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El objetivo de este estudio consistió en evaluar las distribuciones de las concentraciones de Cd disuelto (Cdd), fosfato (PO43-) y de la relación Cdd/PO43- en la región profunda del Golfo de México (GM) durante la campaña XIXIMI-2 (julio 2011). Las distribuciones de las concentraciones de Cdd y PO43- se relacionaron con procesos físicos (estructuras de mesoescala y eventos de surgencia), así como también con la abundancia de fitoplancton, particularmente de dinoflagelados y diatomeas en aguas superficiales en esta región. Las concentraciones de Cdd y PO43- de la cuenca del GM fueron más altas comparadas con las del Atlántico central occidental. Sin embargo, la pendiente de la relación Cdd/PO43- en muestras de la Corriente de Lazo (CL) (242 pmol µmol-1; R2= 0.96) fue similar a la del Atlántico central occidental (235 pmol µmol-1 R2= 0.98), mientras que la pendiente para todas las muestras dentro de la cuenca del GM (248 pmol µmol-1) fue ligeramente mayor y con una mayor dispersión (R2= 0.91). Esto indica que en el GM existe una alta variación espacial que podría ser explicada por: 1) una remineralización preferencial de PO43- frente a Cdd en aguas sub-superficiales, 2) un aporte de Cdd de la región norte del GM transportado por procesos de mesoescala y, 3) interacciones de las masas de agua con la plataforma continental en la capa de mínimo de O2 (400 m). Cambios locales en la relación Cdd-PO43- fueron trazados mediante el Cd* (desviación del Cd medido con respecto al esperado con base en la relación Cdd vs. PO43- del agua profunda). En general, este presentó valores negativos en aguas superficiales y sub-superficiales, lo que indica que existe una asimilación preferencial de Cdd con respecto al PO43- por el fitoplancton en la superficie y una remineralización preferencial de PO43- con respecto al Cdd en aguas sub-superficiales del GM. Para poder entender la variabilidad espacial de la distribución horizontal de Cdd, PO43- y la razón Cdd/PO43- en la capa superficial, se delimitaron tres regiones de acuerdo a las características físicas y biológicas: 1) Región Oligotrófica, donde la variación en la razón Cdd/PO43- principalmente se debe a la salinidad, 2) Península de Yucatán, donde la variabilidad de la razón Cdd/PO43- está dada por la abundancia de diatomeas y, 3) Bahía de Campeche, donde la variabilidad de Cdd y la razón Cdd/PO43-, está influenciada por la surgencia ocasionada por el remolino ciclónico semi-permanente en esta región, mientras... The main goal of this study was to evaluate the distributions of dissolved Cd (Cdd) and phosphate (PO43-) concentrations, as well as the Cdd/PO43- ratio in the deep region of the Gulf of Mexico (GoM) during the oceanographic campaign XIXIMI-2 (July 2011). The distributions of Cdd and PO43- concentrations were related to physical processes (mesoscale structures and upwelling events), as well as to the abundance of phytoplankton, particularly with dinoflagellates and diatoms in the surface waters of this region. The Cdd and PO43- concentrations of the GoM basin were higher compared with those of the western central Atlantic. However, the slope of the Cdd/PO43- ratio in the Loop Current (LC) samples (242 pmol µmol-1; R2= 0.96) was similar to that in the western central Atlantic (235 pmol µmol-1; R2 = 0.98), while the slope for all samples within the GoM basin (248 pmol µmol-1) was slightly higher but with a higher dispersion (R2= 0.91). This indicates that in the GoM there is a high spatial variation, which could be explained by 1) a preferential remineralization of PO43- vs. Cdd in sub-surface waters, 2) a contribution of Cdd from the north, transported by mesoscale processes and, 3) water mass interactions with the continental shelf in the O2 minimum layer (400m). Local changes in the Cdd-PO43- relationship were traced through the Cd* (deviation of the measured Cd whit respect to the expected based on the Cdd vs. PO43- relationship of deep water). In general, this variable presented negative values in surface and sub-surface waters, indicating that there is preferential uptake of Cdd with respect to PO43- by the phytoplankton on the surface and preferential remineralization of PO43- with respect to the Cdd in sub-surface waters of the GoM. In order to understand the spatial variation of the horizontal distribution of Cdd, PO43- and the Cdd/PO43- ratio in the surface layer, three regions were delimited according to the physical and biological characteristics: 1) Oligotrophic region, where the variation in the Cdd/PO43- ratio was mainly explained by salinity, 2) Yucatan Peninsula, where the variability of Cdd/PO43- ratio is related to the diatom abundance and, 3) Bay of Campeche, where the variability of Cdd and the Cdd/PO43- ratio is influenced by the upwelling caused by the semi-permanent cyclonic gyre in this region, while the variability of PO43- is due to the consumption of this nutrient by the phytoplankton. The fractionation between Cd and PO43...

La madera es la fuente lignocelulósica renovable más abundante que existe y sus componentes pueden ser materia prima para generar diversos productos de interés. De la producción total, el 20 a 25% son residuos sólidos, principalmente aserrín, el cual se dispone en pilas a cielo abierto generando un impacto ambiental negativo. La separación de los componentes de la biomasa comúnmente se lleva a cabo con ácidos y bases fuertes, un impacto ambiental negativo adicional, como alternativa se encuentran: el tratamiento etanosolv y la disolución en líquidos iónicos. La ventaja del tratamiento etanosolv es que se usa un solvente menos tóxico y recuperable para separar y remover hemicelulosa y lignina. La ventaja de los líquidos iónicos es que, debido a su interacción con la biomasa, se crea un medio para hacer la modificación química y el líquido iónico puede ser recuperado y reutilizado. El aserrín de encino Quercus sp, se trató por etanosolv usando como catalizadores AlCl3, FeCl3 y H2SO4; distintas concentraciones de catalizador (0.05, 0.1 Y 0.2 M); temperaturas (140, 160, 180 °C) y tiempos de reacción (15, 30, 45, 60 min) de acuerdo a un diseño experimental factorial completo de 3x3x3x4. Para determinar si hay diferencias significativas entre los tratamientos, se realizó un análisis estadístico ANOVA para tres respuestas: la recuperación de celulosa, el rendimiento y la deslignificación. En general, bajas concentraciones de catalizador, tiempos de contacto y temperaturas arrojan los mayores valores para la recuperación de celulosa. La deslignificación, en cambio, se ve favorecida por altas temperaturas.

Las superaleaciones base-níquel como NiCoCrAlYTa son ampliamente utilizadas en aplicaciones de alta temperatura, como componentes de turbinas de gas en la industria energética y aeroespacial, debido a su resistencia, alto módulo de elasticidad y resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Sin embargo, el procesamiento de estas aleaciones es complejo y costoso, y las aleaciones se usan actualmente como una capa de enlace (bond coat) en recubrimientos de barrera térmica (TBC). Una de las formas más importantes de degradación de los TBC está asociada con la rugosidad progresiva, también denominada Rumpling, a lo largo de la superficie de la capa de enlace junto con la capa TGO, el Rumpling se ve favorecido durante el curso de la oxidación cíclica. En este trabajo, la oxidación cíclica se realizó con un temple al aire, entre temperatura ambiente y 1150 °C utilizando un horno tubular. Se realizaron 3 ciclos térmicos distintos con distintas velocidades de calentamiento y tiempos de permanencia, a 1150 °C. además el recubrimiento muestra otros mecanismos de degradación concomitantes como son heterogeneidades de espesor en el TGO, acompañado crecimientos de óxidos no homogéneos sobre la capa TGO esto es debido a los óxidos formados durante la preparación de los recubrimientos, ya que estos promueven la formación de óxidos mixtos en la superficie del recubrimiento, así como también desprendimientos de la capa de óxido.

Las espumas de aleación de aluminio son materiales ultraligeros con propiedades únicas que han despertado interés en la comunidad científica y tecnológica. Desarrollar agentes espumantes (AEs) que presenten temperaturas de descomposición dentro del rango de temperaturas de liquidus de las aleaciones de aluminio convencionales, es la clave para obtener espumas con una estructura uniforme de poros, es decir, materiales con una combinación de propiedades deseables y reproducibles, además de generar versatilidad en la manera de producirlas. En este trabajo, partículas de AEs del tipo núcleo/coraza y núcleo/multi-coraza basados en TiH2 se sintetizaron por diferentes métodos con objeto de aumentar la temperatura de liberación de hidrógeno de los AEs actuales: partículas TiH2/Ni-B con espesor de coraza variable mediante el proceso electroless; partículas TiH2/TiO2@Ti3O (TiH2-T) vía calentamiento isotérmico en aire a 500 °C; partículas TiH2/SiO2 (TiH2-S) por la vía sol-gel; partículas TiH2/TiO2@Ti3O@SiO2 (TiH2-TS) vía calentamiento isotérmico más sol-gel. Los AEs se caracterizaron mediante XRD, espectroscopía Raman, FT-IR, SEM y TEM. La estabilidad térmica de las partículas de TiH2 sin modificar y del resto de los AEs fue evaluada mediante TGA. Se fabricaron espumas de aleación de aluminio A356 utilizando AE TiH2-TS y fueron comparadas con las producidas con TiH2-T, mediante el análisis de imagen de la estructura de poros. Los resultados de análisis térmico mostraron que el espesor de la coraza de Ni-B no tuvo ninguna relación con el comportamiento térmico de las partículas TiH2/Ni-B; además, se encontró que el Ni acelera la deshidrogenación del TiH2 al actuar como catalizador, lo que repercute en temperaturas de liberación de hidrógeno menores que la del TiH2 sin recubrir. Por otro lado, se obtuvo un incremento en la temperatura de liberación del hidrógeno por parte de los AEs TiH2-T, TiH2-S y TiH2-TS, respecto al TiH2 sin modificar. Se detectó que la conductividad térmica y el tipo de ordenamiento estructural de las corazas son factores claves en la estabilidad térmica de los AEs, siendo el AE TiH2-TS el que presentó la mayor temperatura de descomposición, además de producir las espumas con la estructura de poros más homogénea al tener éstas la distribución de tamaño de poro más reducida.

Actualmente, el gran reto en la síntesis y aplicación de nanomateriales en la producción fotocatalítica de hidrógeno (H2), es la preparación de nanoestructuras capaces de aprovechar la luz solar, una fuente de energía renovable y gratuita. En este aspecto, el material fotocatalizador más estudiado por sus excelentes propiedades fotocatalíticas, el óxido de titanio (TiO2), carece de los atributos necesarios para captar la región visible del espectro solar (que comprende poco más del 40 %) pues su absorción óptica se encuentra en la región de luz ultravioleta [2]. Sin embargo, dada la flexibilidad de algunos métodos de síntesis es posible acoplar una fase activa en luz visible junto al TiO2, generando un nanomaterial compuesto (nanomaterial híbrido) capaz de absorber luz por encima de los 400 nm. Además, dependiendo de la segunda fase, es posible mejorar la separación de cargas, estabilidad estructural, e inclusive incorporar propiedades ajenas a la primera fase en una sola plataforma multifuncional. Un ejemplo de ello son los nanomateriales híbridos óxido magnético-TiO2, que permiten recuperar el fotocatalizador (del medio de reacción) de manera rápida, sencilla y eficaz al aplicar un campo magnético externo [3]. Cabe mencionar que óxidos magnéticos, como las ferritas espinela (ej. CoFe2O4, NiFe2O4 y ZnFe2O4), han demostrado poseer también valiosas propiedades fotocatalíticas, pues presentan una eficiente absorción de luz visible debido a sus valores de bandgap relativamente bajos (

El ser humano siempre ha estado fascinado con los sistemas biológicos, dada su complejidad y eficiencia en llevar a cabo las tareas necesarias para sostener la vida. En años recientes ha habido un rápido incremento en comprender la estructura molecular y la función de las moléculas biológicas. Los seres vivos en su mayoría están formados por células, las cuales están rodeadas por membranas. Estas juegan un papel vital, ya que actúan como barreras selectivas que separan y protegen la estructura del entorno, las membranas biológicas son sistemas complejos, multicomponentes, dinámicos, lo que los hace extremadamente difíciles de estudiar mediante estudios biofísicos y otros métodos. La nanotecnología puede definirse como el diseño, la evaluación, la producción y la aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas mediante el control, el tamaño y la forma en una escala nanométrica. Los nanotubos de carbono constituyen una clase de nanomateriales con propiedades químicas, físicas, eléctricas, mecánicas y térmicas únicas, utilizables por varios consumidores y aplicaciones médicas e industriales. Las simulaciones de dinámica molecular se han convertido en una herramienta importante y fiable para revelar los mecanismos de los fenómenos biofisiológicos entre la interfaz biológica y del nanomaterial. El uso de estas simulaciones permitió la obtención de un modelo de membrana lipídica que fue validado con datos experimentales. El NTC se une a la parte superior de la bicapa al comienzo de la simulación, con el paso del tiempo se induce una curvatura en la nanoestructura presumiblemente debido a la interacción hidrofóbica entre el NTC y las colas de lípidos en la bicapa. Luego, el NTC se inserta en la región hidrofóbica de la bicapa. Estos resultados indican que la interacción hidrofóbica entre NTC y la bicapa induce su inserción, y el grado de la misma puede reducirse por los lípidos que envuelven a la nanoestructura.

En el presente trabajo se busca realizar la valorización del bagazo de agave por medio de la síntesis de materiales carbonosos y por la obtención de sustancias de alto valor comercial (Furfural y 5- hidroximetilfurfural), con un método amigable con el ambiente, como es el proceso de carbonización hidrotermal (HTC). El HTC se llevó acabo en un rango de temperaturas de 130°C a 180°C a diferentes tiempos de retención (1- 24 horas), los rendimientos de hidrochar variaron de un 90% a un 60%; estos disminuían conforme aumentaba la severidad del proceso. Los hidrochares obtenidos presentaron altas relaciones de O/C en comparación con otros estudios, lo cual indica que el carbón sintetizado en este estudio posee una mayor cantidad de grupos funcionales. Se seleccionaron varios hidrochares tratados a diferentes severidades, y se carbonizaron a 900 °C para aumentar su área superficial y porosidad. Aunque en el tratamiento de HTC el rendimiento del hidrochar disminuye cuando aumenta la severidad, para el rendimiento de carbonización, sucede lo contrario, obteniéndose un mayor rendimiento de carbonización, cuando los carbonos eran tratados a severidades altas. El bagazo de agave sin tratamiento presentó un rendimiento de carbonización del 15%, mientras que el hidrochar tratado a 180°C/24h obtuvo un rendimiento de carbonización de 32.4%. La máxima área superficial obtenida con los carbonos (sin activación) fue de 306 m2/g, presentada por el carbón tratado a condiciones de HTC de 180°C/6h. Se seleccionó el carbón obtenido a 180°C/6h para realizar la activación, aumentando su área superficial hasta 610 m2/g con una activación a 45 min de CO2, un área superficial intermedia considerando estudios anteriores. El rendimiento total de todo el proceso de obtención de carbón activado fue de un 11%.

Una de las principales problemáticas nacionales que enfrenta México es la constante contaminación del agua generada por los efluentes que la industria manufacturera textil arroja a ríos y lagos. Los colorantes típicamente usados por esta industria, y encontrados en sus efluentes, son el índigo carmín, remazol amarillo y azul de metileno; todos ellos potencialmente cancerígenos y se encuentran dispersos en concentraciones tales que ponen en riesgo la salud de la población adyacente. El presente trabajo de tesis está enfocado en plantear una solución a la contaminación generada por el sector textil, abordando el tema a través de la degradación fotocatalítica de colorantes mediante el uso de óxido de titanio. Para fines prácticos se evaluó solo la capacidad de degradación del azul de metileno, sin embargo, los resultados pueden ser extrapolados a otros colorantes empleados en esta industria. Para la síntesis del material se utilizó el método de roció pirolítico ultrasónico, un método innovador ya que el material se sintetiza en fase aerosol. Es rápido y no genera grandes concentraciones de contaminantes, en comparación con otros métodos comunes para la síntesis de materiales equivalentes. La síntesis en fase aerosol no ha sido reportadas, por lo cual podemos considerarlo como un aporte original de la presente tesis. Las caracterizaciones de los materiales fotocatalíticos se realizaron mediante difracción de rayos X (XRD), microscopias electrónicas (SEM, TEM), espectroscopia UV-Vis y Raman. Con este trabajo se demostró que el sistema de síntesis propuesto es viable, genera materiales con buena actividad fotocatalítica y es altamente escalable para la fabricación industrial de otros materiales de interés. One of the main national problems facing Mexico is the constant pollution of the water generated by the effluents that the textile manufacturing industry throws into rivers and lakes. The dyes typically used by this industry, and found in their effluents, are indigo carmine, remazol yellow and methylene blue; all of them are potentially carcinogenic and are dispersed in concentrations that put the health of the adjacent population at risk. The present thesis work is focused on proposing a solution to the pollution generated by the textile sector, addressing the issue through the photocatalytic degradation of dyes using titanium oxide. For practical purposes only, the degradation capacity of methylene blue was evaluated, however, the results can be extrapolated to other dyes used in this industry. For the synthesis of the material the ultrasonic pyrolytic spray method was used, an innovative method since the material is synthesized in the aerosol phase. It is fast and does not generate large concentrations of pollutants, compared to other common methods for the synthesis of equivalent materials. The synthesis in aerosol phase has not been reported, so we can consider it as an original contribution of this thesis. The characterizations of the photocatalytic materials were made by: X-ray diffraction (XRD), electron microscopy (SEM, TEM), UV-Vis and Raman spectroscopy. With this work it was demonstrated that the proposed synthesis system is viable, generates materials with good photocatalytic activity and is highly scalable for the industrial manufacture of other materials of interest.

El municipio de Jiménez se distingue por sus grandes extensiones agrícolas, principalmente de nogal. El abastecimiento de agua para irrigación y consumo de las nogaleras se obtiene de pozos de agua subterránea. Elementos como el uranio y los metales pesados se encuentran en las rocas características de la región. Con ello, estos elementos son lixiviados y puestos en solución; dichos elementos son altamente tóxicos para los organismos vivos. Además, dichas concentraciones en agua para irrigación producen aumento en las concentraciones de los mismos en suelo, su transferencia hacia las plantas, fitoacumulación en cultivos y propagación por la cadena alimentaria. Como resultado también se tiene reducción en la producción de nuez, problemas en el consumo y disponibilidad de estos recursos, y disminución de ingresos económicos para la población. En este trabajo se realizó un muestreo de 7 pozos de agua de zona y muestras de suelo. A las muestras de agua se les midió in situ Temperatura (T), pH, Turbidez, Conductividad eléctrica (CE) y Sólidos Disueltos Totales (STD). El contenido de sales presentes en estas aguas supera el límite máximo permisible por la norma mexicana (NOM-127-SSA1). En estas muestras se realizó la determinación de la concentración de actividad de los isótopos naturales de uranio 238U, 235U y 234U. Se aplicaron las técnicas de centelleo líquido, utilizando el equipo PERALS, y de espectroscopia alfa, con la cámara Canberra Modelo 7401VR con detector de semiconductor de implantación iónica tipo PIPS. En estos procedimientos fue necesario aplicar métodos especiales para eliminar las interferencias ocasionadas por el alto contenido de sales. La calidad del procedimiento para la determinación de uranio en suelos se validó mediante la aplicación en el material de referencia certificado IAEA-375. En el mismo, por el método PERALS encontramos valores de 238U 21.76-22.8 Bq/kg y de 234U 19.64-21.53 Bq/kg. Para espectrometría alfa encontramos valores de 238U 20.46-22.11 Bq/kg y de 234 U 17.04-17.61 Bq/kg. También encontramos una concentración de uranio de 1.8 ppm determinado por ICP-MS. Todos los valores anteriormente mencionados se encuentran en el intervalo de referencia del material certificado. Por técnicas de centelleo líquido se encontraron valores de 0.050-0.676 Bq/kg de uranio total para muestras de suelo de la zona nogalera.

Las aleaciones de alta entropía (HEAs) o multicomponentes, son aquellas que están constituidas por varios elementos principales, los cuales presentan generalmente una composición equiatómica o cercana a está. Este tipo de aleaciones son comúnmente obtenidas mediante las rutas de metalurgia de polvos y metalurgia líquida. Un aspecto importante para la ruta de metalurgia de polvos, es determinar un agente efectivo de control de proceso, que brinde equilibrio en los procesos internos que ocurren durante el aleado mecánico, sin que genere contaminación por oxidación en las moliendas. Por otro lado, El tamaño de cristalita y de grano se relaciona directamente con las propiedades mecánicas de los materiales e incrementa en función de la temperatura debido a los procesos de difusión. Por lo cual, en el presente estudio se realizó un sinterizado por inducción con la finalidad de reducir los tiempos de exposición del material a altas temperaturas y mantener las propiedades de un material nanocristalino. En este estudio se toma como base la aleación equiatómica CoCrFeMnNi. Tal aleación fue modificada mediante adiciones de Al, en proporciones de x=0.5, 1 y 1.5. El material fue molido por 10 horas en un molino SPEX de alta energía, bajo una atmósfera de argón. Se utilizaron como agentes de control para su evaluación: Metanol, Acido Esteárico y N-heptano. La consolidación de las muestras se realizó por dos diferentes rutas. La primera consistió en un compactado en frío y sinterizado 1200 ºC por un tiempo de 3 h. En la segunda ruta se llevó a cabo un pre-sinterizado por inducción a 600 ºC durante 5 min, a una presión de 0.9 GPa para posteriormente realizar el sinterizado a una temperatura de 1200 ºC por 1 h.

El estudio de materiales cuyas propiedades ópticas y fotocatalíticas sean las adecuadas para funcionar bajo la luz solar, es una de las tareas más importantes por abarcar cuando se habla de la producción de hidrógeno a partir del fenómeno de disociación de la molécula de agua. En esta investigación 3 fases de la ferrita de estroncio: espinela, hexagonal y ortorrómbica (SrFe2O4, SrFe12O19 y Sr7Fe10O22) se sintetizaron, caracterizaron y evaluaron para la producción de H2 a través de la separación de la molécula del agua. Estos materiales presentan cualidades prometedoras para esta aplicación, como ser baratos, amigables con el ambiente, y presentar valores de energía de banda prohibida en el espectro visible (1.5~2 eV). Existen muy pocos reportes acerca del uso de estas fases como fotocatalizadores, los cuales están enfocados exclusivamente a la degradación de compuestos orgánicos; por lo que se pretende dar una nueva aplicación a estos materiales al ser evaluado su desempeño en la producción de hidrógeno. Las diferentes fases fueron sintetizadas a partir de nitratos por el método de Pechini modificado a altas temperaturas. La caracterización de los materiales consistió en la utilización de la técnica Difracción de Rayos X (DRX), Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Área superficial BET y Espectroscopia UV-Vis. Los difractogramas indican la presencia de fases puras y con la ayuda de la ecuación de Scherrer se obtuvo un tamaño de cristal, el cual fue de aproximadamente 15 nm para la espinela y de 30 nm para la hexagonal y ortorrómbica. El área superficial alcanzada fue de 18, 14 y 4 m²/g, respectivamente. La actividad fotocatalítica fue evaluada con la técnica de cromatografía de gases midiendo la evolución del hidrógeno en un tiempo de 8 horas, siendo la fase espinela la de mejor desempeño con una producción de 730 H2/g●h, respectivamente.

La necesidad de disminuir el consumo de combustibles fósiles ha generado la búsqueda de diferentes alternativas. La generación de biogás se presenta como una alternativa. El biogás se produce a partir de la descomposición anaerobia de materia orgánica a ciertas condiciones de operación. Se compone de metano (45-60 %), dióxido de carbono (40-55 %), vapor de agua y otros gases traza como el sulfuro de hidrógeno (H2S). El uso de éste presenta problemas en los equipos. Debido a la corrosión, el uso de biogás aún no ha sido factible, es por ello que se busca eliminar o disminuir la concentraci ón de H2S. Los equipos de motogeneradores de biogás pueden tolerar una concentración máxima de 200ppm. La remoción de H2S por método de adsorción con ferritas (Fe3O4) presenta ventajas de costo y de manejo. La desventaja para la adsorción efectiva es la necesidad de una alta área supercial. Es por ello, que se estudia la adsorción con nanopartículas de ferritas. La adsorción puede ser llevada a cabo por un medio poroso o lecho jo. Las curvas de ruptura demuestran de forma gráca la saturación de un medio poroso por medio de adsorción. La alta porosidad del lecho poroso (>75 %) con nanopartículas no permite la simulación clásica de un medio poroso. Existen modelos matemáticos que explican la adsorción con alta porosidad. Éstos son generalmente para sisorción y son modelos muy complejos. En este trabajo, se propone un modelo matemático capaz de predecir curvas de ruptura para materiales nanoparticulados de alta porosidad. Se utiliza el software Scilab para la resolución de las ecuaciones del modelo. El modelo propuesto es creado,tomando como base el modelo de Fuerza Motriz Lineal (LDF, por sus siglas en inglés) y la teoría de fenómeno de transporte. Este modelo es del tipo fenomenológico. El modelo es validado con curvas de ruptura obtenidas de forma experimental.

En este proyecto se sintetizaron nanopartículas tipo núcleo-coraza, en la que el núcleo está formado por partículas magnéticas Fe3O4 (magnetita, NPM) y la coraza es un polímero formado por poliestireno. La síntesis se llevó acabo modificando la superficie de la partícula metálica mediante funcionalización con grupos nitróxidos (TEMPO), haciendo reaccionar la sal de Br-TEMPO con la magnetita. Se estudió el efecto del tipo y concentración de nanopartícula magnética en la cinética de polimerización de estireno: efecto de las NPM virgenes y funcionalizadas. Se modificó el método de purificación de las NPM, y de acuerdo a lo reportado por Esquivel et al., que reporta la obtención de una mezcla de magnetita y maguemita, en este trabajo de tesis se logró obtener solamente la fase de magnetita. Las nanopartículas de nanomagnetita son altamente cristalinas de forma globular con tamaños entre 8 y 18 nm, de acuerdo a los resultados de caracterización por STEM y HRTEM. Mientras que el tamaño de cristalita se encontró por el método de refinamiento de Rietveld en los 12 nm y 12.2 nm, para las NPM y NPMF, respectivamente, con lo cual se encuentra una alta correlación entre los resultados de HRTEM y XRD. En lo referente al efecto de la presencia de nanopartículas en la cinética de polimerización de estireno, se resalta un efecto positivo en acelerar la cinética de polimerización de estireno al agregar nanopartículas funcionales (NPMF) en particular al 1.0 % en peso.

Geopolymers could be a promising application of the cement industry as an alternative binder of the Portland cement, which is responsible of 8-10 wt% of the anthropogenic emissions of CO2. Geopolymers could help to reduce the emissions that contribute to the greenhouse effect and improve mechanical and structural properties that actually an ordinary Portland cement has. In this research work, it was studied the raw materials by structural and microstructural analysis including, but not limited to, thermal analysis, scanning electron microscopy, particle size distribution, X-ray diffraction, X-ray fluorescence, surface area by the method BET and Fourier transform infrared spectroscopy. Subsequently the geopolymeric and ordinary materials were synthesized through ten different formulations; these materials were prepared in the form of pastes and mortars according to the ASTM C109/C109M-11 standard, which indicates that the material must be set in a 5 cm-side cubic mold. Once the materials were set, they were cured in a humid environment to complete the reaction that is carried out during curing; this procedure was performed according to the aforementioned standard. After 7, 14 and 28 days of curing, the pastes and mortars were tested by compression tests based on the ASTM E9 standard. The geopolymers were structurally studied by X-ray diffraction, and the geopolymeric pastes were analyzed by the Rietveld method. The results of this investigation showed that the compressive strength of the geopolymers increases with increasing the amount of the alite phase because it acts as a nucleating agent to promote the geopolymerization reaction. The geopolymers matched the compressive strength of ordinary material, which is extremely favorable since it has been shown that the production of the geopolymer generates a lower amount of greenhouse gases.

Tras el desarrollo del láser de semiconductor y las fibras ópticas de baja perdida, se crea lo que hoy se le puede llamar la era de la comunicación y la información. Sin embargo, como toda tecnología puede tener varias aplicaciones, estos dos grandes desarrollos no son la excepción. Los sistemas de reflectometría óptica en el domino del tiempo sensible a la fase (ɸ-OTDR), son un tipo de sensor distribuido de fibra óptica, capaces de sensar temperatura, presión, tensión y vibraciones. El estudio y desarrollo de estos sistemas es de gran importancia debido a su amplia gama de aplicaciones tales como, el monitoreo de la integridad de estructuras, hasta la detección de fugas o daños en ductos, y la detección de intrusos en sistemas de seguridad perimetral. El presente trabajo se enfoca en la caracterización de la fibra óptica como elemento sensible y al desarrollo de una fuente de luz coherente especial para el sistema ɸ-OTDR. La primera parte habla de generalidades del sistema ɸ-OTDR, esquema de fibra óptica experimental y parámetros como potencia del láser, ancho de pulso, frecuencia de muestreo, ancho de línea y sus consecuencias. En la segunda parte, se observan las características de las fibras ópticas que las hacen mejor elemento sensible, se establece una dependencia experimental entre la potencia retrodispersada y el contenido de germanio en el núcleo de las fibras, para su optima selección. En la tercera parte, se propone un esquema de fibra óptica, para el encadenamiento de un láser DFB por auto-inyección atreves de un anillo resonador de fibra óptica, para la reducción de su ancho de línea, se observó una reducción de 1000 veces. Se estudian los regímenes de acoplamiento y su comportamiento de polarización. Por último, se emplea la fibra óptica con mejor comportamiento como elemento sensible y la fuente de luz coherente especial en un esquema de fibra óptica del sistema ɸ-OTDR, con una longitud de sensado de 10 kilómetros.

El estudio de los materiales y reactores fotocatalíticos para la producción de hidrógeno son disciplinas que aún se encuentran en la etapa de desarrollo experimental. La síntesis de materiales con mayor eficiencia y que tengan actividad bajo luz solar (energía de banda prohibida de 1.5 a 3.0 eV) son pasos cruciales para el desarrollo de reactores cuyo diseño requiere del uso de dinámica computacional de fluidos (CFD) debido a que los cálculos en los modelos físicos involucrados de transporte de masa, energía, radiación, cantidad de movimiento y cinética química poseen un alto grado de complejidad. Es por ello que la presente investigación tiene como objetivo la síntesis de nanopartículas de NiFe2O4 en fase pura y con las características necesarias para su uso como fotocatalizador en la producción de hidrógeno mediante la disociación fotocatalítica de la molécula de agua, el cálculo de los coeficientes de absorción (κ) y el coeficiente de dispersión (σ) en suspensiones acuosas del material, y finalmente el estudio del transporte de radiación por medio de la determinación de la velocidad de absorción volumétrica local de energía (LVREA) para el material para un diseño propuesto de un reactor fotocatalítico. La NiFe2O4 fue sintetizada por el método de Pechini modificado y se caracterizaron sus propiedades texturales, ópticas, morfológicas, así como su actividad fotocatalítica para la producción de hidrógeno en luz visible mediante un seguimiento de reacción por cromatografía de gases. Se desarrolló una metodología para el cálculo de los coeficientes de dispersión y absorción del material, mediante espectroscopía UV-Visible y se ajustaron estos datos experimentales con datos calculados mediante un modelo propuesto denominado 3-dim-3-dir.

Los óxidos transparentes conductores (TCO) son ampliamente utilizados hace ya varios años debido a sus interesantes propiedades, estos materiales se utilizan principalmente en forma de películas delgadas depositadas por diversas técnicas como erosión catódica (Magnetron Sputtering (MS)), deposición por láser pulsado (PLD), deposición química de vapor (CVD), Spin coating (SC), entre otras. Los TCO son principalmente utilizados como electrodos transparentes (ET) en aplicaciones fotovoltaicas y optoelectrónicas debido a sus excelentes propiedades eléctricas y ópticas, existe una gran variedad, entre los que destacan ZnO, SnO2, In2O3 , CdO, TiO2 y combinaciones entre ellos, formando óxidos binarios como ZnO-SnO2, In2O3-SnO2 y ternarios del tipo CdO-In2O3-SnO2, ZnO-SnO2-In2O3 además de diferentes arreglos bicapa (TCO/Capa metálica) y tricapa (TCO/Capa metálica/TCO) de estos materiales. El uso de estos materiales semiconductores en forma de arreglos multicapas de películas delgadas, da la posibilidad de modificar sus propiedades según la aplicación para la cual se empleen. El dopar el ZnO con diferentes elementos como Al, Ti, Ga, Cu entre otras muchas combinaciones utilizadas, otorga al material propiedades superiores que el ZnO por sí solo [1]. Se realiza esto con el fin de modificar sus propiedades como resistividad eléctrica, movilidad electrónica, densidad de portadores de carga y transmitancia óptica, entre otras. En este trabajo nos centraremos en el depósito y caracterización de películas delgadas de ZnO y arreglos tricapa ZnO/Al/ZnO depositados mediante DCp-MS. El óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) es un material que posee propiedades similares a las del ITO (óxido de estaño dopado con indio), el cual es de los más utilizados comercialmente. Sin embargo el ITO presenta desventajas como, toxicidad, alto costo y baja estabilidad química y térmica. Los TCO presentan baja resistividad del orden de 1×10−3Ωcm o menor, alta transmitancia óptica en la región visible >80% y estando en forma de película delgada un ancho de banda prohibida de aproximadamente 3eV [2]. Los TCO son utilizados en diferentes aplicaciones, entre las que destacan: electrodos flexibles [3], electrodos transparentes [4], recubrimientos IR [5], emisión de campo [6], materiales fluorescentes [7], entre otras.

En la actualidad, la demanda de energía aumenta de forma permanente, lo que provoca un impacto negativo en el medio ambiente. Los diversos estudios generados por la agencia internacional de energía muestran que los principales sectores que demandan mayor consumo de energía a nivel mundial son el industrial, el de transporte, el residencial y el comercial. En México el 21.3% del consumo energético total es en el sector residencial, es decir, en la construcción y acondicionamiento de edificios comerciales y domésticos. Actualmente, mejorar la eficiencia energética de las construcciones se centra principalmente en reducir el consumo de energía mediante algunas estrategias que mejoren los sistemas de aire acondicionado, iluminación eléctrica, calefacción, refrigeración y aislamiento térmico. Lo anterior plantea la oportunidad para el desarrollo de materiales que puedan ser utilizados como aislantes térmicos de alta eficiencia. El aerogel es considerado como el mejor aislante térmico en el mundo, debido a su baja conductividad térmica. Sin embargo, una limitante para su aplicación extensiva es el alto costo derivado de los métodos tradicionales de obtención. Estos métodos se basan en la técnica Sol-Gel, e involucran un secado a presión supercrítica a fin de mantener la integridad de la estructura altamente porosa durante el proceso de secado. Recientemente se desarrolló una alternativa para poder realizar el secado a presión atmosférica, en donde es requerido una etapa de modificación superficial que al hacer la superficie del sólido hidrofóbica, permite disminuir la contracción del gel, las fracturas y el colapso de la estructura. Este trabajo propone una novedosa ruta de síntesis de aerogel de sílice a través del método Sol-Gel con secado a presión atmosférica sin modificación superficial, considerando como aspecto crítico la forma y el tamaño de partícula del aerogel para lograr un producto final libre de grietas con la consiguiente reducción en tiempo de síntesis. La investigación partió de un nuevo método de síntesis, utilizando la técnica de impresión ink-jet para formar esferas micrométricas del precursor de gel, y así validar el principio de secado sin modificación de superficie y sin condiciones supercríticas, y obtener aerogeles libre de fracturas en esferas con diámetros de hasta 15 μm con área superficial específica de 560 m2/g, densidades de 0.22 g/cm3 y porosidad de hasta el 91%. Con el objetivo de aumentar el rendimiento de la síntesis, el estudio también se enfocó en desarrollar esferas de aerogel de sílice, mediante el método de alimentación de precursor con goteo controlado. Los materiales obtenidos presentaron diámetros de esferas de hasta 200 μm, valores de área de 782 m2/g, densidades de 0.34 g/cm3, porosidades de 90% y conductividades térmicas de 0.12 W/mK. Los resultados de ambas series experimentales sin modificación de la superficie permitieron determinar que las esferas de aerogel de sílice con tamaños menores de 200 μm pueden ser secados sin fractura, ni colapso de la estructura. Para fines comparativos, se sintetizaron muestras homologas con modificación superficial o hidrofofización, se puedo observar que las propiedades texturales de las muestras a presión atmosférica y sin modificación son equivalentes a las de las muestras de referencia, con la ventaja de una reducción en el costo así como en el tiempo de síntesis.

La funcionalización de nanotubos de carbono (NTC) se basa en la modificación de la estructura ya sea por medio de interacciones covalentes y no covalentes incluyendo ocasionalmente el llenado de la cavidad de los NTC. Las reacciones de amidación en NTC han sido ampliamente usadas ya que ofrecen alta estabilidad al complejo formado. Sin embargo, estas reacciones no son favorecidas termodinámicamente por lo que es necesario el uso de activadores como las carbodiimidas. En este trabajo se propone el estudio de otras carbodiimidas existentes así como el uso de nuevos activadores como ligasas C-N ya que estas actúan como catalizadores naturales. Además se propone el uso del anhídrido propilfosfonico (T3P), el cual es utilizado en la síntesis de péptidos al igual que las carbodiimidas, sin embargo, el T3P presenta mayores ventajas en comparación con las carbodiimidas, al ser un reactivo verde ya que no es tóxico, no alergénico y no sensible, además el subproducto se obtiene en forma de sal y completamente soluble en agua. La propuesta de trabajo consiste en un estudio teórico, el cual se llevó a cabo empleando Gaussian 09 con un visualizador gráfico Gauss View 5.0. Se utilizó DFT con el funcional B3LYP y el conjunto de base 6-31G (d). Se obtuvieron energías de formación de las reacciones de amidación utilizando las diferentes carbodiimidas, T3P, NTC, arginina y un péptido (estructura conservada de Lectina). Por otra parte se usó el programa AutoDock para identificar los acoplamientos tanto del NTC como del péptido propuestos con diferentes enzimas de tipo ligasa C-N. La parte experimental se llevó a cabo después de obtener los resultados teóricos. Se realizó la síntesis y purificación NTC y los activadores empleados para las reacciones de amidación fueron: 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida) (EDC)-(CD4) y N, N'-diciclohexilcarbodiimida (DCC)-(CD8) y el anhídrido propilfosfonico (T3P), además del uso de arginina como molécula de interés biológico. Los resultados teóricos encontrados muestran que las diferentes carbodiimidas son buenos candidatos como activadores para llevar a cabo la reacción de amidación, sin embargo, las reacciones de amidación donde se utiliza el activador T3P son reacciones no espontáneas, por lo que será necesario adminístrales energía. La enzima se adsorberá sobre la superficie del NTC, mientras que el péptido propuesto no tiene afinidad de unirse a las enzimas. Los resultados experimentales muestran que todas las reacciones de amidación se llevaron a cabo, sin embargo, para la reacción donde interviene el T3P como activador presenta el mayor porcentaje de nitrógeno, lo que la hace la reacción más eficiente.

Chitosan is a biopolymer synthesized by the deacetylation of chitin, a natural-occurring polymer found in the exoskeleton of crustaceans. It is known that mechanical properties of biopolymers can be improved by addition of small amount of a reinforcer and an appropriate synthesis technique that allows to homogenously distribute the reinforcer inside the biopolymer matrix. This work proposes a synthesis based on a thermomechanical process to incorporate carbon nanostructures (CNS) into the chitosan. Chitosan-CNS composites has been synthetized by mechanical milling and conventional sintering. Thermal degradation of chitosan was studied using thermogravimetric analysis (TGA) carried out in an air atmosphere to found optimal sintering temperatures and prevent chitosan degradation. Raw material and prepared composites were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The morphology and microstructure of the chitosan-CNS composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM), bright field transmission electron microcopy (TEM) and optical microscopy (MO). Mechanical properties such as micro and nanohardness as well as elastic modulus were evaluated using Vickers microhardness and nanoindentation tests. It was demonstrated that the addition of 5 wt% of CNS and sintering at 180 °C for 3 h enhanced the mechanical properties including elastic modulus, micro and nanohardness, which is attributed to the improved cohesion among chitosan and CNS as well as the grain structure refinement due to the mechanical milling.

Las aleaciones de aluminio de la serie 2XXX se utilizan ampliamente en aplicaciones aeronáuticas debido a la alta resistencia asociada con la baja densidad y buena resistencia mecánica. Los materiales compuestos han surgido como alternativas potenciales que satisfacen los requerimientos actuales, una manera de reforzar el aluminio y sus aleaciones es mediante la dispersión de varios tipos de materiales cerámicos, por ejemplo: SiC, Al2O3, MgO y B4C, donde el tamaño de la partícula juega un papel fundamental en las propiedades mecánicas. El presente trabajo, estudió el método de procesamiento de las nanopartículas de CeO2 (nanoceria) y su efecto en la microestructura y propiedades mecánicas de la aleación de aluminio 2024 (A2024). El proceso para adicionar la nanoceria consistió en preparar un material compuesto de Al-16.66% en peso de CeO2 (MCAlCeO2), mediante molienda mecánica en un molino de alta energía durante tres horas, el polvo molido se compactó a una presión de 1.5 Gigapascales (GPa) y sinterizó durante tres horas a 550 °C, posteriormente se agregaron a la aleación A2024 concentraciones en peso de 0.1%, 0.5%, 3% y 5% de MCAlCeO2 mediante el proceso convencional de fundición y moldeo, para finalmente extruir el material a 550 °C. Muestras finales de 10 mm de diámetro fueron obtenidas y utilizadas para la caracterización mecánico-microestructural. La caracterización microestructural obtenida por MEB-EDS del MCAlCeO2 confirmó la dispersión homogénea de CeO2 en la matriz de aluminio, y para la aleación A2024, se muestra la presencia de fases alargadas e irregulares del tipo: AlCuMgSi, AlCuFeMnSi, AlCuCeMgSi, AlCuFeMgSiMn, AlCuMg, AlCuCeMg, AlCuFeMnMg, AlCuCeFeMgSi, AlCuCeFeMg, AlCuCeFeMgSiMg, AlCuCeMnMg, AlCuCeFeMnMg, AlCuMnMg, AlCeCuMnMgSi, AlCuMnFe, las cuales disminuyen de tamaño después del tratamiento térmico T6 distribuyéndose de forma homogénea en la matriz. Los resultados de la caracterización microestructural por MET de las nanopartículas de CeO2 sugieren una reacción de reducción química de esta fase y la creación de una capa de Al2O3 que cubre el Ce, debido a una interacción con la matriz de aluminio. La caracterización mecánica muestra que a menor contenido de CeO2 (0.1% en peso) y a 150 minutos de envejecido, la dureza y esfuerzo máximo de la aleación A2024 aumentan.

El uso de polímeros provenientes del petróleo ha perturbado considerablemente al ecosistema debido a su lenta degradación. Aunque las aleaciones metálicas, el vidrio y los cerámicos poseen también una lenta degradación, éstos son altamente reciclables, además de que el producto del reciclaje de estos materiales puede ser empleado para la misma aplicación que tenían de inicio. En el caso de los plásticos su reciclaje es más complicado, además de que las propiedades térmicas y mecánicas del plástico reciclado disminuyen, por lo que no pueden ser usados para la misma aplicación. Por otro lado, los plásticos poseen una baja densidad, es decir, un volumen muy elevado posee un bajo peso de material, lo cual dificulta su manejo como material residual. Por lo anterior, se han realizado muchos intentos para sustituir a los plásticos convencionales por productos con un tiempo de degradación significativamente menor. Uno de los principales factores que determinan la degradación es el peso molecular de los polímeros, por lo tanto, su adecuada manipulación puede llevar a un control en el tiempo de degradación de dichos plásticos. En este estudio, se empleó un polímero biodegradable, el ácido poliláctico (PLA), debido a sus ventajas medioambientales y a que sus propiedades mecánicas pueden competir con los plásticos convencionales. Con el fin de disminuir el tiempo de degradación del PLA, éste se sometió a condiciones de intemperismo acelerado (CIA) en donde se obtuvieron distintos pesos moleculares. Se pudo establecer una correlación entre las CIA y las condiciones de intemperismo natural (CIN) y así poder estimar el tiempo necesario para que dichos materiales tengan una completa degradación en condiciones de intemperie. Sin embargo, una reducción del peso molecular resulta en un decremento en las propiedades termomecánicas del PLA. Para evitar este decaimiento, y así 12 mantener los mínimos requerimientos en propiedades térmicas y mecánicas para su posterior aplicación, se incorporó una montmorillonita organomodificada (C30B) como refuerzo. Mediante las condiciones de procesamiento fue posible obtener un nanocómposito con una estructura parcialmente exfoliada debido a los puentes de hidrógeno entre los grupos carboxilo e hidroxilo del PLA y los grupos hidroxilo de la C30B, evidenciado por espectrometría de infrarrojo (ATR-FTIR). A través de las condiciones de procesamiento fue posible observar una disminución en el peso molecular promedio número (Mn) de 64% en el PLA blanco, y de 68% en el nanocompósito por efecto de la temperatura de procesamiento y los esfuerzos de corte a los que los materiales estuvieron sujetos mediante extrusión y moldeo por inyección. Mediante CIA se logró disminuir el Mn de un valor de 49.0 kg mol-1 del PLA blanco sin exposición a CIA (PLA/B – 0 h) hasta un valor de 16.4 kg mol-1; y desde un valor de 43.5 kg mol-1 en el PLA nanocompuesto sin exposición a CIA (PLA/C30B – 0 h) hasta un valor de 11.3 kg mol-1. El decaimiento del Mn bajo CIA obedeció a un ajuste de primer orden, el cual nos permitió obtener una estimación del tiempo que tardaría el PLA/B (3235 h en CIA y 31 meses en CIN) y el PLA/C30B (2456 h en CIA y 24 meses en CIN), en degradarse completamente. En este estudio se observó una degradación térmica más rápida en el PLA/C30B, la cual fue atribuida a la presencia de C30B, ya que actúa como un promotor de las reacciones de degradación en la degradación térmica del PLA pudiéndose observar un decremento de la temperatura de transición vítrea (Tg) tanto del PLA/B como en el PLA/C30B debido a la disminución de Mn. La incorporación de la C30B en la matriz de PLA ocasionó un incremento del 13% en el módulo de almacenamiento en el Mn más alto, así como a un incremento significativo en la viscosidad obtenida mediante reometría rotacional, lo que puede atribuirse a las interacciones entre el PLA y las nanocapas de C30B. Además, se observó un incremento en la cristalinidad 13 tanto del PLA blanco como el nanocompuesto con C30B como resultado de la disminución el Mn bajo condiciones de intemperismo acelerado. Por último, el Mn en el nanocompósito de PLA se redujo un 91% del valor inicial en el PLA original manteniendo valor de E´ superior al del PLA blanco con 88% de reducción en el Mn. En este estudio se demostró que la presencia de las láminas de C30B parcialmente exfoliadas promueven una mayor degradación térmica y fotooxidativa del PLA, manteniendo el módulo de almacenamiento con valores por encima del PLA blanco, lo cual fue atribuido a los puentes de hidrógeno originados entre las láminas de la C30B y las terminaciones de cadena del PLA.

La investigación de materiales para eliminación de contaminantes en agua y aire por vía fotocatalítica es un tema de gran interés en la comunidad científica. En este trabajo se presentan los avances para sintetizar un fotocatalizador basado en nanopartículas de TiO2, 6 formando una estructura macroporosa, que permita su uso en reactores de lecho fijo sin que el fotocatalizador se pierda por arrastre o lixiviación. El material utilizado como plantilla consiste en esferas de PMMA (polimetil meta acrilato) con un diámetro promedio de 200 nm. A la plantilla se le adicionó una mezcla de precursores del geopolímero y nanopartículas de TiO2 para rellenar los espacios entre las esferas de PMMA. Tras la formación del geopolímero, se elimina el PMMA, quedando una estructura inversa a las esferas, con alta macroporosidad y un área superficial superior a los 100 m2/g, que presenta una actividad equivalente a la de polvo de TiO2 (Degussa P25), pero sin los problemas para su recuperación y reutilización. La ventaja de este fotocatalizador sobre la síntesis de la estructura tipo 3 DOM hecha por sol-gel es que presenta mejores propiedades mecánicas y solo se utiliza una fracción de TiO2, y un aluminosilicato de sodio como matriz, mientras que en el otro caso se utilizan alcóxidos de titanio, elevando el costo del material.

La definición de enlace químico implica transferencia de carga entre los átomos participantes; sin embargo átomos que tienen subcapas electrónicas más exteriores cerradas (es decir que carecen de electrones de valencia) también forman estructuras estables sin que exista transferencia de carga. El caso mas conocido son los átomos de gases nobles, que forman sólidos, estabilizados por fuerzas de van der Waals. Los enlaces de van der Waals no se deben a transferencias de carga entre los átomos participantes, se deben a fluctuaciones mecanicocuánticas en sus densidades electrónicas. En promedio la densidad electrónica no cambia, por lo que los enlaces de van der Waals no se atribuyen a enlaces químicos, en lugar de ello se habla de enlace físico. Los enlaces debidos a fuerzas de van der Waals son muy débiles en comparación con los enlaces químicos. Elementos de tierras alcalinas como Be, Mg, Ca, etc. que tienen subcapas cerradas (ns2), forman sólidos con energías de cohesión grandes [1, 2]. Ejemplo de ello es la energía de cohesión en el sólido de Be que es de 3.32 eV/átomo, energía mayor a la que presentan sólidos de capas abiertas (con electrones de valencia) tales como el Li (1.63 eV/átomo) o el Na (1.10 eV/átomo). Los dímeros de Be, Mg y Ca, son débilmente enlazados. Los valores de energía de enlace son tan sólo de dos a cuatro veces la que presentan dímeros de kriptón o xenón. Esta es la principal razón por la cual este tipo de estructuras se considera del tipo de van der Waals. Un cambio drástico se observa en cúmulos con un número mayor de átomos, como es el caso de trímeros y tetrámeros (ampliamente estudiados en este trabajo de tesis). Cúmulos fuertemente enlazados en donde queda de manifiesto los efectos de las fuerzas de muchos cuerpos. A la fecha se han realizado estudios de afinidad electrónica de cúmulos de Ben, Mgn y Can (n = 2 − 4), con muy buenos resultados [1-5]. En la mayoría de los estudios realizados en la última década acerca de aniones moleculares, se ha considerado que un anión se produce a través de un enlace dipolar. Esta propuesta proviene desde los primeros trabajos teóricos de Fermi y Teller [6], y continua hasta la actualidad [6-12]. Estos autores [6] considerando la captura de un mesón negativo por un protón y la formación de un átomo ⇡−H+, encontraron que el estado de enlace existe únicamente si el valor del momento dipolar p, excede 1.625 D. Los estudios posteriores con modelos más realistas mostraron que para la formación de aniones con magnitudes de la energía de enlace del electrón, que pueda ser medida, pmin debe ser mayor a 2.5 D. Esta conclusión fue posteriormente confirmada por el trabajo de Desfrano¸ois et al. [11]. De acuerdo a estos datos, el momento dipolar más bajo asociado con un anión observado experimentalmente fue de p = 2.66 ± 0.06 D. En la actualidad se sabe también que moléculas no-polares con gran momento cuadrupolar o con una polarizabilidad grande forman aniones estables [12]. En los casos de moléculas y cúmulos de átomos que poseen momento dipolar, se puede esperar que formen aniones estables, si la correlación electrónica tiene una contribución importante en su estabilidad. Tal es el caso de los cúmulos Be4 y Mg4 (reportados en los trabajos [5, 13-17]), en los cuales se muestra que su estabilidad es debida principalmente a la correlación electrónica. En esta tesis se estudia con mucho detalle la formación de cúmulos aniónicos de tierras alcalinas, así como la estabilidad y la naturaleza de esta en los tetrámero de Be4, Mg4 y Ca4. Para entender la naturaleza de los enlaces que dan lugar a la formación de cúmulos de tierras alcalinas (neutros y negativos), la dependencia que presentan estos como función del tamaño del cúmulo; así como, la contribución de las fuerzas de muchos cuerpos en su estabilización, objetivos de este trabajo de tesis doctoral; es necesario recurrir al uso de métodos de cálculos cuánticos de sistemas multielectrónicos que incluyan la determinación precisa de la energía de correlación electrónica. En el presente trabajo de tesis, los cálculos se realizaron empleando métodos de teoría de perturbaciones Moller-Plesset con excitaciones sencillas, dobles, triples y cuádruples MP4(SDTQ), así como el método de cúmulos acoplados CCSD(T) que incluye excitaciones sencillas, dobles y triples. De la misma manera se emplearon conjuntos de funciones bases con alto momento angular y funciones de difusión. Los códigos empleados en la realización de dichos cálculos fueron, las suites de código Gaussian 03 Revision D.02 y MOLPRO 2008.1 con conjuntos de funciones de base del tipo Dunnig [18, 19] que incluyen funciones de polarización y de difusión f, g y h (aug-cc-pVQZ) adecuadas para este tipo de sistemas. Todos los cálculos presentados en este trabajo de tesis doctoral se realizaron gracias al apoyo en el uso de sus supercomputadoras del Centro Nacional de Supercómputo, del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C.

Para este trabajo de investigación se modela el comportamiento mecánico (modulo elástico) de nanocompuesto de poliestireno (PS) y nanoarcilla montmorillonita modificada (OMMT), utilizando el análisis del elemento finito (FEM) a través del software Catia V5R21 y Matlab como una herramienta de apoyo para la obtención del modelo por simulación. Como herramienta se utilizó la nanoindentación que se ha convertido en una técnica de caracterización de las propiedades mecánicas de nanocompuestos cada vez más popular en la última década. Además de medir el valor de la dureza, los ensayos de profundidad por indentación se han utilizado comúnmente para para determinar las propiedades elásticas de los compuestos, conociendo la geometría del indentador y el material. El uso de software ha ido en aumento como una herramienta más en la evaluación y modelación de propiedades mecánicas de materiales, sumada a la caracterización física a través de materiales y equipos. Como se presenta en el trabajo la utilización de software de Catia y Matlab que permitió la modelación de las prueba de nanoindentación del nanocompuesto de PS-OMMT por simulación. Con base a la hipótesis y objetivos presentados para la modelación de las propiedades mecánicas y siguiendo la metodología de Oliver y Pharr, sugerida para pruebas de indentación de la carga (P) y la profundidad (h) y con mezclas cambiando los porcentajes en peso de nanoarcilla 5, 10, 20 y 30% para determinar el comportamiento del nanocompuesto al evaluar las propiedades mecánicas (módulo elástico), se cumplió al hacer la referencia con otros modelos donde obtienen resultados muy aproximados a los realizados por pruebas físicas y simulación a través de modelos matemáticos.

Biomaterial se define como ―cualquier sustancia o combinación de sustancias distinta a los fármacos, que en su origen ya sean sintéticos o naturales pueden ser utilizados en cualquier tejido, órgano o función del cuerpo, con el fin de mantener o mejorar la calidad de vida del individuo‖ [1]. Se han encontrado evidencia que las civilizaciones antiguas como la egipcia utilizaban ojos, orejas y dientes artificiales [2]. Indios y chinos utilizaban ceras, gomas y tejidos en la reconstrucción de piezas faltantes o defectuosas del cuerpo a través de los siglos, los avances en materiales sintéticos, las técnicas quirúrgicas y métodos de esterilización han permitido el uso de biomateriales en muchos sentidos [3]. Actualmente la práctica médica utiliza los biomateriales en un gran número de implantes (ligamentos, injertos vasculares, válvulas cardíacas, lentes intraoculares, implantes dentales, etc) y en dispositivos médicos (marcapasos, biosensores, corazones artificiales, etc) los cuales son utilizados para reemplazar y/o restaurar la función de un tejido u órganos degenerado y por lo tanto mejorar la calidad de vida de los pacientes. En los primeros días se utilizaron todo tipo de materiales naturales como de madera, pegamento, goma, así como metales tales como el hierro, oro zinc y el vidrio. Los materiales biológicos, tales como la placenta fueron utilizados desde la década de 1900. El celuloide fue el primer plástico artificial utilizado en defectos craneales y el polimetacrilato de metilo fue aceptado como material médico a partir de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo se observó lo siguiente: bajo ciertas condiciones algunos materiales fueron tolerados por el cuerpo mientras que otros fueron rechazados en otras condiciones. Por lo tanto durante los últimos 30 años se han logrado avances considerables para entender las 11 interacciones entre los tejidos y los materiales. Generando así el concepto de biocompatibilidad. En 1999 Willams [1] definió la biocompatibilidad como ―capacidad de un material para llevar a cabo una respuesta apropiada donde el huésped es sometido a una situación específica‖. Aunque esta definición parece vaga, representa un gran salto para lo que anteriormente se creía. La opinión que precedía a esta definición era que los materiales ―exitosos‖ jugaron en gran medida papeles inertes en el cuerpo. Una larga lista de propiedades habían evolucionados para los biomateriales ―exitosos‖, los cuales se definen a partir de una serie de observaciones médicas, ya que el material no debe inducir su separación, reacción inflamatoria o de cuerpo extraño, no debe provocar respuestas del sistema inmunológico, no debe ser bioabsorbible al extremo de su destrucción en el medio biológico siendo eliminado naturalmente, ni debe alterar genéticamente las células adyacentes [4]. Teniendo en cuenta que el cuerpo humano trabaja en ambientes biológicos complejos, la idea de colocar un material extraño sin ningún tipo de respuesta parece ingenua. Basado en la reacción del tejido, los biomateriales se pueden clasificas en tres categorías distintas [5]: Biotolerantes: El organismo no produce respuesta inflamatorio al implante aunque interacciona en este encapsulándolo mediante una capa de tejido fibroso conjuntivo. Como ejemplo de esto podemos citar el Polimetilmetacrilato PMMA (cemento óseo), acero inoxidable utilizado en placas y otros materiales de osteosíntesis y las aleaciones de Cromo-Cobalto. Bioinertes: Estos biomateriales no causan ninguna respuesta de su huésped y esto se debe generalmente a que no producen ningún tipo de reacción química entre ambos; esto es porque la mayoría de estos materiales son metales con su superficie recubierta de una capa de óxido estable. Como resultado de esto las células pueden estar en contacto directo con el material pero sin formar ningún tipo de unión entre ambos, a su vez no se produce 12 inhibición de la osteogenesis. Ejemplo de estos pueden ser la Alúmina, Zirconio y el Titanio. Bioactivos: Son biomateriales de más reciente desarrollo. Tienen la capacidad de reaccionar con el tejido adyacente y formar enlaces químicos directos con el mismo. Normalmente las células crecen directamente junto al biomaterial y en algunos casos van formando tejido especializado dentro del mismo. Ejemplo: Cerámicas de Fosfato de Calcio, Cerámicas de óxido de Silicio o Biovidrios.

En la presente investigación se desarrolló un bio-recubrimiento con propiedades mecánicas de adherencia superiores a los recubrimientos osteoconductores comerciales actuales a base de Hidroxiapatita (HA), los valores alcanzados de adherencia fueron cercanos a los 59 MPa siendo superiores en casi un 200% superiores a los recubrimientos comerciales , dichas propiedades se mejoraron mediante la integración de nanopartículas de circonia estabilizada con Itria (nZrO2(YSZ 8% mol)) sobre una matriz de polvo de HA, adicionalmente mediante la integración de nanopartículas de plata soportadas en una matriz de extracto de nopal (nAg-EN) se aportó propiedades biocidas al recubrimiento. Con la finalidad de observar el efecto de las nZrO2 sobre la matriz de HA, se evaluaran dos concentraciones de HA/nZrO2 (HA89.1%-nZrO2(YSZ 8% mol)9.9%-nAg(EN)1% y HA63.3%-nZrO2(YSZ 8% mol)29.7%-nAg(EN)1%). Para la homogenización y efecto de dispersión de fases sobre el recubrimiento, las matrices en polvo fueron sometidas a dos métodos de homogenización: el primer método consta de una agitación mecánica, cuya finalidad fue no modificar el tamaño de partícula, simplemente mezclar todos los polvos en experimentación; el segundo método consistió en un proceso de molienda mecánica, el cual se pretendió tuviese impacto en la modificación del tamaño de partícula, buscándose garantizar una mejor distribución de fases. Los recubrimientos fueron caracterizados físicamente mediante técnicas de Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopia Confocal Raman (ECR), Difracción de Rayos X (DRX), Microscopia de Fuerza Atómica (MFA), ensayos mecánicos para determinar adherencia y dureza del recubrimiento, caracterización electroquímica mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), determinación de la capacidad hidrofílica mediante la medición de ángulo de contacto y energía superficial, además de ensayos in vitro mediante línea celular osteosarcoma humano (HOS) para determinar la biocompatibilidad y capacidad de osteointegración del recubrimiento así como ensayos de citotoxicidad.

En el presente trabajo, se realizaron estudios teóricos de las perovskitas BiFeO3 y Na0.5Bi0.5TiO3. El BiFeO3 presentò propiedades ferromagnéticas y ferroeléctricas acopladas, mientras que el Na0.5Bi0.5TiO3 es una solución solida desordenada en el sitio A. El análisis teórico está basado en la Teoría del Funcional de la Densidad, empleando los paquetes computacionales Abinit y Quantum Espresso. Los resultados obtenidos fueron el número de ondas planas, número de puntos k y pseudopotencial que logran describir correctamente a los diferentes sistemas. Se demostró que el Na0.5Bi0.5TiO3.se puede describir correctamente mediante una secuencia de planos de Bismuto y Sodio alternantes en la dirección de la diagonal principal, así mismo se obtuvo la contribución de cada átomo a los estados de valencia y conducción mediante la densidad de estados, además de su band gap. La polarización espontanea se logró obtener mediante el formalismo de la fase de Berry obteniendo un valor cercano al medido experimentalmente. Para el BiFeO3, la densidad de estados de cada uno de los átomos es obtenida, en su estructura centro simétrica y relajada. La densidad de estados muestra las contribuciones de cada spin, indicando un comportamiento antiferromagnetico. Mediante un estudio de convergencia de la polarización se pudo comprobar el acoplamiento entre el carácter anti ferromagnético y el ferroeléctrico. La polarización espontanea predicha coincide con estudios teóricos previos y con valores experimentales reportados.

En las últimas décadas se ha incrementado la evidencia de que la Tierra está experimentando un cambio en la temperatura global promedio. El calentamiento global se debe a la radiación electromagnética que calienta la superficie de la Tierra y a la radiación térmica de la Tierra, estas dos corrientes de radiación deberían balancearse, pero solo una parte de esta radiación térmica sale hacia el espacio y otra parte es absorbida por ciertos gases que están presentes en la atmósfera, los gases de efecto invernadero. Los aerosoles también contribuyen al calentamiento global, ya que contienen material carbonoso en la de fracción PM2.5. Los aerosoles carbonosos se dividen en carbono elemental (EC) y carbono orgánico (OC). El EC se asocia con los términos de “Hollín” y “Black Carbón” (BC). El BC es el componente más fuerte, absorbiendo luz dentro del material particulado (PM) en los aerosoles, dispersando la luz solar entrante fuera de la superficie de la tierra, afectando la temperatura, calentando la atmósfera y cambiando el balance radiativo de la tierra. La mayoría de las caracterizaciones de EC y BC implican la colección de PM en filtros, la medición del contenido de carbono en el filtro o la atenuación de la luz reflejada. Comúnmente, se usan dos métodos termo-ópticos para medir el BC en filtros de fibra de cuarzo, el IMPROVE conocido como Reflectancia Óptica Total (TOR por sus siglas en ingles), y el método NIOSH 5040, referenciado como Transmisión Óptica Total (TOT por sus siglas en inglés). Para filtros de fibra de vidrio se usa un análisis térmico de dos pasos (Two-Step). El presente estudio representa un primer esfuerzo en conocer las concentraciones de BC en la región de Chihuahua. Por otro lado, se pretende evaluar la validez del análisis termo-gravimétrico (TGA) para análisis del BC, mediante comparación con las otras dos metodologías (TOT-TOR, Two-Step).

El aumento en las aplicaciones de nanopartículas en la industria, conlleva a generar su liberación en el medio ambiente y por lo tanto la interacción con los sistemas biológicos, ocasionando un posible efecto tóxico. En el presente estudio se evaluó el efecto tóxico de 5 nanopartículas (CuO, SnO2, Fe° y Fe3O4) con aplicaciones en diversas áreas. La toxicidad se determinó en modelos biológicos de importancia ambiental como bacterias (Gram positivas y negativas) y levaduras. Previo a la evaluación de la toxicidad las nanopartículas (NPs) fueron caracterizadas por diversas técnicas; difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido y trasmisión (MEB y MET), en los medios biológicos se midió el tamaño hidrodinámico y el potencial Z. La viabilidad celular se determinó partiendo de un inoculo inicial de 1x109 UFC/mL con 24 h de exposición a NPs (100-1000 mg/L), como control se usaron células sin exposición. Los mecanismos de toxicidad fueron definidos por medio de microscopía confocal, MEB y la cuantificación del ion soluble. La caracterización de las NPs mostró en su mayoría formas esféricas (2-85 nm) y una forma tipo flor (800 nm), así como una alta pureza. Los tamaños hidrodinámicos en los diferentes medios fueron en promedio de 149-1105 nm y la carga superficial fue negativa en un rango de -20 a -30 mV. En la exposición a las NPs de CuO se presentó un efecto tóxico a partir de la concentración de 600 mg/L con un tiempo de exposición 2 h (IC50 >400 mg/L) en la bacteria Gram positiva B. subtilis. El mecanismo de toxicidad de estas NPs fue la ionización de Cu2+ en el medio LB. La exposición a las NPs de SnO2 E2 afecto la viabilidad de B. subtilis a partir de una concentración de 500 mg/L (IC50 >500 mg/L) en un tiempo de 24 h. El mecanismo de toxicidad de estas NPs fue el daño a la membrana celular, ocasionado por la carga superficial negativa, el menor tamaño hidrodinámico de las NPs de SnO2 ES y las moléculas cargadas positivas sobre la membrana de la bacteria Gram positiva B. subtilis, este fue el mecanismo clave en la toxicidad de las NPs de SnO2.

Esta tesis tuvo como propósito el estudio del composito formado por una resina epóxica y una arcilla natural del tipo esmectita, con porcentajes de adición de 0.5%, 1.0%, 2.0%, 3.0% y 4.0% de contenido en peso de la arcilla natural. Se caracterizaron las muestras de resina epóxica con los diferentes porcentajes de arcilla por medio de técnicas mecánicas tales como la resistencia a la tensión, la dureza Shore y el análisis mecánico dinámico (DMA) así como la técnica de análisis termo gravimétrico (TGA), por otro lado, se complementó con la prueba de difracción de rayos X (XRD), espectroscopía de infrarrojo (IR) y microscopia electrónica de barrido (SEM). Los resultados obtenidos de las propiedades mecánicas del composito, mostraron un decremento en la resistencia a la tensión de 47.64% y un decremento en la deformación de 69.79% y en el módulo de Young no se reportó un cambio significativo (0.8%), lo que indica que mientras más contenido de arcilla sufre menos deformación y se vuelve más frágil. Respecto a la dureza, mostró un incremento de 1.86 grados de dureza Shore escala B. De acuerdo con las pruebas de TGA se observó la primera transición de degradación a los 110°C, la siguiente a los 320°C y posteriormente a los 480°C. Después de los 550°C sólo existe presencia de arcilla. Referente a las pruebas de DMA, los resultados indicaron que a mayor contenido de % en peso de arcilla ofrece una mayor resistencia a la deformación respecto al paso del tiempo en un 28%. Respecto a la prueba de barrido de deformación (strain sweep), solo se obtuvo un 0.33% de variación, por lo que no se considera significativo. En las espectroscopias de infrarrojo no se visualizó cambios debido al incremento en el porcentaje en peso de arcilla por lo que sólo se identificó a través del espectro de transmitancia, los compuestos en cada pico representativo. En la prueba de XRD, la gráfica comparativa mostró un comportamiento similar con los diferentes contenidos de arcilla en % peso, debido a que el material matriz es amorfo y presencia de arcilla no es notoria. Los resultados obtenidos en las pruebas de SEM determinan que la arcilla no tiene un tamaño nanométrico, ya que se encontró en un rango de 170 nm a 75 m.

En años recientes, las técnicas de polimerización radicálica controlada (CRP) han permitido desarrollar procesos para la síntesis de polímeros con estructuras complejas debido a la tolerancia a grupos funcionales e impurezas. Estos métodos [polimerización mediada por nitróxidos (NMP), polimerización radicálica por transferencia de átomo (ATRP), y polimerización por transferencia de cadena de adición-fragmentación reversible (RAFT)] presentan diferentes mecanismos de polimerización para obtener copolímeros en bloque. Con el fin de extender la vida útil de las cadenas en propagación, cada una de estas técnicas se basa en el establecimiento de un equilibrio dinámico entre una baja concentración de las cadenas de propagación activas y una cantidad predominante de cadenas latentes que no son capaces de propagar o terminar. Por eso, la búsqueda de control de la polimerización radicálica se ha centrado en controlar el peso molecular, distribución de peso molecular, y arquitectura molecular. Actualmente, seleccionando la técnica apropiada, se tiene la capacidad de sintetizar copolímeros con distribuciones estrechas, tamaños controlados, y arquitecturas complejas, sin la necesidad de utilizar polimerizaciones iónicas ni metodologías complejas en síntesis orgánicas. Tal es el caso de la polimerización por transferencia de cadena de adición-fragmentación reversible (RAFT) reportada por Rizzardo en 1998. Ésta permite sintetizar arquitecturas complejas, tales como copolímeros en bloque, con polidispersidades bajas y en condiciones de reacción no muy rigurosas. La polimerización RAFT se deriva de la química de adición y fragmentación reversible con base en tioesteres. Este trabajo permitió estudiar las diferencias entre las rutas de síntesis en la obtención de copolímeros en bloque ácido acrílico (AA) - estireno (St) y viceversa por el proceso RAFT. Para la copolimerización, primero se sintetizaron los bloques de AA y St empleando un agente RAFT (generación de macrorradicales) y en una segunda etapa se cambió de monómero para generar el segundo bloque. Fue requisito inicial la funcionalización del agente de transferencia con nanopartículas de sílice para la obtención del agente de transferencia nanoestructurado.

En la presente tesis se desarrolló un recubrimiento en base a polvos de Hidroxiapatita extraída de una fuente natural (Hidroxiapatita biológica, HA), y nanopartículas de plata sintetizadas mediante extracto de nopal (nAg), empleando la técnica de proyección térmica por plasma (APS, por sus siglas en inglés) sobre un sustrato de Ti6Al4V. Ambos, el recubrimiento y los polvos fueron caracterizados, mediante técnicas tales como microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía por infrarrojo (FT-IR), espectrometría de emisión por plasma inductivamente acoplado (ICP-OES), determinación de tamaño de partícula (PSD), análisis de área superficial (Análisis Brunauer, Emmett y Teller, BET). Se determinó la actividad antibacterial con base en la inhibición del crecimiento de las bacterias: Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. Así mismo se evaluó la biocompatibilidad de los recubrimientos mediante ensayo cometa y citometría de imagen.

La secuenciación masiva es una herramienta muy útil en el análisis de la dieta de un depredador, ya que hace posible identificar aquellos taxa que presentan baja o nula detectabilidad por métodos escatológicos tradicionales. En México, la dieta de la foca de puerto (Phoca vitulina richardii) ha sido estudiada con base en restos duros desconociéndose la importancia que algunos invertebrados o peces cartilaginosos tienen como presa, ya que no dejan restos identificables en las heces. Por lo anterior, el objetivo del presente estudio es caracterizar los hábitos alimentarios de la foca de puerto en México a través de metagenómica, así como comparar nuestros resultados con los obtenidos por medio del análisis de restos duros sobre las mismas muestras. Las muestras fueron colectadas en las islas Todos Santos Sur, San Jerónimo, Natividad y San Roque, durante la temporada de muda 2014. La construcción de las librerías se realizó mediante la técnica de dos pasos de PCR, amplificando las regiones 18S ARNr usando oligos para eucariotas y 16S ADNmt con oligos específicos para cordados y cefalópodos, junto a los índices y adaptadores apropiados para la secuenciación. Se utilizaron oligos bloqueadores para evitar sobre amplificar el ADN del depredador. Las librerías fueron secuenciadas en un equipo MiSeq (Illumina) generando 848,411 lecturas. El control de calidad y asignación taxonómica de las secuencias se realizó in silico por medio de herramientas bioinformáticas. El gen 16S del ADNmt resultó ser el más informativo en términos de resolución taxonómica. En el presente estudio, se identificaron 49 presas de las cuales 14 correspondieron a invertebrados, mixinos y elasmobranquios. Al comparar el análisis molecular con los restos sólidos se obtuvieron 16 presas en común entre ambos métodos. Las presas de mayor importancia en los 4 sitios fueron el lenguado (Citharichthys xanthostigma) y el pez lagarto lucio (Synodus lucioceps). El poder de las herramientas de secuenciación masiva amplía el espectro trófico conocido para la foca de puerto en México. El análisis de los metagenomas es una aproximación novedosa para el estudio de la ecología alimentaria de especies clave en un ecosistema altamente productivo y cambiante, como la Corriente de California. Massive sequencing is a very useful tool for the analysis of predator diets, because it makes possible to identify those taxa that have low or no detectability by traditional scatological methods. In Mexico the diet of the harbor seal (Phoca vitulina richardii) has been studied based on hard remains, so the importance of invertebrates or cartilaginous fish as a prey is unknown, as they do not leave identifiable remains in feces. Therefore, the aim of this study is characterize the food habits of the harbor seal in Mexico through metagenomics, and compare our results with those obtained by analysis of hard remains on the same samples. The samples were collected on Todos Santos Sur, San Jerónimo, Natividad, and San Roque islands, during the moulting season in 2014. Libraries were constructed following the two-step PCR technique; first amplifying the 18S rRNA region using eukaryote specific primers and 16S mtDNA region using primer specific for chordates and cephalopods with the appropriate indexes and adapters for sequencing. Blocking primers were used to avoid the amplification of predator DNA. The libraries were sequenced on a MiSeq (Illumina) instrument, generating 848,411 reads. The quality control and taxonomic assignment of the sequences was performed in silico through bioinformatic tools. The 16S mtDNA gene was the most informative in terms of taxonomic resolution. In the present study, 49 preys were identified, 14 of which were invertebrates, hagfish and elasmobranchs. By comparing the molecular analysis of solid residues with next generation sequencing 16 prey were common to both methods. The most important prey items of harbor seal in the 4 sites of study were Longfin sanddab (Citharichthys xanthostigma) and California lizardfish (Synodus lucioceps). The power of next generation DNA sequencing extends the trophic spectrum known for the harbor seal in Mexico. Metagenomics is a new approach for the study of the feeding ecology of key species in a highly productive and changing ecosystem, such as the California Current.

En la presente tesis, se determinaron los procesos electroquímicos del acero API 5L X60 al ser sometido en un ambiente denominado alcalino amargo característico de la unidad FCC en la refinación del petróleo, así como el efecto de inhibición de 3 moléculas base 1-metilimidazol sintetizados con tres aminas primarias de diferentes largos de cadena. La solución sintética se preparó con 35000 ppm NH3, 250 ppm CN- y una concentración de H2S tal que ajustara un pH de 8.5. La síntesis de las estructuras propuestas se llevó a cabo en un equipo convencional de química orgánica y los productos obtenidos después de su purificación fueron caracterizados mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). Los resultados mostraron la reacción de las aminas y el imidazol en un enlace Nitrógeno-Nitrógeno, en la posición 3 del 1- metilimidazol, proponiéndose una resonancia tipo Y para la estabilidad el enlace resultante. En cuanto a los protocolos de síntesis, la diferencia fundamental fue el tiempo de reacción, observándose una relación inversa en función del largo de cadena, siendo el más corto de 15 horas y el más largo de 50 horas. El mayor porcentaje de recuperación después de la destilación fue de 89.98%, asociado al producto de cadena más larga. Los resultados de velocidad de corrosión del acero al carbono API 5L X 60 expuesto en el medio alcalino-amargo utilizando una concentración de 50 y 25 ppm de la molécula con el mayor largo de cadena, mostraron una disminución de la Icorr, de 7.3446x10-4 A/cm2 (Icorr del blanco) a 4.52287.3446x10-6 y 6.1152 x10-6 A/cm2 respectivamente. Ambas dosificaciones con un 99% de eficiencia; dado que la concentración de 25 ppm presentó un mejor comportamiento, lo cual, indica una relación no lineal entre la dosificación y la eficiencia. La molécula con largo de cadena intermedio obtuvo una eficiencia del 99% con una dosificación de 50ppm; mientras que el producto con cadena más corta, no presenta resultados favorables en cuanto a inhibición en ninguna de las dosificaciones utilizadas.

Algunas especies de Ganoderma, principalmente G. lucidum se han utilizado en la medicina tradicional asiática por más de dos milenios, como tónico medicinal, tanto cuerpos fructíferos como micelio pulverizados. El consumo de este hongo se recomienda para tratar distintos padecimientos, entre estos el cáncer. Algunas especies del género sintetizan triterpenoides con actividad antiproliferativa. Ganoderma presenta una distribución cosmopolita, con registros en zonas templadas, tropicales y desérticas. La especie más estudiada y la única que se cultiva a nivel mundial es G. lucidum, no obstante existen más de 219 en el género y muchas de ellas aún no han sido estudiadas. En este trabajo se realizaron exploraciones a distintos puntos de Sonora, con el fin de aislar cepas de Ganoderma e identificarlas taxonómicamente. Se estudiaron ejemplares de ocho especies: G. applanatum, G. curtisii, G. lobatum, G. oerstedii, G. sessile, G. sessiliforme, G. subincrustatum y G. weberianum. Este es el primer reporte de G. lobatum y G. oerstedii en Sonora, y de G. sessile y G. weberianum en México. Además, se estudió la variabilidad morfológica de una cepa de G. subincrustatum, comparando basidiomas silvestres y cultivados. El estudio mostró que los caracteres propuestos para la delimitación de las especies del género (tipo de contexto e incrustaciones, forma de los elementos de la cutícula y esporas) son constantes entre los distintos ejemplares estudiados. También se evaluó la actividad antiproliferativa de extractos de dos fases de desarrollo (micelio dicariótico y cuerpos fructíferos) de aislados de G. subincrustatum y G. weberianum de Sonora, sobre distintas líneas celulares. Se encontró que los extractos de cuerpos fructíferos presentan mayor actividad que los de micelio. Mediante cromatografía en una columna con sílica se obtuvieron 26 sub-fracciones del extracto de cuerpos fructíferos de G. subincrustatum (escogido por su alta actividad), de las cuales las fracciones F7 y F15 presentaron actividad antiproliferativa en la línea A549 (IC50: 37.9 y 41.9 μg/mL, respectivamente). Sin embargo, el extracto completo tuvo mayor actividad (IC50

México posee grandes extensiones de terreno en cultivos, pero de las plantas únicamente se aprovecha el fruto. Dado que la celulosa es un material muy importante en el comercio global, la extracción de los residuos puede generar valor económico para los agricultores. La celulosa es un material abundante que se encuentra en la naturaleza y se puede obtener a partir de cualquier organismo vegetal. Es uno de los constituyentes de los residuos agrícolas del cultivo mexicano, como es el caso de estudio del zacate, agave lechuguilla, fibra de coco, así como del lirio acuático, que es considerado una plaga acuática. La celulosa cuando se encuentra en escala nanométrica por tratamientos químicos o físicos muestra propiedades extraordinarias que pueden utilizarse para crear materiales con características únicas. Se ha demostrado en investigaciones recientes, que al emplear fibras naturales de origen vegetal, como refuerzos de materiales poliméricos, se han logrado obtener resultados muy favorables en cuanto al mejoramiento de algunas propiedades mecánicas de los polímeros, desplazando a las fibras sintéticas, las fibras de vidrio o de carbono. En este trabajo, estudié la síntesis de nanocristales de celulosa a partir del lirio acuático, zacate, agave lechuguilla y coco, empleando hidrólisis ácida. En el análisis de TGA se identificó exceso de sales provenientes del pretramiento con NaOH, excepto en la fibra de agave lechuguilla. Se realizó análisis de rayos X a lirio acuático y se identificó celulosa característica. En las micrografías no se obtuvieron resultados a escalas nanométricas, si no micrométricas, debido a la aglomeración de sales con los nanocristales visibles en SEM y TEM. Sin embargo, el estudio de este trabajo ha servido como base para mejorar los procedimientos de obtención de nanocristales a partir de fibras naturales.

En este trabajo doctoral se presenta la síntesis química oxidativa de polianilina (PANI) en presencia de ácido glutámico (AG), utilizando persulfato de amonio (PSA) como agente oxidante. Se realizaron síntesis variando la relación molar de anilina:aminoácido:oxidante. Los productos de las diferentes reacciones se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), mediciones de conductividad eléctrica, espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS), espectroscopia de infrarrojo (FTIR), espectroscopia de absorción UV-vis y voltametría cíclica (VC). Se observó que la relación molar de anilina:aminoácido:oxidante usada en la síntesis determina la composición y conformación del polímero resultante, así como sus propiedades morfológicas, eléctricas y electroquímicas. La muestra obtenida de la relación 1:0.25:1 presentó una morfología fibrilar con diámetros micrométricos, encontrándose también estructuras con diámetros nanométricos; en ambos casos se observó una relación longitud-diámetro mayor que en el resto de las muestras. Se comprobó la incorporación del aminoácido en todas las muestras, así como especies iónicas que contienen azufre derivadas de la descomposición del PSA. Se observó que en la muestra 1:0.25:1, el AG interacciona con la PANI como co-dopante en presencia de aniones de especies de azufre. Lo anterior produjo una conformación extendida de las cadenas del polímero y un mecanismo redox definido, a diferencia del resto de las muestras en las que se observaron conformaciones compactas que dificultaron la transferencia de carga electrodo-polímero y/o la difusión de iones que acompaña a la oxidación-reducción durante los barridos de VC. Adicionalmente se realizaron estudios de adsorción/liberación de amoxicilina sobre las nanoestructuras de PANI, para lo cual, una dosis terapéutica del fármaco en solución acuosa se mezcló con la muestra 1:0.25:1 en suspensión. Los resultados mostraron que las fibras sintetizadas adsorben de manera eficiente alrededor del 80% del fármaco. Los perfiles de liberación de amoxicilina fueron analizados en función del pH, desde las fibras de PANI contenidas en membrana de celulosa en soluciones buffers, encontrándose que la liberación de amoxicilina puede ser controlada en función del pH del medio de liberación. XII Se prepararon hidrogeles compuestos mediante la incorporación in situ de las nanofibras de PANI cargadas con fármaco durante la polimerización y reticulación de acrilamida. Las imágenes por TEM de la sección transversal del hidrogel revelaron la formación de una red tridimensional de las nanofibras de PANI soportadas por la matriz aislante del hidrogel de poliacrilamida (PAAm). Se prepararon hidrogeles compuestos mediante la incorporación in situ de las nanofibras de PANI cargadas con fármaco durante la polimerización y reticulación de acrilamida. Las imágenes por TEM de la sección transversal del hidrogel revelaron la formación de una red tridimensional de las nanofibras de PANI soportadas por la matriz aislante del hidrogel de poliacrilamida (PAAm). Se estudió la liberación in vitro del fármaco desde los hidrogeles compuestos de PAAm/PANI frente a soluciones buffer a diferente pH (5, 7 y 9) y temperatura (25 y 37°C), usando agitación orbital. Se obtuvó una mayor liberación en el equilibrio a pH de 9 y temperatura de 37°C, lo que se atribuyó al proceso de desdopaje del polímero electroconductor, que ocasiona la salida del AG que puede estar interaccionando con el fármaco, así como a la mejor difusión de la amoxicilina desde el hidrogel al medio de liberación por efecto de una mayor temperatura. Se realizaron estudios de liberación in vitro del antibiótico desde los hidrogeles compuestos de PAAm/PANI frente a soluciones de pH neutro, usando potenciales eléctricos de 3, 4 y 5 V. Los resultados mostraron que la amoxicilina se libera (o retiene) en respuesta de la aplicación (o eliminación) del estímulo eléctrico catódico. La cinética de liberación “ON/OFF” del fármaco se asoció al cambio de la carga neta global de la PANI tras su reducción electroquímica y la contracción de su volumen, lo que sinérgicamente condujo a la liberación del antibiótico unido de forma no covalente. Por último, considerando el potencial mostrado por los hidrogeles compuestos de PAAm/PANI para la liberación controlada de fármacos, se realizó un estudio para evaluar su citotoxicidad frente a células de tejido subcutáneo normal de ratón. Las células fueron expuestas a diferentes concentraciones de un medio de cultivo que estuvo en contacto con los hidrogeles. Los resultados mostraron una viabilidad celular superior al 80% lo cual se ajusta al criterio de ausencia de citotoxicidad, según la norma ISO 10993-5.

Los materiales multiferroicos por naturaleza exhiben dos o más propiedades ferroícas; tales como: ferroelectricidad, ferromagnetismo, ferroelasticidad y ferrotoroidicidad (aún en investigación y debate). Los materiales ferroeléctricos y ferromagnéticos pueden ser utilizados en el almacenamiento de datos debido a sus propiedades eléctricas y magnéticas. Existe un gran número de materiales multiferroicos, sin embargo, son pocos los que exhiben ferroelectricidad y ferromagnetismo en la misma estructura cristalina. Estos materiales monofásicos son difíciles de obtener tanto en bulto (cerámica) como en forma de película delgada. Uno de estos materiales monofásicos, que está en estudio y debate, es la ferrita de bismuto (BiFeO3). Un material con una estructura tipo perovskita (ABO3). Esta solución solida es interesante porque presenta ferroelectricidad y ferromagnetismo a temperatura ambiente. Por lo tanto, estas propiedades la postulan como un excelente candidato para aplicaciones electrónicas e incluso en el reciente campo de la espintrónica. A partir de este hecho, el presente trabajo de investigación doctoral se enfocó en la síntesis y caracterización de BiFeO3 dopado en la fase bulto, así como la elaboración de películas delgadas dopadas de BiFeO3. Los dopantes utilizados fueron bario, el cual sustituyo el sitio A de perovskita y beneficia la ruptura de la cicloide magnética de este material, promoviendo la parte magnética; se utilizó el níquel y el cobalto, sustituyendo el catión B de la perovskita. Para lograr obtener películas delgadas de alta calidad se prepararon blancos (cerámicas de 1 pulgada) a partir de nitratos. La técnica de síntesis para la parte en bulto se llevó a cabo por la técnica de sol-gel, en especial el método Pechini, el cual fue modificado para lograr obtener diferentes composiciones de ferrita de bismuto. Este método fue modificado de tal manera que se utilizaron en total cinco metodologías diferentes denominándolas: Síntesis por Sol-Gel Asistido por Ácido Cítrico, Método Etilenglicol, Método Sol-Gel Asistido por Acido Tartárico, Método Alcohol Polivinílico-Etilenglicol y Método Sol-Gel con EDTA como Complejante. Se trabajaron dos series en la parte del bulto, la serie bario, y la serie bario-cobalto. Utilizando los cinco metodos mencionados en la serie bario, cuatro mostraron una fase pura de ferrita de bismuto dopada con bario con una estructura rhombohedral con diferentes grados de simetría dependiendo del método utilizado. Se rea El crecimiento de las películas delgadas de BiFeO3 se realizó mediante el método de erosión catódica usando una fuente de radio frecuencia, o mejor conocido como “sputtering.” Existen varios trabajos de crecimiento de películas delgadas, sin embargo, no son claros y en algunos casos contradictorios, por lo tanto, en la presente propuesta doctoral se variaron diferentes parámetros durante y pos-crecimiento de las películas delgadas, tales como presiones parciales, temperaturas y tiempos de cristalización, con el objetivo de estudiar su reactividad en la nucleación y crecimiento de las películas delgadas de BiFeO3 dopadas con metales alcalinotérreos y de transición, tales como Bario, Cobalto y Níquel. Los resultados de estas películas dieron que en su mayoría estas tenían una respuesta eléctrica la cual se logró observar claramente mediante la técnica de Piezorespuesta de Fuerza atómica resonante (AFM-PFM). Los análisis de rayos-x mostraron que las películas poseían una estructura pseudocubica, pero estas debían de tener un cierto grado de fase rhombohedral, ya que la ferroelectricidad no se daría si este material no fuera no-centrosimétrico. Se midieron lazos de histéresis magnéticos, y se analizó la microestructura de la superficie y la sección transversal por microscopia electrónica. El propósito de este trabajo fue el de encontrar y mejorar las propiedades multiferroicas de la ferrita de bismuto dopada tanto en su fase bulto como película delgada.

Este trabajo describe la síntesis, caracterización microestructural y resistividad eléctrica (ρ) obtenidas en sistemas Au/Cu/Si. Bicapas Au/Cu fueron depositadas por la técnica de evaporación térmica con espesores de 50 a 250 nm en sustratos SiOx/Si (100) . La concentración atómica de Au: Cu de las muestras fueron de 25:75 y 50:50 at.% respectivamente. Las bicapas fueron recocidas en un horno de vacío con atmósfera de argón a 380 y 415 ºC respectivamente por una hora y un enfriamiento lento. Las estructuras cristalinas de las aleaciones AuCu y CuSi fueron confirmados por análisis de difracción de rayos x. Microscopía electrónica de barrido (MEB), microscopía electrónica de transmisión (MET), microscopía de fuerza atómica (MFA), y espectroscopia de energía dispersiva (EDE) se utilizaron para estudiar la morfología, espesor final y la concentración atómica de las aleaciones formadas. La técnica de cuatro puntas colineales se utilizó para medir la resistividad eléctrica (ρ) en las aleaciones en función del espesor. El valor ρ se midió y se comparó con los modelos teóricos de Mayadas-Shatzkes (M-S) y Fuchs-Sondheimer (F-S). Los resultados muestran valores de resistividad eléctrica menores a los reportados a sistemas de AuCu reportados en la literatura.

Quorum sensing (QS) es un mecanismo de comunicación bacteriano para regular la expresión génica en respuesta a la densidad celular, a través de moléculas de señalización y proteínas receptoras. En este trabajo se estudió el reconocimiento molecular del receptor de QS NprR con su péptido de señalización NprRB y con el regulador de respuesta Spo0F que participa en la regulación del inicio de la esporulación, todos codificados en el genoma de Bacillus thuringiensis (Bt). Primeramente, se produjo la proteína NprR recombinante utilizando Escherichia coli como sistema de expresión heterólogo. Para lograr el plegamiento y funcionalidad de NprR fue necesario co-expresar las chaperonas DnaK-DnaJ-GrpE y GroEL-GroES. Además, se optimizaron las condiciones de proceso para la producción de NprR utilizando un cultivo en lote alimentado, incrementando 98 veces el rendimiento de NprR con respecto al obtenido en matraz agitado. Se estudió la interacción entre NprR y distintos péptidos de señalización (NprRB) putativos y se encontró que SSKPDIVG, SKPDIVG y SSKPDIV se unieron a NprR con constantes de disociación de 7.19 nM, 28.20 nM y 70.92 nM respectivamente, determinadas por calorimetría de titulación isotérmica; además por espectroscopía de fluorescencia se demostró que la unión del péptido indujo cambios conformacionales en NprR y se observó cooperatividad positiva para la unión del péptido a la proteína. Nuestros resultados indican que el mecanismo de reconocimiento NprR-NprRB se da a través de un proceso de selección conformacional. Un hallazgo importante del presente trabajo fue que en función de las concentraciones de péptido presentes, diferentes holo-formas del complejo proteína-péptido pueden co-existir. Esto sugiere que la concentración de NprRB es un factor importante para las funciones de NprR. Palabras clave: receptor bifuncional NprR, péptido de señalización NprRB, quorum-sensing, reconocimiento molecular, regulador de respuesta Spo0F, phosphorelay.

"En los últimos años se ha demostrado que la actividad proteolítica de las bacterias ácido lácticas (BAL) que intervienen en la fermentación de la leche, contribuye a la generación de péptidos potencialmente antihipertensivos (PPA). Dicha actividad proteolítica es específica de cada tipo de BAL, por lo que la capacidad de producir PPA es cepa dependiente. La actividad antihipertensiva de éstos péptidos ha sido asociada principalmente a su capacidad de inhibir la enzima convertidora de angiotensina (ECA), enzima que juega un papel fundamental en la regulación de la presión arterial. Sin embargo, recientes investigaciones han evaluado la actividad inhibidora de la ECA de fracciones peptídicas ante condiciones del sistema gastrointestinal y con ello poder predecir si podrán conservar su efecto a nivel fisiológico. Por lo anterior, el objetivo d esta investigación fue determinar la actividad inhibidora de la ECA de extractos acuosos (< 3 kDa) obtenidos a partir de leches fermentadas con cepas de Lactococcus lactis (R1, Q2, Q3 y Q5), y evaluar dicha actividad ante la exposición a enzimas gastrointestinales en un modelo in vitro. Los resultados mostraron que la actividad inhibidora de la ECA en extractos acuosos (0.05) diferentes. Por otro lado, los extractos acuosos (< 3 kDa) que presentaron valores de IC50 menores a 21 μg/mL aún después de la simulación gastrointestinal correspondieron a las cepas Q2 y Q3. Por lo anterior, las leches fermentadas por estas dos cepas podrían presentar actividad inhibidora de la ECA a nivel fisiológico y ejercer un efecto antihipertensivo en un modelo in vivo. Palabras clave: ECA, hipertensión, leche fermentada, Lactococcus lactis, proteólisis, estabilidad gastrointestinal."

"En México la NOM-158-SCFI-2003 especifica la denominación y clasificación para el jamón que se produce y/o comercializa dentro del territorio nacional. La NOM establece una técnica para la detección de especie cárnica basado en el método de ELISA pero carece de una para la cuantificación de las proporciones de cerdo y pavo en los jamones. La reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR), ha sido ampliamente utilizada para la identificación y cuantificación de ADN de especies en alimentos que son sometidos a tratamientos térmicos, coadyuvando así a evitar prácticas de adulteración. Sin embargo, aún no se cuentan con un protocolo basado en esta técnica, que se utilice para la identificación y cuantificación simultanea de cerdo y pavo en jamones. El objetivo de la presente investigación fue desarrollar un protocolo qPCR como propuesta a utilizarse en la verificación del cumplimiento de la NOM-158-SCFI-2003. La concentración adecuada para cebadores y sondas específicos fue determinada para cada especie (900 nM y 250 nM, respectivamente) obteniéndose una eficiente amplificación simultánea de ADN de cerdo y pavo en una misma reacción mediante qPCR. El rango de eficiencia en amplificación obtenido mediante la construcción de una curva estándar dúplex fue del 90 al 110%. Además, mediante las condiciones establecidas, se logró identificar y cuantificar simultáneamente la presencia de ambas especies en mezclas cárnicas sometidas a tratamiento térmico de 72 °C/10 min (jamones modelo) y en jamones comerciales. El límite de detección (25 pg de ADN para cerdo y 2.5 ng de ADN para pavo), límite de cuantificación (250 pg de ADN para ambas especies) y la validación del sistema qPCR fueron determinados".