Desarrollo en disciplinas específicas

En el presente proyecto se estudiará el desarrollo de inmunosensores electroquímicos y fluorescentes y biosensores enzimáticos electroquímicos para la detección y cuantificación de contaminantes relacionados a la actividad agropecuaria. Se realizará el diseño y caracterización de los inmunosensores y biosensores para la determinación de las micotoxinas esterigmatocistina, patulina y deoxynivalenol y de los herbicidas glifosato, molinato y clomazone. En primera instancia, se estudiará la modificación de electrodos con diferentes nanomateriales, como ser óxido de grafeno y sus derivados, nanotubos de carbono de pared multiple, nanopartículas metálicas, polímeros orgánicos conductores y monocapa autoensamblada de tioles. Se estudiarán y determinarán las propiedades electroquímicas y ópticas de dichas superficies modificadas. Para el anclaje de las enzimas y/o anticuerpos, se utilizarán las superficies nanoestructuradas mencionadas previamente, de manera de retener a la biomolécula y minimizar la pérdida de su actividad biológica, alcanzando una mayor estabilidad en el tiempo. Para los biosensores resultantes, se usarán mediadores redox y/o marcadores fluorescentes tradicionales y nanocristales de metales semiconductores. Así, se estudiará la síntesis de nanocristales semiconductores altamente emisivos. Se establecerán las condiciones de análisis óptimas, límites de detección y sensibilidad/selectividad (se espera que sean más favorables que los de las técnicas actuales en vigencia) en la determinación de los analitos mencionados previamente.

En este proyecto se estudiarán los mecanismos de reacción electroquímica de los antioxidantes miricetina, naringenina, ácido carnósico, ácido rosmarínico, carvacrol, carnosol, timol, taxifolina y daidzeína y de los agentes analgésicos tapentadol y paracetamol. Por otra parte, se implementarán técnicas electroanalíticas para la detección y cuantificación de estos sustratos en muestras de matrices reales que los contengan. Se relizará el diseño y caracterización de biosensores por inmovilización, sobre electrodos nanoestructurados, de la enzima peroxidasa de soja para la determinación de los compuestos indicados previamente. Se estudiarán las propiedades de electrodos modificados con grafeno, óxido de grafeno, monocapas autoensambladas de tioles, nanotubos de carbono de pared múltiple, nitruro de boro hexagonal, disulfuro de molibdeno, nanopartículas metálicas, etc. y su aplicación en la cuantificación de los sustratos indicados precedentemente. Se usarán las técnicas de voltamperometría cíclica, de onda cuadrada y de redisolución con acumulación adsortiva, espectroscopías de impedancia faradaica y electrólisis a potencial controlado. Como técnicas suplementarias no electroquímicas se usarán las espectroscopias  uv-vis e ir y microscopías de alta resolución (SEM, TEM y AFM). La importancia de este proyecto está dirigido a la obtención de nuevos datos electroquímicos de los sustratos indicados y nuevos conocimientos relacionados con la aplicación de electrodos nanoestructurados en la preparación de sensores y/o biosensores electroquímicos y en el desarrollo de técnicas para su cuantificación en muestras de interés tanto para el sistema agroalimentario como el de la salud.

Este proyecto tiene como finalidad diseñar y caracterizar nuevas vesículas y micelas, utilizando surfactantes no tradicionales, tales como líquidos iónicos y componentes de fármacos incorporados, de manera de encontrar sistemas supramoleculares que se orienten a la química sostenible y a su vez sirvan como alternativa de utilidad práctica en áreas como la nanotecnología y la nanomedicina. En tal sentido, se pretende estudiar desde un punto de vista fisicoquímico la formación y características de vesículas y micelas conformadas por dichos surfactantes no convencionales. Del estudio desarrollado, se podrá inferir diferentes propiedades tales como: tamaño, coeficiente de difusión, capacidad de donar electrones, capacidad de encapsulamiento y liberación de fármacos, entre otras. Se utilizarán distintas técnicas: la espectroscopía de absorción UV-Visible y de emisión, espectroscopia infrarroja, resonancia magnética nuclear, dispersión dinámica y estática de la luz , microscopía electrónica, HPLC y técnicas electroquímicas.

En definitiva estos estudios están orientados a evaluar la generación de nuevos sistemas organizados y además, emplear a los mismos como vehículo de componentes bioactivos. En todos los casos, el diseño de estos nuevos sistemas trae aparejado un desafío adicional que es el preservar las numerosas propiedades distintivas que constituyen la esencia de los mismos.

También, dentro de las metas a desarrollar está la continuidad en la formación de recursos humanos que siempre ha sido un pilar fundamental del grupo de trabajo.

Este proyecto abarca una serie de líneas de trabajo que, en esencia, estudian interacciones moleculares débiles y propiedades fisicoquímicas de diversos solutos en distintos medios. En todos los casos se procura comprender los factores que determinan la interacción de un soluto con su medio ya sea homogéneo o heterogéneo y aplicar estos conocimientos a diversos procesos, fundamentalmente en sistemas organizados. Los sistemas organizados que se estudian son: micelas inversas con agua u otros solventes polares sustitutos confinados en su corazón polar y vesículas. En este proyecto se desarrollan métodos de sintesis que crean y optimizan nuevos sistemas organizados con diversas aplicaciones. La creación de nuevos sistemas organizados se orientan al desarrollo de la química sustentable aportandos conocimientos y desarrollo en areas de la nanoquimica, enzimología y catálisis. Se trata de comprender los factores que determinan la solubilización, ubicación y/o reactividad de las moléculas en diferentes sitios de los sistemas organizados y de esta manera obtener información acerca de las diferentes interacciones específicas en cada sitio del sistema generado, lo cual es fundamental para el reconocimiento molecular («inteligencia»). En definitiva estos estudios están orientados a entender la adaptabilidad de nuevos sistemas supramoleculares para utilizar los resultados en el diseño de métodos de síntesis y catálisis dentro de los principios de la química sostenible o química verde. También, dentro de los objetivos hay una componente muy fuerte de formación de recursos humano.

Se ejecutarán estudios básicos de comportamiento sonofísico y sonoquímico de drogas modelo. Si bien el abordaje de la temática del programa que involucra a este proyecto comprende también a la química, se comenzará por un estudio de carácter físico para establecer y comprender modelos numéricos físicos sencillos que permitan abordar estudios químicos de manera integral y sistemática. Se intentará dilucidar la conexión entre cavitación y presión acústica, efecto de la potencia, efecto de la frecuencia, efecto de la temperatura, efecto del cambio de solvente sobre umbral de cavitación tamaño de burbujas, número de burbujas y factores que afectan la energética de la implosión. Se elaborarán modelos que se compararán con estudios numéricos y experimentales.

Este proyecto se propone.

1) Realizar estudios en investigación básica con el fin de acrecentar el conocimiento en ramas de la Física Molecular, Matemática Aplicada, Computación y Química. Para ello, en el marco de los métodos ab-initio en cálculos moleculares, se desarrollan nuevas bases atómicas que incluyen orbitales de Slater y Gaussianos para caracterizar la estructura electrónica molecular.

2) Desarrollar nuevas metodologías de cálculos con sus correspondientes programas de computación.

3) Explorar las posibilidades de los cálculos en paralelo.

4)Aplicar dichos modelos-desarrollos a sistemas de interés en físico-química.

5) Dar continuidad a la utilización del equipo de Resonancia Magnética Nuclear, con que se cuenta en el Depto. de Física, para aplicaciones al estudio de proporciones liquido solido en mezclas de sustacias grasas y determinacion de humedad para el sector de la industria oleaginosa.

6) La formación de recursos humanos en todas las actividades mencionadas.

Resulta de gran relevancia contar con estudios que provean una evaluación crítica sobre procesos degradativos globales de compuestos de interés farmacológico y aditivos alimentarios, en diversos nano- y micro-sistemas biocompatibles y la influencia que dichos sistemas producen sobre los procesos de interés.

En particular, la importancia del estudio de procesos degradativos de fármacos causados por ROS radica en el hecho de que dichas especies y diversos tipos de drogas pueden ocupar localizaciones comunes en el organismo y, por lo tanto, interaccionar e iniciar una cascada de procesos los cuales pueden comprometer no solo la eficacia clínica de los fármacos, su farmacocinética y su farmacodinamia, sino que, al mismo tiempo, pueden generar productos citotóxicos. Por otro lado, en relación a los procesos degradativos que pueden tener lugar en un producto alimentario, la autooxidación iniciada por ROS es una de las principales causas de deterioro. Esto conlleva a una disminución del periodo de conservación e incluso a una transmisión potencial de enfermedades causantes de una infección y/o intoxicación alimentaria, lo cual puede resultar muy perjudicial para la salud del consumidor.

En este proyecto nos centraremos en la degradación mediada por ROS de fármacos oftálmicos de uso tópico y aditivos alimentarios con potencial capacidad antioxidante y/o antimicrobiana. Los experimentos se llevarán a cabo en solución homogénea y en nano- y micro-sistemas biocompatibles con el fin de investigar la influencia de dichos sistemas sobre las propiedades específicas de los sustratos en estudio y sobre los procesos oxidativos a los que pueden estar expuestos en presencia de ROS.

La teoría de control se basa en el estudio de problemas de optimización, principalmente en la búsqueda de extremos (máximos y mínimos) de funcionales definidos generalmente sobre variables físicas correspondientes a un sistema que está modelado por una ecuación diferencial. Es de interés para la matemática estudiar la existencia y unicidad de estos extremos (controles óptimos), así como también caracterizarlos a través de un sistema de ecuaciones y/o inecuaciones variacionales (sistema de optimalidad). Se destaca, que la importancia del estudio teórico de estos temas radica en la gran variedad de aplicaciones que posee a problemas concretos provenientes de la física y la ingeniería. En este proyecto, se plantean las siguientes cuatro líneas de estudio: en primer lugar, se formulan problemas de control óptimo estacionarios para la ecuación de Helmholtz y se planifica obtener resultados similares a los dados en [18,19,20,21]. En segundo lugar, se plantean problemas de control óptimo evolutivos y se planifica obtener resultados similares a los expuestos en [5,6]. En tercer lugar, se estudian problemas de control óptimo vinculados a problemas provenientes de la mecánica, los cuales son gobernados por la subdiferencial de Clarke y representan generalizaciones de los estudiados en [18,20,21]. Finalmente, se consideran problemas de control óptimo en relación a sistemas evolutivos de Navier-Stokes, los cuales son no lineales y se prevé obtener resultados de existencia y caracterización de los controles óptimos, así como estudiar el comportamiento asintótico de los mismos. En este caso, el tratamiento de los temas es diferente a los anteriores debido a la no linealidad del sistema.

La teoría de aproximación busca funciones más simples que puedan aproximar mejor a una función dada. Esta teoría, involucra una gran variedad de aspectos teóricos, entre ellos, existencia, unicidad, caracterización y extensión de mejores aproximantes, y algoritmos de convergencia tanto en cuestiones de variabilidad de la familia de normas como de la variabilidad de los dominios. El problema de un algoritmo óptimo para aproximar un número finito de datos de una función se desarrolla en los problemas de mejor aproximación local. El problema de existencia del mejor aproximante local (m.a.l.) conduce a introducir conceptos de diferenciabilidad de funciones que extienden tanto la diferenciabilidad ordinaria como la Lp-diferenciabilidad. En este proyecto se propone abordar problemas abiertos en extensión del operador de mejor aproximación polinomial en espacios de Orlicz-Lorentz, como así también caracterización del m.a.l.  en espacios de Orlicz a través de  nuevos conceptos de diferenciabilidad.

El objetivo principal de la teoría de matrices inversas generalizada es obtener una matriz que pueda servir como inversa en algún sentido para una clase más amplia de matrices que las matrices invertibles. En este proyecto se investigarán algunas matrices inversas generalizadas definidas recientemente, principalmente las inversas core-EP, DMP, BT y CMP. También se estudiarán algunos pre-órdenes y órdenes parciales definidos a través de ellas. Se intentará identificar y explorar nuevas inversas generalizadas y órdenes para conjuntos de matrices rectangulares y sus posibles extensiones a operadores sobre espacios de Banach o anillos abstractos.

El proyecto tratará con técnicas de análisis no lineal para demostrar que ciertos sistemas dinámicos tienen una solución. Particularmente nos interesa establecer existencia de soluciones periódicas.

Se usarán tanto técnicas variacionales: método directo, teorema del paso de la montaña,  como métodos topológicos: teoría del grado, continuación de Leray-Schauder.

Consideraremos sistemas de ecuaciones diferenciales y sistemas de inclusiones diferenciales, aquí juega un rol central el concepto de gradiente generalizado de Clarke.

Abordaremos  dos contextos diferentes. El primero vinculado al operador Φ-Laplaciano para N-funciones anisotrópicas. Esto nos lleva a una situación más abstracta donde planeamos usar métodos variacionales.

El otro contexto se relaciona con sistemas dinámicos concretos. Particularmente al problema de Sitnikov.  Aquí estamos interesado en estudiar existencia de soluciones periódicas por métodos variacionales, métodos de continuación y de bifurcaciones.

La Teledetección crece rápidamente tanto como la tecnología de los sensores, generando cada vez mayor volumen de datos y con mayor resolución, obteniendo de manera eficiente y económica información relevante del medio ambiente. Para interpretar y extraer la  información valiosa de los datos generados se utilizan algoritmos matemáticos y estadísticos. Se implementarán técnicas estadísticas clásicas, paramétricas y no paramétricas, todas ellas con el objetivo de extraer la mayor información posible de imágenes del tipo del tipo ópticas multiespectrales y SAR Polarímetricas. Todas estas técnicas requieren de algoritmos para lo cuál es necesario el desarrollo de prototipos de software y su incorporación a plataformas.

La estadística de alta dimensión ha alcanzado particular relevancia trayendo desafíos teóricos y prácticos.  Los modelos gráficos y en particular los Gaussianos (MGG) son fundamentales para formular y resolver problemas cuando hay más variables que datos. Dado un vector aleatorio multivariado  p-dimensional con matriz de covarianza Σ, su inversa Ω, la matriz de precisión, representa la estructura de dependencia condicional.  Una hipótesis que hace posible la estimación de Ω  es que sea una matriz  rala.

Entre las diferentes aplicaciones de los MGG se encuentran problemas de genómica y tratamiento de imágenes de teledetección, que aquí son de interés.

La estimación de Ω  es un problema estadístico de importancia principal o derivada. Derivado, por ejemplo, en el análisis discriminante lineal (LDA). En cambio en los MGG la estimación de Ω es un problema principal.

Proponemos estudiar las propiedades de invariancia de los estimadores a las estructuras de las matrices Ω, con especial énfasis en los de tipo stepwise, como StepGraph. Utilizando una estrategia plug-in introducimos una propuesta de LDA. Las estimaciones de Ω basadas en la regularización de la log-verosimilitud con penalización l1 son altamente sensibles a la presencia de observaciones atípicas. Es posible alcanzar un estimador robusto de Ω si en el problema regularizado reemplazamos la matriz de covarianza muestral por un estimador robusto de la matriz de Σ por Winsorización.

Se estudia la magnitud de la interacción biosocial entre los grupos humanos antiguos que habitaron diferentes ambientes del Norte de Chile (Valle de Azapa, Oasis de San Pedro de Atacama), Sur de Bolivia (Valles de Cochabamba) y N.O. Argentino (Puna, Quebrada, Valliserrana y Selvas Occidentales). Específicamente interesa a) evaluar la divergencia genética entre poblaciones, y su relación con patrones de residencia postnupcial (matrilocal, patrilocal o bilocal), b) estimar parámetros que permitan inferir el número de migrantes por generación y analizar su relación con el desarrollo cultural del área de estudio, c) analizar si los modelos de residencia cambian en el tiempo o entre diferentes regiones geográficas y d) estimar la componente genética máxima en caracteres métricos del cráneo, y evaluar su variación entre regiones anatomofuncionales. La muestra está constituida por 2159 cráneos de poblaciones antiguas del Sur de Bolivia, NO Argentino y Norte de Chile, correspondientes a diferentes períodos culturales que abarcan desde el 3000 AC hasta el 1450 DC. Para cumplir con los objetivos propuestos se emplearan caracteres métricos del cráneo y se aplicarán diferentes análisis estadísticos, y métodos derivados de la genética cuantitativa. Los resultados derivados del presente proyecto contribuirán a la caracterización bioantropológica de las poblaciones antiguas del Área Andina Centro Sur y aportará información relevante para otros campos de la investigación como la arqueología y la etnografía.

En el presente se conocen bien la fórmula de los polinomios que definen las secciones normales de las subvariedades isoparamétricas de codimensión dos (hipersuperficies) homogéneas [S], [BS]. Esto permite estudiar la naturaleza de los conjuntos de nivel de dichas secciones normales que, presentan muchos aspectos nuevos y problemas abiertos interesantes. Estudiando el polinomio de secciones normales se ha podido caracterizar las hipersuperficies isoparaméticas homogéneas , con número de curvaturas menor o igual que cuatro, como aquellas que presentan sólo tres valores crítico [B]. Hay numerosas preguntas que sería interesante poder contestar sobre estos temas, como por ejemplo: establecer la cantidad exacta de valores críticos de los polinomios de secciones normales de hipersuperficies isoparaméticas homogéneas con seis curvaturas; ¿cuál es fórmula de los polinomios de secciones normales en las subvariedades paralelas?; ¿Cuál es la fórmula de los polinomios para los casos no homogéneo?