FORO ACADÉMICO DE INVESTIGACION EN CBI MATERIALES AVANZADOS. Diciembre 13, 2005

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1 FORO ACADÉMICO DE INVESTIGACION EN CBI, MATERIALES AVANZADOS Diciembre 13, 2005

2 Materiales en CBI Diseño de nuevas estructuras Modificación de materiales Adecuación de materiales Sustitución materiales

3 Estrategias para su obtención Diseño o de nanomateriales Polímerización y modificación de materiales por plasma Síntesis y caracterización n de nuevos materiales vía v SOL-GEL. Radicálica viviente: Copolímeros autoestructurados Polímeros y sus mezclas Sistemas reactivos multicomponentes Síntesis electroquímica RELACIÓN ESTRUCTURA-PROPIEDADES

4 DISEÑO O MOLECULAR BIOMATERIALES DISEÑO O DE MATERIALES CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES MATERIALES NATURALES ECOLOGÍA Y ENERGÍA

5 Tipos de biomateriales Poliméricos, metálicos, cerámicos, y compositos Su uso en la elaboración de alguna bioparte dependerá de la parte del organismo en que se vaya a implantar así como de la función para la cual se destine.

6 BIOMATERIALES En los últimos años, los biomateriales han pasado a ser considerados una alternativa viable y natural. Se ha encontrado que los biomateriales presentan varias ventajas respecto a los materiales tradicionales, entre las cuales se encuentra; su impacto ambiental frente a los productos petroquímicos, el bajo consumo energético involucrado en su producción, su status de recurso renovable, su potencial para añadir valor agregado a subproductos de otras industrias, su característica de biodegradabilidad, entre otras.

7 Biomedicina Contaminación Principal

8 BIOMATERIALES DEPTO. FÍSICA DR. ROBERTO OLAYO GONZÁLEZ DR. JUAN MORALES CORONA DR. HUMBERTO VÁZQUEZ TORRES DR. ANGEL MANZUR GUZMÁN DRA. JUDITH CARDOSO MARTÍNEZ DEPTO. DE QUÍMICA DRA. TESSY LÓPEZ DR. EDUARDO GONZÁLEZ PROYECTOS Polímeros Sintetizados por plasma. Mezclas poliméricas para dispositivos biomédicos. Degradación Biológica y Química. Formulación de cementos óseos para prótesis metálicas. Implantes Dentales Nanotecnología y Nanociencia para la Medicina Desarrollo de Fármacos con actividad antiviral

9 Polímeros Sintetizados por plasma.

10 Microelectrónica de Circuitos Integrados Aplicaciones de Polímeros Depositados por Plasma Humedad Sensores Gases Modificación de Características Superficiales Recubrimientos Protectivos Películas Delgadas fotosensibles Películas Delgadas Semiconductoras Biocompatibilidad Mojado Funcionalización

11 Polianilina Polipirrol Politiofeno Polímeros-Metal Piedra de Cantera Polímeros Metales Implantes de médula espinal Crecimiento de Fibroblastos

12 DESARROLLO DE BIOSENSORES CON APLICACIONES EN EL SECTOR SALUD (USO EN LA DETERMINACIÓN DE ACIDO ÚRICO EN MUJERES EMBARAZADAS). Un biosensor puede ser definido como un dispositivo que incorpora un elemento sensor biológico conectado a un transductor, el cual convierte un cambio observado (físico o químico) en una señal medible. Participantes: Dr. Roberto Olayo con la colaboración de la UNISON

13 PREPARACION DEL MATERIAL Las películas de material compuesto se prepararon por mezclado en solución de PAN y PBMA en THF. Se prepararon compositos con concentraciones de 13% y 33%. Se usó PVME y PVEE como dispersantes con una razón dispersante: PAN de 0.1 ANILINA Cuantificación del Amoniaco O Ureasa + H 2 O CO 2 + 2NH 3 H 2 N NH 2 urea

14 EFECTO DEL 4 NH 3 CON LA RESISTENCIA ELÉCTRICA 3.5 Change in electric resistance (MΩ) NH3 (%) 160 MÉTODO CLÍNICO VS. BIOSENSOR Urea (mg/dl) enzyatic method n = 15 y = x R 2 = VALIDO AL MENOS 8 CICLOS Urea (mg/dl) sensor method

15 Materiales para Implantes en médula Películas delgadas del copolímero PEG-PPy Pastillas de Polipirrol-Iodo, PPy-I Pirrol Participantes: Dr. Roberto Olayo, Dr. Juan Morales, ININ, IMSSO H.E. SIGLO XXI Y EL PROYECTO CAMINA A.C. (patente en trámite)

16 Implantes dentales Participantes: Dr. Juan Morales, Dr. Roberto Olayo en Colaboración con UASLP (Depto. Física) Los implantes dentales son aditamentos de materiales sintéticos los cuales son insertados dentro de la mandíbula o del maxilar. Éstos proporcionan soporte y mejoran la estabilidad para dentaduras removibles o puentes fijos. Alilamina

17 Nanotecnología y Nanociencia para la Medicina Dra. Tessy López Goerne en Colaboración con el INNN Objetivo: Obtener nanocompositos funcionalizados de TiO2 como Transportadores de Fármacos. que pueden ser dispersados dentro de bloques construidos a nivel de nanoescala -Aplicación en el tratamiento de la epilepsia La epilepsia es un padecimiento crónico que afecta al 12 % de la población mundial, e inicia en las dos primeras décadas de la vida en el 75% de los casos.

18 PREPARACION DE BIOMATERIALES Posibles aplicaciones Aplicación de mezclas poliméricas para su uso en dispositivos biomédicos. Transportadores de fármacos Prótesis Dra. Judith Cardoso en colaboración con DCBS-UAMI y CINVESTAV y TP. Materiales quirúrgicos

19 Formulación de cementos óseos para prótesis metálicas. Los cementos óseos son materiales poliméricos tolerados por el organismo y han sido utilizados en aplicaciones clínicas con el objeto de fijar prótesis articulares. En esta aplicación se usan no sólo para rellenar el espacio creado entre una articulación artificial y el hueso, sino que también deben transferir cargas mecánicas de la prótesis al hueso. Objetivo: Establecer relaciones estructura - propiedad entre la estructura del polímero y las propiedades mecánicas de sus polímeros y copolímeros Dr. Humberto Vázquez en colaboración con el CICY

20 Otros proyectos en biomateriales DESARROLLO DE BIOSENSORES PARA DETERMINAR GLUCOSA: Grupo de Química Analítica DESARROLLO DE ORGANOS ARTIFICIALES: Grupo de Ingeniería Biomédica

21 2 Patentes LINEAS DE INVESTIGACION EN ECOLOGÍA TRATAMIENTO DE AGUA CON POLÍMEROS Objetivo: Desarrollar polímeros iónicos con aplicación n como floculantes y resinas de intercambio iónicoi nico. Polímeros sintéticos: Tipo N-O Biopolímeros: Derivado quitosano

22 MODIFICAR AREA INTERFACIAL MEMBRANAS PROTÓNICAS CELDAS DE COMBUSTIBLES Materiales a la medida Tolueno [O] PVP DVB [O] + TERMOPLÁSTICO MEMBRANA DE INTERCAMBIO IONICO ELECTRODIÁLISIS N N Polímero x N N N N N Cr N 3+ N N N N N N N Cr N 3+ N N Cr 3+ RESINA DE INTERCAMBIO IÓNICO ELIMINA Cr (VI) CON EFICIENCIA DEL 90%

23 Degradación de Polímeros Sintéticos OBJETIVO La determinación de las condiciones propicias para que termoplásticos que son no biodegradables puedan ser degradados microbiológicamente y así contribuir al mejoramiento del medio ambiente. Dr. Angel Manzur G en colaboración con DCBS

24 Desarrollo de Materiales para almacenamiento de Energía La gran demanda de energía a nivel mundial ha sobrepasado las expectativas que se estimaban para el inicio de este siglo y se espera que estos requerimientos se dupliquen antes de 30 años. El gran reto para generar baterías de alta energía es el desarrollo de sistemas que sean amigables con el medio ambiente.

25 PROYECTO DE DESARROLLO DE MATERIALES ABSORBEDORES PARA ENERGÍA SOLAR Modificación de membranas para celdas de combustible: materiales nanoestructurados amorfos de óxidos de rutenio y cobalto como superficies selectivas. Pueden generar altos valores de absortancia solar importante para un colector solar. Participantes: Ulises Morales en colaboración CINVESTAV

26 Campo de oportunidad. Colectores solares a gran escala. PARTICIPANTES. ENRIQUE BARRERA C, IRE, IPH, UAM I COLABORACION ES. IGNACIO GONZALES M, QUIMICA, UAM I MANUEL PALOMAR P, C.M, UAM A MATERIALES. 1. Vidrio o plásticos de buenas propiedades ópticas y mecánicas. 2. Cu, Al, Acero, polímeros, recubiertos con películas selectivas. 3. Aislamientos apropiados. 4. Espejos de alta reflectancia 5. Estructuras metálicas

27

28 ÁREA DE ELECTROQUÍMICA Electroquímica Nanotecnología Electroquímica Fundamental Electroquímica Aplicada Lab. de nanotegnología e ingeniería molecular Laboratorio central Lab. de electroquímica Laboratorio R-109 Lab. de electroquímica aplicada y ambiental Laboratorio W03 Nikola Batina Hugo Sánchez Soriano Laura Galicia Luis Ignacio González Martínez Mercedes T. Oropeza Guzmán Leonardo Salgado Ulises Morales

29 Estructura Atómica y Molecular Moléculas Orgánicas Sensores Área de Electroquímica Corrosión Procesos Hidrometalúrgicos Metales y Aleaciones Remediación Ambiental

30 REDUCCIÓN Y OXIDACIÓN DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS CON GRUPOS FUNCIONALES ESPECÍFICOS ELECTROQUÍMICA DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS CONTROL DE MECANISMO REDUCCIÓN-OXIDACIÓN con modificación de los paramétros químicos y preparación de electrocatalizadores MIGRACIÓN DE IONES EN INTERFACES LÍQUIDAS PREPARACIÓN DE NUEVOS MATERIALES ELECTROSÍNTESIS SIMULACIÓN DE PROCESOS BIOLÓGICOS

31 MATERIALES NATURALES DEPÓSITO DE METALES DEPÓSITO DE ÁTOMOS Y NANO ESTRUCTURAS DEPÓSITO DE NUCLEOS METÁLICOS, SUPERFICIES METÁLICAS ESPECÍFICAS Y ALEACIONES RECUPERACIÓN DE METALES DE SOLUCIO- NES LIXIVIANTES Y DE EFLUENTES LÍQUIDOS DESARROLLO INDUSTRIALES PEÑOLES/UAM IZTAPALPA

32 Diseño o de Materiales:Nanomateriales La nanoestructuración han emergido como un nuevo campo de investigación y desarrollo, dirigido a la creación de los materiales novedosos para su uso en tecnologías modernas. Aplicaciones como son: sistemas de almacenaje de energía eléctrica, convertidores de energía química a eléctrica y viceversa y materiales para la protección de la corrosión Transportadores de fármacos Polímeros de ingeniería

33 SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN N DE NUEVOS MATERIALES VIA SOL-GEL. (Diversos Grupos de Física, Química e IPH) Estudios de textura y estructura fractal de Alúminas fosfatadas ultra porosas Desarrollo de nuevos bloqueadores solares. Obtención de materiales catalíticos. Introducción n de metales como Ti y Zr en n sistems stemas multicomponentes es poliméric ricos para el controlc de algunas propedad dades finales en una cerámica Sólidos microporosos Principal

34 FÍSICA DE MEDIOS COMPLEJOS: COPOLÍMEROS EN BLOQUE Participantes: Dr. Roberto Alexander En colaboración con UNAM La línea de investigación contiene diferentes aspectos del problema, como son: Síntesis de copolímeros en bloque vía radicálica viviente. Desarrollo de métodos de caracterización de las fases de copolímeros en bloque. Predicción de la estructura de las fases en copolímeros en bloque. Estudio de las propiedades de copolímeros en bloque, en particular las propiedades ópticas de los mismos.

35 Polímeros y mezclas El objetivo es encontrar las relaciones entre la estructura y las propiedades macroscópicas de polímeros y sus mezclas. Estas relaciones son útiles para predecir el comportamiento del material y, por tanto, para sugerir sus posibles aplicaciones.

36 MATERIALES FOTOLUMINISCENTES DERIVADOS DE POLI(ÁCIDO ACRÍLICO) DOPADO CON IONES METÁLICOS Y MOLÉCULAS ORGÁNICAS

37 CARACTERIZACIÓN N DE MATERIALES Inherente al proceso de obtención de un material, se encuentra la caracterización. Diferentes grupos han desarrollado técnicas avanzadas de caracterización para determinar las propiedades que caracterizan a los materiales: Fisicoquímica Mecánicas Térmicas Eléctricas Magnéticas Analíticas Principal

38 AREAS DE OPORTUNIDAD: CONCLUSIONES INGENIERÍA DE TEJIDOS: BIOMATERIALES, SOPORTES POLIMÉRICOS DE MATERIAL BIOLÓGICO O FÁRMACOS, IMPLANTES, SENSORES, ETC. MATERIALES PARA LA ECOLOGÍA: EN TRATAMIENTO DE AGUAS: FLOCULANTES POLIMÉRICOS, MEMBRANAS POLIMÉRICAS, RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO. TRATAMIENTO DE LODOS. CATALIZADORES: ELIMINAR GASES TÓXICOS. DESARROLLO DE MATERIALES PARA ALMACENAR ENERGÍA: BATERÍAS Y CELDAS SOLARES, SOPORTES DE ELECTROLITOS Y MATERIALES. NUEVOS FÁRMACOS: GENERADOS CON MAYOR EFICIENCIA Y EN EL MENOR NÚMERO DE PASOS

39 CONCLUSIONES TRABAJO EN GRUPOS INTERDISCIPLINARIOS: ADICIONALMENTE HACER ESCALAMIENTOS A NIVEL INDUSTRIAL DE LOS PROYECTOS DESARROLLADOS. CIENCIAS BÁSICAS Y APLICADAS ENGLOBADAS EN CADA PROYECTO USO ADECUADO DE LA INFRAESTRUCTURA EXISTENTE EN LA DCBI. GENERAR PLATAFORMAS DE NEGOCIACIÓN: PERSONAL CAPACITADA PARA INTERACTUAR CON LA INDUSTRIA.

40 Gracias por su Atención!! DICIEMBRE 2005

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