El presente trabajo se enfoca en el estudio y caracterización de polímeros extraídos a partir de las algas peruanas Chondracanthus Chammissoi y Nostoc Commune. Adicionalmente, se desarrollaron compuestos a base de estos biopolímeros, reforzados con nanoarcilla Cloisita®Na+, whiskers de quitina y nanopartículas de almidón. Los ensayos realizados se dividieron en cuatro partes: ensayos de caracterización estructural (espectroscopía infrarroja, espectroscopía Raman, resonancia magnética nuclear), ensayos de análisis térmicos (análisis termogravimétrico, calorimetría de barrido diferencial), ensayos mecánicos; y ensayos morfológicos, que comprenden microscopía electrónica de barrido. Del trabajo desarrollado, se pudo evaluar la composición de los biopolímeros extraídos. La presencia de los grupos éster sulfato (-OSO3) permitieron determinar que la carragenina extraída de Chondracanthus Chammissoi es del tipo híbrido, ya que contiene los tipos kappa, iota, nu (к/ἰ/ʋ). Por otro lado, los polisacáridos del alga Nostoc Commune no han sido plenamente identificados. Sin embargo, se conoce que son polisacáridos extracelulares que están compuestos por diversos monosacáridos como glucosas, galactosas, arabinosas y xilosas. Los estudios realizados por difracción de rayos X mostraron que los nanocompuestos desarrollados son del tipo intercalado, como lo demuestran los estudios por difracción de rayos X. Sin embargo, los ensayos realizados por espectroscopía infrarroja (FTIR) no muestran formación de nuevos enlaces que indiquen una interacción química entre refuerzos y matrices, por lo que los refuerzos solo estarían unidos por fuerzas de Van der Waals. Por tanto, se concluye que ambos organismos poseen biopolímeros totalmente diferentes, lo que ha sido revelado por la presencia del grupo éster sulfato característico de la carragenina. Ambos biopolímeros han demostrado la capacidad de formar films y por ello se han podido desarrollar nanocompuestos con Cloisita Na+, whiskers de quitina y nanopartículas de almidón. En futuros trabajos, se contempla seguir trabajando en el desarrollo de nanocompuestos, empleando las propiedades gelificantes de estos polímeros, tales como el desarrollo de hidrogeles y geles inteligente (Smart gels).

En este trabajo, estudiamos los efectos cuánticos en las nanoestructuras metálicas. En primer lugar, investigamos los sistemas denominados corrales cuánticos. Analizamos la formación de la imagen cuántica de las impurezas no magnéticas en los corrales elípticos. Encontramos que para una impureza no magnética, la formación de una imagen cuántica así como su naturaleza, dependen tanto de la posición de la impureza como de la densidad electrónica superficial del metal matricial. Asimismo, analizamos los casos de los corrales circulares o cuadrados, en los cuales también ocurre la formación de la imagen cuántica. Por último, estudiamos los efectos de las interferencias cuánticas sobre la interacción entre dos impurezas no magnéticas colocadas en el interior del corral. Concluimos que los efectos de focalización de hecho afectan esa interacción. / -- This research is aimed at the study of quantum effects in metallic nanostructures. Firstly, systems known as quantum corrals were considered. The formation of quantum mirages of non-magnetic impurities in elliptical corrals was investigated. It was found that for non-magnetic impurities, the mirage formation depends not only on the position of the impurity but also on the host electronic density. Also, square and circular corrals, in which quantum mirages may appear, were studied. Additionally, the effect of quantum interference on the interaction between two nonmagnetic impurities placed inside the corral was investigated. We found that, in fact, the focalization effects affect such interaction.

Desde hace algunos años hay un interés creciente por la utilización de biopolímeros en aplicaciones para las cuales se utilizaban tradicionalmente polímeros sintéticos. En este contexto el almidón como material termoplástico es una alternativa viable ya que se trata de una materia prima económica, abundante, renovable y biodegradable. El objetivo principal del presente trabajo es la obtención de películas de almidón de papa blanca reforzados con nanopartículas de almidón de papa amarilla y la posterior caracterización mecánica, térmica y estructural de las mismas que pueda contribuir en el conocimiento tecnológico de la aplicación de estos materiales en áreas tales como el embalaje de alimentos. Para alcanzar el objetivo principal en primer lugar se revisó el estado de la literatura y se estudiaron los fundamentos teóricos que describen los procesos básicos para la obtención de nanocompuestos y nanopartículas de almidón. La metodología empleada para la obtención de las películas se fundamentó en la capacidad de gelatinización del almidón que sumado a la adición de plastificantes origina la formación de una pasta de la que se obtendrán las películas. Asimismo se obtuvieron nanopartículas de papa amarilla mediante la hidrólisis ácida de este biopolímero, que fueron vaciadas en suspensión en las pastas de almidón de papa blanca para obtener finalmente las películas de almidón reforzados, lográndose 3 categorías en peso de refuerzo: 3 %, 5 % y 7 %. Estas películas fueron sometidos a ensayos de tracción, a ensayos de espectroscopía de infrarrojo y a ensayos de análisis térmico como la calorimetría diferencial de barrido y el análisis termogravimétrico. Los resultados obtenidos muestran en general un mejoramiento en las propiedades mecánicas y térmicas de las películas encontrándose un aumento máximo de 97 % en la resistencia a la tracción y un aumento de cerca de 9 veces el valor original del módulo elástico. En cuanto a las propiedades térmicas se encontraron aumentos máximos de 22,68 °C y 7,07 °C en las temperaturas de fusión polimérica y degradación respectivamente. De manera similar el ensayo de espectroscopía de infrarrojo mostró un cambio en la vibración de grupos funcionales en las películas reforzados vinculado con la adición de las nanopartículas. Finalmente también se estudió el comportamiento mecánico de las películas comparando sus propiedades mecánicas experimentales con las teóricas establecidas por modelos para materiales nanocompuestos. / Tesis

La tecnología de manufactura aditiva, AM (additive manufacturing) se está usando con gran éxito en las diversas aplicaciones del modelado por deposición fundida, FDM (fused deposition modeling). Esta es la tecnología más usada en la fabricación 3D principalmente en el área de ingeniería mecánica que la incorpora a sus procesos de producción de prototipos rápidos para pruebas funcionales de bajo costo, componentes complejos, piezas, accesorios, fabricados a partir de modelos digitales. Debido a la necesidad de mejorar las propiedades mecánicas de la materia prima usado para la fabricación de componentes, existe la exigencia de buscar nuevos materiales que puedan ser usados con la tecnología de impresión 3D. Uno de los posibles métodos es la adición de refuerzos de nanotubos de carbono y fibras de carbono a materiales poliméricos como el ABS (acrilonitrilo butadieno styrene). Así, formar materiales compuestos de matriz polimérica que podrían ser utilizados directamente en aplicaciones reales como en la industria aeronáutica y automotriz. El presente trabajo tiene como objetivo la fabricación y caracterización de materiales compuestos de matriz polimérica usando impresión 3D para luego evaluar y comparar sus propiedades mecánicas. Para la fabricación se utilizó la tecnología de impresión FDM y los siguientes materiales: ABS puro, compuestos de ABS más nanotubos de carbono y ABS más fibra de carbono. La metodología seguida para el desarrollo del trabajo primero fue el diseño de las muestras, para ello se utilizó la norma ASTM D638 para las probetas de tracción y ASTM D790 para las probetas de flexión; luego se determinó los parámetros de fabricación variando alturas de capas de deposición a 0,4 mm y 0,2 mm; y cinco diferentes tipos de mallado interno variando las orientaciones de deposición de capas a 90°, 0°, 45°, 0°/90° y 45°/-45°. Luego se procedió a la determinación de las propiedades mecánicas mediante ensayos de tracción y flexión. Finalmente, se realizó una caracterización estructural a la superficie de fractura mediante microscopía electrónica de barrido, SEM (scanning electron microscope). Como resultado final de los ensayos de tracción y flexión se tiene que en general los especímenes fabricados con ABS tienen mayor resistencia que los compuestos de ABS más nanotubos de carbono y ABS más fibra de carbono. Siendo los especímenes fabricados con 0,2 mm de altura de capa más resistentes que los de 0,4 mm. Además, los especímenes fabricados con 0,2 mm de altura de capa tienen resistencia igual a la del filamento base utilizado para la fabricación. Este caso se cumple solo en el ABS y ABS más nanotubos de carbono. En el compuesto ABS más fibra de carbono se refleja una notable disminución de la resistencia. Aunque los resultados del módulo de elasticidad tienen una elevada variabilidad, en todos los casos los materiales compuestos tienen una mayor rigidez respeto al ABS; sin embargo, la rigidez del compuesto ABS más fibra de carbono disminuye a la mitad respecto a su filamento base. Finalmente, los resultados del SEM indican que en el compuesto ABS más fibra de carbono, estas micro partículas no se adhieren de manera correcta a la matriz polimérica creando cavidades entre matriz y aditivo, debilitando la acción del refuerzo al momento de la transferencia de esfuerzos. Resultado que se reflejó durante de los ensayos mecánicos / Tesis

En este trabajo, estudiamos los efectos cuánticos en las nanoestructuras metálicas. En primer lugar, investigamos los sistemas denominados corrales cuánticos. Analizamos la formación de la imagen cuántica de las impurezas no magnéticas en los corrales elípticos. Encontramos que para una impureza no magnética, la formación de una imagen cuántica así como su naturaleza, dependen tanto de la posición de la impureza como de la densidad electrónica superficial del metal matricial. Asimismo, analizamos los casos de los corrales circulares o cuadrados, en los cuales también ocurre la formación de la imagen cuántica. Por último, estudiamos los efectos de las interferencias cuánticas sobre la interacción entre dos impurezas no magnéticas colocadas en el interior del corral. Concluimos que los efectos de focalización de hecho afectan esa interacción. / This research is aimed at the study of quantum effects in metallic nanostructures. Firstly, systems known as quantum corrals were considered. The formation of quantum mirages of non-magnetic impurities in elliptical corrals was investigated. It was found that for non-magnetic impurities, the mirage formation depends not only on the position of the impurity but also on the host electronic density. Also, square and circular corrals, in which quantum mirages may appear, were studied. Additionally, the effect of quantum interference on the interaction between two nonmagnetic impurities placed inside the corral was investigated. We found that, in fact, the focalization effects affect such interaction.

La Tuberculosis constituye uno de los principales factores de mortalidad en el mundo; en particular, en el Perú representa un problema de salud pública cada vez mayor. Por otro lado, el constante interés y avance en los estudios sobre la detección de biomoléculas con el uso de nanoestructuras constituye una alternativa de diagnóstico eficiente en sensibilidad y especificidad, con potencial para generar dispositivos económicos y de fácil fabricación. El presente trabajo de tesis se basa en el diseño e implementación de un sistema para caracterizar las propiedades electrónicas de transistores de efecto campo con canales basados en grafeno. El sistema cuenta con tres módulos: el módulo de medición conformado por dos medidores de parámetros semiconductores, un módulo de manipulación conformado por una estación de pruebas y microposicionadores, y un módulo de adquisición de datos conformado por un programa y un computador. Para la validación del sistema se fabricó un dispositivo sensor, del tipo transistor de efecto campo, basado en grafeno (GFET), y se evaluaron los principales factores que condicionan su desempeño en la detección de biomoléculas; factores tales como el recocido térmico, la resistencia de contacto y el uso de un buffer fosfato salino como medio electrolítico de compuerta. Asimismo, se realizó la adquisición de las curvas I-V de salida y de transferencia en cada etapa de fabricación del dispositivo sensor, y se analizó cualitativamente su desempeño en la detección de la secuencia de ADN 5'- GGTCCAGCTGTGTATCCACTCCAG-3' específica de la Mycobacterium tuberculosis (MTB). En la primera parte del presente trabajo de tesis se presentan los antecedentes y aplicaciones de los GFETs en la detección de ADN. La segunda parte está dedicada a brindar información detallada de todos los procedimientos experimentales, la implementación del sistema de medición, las herramientas analíticas y los materiales utilizados a lo largo del trabajo de investigación. La última parte presenta una discusión de los resultados obtenidos y las conclusiones extraídas del trabajo. A partir de los resultados del trabajo se puede inferir que el sistema de medición implementado permite evaluar las propiedades electrónicas de un transistor de efecto campo con una precisión adecuada y analizar sensores base grafenocadenas de ADN para la detección sensible y selectiva de tuberculosis. Como trabajo futuro, se deberán estudiar otros parámetros de calidad de los dispositivos sensores tales como la estabilidad a lo largo del tiempo, la especificidad y la robustez o reutilización con el fin de contrastarlos con los métodos estándar. / Tesis

Tuberculosis is a leading killing disease worldwide with more than 9 million people a ected per year. Current diagnostic methods exhibit several disadvantages; one of the most promising alternatives to overcome this is the development of nanostructured diagnostic systems which are able to detect molecules associated with certain diseases. Graphene since its discovery has been the focus for the development of these sensing elements due to its excellent electronic properties. In this work, a graphene-based eld e ect transistor (FET) has been developed for tuberculosis DNA detection, in order to set the basis for a diagnostic method that overcomes current limitations. The sensing elements composed of graphene monolayers were manufactured in the stages of annealing of the substrate, addition of the linker and functionalization with the addition of a probe DNA for tuberculosis detection. Additionally, two conditions for the sensing element were generated; one with the addition of a complementary DNA sequence (\DNA Target") and the other with a mismatched DNA sequence (\Non-complementary DNA"). The graphene and the transistor, in each stage of the manufacturing process, were structural, chemical and morphologically characterized by Raman Spectroscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Optical Microscopy, Laser Scanning Microscopy (LSM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The results indicated an appropriate functionalization of the graphene surface with the linker, the immobilization of the probe tuberculosis DNA and the hybridization with the corresponding \DNA Target", demonstrated by observation of di erent homogeneous morphologies and an appropriate increase in the roughness in each stage of the manufacturing process. Also by the presence of characteristic peaks of nitrogenous bases and in the variation of graphene bands in the Raman spectrum. On the contrary, the sensor element with the \Non-complementary" showed an agglomeration of the molecules and segregation of salts on a heterogeneous surface. The results of the characterization are consistent with the electronic characteristics previously determined. This investigation contributes to a basis for the development of a tuberculosis detection system based on nanotechnology for clinical application. / La tuberculosis es una de las principales enfermedades mortales en todo el mundo, con más de 9 millones de personas afectadas por año. Los métodos de diagnóstico actuales presentan varias desventajas; una de las alternativas más prometedoras para superar esto es el desarrollo de sistemas de diagnóstico nanoestructurados que son capaces de detectar moléculas asociadas con ciertas enfermedades. El grafeno desde su descubrimiento ha sido un foco para el desarrollo de estos elementos sensores debido a sus excelentes propiedades electrónicas. En este trabajo, se ha desarrollado un transistor de efecto de campo basado en grafeno (FET) para la detección del ADN de la tuberculosis, con el fin de sentar las bases para un método de diagnóstico que supere las limitaciones actuales. Los elementos sensores compuestos de monocapas de grafeno se fabricaron en las etapas de recocido del sustrato, adición del linker y funcionalización con la adición de un probe ADN para la detección de tuberculosis. Adicionalmente, se generaron dos condiciones para los elementos de detección; uno con la adición de una secuencia de ADN complementaria (“DNA Target") y el otro con una secuencia de ADN no complementaria (“Non-complementary DNA"). El grafeno y el transistor, en cada etapa del proceso de fabricación, se caracterizaron estructural, química y morfológicamente por Espectroscopia Raman, Espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), Microscopia óptica, Microscopia de Láser de Barrido (LSM), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Los resultados indicaron una funcionalización apropiada de la superficie del grafeno con el linker, la inmovilización del probe ADN de tuberculosis y la hibridación con el correspondiente “DNA Target", demostrado por la observación de diferentes morfologías homogéneas y un aumento apropiado de la rugosidad en cada etapa del proceso de fabricación. También por la presencia de picos característicos de bases nitrogenadas y en la variación de las bandas de grafeno en el espectro Raman. Por el contrario, el elemento sensor con el “Noncomplementary DNA" mostró una aglomeración de moléculas y segregación de sales sobre una superficie heterogénea. Los resultados de la caracterización son consistentes con las características electrónicas previamente realizadas. Esta investigación contribuye a dar una base para el desarrollo de un sistema de detección de la tuberculosis basado en la nanotecnología para uso clínico. / Tesis

En el presente trabajo se estudia la influencia del desorden estructural y químico sobre la distribución de separación de niveles electrónicos vecinos de un conjunto de nanopartículas de plata, cuyo número de átomos corresponde a los llamados números mágicos (los cuales varían de 147 hasta 5083 átomos). Este estudio se realiza con el fin de conocer como será el comportamiento electrónico de estas nanopartículas bajo la influencia de estos tipos de desordenes, ya que dependiendo de qué distribución de separación de niveles presente el sistema, se le puede asociar a este un carácter metálico, aislante o cercano a estos. Las nanopartículas de plata fueron obtenidas mediante simulación de dinámica molecular empleando un potencial tight-binding. El desorden estructural fue producido aplicando diferentes velocidades de enfriamiento a las nanopartículas de plata en estado líquido y el desorden químico fue provocado introduciendo una energía aleatoria en la energía de sitio del Hamiltoniano electrónico tipo tight-binding. Los resultados indican que, independientemente de las velocidades de enfriamiento usadas en este trabajo, las nanopartículas de plata presentan un comportamiento tipo metálico para todos los tamaños, ya que tienen una distribución de separación de niveles cercana a la distribución de Wigner. Por otro lado, se tiene que el carácter metálico de las nanopartículas de plata se va perdiendo a medida que se aumenta el grado de desorden químico, adquiriendo finalmente un carácter aislante. Es decir, la distribución tipo Wigner cambia a una de tipo Poisson, como es de esperarse para sistemas fuertemente desordenados. / In the present work I study the influence of the structural and chemical disorder on the nearest neighbor level spacings distribution of a set of silver nanoparticles, whose number of atoms correspond to the well known magic numbers (which vary from 147 to 5083 atoms). The main goal of this work is to know how strong is the influence of disorder on the electronic behavior of these nanoparticles. Thus, we can associate the level spacing distribution to a metallic or insulating character. The silver nanoparticles were obtained by molecular dynamics simulation using a tight-binding potential. The structural disorder was produced by applying different cooling rates to the silver nanoparticles in liquid state, and the chemical disorder was introduced by adding a random energy in the site energy of the tight-binding Hamiltonian of the electrons. The results indicate, that independent of the cooling rates used in this work, silver nanoparticles have a metal-like behavior for all sizes, i. e. the level spacing distribution is close to the Wigner distribution. Furthermore, this metallic character changes after increasing the degree of chemical disorder acquiring finally an insulating character; i. e., the Wigner-like distribution changes to a Poisson-like one, as expected for strongly disordered systems.

En el presente trabajo se estudia la influencia del desorden estructural y químico sobre la distribución de separación de niveles electrónicos vecinos de un conjunto de nanopartículas de plata, cuyo número de átomos corresponde a los llamados números mágicos (los cuales varían de 147 hasta 5083 átomos). Este estudio se realiza con el fin de conocer como será el comportamiento electrónico de estas nanopartículas bajo la influencia de estos tipos de desordenes, ya que dependiendo de qué distribución de separación de niveles presente el sistema, se le puede asociar a este un carácter metálico, aislante o cercano a estos. Las nanopartículas de plata fueron obtenidas mediante simulación de dinámica molecular empleando un potencial tight-binding. El desorden estructural fue producido aplicando diferentes velocidades de enfriamiento a las nanopartículas de plata en estado líquido y el desorden químico fue provocado introduciendo una energía aleatoria en la energía de sitio del Hamiltoniano electrónico tipo tight-binding. Los resultados indican que, independientemente de las velocidades de enfriamiento usadas en este trabajo, las nanopartículas de plata presentan un comportamiento tipo metálico para todos los tamaños, ya que tienen una distribución de separación de niveles cercana a la distribución de Wigner. Por otro lado, se tiene que el carácter metálico de las nanopartículas de plata se va perdiendo a medida que se aumenta el grado de desorden químico, adquiriendo finalmente un carácter aislante. Es decir, la distribución tipo Wigner cambia a una de tipo Poisson, como es de esperarse para sistemas fuertemente desordenados. / -- In the present work I study the influence of the structural and chemical disorder on the nearest neighbor level spacings distribution of a set of silver nanoparticles, whose number of atoms correspond to the well known magic numbers (which vary from 147 to 5083 atoms). The main goal of this work is to know how strong is the influence of disorder on the electronic behavior of these nanoparticles. Thus, we can associate the level spacing distribution to a metallic or insulating character. The silver nanoparticles were obtained by molecular dynamics simulation using a tight-binding potential. The structural disorder was produced by applying different cooling rates to the silver nanoparticles in liquid state, and the chemical disorder was introduced by adding a random energy in the site energy of the tight-binding Hamiltonian of the electrons. The results indicate, that independent of the cooling rates used in this work, silver nanoparticles have a metal-like behavior for all sizes, i. e. the level spacing distribution is close to the Wigner distribution. Furthermore, this metallic character changes after increasing the degree of chemical disorder acquiring finally an insulating character; i. e., the Wigner-like distribution changes to a Poisson-like one, as expected for strongly disordered systems. / Tesis

Con las nuevas tecnologías en fisión y fusión nuclear, aparecen requerimientos crecientes de nuevos materiales que soporten las condiciones extremas de temperatura y radiación en reactores de última generación. Estudios recientes muestran que algunos materiales nanoestructurados presentan un comportamiento de ``auto-sanación'' en donde el daño producido por la radiación es parcialmente eliminado, en comparación al material masivo. A escala microscópica el daño radiativo puede verse como el advenimiento de partículas (neutrones) sobre el material, induciendo la creación de defectos en la red cristalina, que con el paso del tiempo, permiten el desarrollo de daño macroscópico en el material, reduciendo su vida útil. El proceso de daño radiativo comienza a escala microscópica con el choque de un neutrón con un átomo de la red, al cual le confiere parte de su energía, iniciando una cascada de desplazamientos en que átomos son sacados, mediante choques, de sus posiciones de equilibrio, generando sucesivas oleadas de defectos puntuales o pares de Frenkel, que luego se recombinan para dar lugar a una cantidad de defectos que permanecen en el material. Este estudio pretende caracterizar el daño radiativo a escala microscópica para niobio nanoestructurado, para complementarse luego por estudios a escalas mayores como parte de una investigación multiescala. Es de gran interés, por otro lado, comprender cómo influye el borde de grano en la recombinación de defectos y caracterizar este nuevo material respecto de su respuesta al daño por radiación. El estudio consiste por tanto, en la simulación numérica mediante el método de la dinámica molecular clásica, que simula mediante dinámica clásica la evolución a nivel atómico de la red policristalina de granos en nanoscópicos (cristal nanoestructurado). Para simular el impacto de un neutrón se otorga una energía de 10 keV a un átomo central en una celda cúbica de niobio nanoestructurado de alrededor de 24 nm de lado. Se caracteriza entonces la producción de defectos y se presta especial énfasis en comprender la dinámica del borde de grano, cuyo aporte al proceso de reducción de daño ha sido poco estudiado. El material estudiado presenta una evolución característica, ya observada para el daño radiativo en estudios previos para otros materiales, con fases claras de generación y recombinación de defectos para finalizar con un remanente de cerca de 491 defectos. Asimismo, se caracteriza la dinámica del borde de grano, que se mantiene dinámico potenciando la recombinación, mediante mecanismos de absorción de defectos y emisión de átomos, notando que se absorben átomos de energía alta y se emiten átomos con energías menores. Además se observa que el borde de grano finalmente pierde átomos, manifestando un deterioro del borde de grano mismo en el proceso. Finalmente se observa que el borde de grano intenta contener el daño de la radiación.