Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose de Ribamar Martins Neto.pdf: 683212 bytes, checksum: dd95cedfe01600e58259c96b38a5f571 (MD5) Previous issue date: 2010-01-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents an analytical study on determination of 4-aminophenol (4-APh) with a system based on molecurlaly imprinted polymer (MIP) and iron protoporphyrin IX as biomimetic sensor of the peroxidase enzyme. The MIP synthesis was performed by the precipitation method and the analytical determinations by amperometric measurements with a glassy carbon electrode modified with the biomimetic system. The best analytical conditions established for 4-APh determination were: applied potential of -0.1 V vs. Ag/Agl, 0.05 mol L-1 Tris buffer solution, pH 7 and hydrogen peroxide concentration of 100 μmol L-1. Under such optimized conditions, a good linear sensor response was observed in a concentration range from 10 to 90 μmol L-1 (r>0.998), with detection and quantification limits of 3 and 10 μmol L-1, respectively. Experiments performed with tap and river water samples spiked with 4-APh resulted in 93 to 112 % recovery values, suggesting the viability of using the MIP/iron protoporphyrin IX system as biomimetic sensor for determinations of 4-APh in real samples. / O presente trabalho apresenta um estudo analítico da determinação de 4-aminofenol com um sistema a base de um polímero de impressão molecular (MIP, do inglês Molecularly Imprinted Polymer) e protoporfirina IX de ferro como sensor biomimético da enzima peroxidase. A síntese do MIP foi realizada pelo método de precipitação e as determinações analíticas realizadas amperometricamente com um eletrodo de carbono vítreo modificado com o sistema biomimético. As melhores condições analíticas estabelecidas para a determinação de 4-aminofenol foram: potencial aplicado de - 0,1V vs Ag/AgCl, tampão Tris 0,05 mol L-1, pH 7,0 e concentração de peróxido de 100 μmol L-1. Sob tais condições, uma boa resposta linear do sensor foi observada numa faixa de concentração de 10 a 90 μmol L-1 (r>0,9978), com limites de detecção e de quantificação de 3 e de 10 μmol L-1, respectivamente Experimentos realizados com amostras de águas de torneira e de rio fortificadas com 4-aminofenol, resultaram em valores de recuperação entre 93 a 112 %, indicando a viabilidade da aplicação do sistema MIP/proptoporfirina IX de ferro como sensor amperométrico para a detecção de 4-aminofenol em amostras reais.

A busca por novos fármacos inspirados em substâncias de origem natural é uma estratégia conhecida e há tempos utilizada. As lactonas sesquiterpênicas (LST) são um grupo de substâncias amplo e diverso com várias atividades farmacológicas descritas, e cuja característica estrutural determinante é a de um esqueleto principal contendo 15 átomos de carbono e um anel lactônico. O mecanismo de ação das LST está intrinsicamente relacionado com reações de adição do tipo Michael frente a biomoléculas, provocando alquilações. Há na literatura estudos aprofundados sobre a química medicinal das LST, entretanto pouco há sobre o metabolismo desse grupo de substâncias em ambientes fisiológicos. Neste sentido, este trabalho é focado no estudo do metabolismo e também das vias de fragmentação por eletrospray da budleína A, que possui estrutura química do tipo furanoeliangolido, e pertence à classe dos germacranolidos. Foram realizados ensaios in vitro utilizando-se os modelos de oxidação biomimética com metaloporfirina, microssomas hepáticos e metabolismo pela microbiota intestinal de ceco de porco (pig cecum model), sendo nos dois últimos testado também o correlato 4,5-dihidro-2\',3\'-epoxi-15-desoxigoyazensolido. O estudo de fragmentação também abordou a comparação entre budleína A e a centraterina - um estereoisômero que se diferencia apenas pela orientação da cadeia lateral ligada ao C-8 - em espectrômetros distintos e com suporte de métodos computacionais para cálculos de energia (Gaussian 03 em base B3LYP/6-31G(d)). Nos estudos de fragmentação observou-se a diferença de intensidade dos sinais para íons fragmento comuns às duas LST (m/z 275, 257 e 83), além da presença do íon fragmento de m/z 293 apenas para a budleína A, permitindo a diferenciação destes isômeros por meio de espectrometria de massas com ionização por eletrospray, sem a necessidade de ressonância de magnética nuclear. Os produtos de oxidação detectados na reação com metaloporfirinas acusaram a epoxidação na cadeia lateral envolvendo C-2\' e C-3\' com a formação de diastereoisômeros. No ensaio com microssomas não foram detectados produtos para a budleína A, enquanto que para a substância correlata observou-se a abertura do epóxido na cadeia lateral e adição de uma hidroxila, formando um diol vicinal. No modelo de ceco de porco observaram-se a formação de adutos de LST com o aminoácido cisteína, os quais foram posteriormente degradados pela ação da microbiota intenstinal, dando origem a diversos metabólitos compostos pela LST e partes de cisteína. Sendo assim, este trabalho lança bases para a maior compreensão do metabolismo de LST do tipo furanoeliangolido em modelos distintos e também contribui para os estudos de espectrometria de massas para este tipo de substância, além de descrever uma ferramenta analítica útil na diferenciação de dois estereoisômeros. / The search for new drugs inspired on compounds from natural products is a wellknown strategy with several successful cases. Sesquiterpene lactones (STL) are a wide and diversified group of compounds which has already many pharmacological activities reported. Their fundamental moiety includes a skeleton containing 15 carbons and a lactone ring and the mechanism of action is related to Michael addition type reactions with biomolecules, promoting alkylation. There are a high amount of studies regarding the medicinal chemistry of the STL, however there are few information about the metabolism of these compounds under physiological environments. On this way, the aims of this work are focused on the study of the metabolism as well as the fragmentation pathways of budlein A, which is a furanoheliangolide and belongs to the germacranolides class. On this work the following experiments were carried out: in vitro oxidative metabolism with metalloporphyrin and microsomes; intestinal metabolism by using the pig cecum model (microbiota). For microsomes and intestinal metabolism the compound 4,5- dihydro-2\',3\'-epoxy-15-deoxy-goyazensolide was also applied. Fragmentation studies compared the fragmentation patterns of budlein A and centratherin - which is a stereoisomer with -orientation for the side chain bonded at C-8 - by using different spectrometers being supported by computational methods for energies calculations (Gaussian 03 at level B3LYP/6-31G(d)). For the fragmentation studies it was observed the difference of signal intensities for fragment ions which are common for both STL (m/z 275, 257 e 83), moreover the ion m/z 293 was detected only for budlein A, allowing the differentiation between these isomers by electrospray ionization mass spectrometry instead nuclear magnetic resonance. The reactions with metalloporphyrin yielded two diastereoisomers of the STL with an epoxide at the side chain between C-2\'and C-3\'. On the microsome assay any product was detected for budlein A, while for the correlated compound the epoxide ring was opened and a hydroxyl was added at C-3\', forming a vicinal diol. On the pig cecum model it was observed the formation of adducts due to the reaction of the STL and the amino acid cysteine. These adducts were later degraded by the action of the microbiota yielding different metabolites composed by STL and residues of cysteine. Thus, this work may contribute to the improvement of the knowledge about the metabolism of STL furanoheliangolide type in different models as well as for the studies regarding the mass spectrometry of this type of compound. The development of a useful analytical tool for the differentiation of two isomers was also an important achievement.

[ES] Esta investigación tiene como objeto de estudio el diseño de estrategias pedagógicas para el diseño biomimético especulativo, sumándose a las alianzas transdisciplinarias de conocimiento que se están efectuando a nivel global entre la ciencia, el arte y el diseño. Estas estrategias académicas han sido diseñadas con la visión de adaptarse a este momento transicional de la sociedad en la era del del antropoceno. A lo largo de la investigación se reflexiona ante el reto que tenemos los profesores como formadores de diseñadores, y si al desarrollar una serie de estrategias pedagógicas que estimulen los procesos cognitivos a través de herramientas transdisciplinarias, permitiendo estimular el aprendizaje y el asombro hacia la tecnología análoga de la naturaleza, e impulsar las propuestas de diseño por medio de la visión del diseño especulativo, se lograría guiar al estudiante en su proceso creativo, para dar respuestas de diseño acordes al contexto actual transicional de la sociedad, rompiendo las barreras del pragmatismo. Se pretende también alimentar la investigación en torno a las estrategias de pedagogía del diseño biomimético especulativo, permitiendo sumar al cúmulo de didácticas disponibles para los académicos y todas las personas encargadas de la entrega del conocimiento. Se plantean como preguntas de investigación: ¿los estudiantes serán capaces de hacer la transferencia del conocimiento aprendido de organismos naturales para dar respuesta a un reto de diseño?, ¿qué herramientas pedagógicas se necesitan para lograrlo?, ¿a través de qué mecanismos sería posible sensibilizar a los estudiantes de su rol?, ¿por medio de qué estrategias didácticas se podría estimular la curiosidad de los estudiantes hacia el mundo natural como mecanismo de entendimiento y aprendizaje?, ¿a través de qué enfoques se podría potencializar al diseño como herramienta para dar respuestas a los retos actuales y del futuro?, ¿por medio de qué herramientas pedagógicas se puede lograr que los estudiantes se posicionen para desarrollar propuestas de diseño de valor? Para dar respuesta a ellas se han definido tres principios básicos que permiten plantear un trayecto para alcanzar el objetivo y a la vez forman la filosofía de enseñanza: a) la multidisciplina e interdisciplina, b) el enfoque biocéntrico y c) el diseño especulativo. Se realiza una investigación-acción enfocada en casos de estudio dentro del ámbito de la Universidad de Monterrey, en México, y es desarrollada en tres fases. En cada fase se diseña y se ponen a prueba durante 5 años una serie de estrategias pedagógicas, que se van alimentando a sí mismas para establecer el rediseño del siguiente modelo, generando 3 modelos, para finalmente plantear como resultado de la investigación una serie de estrategias pedagógicas finales (Modelo final). Para la validación de la información y de los resultados se ha utilizadola heurística, el sistema cruzado entre los datos recogidos por diversos mecanismos durante el desarrollo e implementación de las estrategias y, posteriormente, por medio de la evaluación realizada por expertos de los resultados proyectuales y la observación persistente de la autora de esta investigación. Los resultados obtenidos reflejan una evolución consecuente según se realiza el diseño y replanteo de los modelos 1, 2 y 3, estableciéndose que cada modelo va demostrando resoluciones cada vez más cercanas a los parámetros deseables de los resultados proyectuales. Se confía en haber contribuido a la investigación académica para la pedagogía con enfoque en sustentabilidad, en particular para el diseño biomimético y en la resolución de futuros. / [CA] Aquesta investigació té com a objecte d'estudi el disseny d'estratègies pedagògiques per al disseny biomimètic especulatiu, afegint-se a les aliances transdisciplinàries de coneixement que s'estan efectuant a nivell global entre la ciència, l'art i el disseny. Aquestes estratègies acadèmiques han estat dissenyades amb la visió d'adaptar-se a aquest moment transicional de la societat a l'era del de l'antropocè. Al llarg de la investigació es reflexiona davant el repte que tenim els professors com a formadors de dissenyadors, i si en desenvolupar una sèrie d'estratègies pedagògiques que estimulin els processos cognitius a través d'eines transdiscplinàries, permetent estimular l'aprenentatge i la sorpresa cap a la tecnologia anàloga de la natura, i impulsar les propostes de disseny per mitjà de la visió del disseny especulatiu, s'aconseguiria guiar l'estudiant en el procés creatiu, per donar respostes de disseny d'acord amb el context actual transicional de la societat, trencant les barreres del pragmatisme. Es pretén també alimentar la investigació al voltant de les estratègies de pedagogia del disseny biomimètic especulatiu, permetent sumar al cúmul de didàctiques disponibles per als acadèmics i totes les persones encarregades del lliurament del coneixement. Es plantegen com a preguntes de recerca: els estudiants seran capaços de fer la transferència del coneixement après d'organismes naturals per donar resposta a un repte de disseny?, quines eines pedagògiques es necessiten per aconseguir-ho?, a través de quins mecanismes seria possible sensibilitzar els estudiants del seu rol?, per mitjà de quines estratègies didàctiques es podria estimular la curiositat dels estudiants cap al món natural com a mecanisme d'enteniment i aprenentatge?, a través de quins enfocaments es podria potencialitzar al disseny com a eina per donar respostes als reptes actuals i del futur? Per mitjà de quines eines pedagògiques es pot aconseguir que els estudiants es posicionin per desenvolupar propostes de disseny de valor? Per donar-hi resposta s'han definit tres principis bàsics que permeten plantejar un trajecte per assolir l'objectiu i alhora formen la filosofia d'ensenyament: a) la multidisciplina i interdisciplina, b) l'enfocament biocèntric i c) el disseny especulatiu. Es realitza una investigació-acció enfocada en casos d'estudi dins l'àmbit de la Universitat de Monterrey, a Mèxic, i es desenvolupa en tres fases. A cada fase es dissenya i es posen a prova durant 5 anys una sèrie d'estratègies pedagògiques, que es van alimentant a si mateixes per establir el redisseny del model següent, generant 3 models, per finalment plantejar com a resultat de la investigació una sèrie d'estratègies pedagògiques finals (Model final). Per a la validació de la informació i dels resultats s'ha utilitzat l'heurística, el sistema creuat entre les dades recollides per diversos mecanismes durant el desenvolupament i la implementació de les estratègies i, posteriorment, per mitjà de l'avaluació realitzada per experts dels resultats projectuals i l'observació persistent de l'autora d'aquesta investigació. Els resultats obtinguts reflecteixen una evolució conseqüent segons es realitza el disseny i replanteig dels models 1, 2 i 3, establint-se que cada model va demostrant resolucions cada cop més properes als paràmetres desitjables dels resultats projectuals. Es confia haver contribuït a la investigació acadèmica per a la pedagogia amb enfocament en sustentabilitat, en particular per al disseny biomimètic i en la resolució de futurs. / [EN] This research has as its object of study the design of pedagogical strategies for speculative biomimetic design, adding to the transdisciplinary knowledge alliances the Estrategias pedagógicas adaptativas:Un enfoque en el diseño biomimético especulativo.at are taking place globally between science, art and design. These academic strategies have been designed with the vision of adapting to this transitional moment of society in the era of the Anthropocene. Throughout the research, we reflect on the challenge that teachers have as trainers of designers, and if by developing a series of pedagogical strategies that stimulate cognitive processes through transdisciplinary tools, allowing to stimulate learning and wonder towards technology. analogous to nature, and promoting design proposals through the vision of speculative design, it would be possible to guide the student in his creative process, to give design responses in accordance with the current transitional context of society, breaking the barriers of pragmatism. It is also intended to feed the research around the pedagogy strategies of the speculative biomimetic design, allowing to add to the accumulation of didactics available for academics and all the people in charge of the delivery of knowledge. They are posed as research questions: will students be able to transfer the knowledge learned from natural organisms to respond to a design challenge? What pedagogical tools are needed to achieve it? Through what mechanisms would it be possible? Make students aware of their role? Through what didactic strategies could students' curiosity towards the natural world be stimulated as a mechanism for understanding and learning? Through what approaches could design be potentiated as a tool for Give answers to current and future challenges? By means of what pedagogical tools can students be positioned to develop value design proposals? In order to respond to them, three basic principles have been defined that allow us to propose a path to achieve the objective and at the same time form the teaching philosophy: a) multidiscipline and interdiscipline, b) the biocentric approach and c) speculative design. An action-research focused on case studies is carried out within the scope of the University of Monterrey, in Mexico, and is developed in three phases. In each phase, a series of pedagogical strategies are designed and tested for 5 years, which feed themselves to establish the redesign of the following model, generating 3 models, to finally propose a series of strategies as a result of the investigation. final pedagogical (Final Model). For the validation of the information and the results, heuristics have been used, the crossed system between the data collected by various mechanisms during the development and implementation of the strategies and, later, through the evaluation carried out by experts of the project results and the persistent observation of the author of this investigation. The results obtained reflect a consistent evolution as the design and reconsideration of models 1, 2 and 3 is carried out, establishing that each model demonstrates resolutions that are closer and closer to the desirable parameters of the project results. It is hoped to have contributed to academic research for pedagogy with a focus on sustainability, in particular for biomimetic design and futures resolution. / Chi Muñoz, K. (2023). Estrategias pedagógicas adaptativas. Un enfoque en el diseño biomimético especulativo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195435

O sucesso de tratamento de câncer depende do seu diagnóstico e tratamento nas etapas iniciais da doença. Isso estimula a busca de novos métodos de diagnóstico e de tratamento sensíveis e tecnicamente simples. Entre esses métodos, o diagnóstico por fluorescência (DPF) e a fotoquimioterapia (FQT) atraem uma atenção especial, sendo não invasivos, sensíveis e fácil de usar. Os fotossensibilizadores (FS) atualmente utilizados em DPF e FQT são corantes orgânicos, os quais possuem algumas desvantagens, tais como instabilidade fotoquímica e baixa seletividade. Os pontos quânticos (PQ) são candidatos promissores para substituírem os FS clássicos por serem fotoestáveis, apresentarem amplo e intenso espectro de absorção óptica e luminescência com alto rendimento quântico. Contudo a iteração entre FS clássicos e os PQ pode aumentar a eficiência de ambos devido a transferência de energia entre eles. O objetivo geral deste trabalho foi estudar os processos da interação de FS orgânicos (as porfirinas PPh, TMPyP e TPPS4) com PQs (CdTe e CdSe/ZnS), funcionalizados com diferentes grupos, em solução aquosa e na presença de modelos nano-organizados de estruturas biológicas com a finalidade de avaliar seu potencial para aplicação em Fotoquimioterapia e Diagnóstico por Fluorescência. Dedicamos especial atenção aos processos de transferência de energia e de carga entre os PQs e os FS. Os PQs interagem efetivamente com as PPh, cuja interação se manifesta pelas mudanças da intensidade e do perfil dos espectros e das curvas de decaimento da luminescência de PQ e da porfirina, do tamanho das partículas espalhadoras na solução, do potencial zeta dentre outros parâmetros espectroscópicos e físico-químicos. Dentro das soluções aquosas homogêneas, o PQ e as PPh podem formar agregados mistos (PQ&PPh&PQ) ou simples (PQ&PPh) e a interação entre eles realiza-se através de mecanismos de curto e/ou longo alcance, dependendo do grupo funcional do PQ. Entretanto, a interação eletrostática repulsiva entre o PQ e outro composto pode estimular a desagregação dos PQs induzindo o aumento na intensidade da sua luminescência e do seu tempo de vida, provocando um aumento na contribuição dos tempos longos do decaimento da luminescência associados com a superfície do PQ. Essas relações entre o tipo de interação do PQ e da PPh podem ser extrapoladas aos sistemas que contêm PQ na presença de estruturas nano-organizadas. / The success of cancer treatment depends on the diagnosis and treatment in the early stages of the disease. This stimulates the research for new methods of sensitive diagnosis and technically simple treatment. Among these methods, the Optical Bioimaging by fluorescence (OBI) and Photochemotherapy (PCT) attract special attention, being non-invasive, sensitive and friendly use. The photosensitizers (PS) currently used in the OBI-PCT are organic dyes, which have some drawbacks such as photochemical instability and low selectivity. Quantum Dots (QD) are promising candidates to replace the classic PS being photostable, present broad and intensive spectrum of optical absorption and luminescence and, high quantum yield. Therefore the interaction between QDPS and the classic PS can increase the efficiency of both due to energy transfer between them. The aim of this work was to study the processes of organic PS interaction (porphyrins PPh, TMPyP and TPPS4) with QDs (CdTe and CdSe/ZnS), functionalized with different groups in aqueous solution and in the presence of nano-organized models of biological structures with order to evaluate its potential for use in Photochemotherapy and Optical Bioimaging. We devote special attention to energy transfer processes and cargo between the QDs and PS. The QDs effectively interact with PPh, whose interaction is manifested by changes in the intensity and profile of spectra and luminescence decay curves of QD and the porphyrin, the linear size of the scattering particles in the solution, the zeta potential among other spectroscopic and physical chemistry parameters. Within the homogeneous aqueous solutions, QD and Pph can form mixed aggregates (QD&PPh&QD) or simple (QD&PPh) and the interaction between them is carried out through short mechanisms and/or long range, depending on the functional group of the QD. However, the repulsive electrostatic interaction between the QD and another compound may stimulate the breakdown of QDs inducing the increase in the intensity of their luminescence and its lifetime, causing an increase in the contribution of long time decay of the luminescence associated with the surface of QD. These relationships between the type of interaction of the QD and PPh can be extrapolated to systems containing QD in the presence of nano-organized structures.

O sucesso de tratamento de câncer depende do seu diagnóstico e tratamento nas etapas iniciais da doença. Isso estimula a busca de novos métodos de diagnóstico e de tratamento sensíveis e tecnicamente simples. Entre esses métodos, o diagnóstico por fluorescência (DPF) e a fotoquimioterapia (FQT) atraem uma atenção especial, sendo não invasivos, sensíveis e fácil de usar. Os fotossensibilizadores (FS) atualmente utilizados em DPF e FQT são corantes orgânicos, os quais possuem algumas desvantagens, tais como instabilidade fotoquímica e baixa seletividade. Os pontos quânticos (PQ) são candidatos promissores para substituírem os FS clássicos por serem fotoestáveis, apresentarem amplo e intenso espectro de absorção óptica e luminescência com alto rendimento quântico. Contudo a iteração entre FS clássicos e os PQ pode aumentar a eficiência de ambos devido a transferência de energia entre eles. O objetivo geral deste trabalho foi estudar os processos da interação de FS orgânicos (as porfirinas PPh, TMPyP e TPPS4) com PQs (CdTe e CdSe/ZnS), funcionalizados com diferentes grupos, em solução aquosa e na presença de modelos nano-organizados de estruturas biológicas com a finalidade de avaliar seu potencial para aplicação em Fotoquimioterapia e Diagnóstico por Fluorescência. Dedicamos especial atenção aos processos de transferência de energia e de carga entre os PQs e os FS. Os PQs interagem efetivamente com as PPh, cuja interação se manifesta pelas mudanças da intensidade e do perfil dos espectros e das curvas de decaimento da luminescência de PQ e da porfirina, do tamanho das partículas espalhadoras na solução, do potencial zeta dentre outros parâmetros espectroscópicos e físico-químicos. Dentro das soluções aquosas homogêneas, o PQ e as PPh podem formar agregados mistos (PQ&PPh&PQ) ou simples (PQ&PPh) e a interação entre eles realiza-se através de mecanismos de curto e/ou longo alcance, dependendo do grupo funcional do PQ. Entretanto, a interação eletrostática repulsiva entre o PQ e outro composto pode estimular a desagregação dos PQs induzindo o aumento na intensidade da sua luminescência e do seu tempo de vida, provocando um aumento na contribuição dos tempos longos do decaimento da luminescência associados com a superfície do PQ. Essas relações entre o tipo de interação do PQ e da PPh podem ser extrapoladas aos sistemas que contêm PQ na presença de estruturas nano-organizadas. / The success of cancer treatment depends on the diagnosis and treatment in the early stages of the disease. This stimulates the research for new methods of sensitive diagnosis and technically simple treatment. Among these methods, the Optical Bioimaging by fluorescence (OBI) and Photochemotherapy (PCT) attract special attention, being non-invasive, sensitive and friendly use. The photosensitizers (PS) currently used in the OBI-PCT are organic dyes, which have some drawbacks such as photochemical instability and low selectivity. Quantum Dots (QD) are promising candidates to replace the classic PS being photostable, present broad and intensive spectrum of optical absorption and luminescence and, high quantum yield. Therefore the interaction between QDPS and the classic PS can increase the efficiency of both due to energy transfer between them. The aim of this work was to study the processes of organic PS interaction (porphyrins PPh, TMPyP and TPPS4) with QDs (CdTe and CdSe/ZnS), functionalized with different groups in aqueous solution and in the presence of nano-organized models of biological structures with order to evaluate its potential for use in Photochemotherapy and Optical Bioimaging. We devote special attention to energy transfer processes and cargo between the QDs and PS. The QDs effectively interact with PPh, whose interaction is manifested by changes in the intensity and profile of spectra and luminescence decay curves of QD and the porphyrin, the linear size of the scattering particles in the solution, the zeta potential among other spectroscopic and physical chemistry parameters. Within the homogeneous aqueous solutions, QD and Pph can form mixed aggregates (QD&PPh&QD) or simple (QD&PPh) and the interaction between them is carried out through short mechanisms and/or long range, depending on the functional group of the QD. However, the repulsive electrostatic interaction between the QD and another compound may stimulate the breakdown of QDs inducing the increase in the intensity of their luminescence and its lifetime, causing an increase in the contribution of long time decay of the luminescence associated with the surface of QD. These relationships between the type of interaction of the QD and PPh can be extrapolated to systems containing QD in the presence of nano-organized structures.

La biomimètica o biomimetisme són termes que simbolitzen el concepte “aprendre de la naturalesa”, és a dir, aprendre dels seus sistemes, processos i models, a fi d’utilitzar la natura com a font d’inspiració per solucionar problemes de l’home. El biomimetisme és actualment un concepte recurrent en l’àrea d’enginyeria de teixits i d’ell en sorgeixen idees per obtenir plataformes més elegants i sofisticades que puguin imitar millor les interacciones entre les cèl•lules i el seu ambient. Aquesta tesi pretén desenvolupar models, en dues i en tres dimensions, mitjançant la recreació d’un o més factors característics de l’ambient natural de la cèl•lula i que juguen un paper important en el comportament cel•lular. Se sap que tant les propietats químiques com les mecàniques de la matriu extracel•lular influeixen sobre les funcions cel•lulars. És per això que es va dissenyar un nou film polimèric que pogués combinar un hidrogel, amb propietats mecàniques variables, amb un monòmer reactiu capaç d’immobilitzar biomolècules. Degut a la complexitat del polímer dissenyat, va ser necessari recórrer a una tècnica de polimerització superficial molt versàtil com és la deposició química iniciada en fase vapor (més coneguda pel seu acrònim en anglès iCVD). Els polímers varen ser àmpliament caracteritzats i es va corroborar que podien ser modificats amb petites biomolècules com ara pèptids senyalitzadors. Les superfícies resultants són bioactives i permeten l’adhesió de cèl•lules endotelials. Unes altres superfícies biomimètiques, rellevants en l’àmbit de l’enginyeria de teixits d’os, es varen obtenir a partir d’una hidroxiapatita sintetitzada pel mètode de sol-gel submergint-la en diferents medis fisiològics. La dissolució i posterior reprecipitació dels ions proporcionen una capa d’apatita amb una composició similar a la que es troba in vivo. Els experiments evidencien la importància de partir d’un material relativament soluble. És per això que la hidroxiapatita pura no és capaç d’induir la precipitació d’aquesta apatita biomimètica in vitro. Diversos investigadors han relacionat la capacitat de formar apatita amb la bioactivitat del material, entenent bioactivitat com l’habilitat d’aquests materials de promoure la unió amb l’os. Per a l’enginyeria de teixits, però, és necessari un ambient tridimensional per tal de generar un teixit artificial. S’ha desenvolupat un nou model basat en l’ús d’un gel molt tou per tal d’obtenir un teixit dur com el de l’os. Malgrat que aquests dos conceptes poden semblar contradictoris, les cèl•lules adquireixen l’habilitat d’allargar-se ràpidament i crear una densa xarxa cel•lular dins d’aquest ambient poc restrictiu des d’un punt de vista mecànic. La consegüent contracció del sistema acaba formant un constructe més petit i resistent. Aquest és un sistema biomimètic ja que promou una gran interacció cel•lular i també la condensació de les cèl•lules, esdeveniments que tenen lloc també durant el desenvolupament de l’os i el cartílag. El model es va caracteritzar extensament amb cèl•lules ostoprogenitores MC3T3-E1 que es diferenciaren amb inducció química. A més a més, es va demostrar que l’ambient tridimensional podia promoure l’expressió espontània de marcadors osteogènics. Degut a les interessants propietats del sistema, el mateix model es va utilitzar per induir la diferenciació condrogènica de fibroblastos dermals humans. Aquests tipus cel•lular no ha estat gaire explorat en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, malgrat que ofereix un gran potencial en teràpia regenerativa. Aquest treball proporciona proves de la capacitat condrogènica d’aquestes cèl•lules en el sistema tridimensional prèviament desenvolupat. / La biomimètica o biomimetismo son términos que simbolizan el concepto “aprender de la naturaleza”, es decir, aprender de sus sistemas, procesos y modelos, y utilizarlos como fuente de inspiración para solucionar problemas del hombre. El biomimetismo es actualmente un concepto recurrente en el área de ingeniería de tejidos y de este surgen ideas para obtener plataformas más elegantes y sofisticadas que puedan mimetizar mejor las interacciones entre las células y su ambiente. La presente tesis se centra en desarrollar modelos, tanto en dos como en tres dimensiones, mediante la recreación de uno o más factores que caracterizan el ambiente natural de la célula y que tienen su rol importante en el comportamiento celular. Se conoce que tanto las propiedades químicas como mecánicas de la matriz extracelular influyen en las funciones celulares. Debido a esto, se diseñó un nuevo film polimérico que pudiera combinar un hidrogel, con propiedades mecánicas variables, con un monómero reactivo, capaz de inmovilizar biomoléculas. Debido a la complejidad del polímero diseñado, fue necesario recurrir a una técnica de polimerización superficial muy versátil como es la deposición química iniciada en fase vapor (más conocida por su acrónimo en inglés iCVD). Los polímeros fueron ampliamente caracterizados y se corroboró que podían ser modificados con pequeñas biomoléculas como péptidos señalizadores. Las superficies resultantes son bioactivas y permiten la adhesión de células endoteliales. Se obtuvieron otro tipo de superficies biomiméticas relevantes en el ámbito de la ingeniería de tejidos de hueso, a partir de una hidroxiapatita sintetizada por el método sol-gel sumergiéndolas en diferentes medios fisiológicos. La disolución y posterior reprecipitación de los iones proporcionan una capa de apatita con una composición similar a la que se encuentra in vivo. Los experimentos evidencian la importancia de partir de un material relativamente soluble. Precisamente debido a esto la hidroxiapatita pura no es capaz de inducir la precipitación de esta apatita biomimética in vitro. Varios investigadores han relacionado la capacidad de formar apatita con la bioactividad del material, entendiendo bioactividad como la habilidad de estos materiales de promover la unión con el hueso. De todos modos, en ingeniería de tejidos, es necesario un ambiente tridimensional para generar un tejido artificial. Se ha desarrollado un nuevo modelo basado en el uso de un gel blando para obtener tejido duro como el del hueso. Aunque estos conceptos pueden parecer contradictorios, las células adquieren la habilidad de estirarse rápidamente y de formar una densa red celular dentro de este gel tan poco restrictivo desde un punto de vista mecánico. La consiguiente contracción del sistema acaba formando un constructo mucho más pequeño y resistente. Este es un sistema biomimético ya que promueve una gran interacción celular y también la condensación de las células, eventos que también ocurren durante el desarrollo de hueso y cartílago. El modelo se caracterizó extensamente con células osteoprogenitoras MC3T3-E1 que se diferenciaron bajo inducción química. Además, se demostró que el microambiente tridimensional podía promover la expresión espontánea de marcadores osteogénicos. Debido a las interesantes propiedades del sistema, el mismo modelo se usó para inducir la diferenciación condrogénica de fibroblastos dermales humanos. Este tipo celular no ha sido demasiado explorado en ingeniería de tejidos, a pesar de que puede tener un gran potencial en terapia regenerativa. Este trabajo proporciona pruebas de la capacidad condrogénica de estas células en el sistema tridimensional previamente desarrollado. / Biomimetics or biomimicry are terms that imply “learning from nature”, from its systems, processes and models, in order to use nature as inspiration to solve human problems. In tissue engineering, biomimetics is nowadays a recurrent term and a source of ideas to obtain more elegant and sophisticated platforms that could better mimic the interactions between cells and their environment. This thesis is focused on developing models both in two- and three-dimensions by recreation of one or more factors of the cell natural environment that are known to play an important role in cell behavior. Since both the chemical and mechanical properties of the extracellular matrix are known to effectively influence cell function, an innovative polymeric thin film was designed combining a hydrogel with tunable mechanical properties and a reactive molecule, capable to immobilize biomolecules. Due to the complexity of the polymers, a versatile technique such as initiated chemical vapor deposition (iCVD) was required for the synthesis. Extensive characterization revealed that nanostructured hydrogels were obtained and that small biomolecules, such as signaling peptides, could be attached on the surface. The final surfaces are bioactive and support endothelial cell attachment. Relevant biomimetic surfaces for bone tissue engineering could also be obtained from a sol-gel synthesized hydroxyapatite after immersion in different physiological media. The dissolution and posterior reprecipitation of the ions rendered a final apatite layer with a composition similar to that found in vivo. The experiments evidenced the importance of starting from a rather soluble material and, thus, pure hydroxyapatite was not able to promote apatite precipitation in vitro. This capacity has been related to the material bioactivity by many researchers in terms of its ability to bond to bone in tissue engineering applications. However, for tissue engineering a three-dimensional environment is required to build tissue-like constructs. A new model was developed based on the use of a very soft gel to obtain hard tissue. Although the concepts might seem to work in opposite directions, cells gain the ability to rapidly elongate and form a dense cellular network within this unrestrictive environment. Subsequent contraction of the whole system rendered a smaller and stronger final tissue-like construct. This system was considered biomimetic as it promotes high cell-cell interaction and cellular condensation, which are events that occur in bone and cartilage development. This system was extensively characterized with osteoprogenitor MC3T3-E1 cells that could undergo full osteogenic differentiation under chemical induction. More interestingly, the three-dimensional microenvironment was also able to promote by itself spontaneous expression of bone-related markers. Due to the interesting properties of this system, the same model was used to induce chondrogenic differentiation of human dermal fibroblasts. This cell type has been poorly explored for tissue engineering applications, but it might have great potential in future therapeutic platforms. This work provides proof of concept of chondrogenic potential of these cells in this three-dimensional system.