico, polarización cruzada, y el desacoplamiento dipolar heteronuclear. Para ello se prepara un material híbrido formado por una matriz de UVM-7 funcionalizada con gluconamidas y este sólido se pone en contacto con diferentes cantidades de boro. Los sólidos finales se caracterizan mediante RMN de 13C y de 11B, observándose la formación de boroesteres entre los grupos diol de las gluconamidas ancladas y el boro adsorbido. Cuando la concentración de boro empleada es baja se forman complejos bisquelados (B:glucosa = 1:2) mientras que a concentraciones altas empiezan a formarse complejos monoquelados (B:glucosa = 1:1). Este trabajo se llevó a cabo en colaboración con el grupo de investigación de "Materiales sol-gel y RMN", perteneciente al centro "Chimie de la matiè / [CA] La present tesi doctoral està dedicada al disseny (empleant conceptes de química supramolecular), síntesi i caracterització de diferents materials híbrids orgànico-inorgànics per a la el¿liminació de bor en medi aquòs. També s'ha precedit a estudiar detalladament la interacció del bor amb les agrupacions orgàniques, polialcohols, empreats en el desenvolupament d'aquestos nous adsorbents. En la primera part de la tesi es presenta una introducció en la que es revisen els conceptes de química supramolecular, química del bor i els principals mètodes de el¿liminació de bor (primer capítol) i, també, s'exposen els objectius de la tesi (segon capítol). Ja en el tercer capítol s'exposen els resultats obtinguts empreant una esponja ceràmica com a suport macroscòpic per als materials actius front a l'el¿liminació del bor. Aquest suport s'impregna prèviament amb un material inorgànic de sílice mesoporós (UVM-7) i, en una següent fase, es funcionalitza amb un grup orgànic amb alta afinitat cap al bor (gluconamida). El grup orgànic que funcionarà com a adsorbent queda aixina anclat a un suport de tamany macroscòpic que facil¿litarà l'aplicació d'aquestos materials a gran escala. Una vegada preparat i caracteritzat s'estudia la capacitat del material per a adsorber i el¿liminar bor en medi aquós i la seua posterior reutilització. Al quart capítol de la tesi doctoral s'aborda la preparació de materials adsorbents de baix cost econòmic per a l'eliminació de bor en medi aquòs. En primer lloc, s'empra, com a suport inorgànic, UVM-7 una sílice mesoporosa amb un sistema bimodal de porus. Aquest material té una capacitat d'adsorció molt elevadadeprés de la seua funcionalització amb el corresponent polialcohol (tal i com s'exposa al capítol anterior), no obstant això els reactius que s'utilitzen per a la seua síntesi tetraetilortosilicat com a font de sílice i bromur de cetiltrimetilamoni com agent director d'estructura són molt cars, per tant el material final presenta un elevat cost. En aquest capítol es presenta com alternativa altres materials que puguen actuar com a suports inorgànics: UVM-11, material mesoporòs que no requereix d'agent director d'estructura durant la seua síntesi, dos xerogels en porus en el rang meso i una sílice comercial nanoparticulada amb elevada superficie específica. Una vegada sintetitzats i caracteritzats els cinc suports es funcionalitzen en gluconamides, que són els components actius front a la adsorció de bor. Finalment, es realitza un estudi comparatiu de la capacitat d'el¿liminació de bor dels cinc materials preparats. Els materials de baix cost estudiats presenten una capacitat de eliminació de bor semblant als materials de major cost i als materials comercialment disponibles. Per últim, al capítol cinc d'aquesta tesi doctoral, s'aborda l'estudi del mecanisme d'adsorció de bor als materials actius preparats (basats en UVM-7 com a suport inorgànic) mitjançant medides de resonància magnética nuclear de sólids, tant de 13C com de 11B emprant tècniques de rotació en àngul màgic, polarització creuada, i el desacoplament dipolar heteronuclear. Per a ell es prepara un material híbrid format per una matriu de UVM-7 funcionalitzada amb gluconamides i aquest sòlid es posa en contacte amb diferents quantitats de bor. Els sòlids finals es caracteritzen mitjançant RMN de 13C i de 11B observant-se la formació de borésters entre els grups diol de les gluconamides anclades i el bor adsorbit. Quan la concentració de bor emprada és baixa es formen complexos bisquelats (B:glucosa = 1:2) mentre que a concentracions més altes comencen a formar-se complexos monoquelats (B:glucosa = 1:1). Aquest treball és va realitzar ne col¿laboració amb el grup d'investigació de "Materials sol-gel i RMN", perteneixent al centre "Chimie de la matière condensée de Paris" de la "Université Pierre et Marie Curie". / Sanfeliu Cano, C. (2016). Organic-inorganic hybrid materials for boron removal from aqueous media [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63277 / Compendio

Tesis por compendio / La presente tesis doctoral, titulada "Nanotecnología y química supramolecular en procesos de liberación controlada y reconocimiento molecular para aplicaciones biomédicas", se centra en dos temas importantes: el reconocimiento molecular y los procesos de liberación controlada. Esta tesis doctoral está estructurada en cuatro capítulos. El primer capítulo introduce el concepto de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos funcionalizados con puertas moleculares y sus aplicaciones biomédicas como nanomateriales para dirigir y controlar la liberación controlada de fármacos. Además se introduce una breve descripción sobre sensors colorimétricos basados en la base de la quimica supramolecular, particularmente en los procesos de reconocimiento molecular. En particular, el capítulo 2 describe la preparacion de cinco nanodispositivos que responden a enzimas. Estos materiales híbridos se componen de dos unidades principales: un soporte mesoporoso basado en sílice inorgánica, capaz de encapsular moléculas orgánicas y un compuesto orgánico anclado en la superficie externa del soporte mesoporoso inorgánico que actúa como puerta molecular. Todos los sistemas propuestos utilizan puertas moleculares peptídicas que responden a temperatura o enzimas como estímulo. La segunda parte de esta tesis doctoral se centra en el diseño y desarrollo de un nuevo compuesto químico capaz de detectar monóxido de carbono in vivo. En resumen, para todos los resultados antes mencionados podemos decir que esta tesis doctoral constituye una contribución científica original al desarrollo de la química supramolecular. Sus resultados derivados de los estudios presentados dejan rutas abiertas para continuar el estudio y el desarrollo de nuevos materiales híbridos y sensors químicos más eficientes para aplicaciones biomédicas y terapeuticas. / This PhD thesis entitled "Nanotechnology and supramolecular chemistry in controlled release and molecular recognition processes for biomedical applications", is focused on two important subjects: molecular recognition and controlled delivery processes. This PhD thesis is structured in four chapters. The first chapter introduces the concept of organic-inorganic hybrid materials containing switchable "gate-like" ensembles and their biomedical applications as nanomaterials for targeting and control drug delivery. Furthermore, is introduced a short review about chromo-fluorogenic chemosensors based on basic principles of supramolecular chemistry, particulary in molecular recognition processes. In particular, in chapter 2 is focus on the development of enzymatic-driven nanodevices. These hybrid materials are composed of two main units: an inorganic silica based mesoporous scaffold, able to store organic molecules and an organic compound anchored on the external surface of the inorganic mesoporous support than acts as molecular gate. All the systems proposed use peptidic gates that respond to temperature or enzimatic stimulis. The second part of this PhD thesis is focused on the design and development of a new chemical compound capable of detecting carbon monoxide in vivo. In summary, for all the results above mentioned we can say that this PhD thesis constitutes an original scientific contribution to the development of supramolecular chemistry. Its results derived from the studies presented leaves open routes to continue the study and development of new hybrid materials and more efficient chemical sensors with biomedical and therapeutic applications. / La present tesi doctoral, titulada "Nanotecnologia i química supramolecular en processos d'alliberament controlat i reconeixement molecular per a aplicacions biomèdiques", es centra en dos temes importants de la química: el reconeixement molecular i els processos d'alliberament controlat. Aquesta tesi doctoral està estructurada en quatre capítols. El primer capítol introdueix el concepte de materials híbrids orgànics-inorgànics funcionalitzats amb portes moleculars i les seves aplicacions biomèdiques com nanomaterials per dirigir i controlar l'alliberament controlat de fàrmacs. A més s'introdueix una breu descripció sobre sensors colorimètrics fonamentats en la base de la química supramolecular, particularment en els processos de reconeixement molecular. En particular, el capítol 2 descriu la preparació de cinc nanodispositius que responen a enzims. Aquests materials híbrids es componen de dues unitats principals: un suport mesoporos basat en sílice inorgànica, capaç d'encapsular molècules orgàniques i un compost orgànic ancorat a la superfície externa del suport mesoporós inorgànic que actua com a porta molecular. La segona part d'aquesta tesi doctoral es centra en el disseny i desenvolupaent d'un nou compost químic capaç de detectar monòxid de carboni in vivo. En resum, per a tots els resultats abans mencionats podem dir que esta tesi doctoral constituïx una contribució científica original al desenvolupament de la química supramolecular. Els seus resultats derivats dels estudis presentats deixen rutes obertes per a continuar l'estudi i el desenvolupament de nous materials hibrids i sensors químics més eficients per a aplicacions biomèdiques i terapeutiques. / De La Torre Paredes, C. (2017). Nanotechnology and supramolecular chemistry in controlled release and molecular recognition proceses for biomedical applications" [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94043 / Compendio