Debido a la contaminación producida por el uso de plásticos convencionales, muchos polisacáridos son ahora objeto de estudio para el desarrollo de bioplásticos con diversas aplicaciones como, por ejemplo, en la industria biomédica, alimentaria, energética, entre otras. Las propiedades mecánicas, térmicas, morfológicas, estructurales y dieléctricas de un material, varían de acuerdo a la materia prima empleada. En este caso, las propiedades de un bioplástico elaborado a partir de un polisacárido van a variar de acuerdo al tipo de polisacárido y de acuerdo a la especie de la cual son extraídos. Por ello, es necesario realizar estudios que permitan caracterizar los polisacáridos extraídos de distintas fuentes naturales. En el presente estudio se extraerán tres tipos de polisacáridos (almidón, carragenina y ulvan) a partir de cinco fuentes naturales (Solanum tuberosum var. Negra, Solanum tuberosum var. Huamantanga, Solanum tuberosum var. Yungay, Chondracanthus chamissoi, Ulva papenfussii y Ulva nematoide) que se encuentran en el Perú. Se elaboraron bioplásticos a partir de dos de ellos (almidón y carragenina) y se caracterizaron dieléctricamente para estudiar su dinámica molecular ante una variación de temperatura y/o frecuencia, y con ello obtener información de su estructura interna. A partir de dichos resultados, se podría evaluar su uso como material para aplicaciones energéticas. El objetivo principal de este trabajo de investigación es caracterizar dieléctricamente los distintos bioplásticos elaborados con almidón y carragenina, extraídos de fuentes naturales. Para ello se empleó la técnica de Espectroscopia Dieléctrica de Banda Ancha (BDS) que permitió evaluar la permitividad en función de la frecuencia, a temperatura ambiente. A partir de los resultados obtenidos, se concluyó que las propiedades dieléctricas sí varían de acuerdo a la fuente de origen y que esto se debe a las diferentes características estructurales que poseen.

El presente trabajo muestra la caracterización de tintas de biomaterial empleadas en un sistema de impresión 3D por extrusión y la determinación de su viabilidad de uso para la manufactura de estructuras tridimensionales de interés biomédico. El documento aborda la necesidad de contar con metodologías para analizar de manera objetiva la fidelidad de impresión en sistemas basados en extrusión debido a que existen definiciones no consensuadas en la comunidad científica y estándares no publicados en un campo de estudio en constante evolución. Se sigue una metodología propia para el desarrollo de constructos fabricados bajo el marco de tecnologías de bioimpresión, con énfasis en el preprocesamiento y procesamiento de tres tipos de constructos: vascular, orgánico y para ensayos in vitro. Se sintetizaron ocho tintas de biomaterial a partir de reactivos disponibles en un contexto académico, tales como: la sal sódica de carboximetilcelulosa, el alginato y el cloruro de calcio. Se realizaron ensayos de caracterización para evaluar propiedades de la materia prima como hinchamiento y viscosidad, así como propiedades directamente involucradas al proceso de impresión 3D como formación y homogeneidad de filamento, precisión de impresión e integridad de forma. Los resultados indican que la formulación compuesta por sal sódica de carboximetilcelulosa (20%), alginato (10%) y cloruro de calcio (2%) demuestra el mejor desempeño general en los ensayos de caracterización multidimensional, siendo viable para la impresión por extrusión de las estructuras de interés biomédico propuestas en el presente trabajo.

The thesis at hand is part of a research project that attempts to study and develop vibrissa inspired tactile sensors for object and fluid flow detection. The main focus of the thesis is on the development of a model for a vibrissa-like sensor for obstacle contour recognition under fluid loads. To this end, a mechanical model – based on the non-linear Euler-Bernoulli beam theory – is established. The model includes the main characteristics found in a natural vibrissa, such as elasticity of the base, that acts as the vibrissa follicle; the intrinsic curvature; and conicity. The characteristics are represented as parameters of the model. The model is subjected to a contact load and a fluid flow load, represented by a concentrated load and a distributed load, respectively. Then, the model is transformed into a dimensionless representation for further studies to achieve more general assertions. A variation of the magnitude of these loads, as well as the vibrissa parameters is also analyzed. A direct numerical approximation using the finite difference method, along with the shooting method, is used to obtain a solution of the model. Subsequently, the model is used to simulate an ideal contact between an obstacle and the vibrissa. This simulation considers a quasi-static sweep of the artificial vibrissa with the contour of a profile, while measuring and recording the forces and moment at the base. This procedure is then repeated in combination of a distributed force acting on the vibrissa, simulating the effect of a fluid flow. Two types of contact phases are identified and the conditions for each one are set. Finally, the measured quantities, which represent the observables an animal solely relies on, are used to obtain the magnitude of the fluid load and to reconstruct the profile contour of the obstacle. The developed model is used again for the reconstruction, an analysis of the observables is performed to identify and predict which contact phase the vibrissa is in. The results successfully show identification of the fluid flow load as well as reconstruction of the profile, the difference between the reconstructed profile and the original profile is then calculated as a measure of reconstruction quality. / Tesis

La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos. / Tesis