Doctorado en Química

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Evaluación de nuevos materiales basados en óxido de grafeno en el mejoramiento del factor de recobro de petróleo crudo colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2024-10-28) Gómez Delgado, Jimena Lizeth; Mejía Ospino, Enrique; Carrillo, Luis Felipe; Idrobo, Eduardo Alejandro; Baldovino, Víctor Gabriel; León Bermúdez, Adan Yovani; Molina, Daniel Ricardo; Blanco Tirado, Cristian
La humectabilidad de los minerales presentes en un yacimiento es una propiedad determinante para los porcentajes de recobro de crudo. Una de las estrategias propuestas para incrementar el recobro de crudo se basa en la alteración de la humectabilidad de las rocas de los yacimientos petrolíferos. En este estudio, se evaluó la alteración de la humectabilidad de una roca arenisca de un yacimiento de crudo pesado debido a la adsorción de óxido de grafeno (GO). Se determinó el efecto de la concentración de GO, salinidad y pH sobre la tensión interfacial y el ángulo de contacto. Los resultados muestran que la adsorción del GO induce cambios importantes en la humectabilidad de la roca. Para concentraciones altas de GO y salinidades bajas, el pH demostró ser un factor determinante en la alteración de la mojabilidad. Bajo ciertas condiciones, la mojabilidad de la roca pasó de ser altamente oleofílica (150°) a una mojabilidad intermedia (90°). Para corroborar el cambio en la humectabilidad, se realizaron pruebas de Amott-Harvey, las cuales confirmaron el cambio en la humectabilidad de la roca a condiciones intermedias. La salmuera de formación y crudo se sometieron a pruebas de compatibilidad fluido-fluido. Estas evaluaciones confirmaron una compatibilidad favorable con la formulación de 0.9 wt% de GO, 900 ppm de Salinidad y pH 8. Las pruebas de coreflooding en los núcleos de arenisca demostraron un aumento del 7% en el factor de recobro con el nanofluido de óxido de grafeno en comparación con un desplazamiento por inyección de agua convencional.
Desarrollo de materiales funcionales a partir de biomasa residual de palma de aceite para el mejoramiento de efluentes de la industria palmera
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-21) Martínez-Ramírez, Andrea Paola; Combariza Montañez, Marianny Yajaira; Blanco Tirado, Cristian; García Núñez, Jesús Alberto; Castillo Monroy, Édgar Fernando; Mejía Ospino, Enrique; Martínez Ortega, Fernando; Méndez Sánchez, Stelia Carolina
El procesamiento del fruto de palma aceitera genera una variedad de residuos sólidos y líquidos, incluyendo fibras de raquis, mesocarpio, almendra, cascarilla, y un efluente conocido como POME (Palm Oil Mill Effluent). El raquis o tusa vacía (EFB por sus siglas en inglés Empty Fruit Bunch) es la biomasa residual más abundante del cultivo de palma y se compone principalmente de celulosa, lignina y hemicelulosa. En Colombia se producen alrededor de setenta y nueve mil de toneladas por año. Este estudio se centró en investigar el potencial de las fibras de EFB para la síntesis de materiales funcionales que incorporen biopolímeros derivados de esta biomasa para el tratamiento de aguas residuales de la industria de aceite de palma. En Colombia se cultivan principalmente dos tipos de variedades de palma Elaeis guineensis (E.G) y el híbrido interespecífico Elaeis guineensis × Elaeis oleifera (O×G). La primera parte del estudio se centró en determinar las características composicionales de esta biomasa en términos de partes del racimo (tallo y espiguillas), proceso de esterilización y cultivar. Posteriormente se exploró el aislamiento de nanocelulosa a través de procesos químico-mecánicos. Se investigó el impacto de diferentes parámetros de reacción en la funcionalidad del material. Considerando que las fibras de raquis son abundantes y contienen biopolímeros como la celulosa, estas pueden servir como matrices para depositar óxidos metálicos con actividad catalítica en la oxidación de contaminantes orgánicos. Por lo tanto, se investigó la síntesis de un material biocompuesto (fibras de raquis-óxido metálico) con potenciales aplicaciones en procesos de oxidación avanzada para la eliminación del color del POME. Además, se investigó el uso de recubrimientos de nanocelulosa para incrementar la estabilidad del material biocompuesto y mejorar su desempeño en términos de ciclo de reúso del material. Finalmente, se determinaron los parámetros cinéticos y termodinámicos de la remoción del color en el POME mediante la oxidación Fenton heterogénea con catalizadores de raquis/magnetita.
Estudio del potencial sintético de 2’-amino-3-arilprop-2-en-1-onas en la construcción de nuevos híbridos moleculares quinolina–pirido[2,3– d]pirimidin–2,4–diona, benzo[f]pirazolo[5,1–a][2,7]naftiridina y 4–estirilquinazolinas. Síntesis, caracterización y evaluación de la actividad antiproliferativa y antichagásica
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-31) Rodríguez Ibáñez, Diego Fernando; Palma Rodríguez, Alirio; Cobo Domingo, Justo; Urbina González, Juan Manuel; Cuervo Pardo, Paola Andrea; Saitz Barria, Claudio; Pinzón Joya, Julio Roberto; Hidalgo Bucheli, William Fernando
La presente Tesis Doctoral se centra en la síntesis éxitosa de cuatro familias nuevas de híbridos moleculares 4-7 que conjugan los sistemas privilegiados de la quinolina, pirimidina, pirazol, pirido[2,3-d]pirimidina y 4-estirilquinazolinas a partir de los precursores estratégicos, las 2’-aminochalconas 1 y quinolinilchalconas 3, la descripción, por primera vez de sus propiedades espectroscópicas, fisicoquímicas y sus perfiles de actividad antiproliferativa y antichagásica, datos que se correlacionan con la predicción in silico de las propiedades fisicoquímicas relacionadas a las reglas de Lipinski y farmacocinéticas pronosticadas por la plataformas en línea SwissADME y PreADME. De los resultados de actividad biológica obtenidos se encontró que, la transformación de 3 en los híbridos 4-5 no potenció su actividad antiproliferativa, por el contrario la disminuyó, por otro lado, la construcción de las 4-estirilquinazolinas 6-7 sí condujo a compuestos con actividad antiproliferativa muy destacada, siendo dos de los 25 compuestos sintetizados, los más activos de las series y que por sus notables actividades se consideraron como compuestos líderes para el desarrollo de agentes antiproliferativos. En lo relacionado con la actividad antichagásica, se identificaron los compuestos 3a y 5m como los más activos que se sintetizaron, aunque presentaron valores de IC50 superiores a los fármacos de control NFX y BZN. Todos estos resultados sugieren que las metodologías sintéticas desarrolladas por primera vez constituyen un aporte a las químicas heterocíclica y medicinal en las que se accede a compuestos con un perfil prometedor para ser utilizados en el desarrollo de candidatos a fármacos.
Desarrollo de un biosensor óptico a partir de sistemas metálicos nanoestructurados para la detección in vitro de leishmaniasis
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Prada Vargas, Yuly Andrea; Mejía Ospino, Enrique; Castillo León, John Jairo; Cabanzo Hernández, Rafael
Estudios recientes han demostrado que la nanoestructura de oro de tamaño subnanométrico (0,52 nm) exhibe propiedades fotoluminiscentes resultantes del confinamiento cuántico de electrones distribuidos en superficies. Estas propiedades son el resultado de finas agregaciones de átomos de oro protegidos con biomoléculas como proteínas, cadenas de ADN y péptidos ricos en residuos de cisteína. Curiosamente, diseñamos péptidos homólogos al dominio conservador de lectinas, que puede reconocer glicoconjugados de Leishmania. Los péptidos se sintetizaron mediante síntesis en fase sólida múltiple utilizando la metodología del grupo fmoc en medio ácido. Finalmente, el péptido se purificó mediante HPLC. La masa molecular de este péptido fue confirmada por MALDITOF y para verificar la estructura hélice usamos dicroísmo circular. En este trabajo, describimos un método de sonicación fácil y rápido para la síntesis de AuNC con 3.0 nm de tamaño hidrodinámico y fotoemisión a 635 nm utilizando el péptido sintético PepHLec2854 como plantilla. Las interacciones entre el péptido y los nanoclusters de oro se confirmaron
Síntesis y caracterización de óxido de grafeno funcionalizado para la remediación de aguas de producción de la industria petrolera
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Contreras Ortiz, Silvia Nathalia; Mejía Ospino, Enrique; Cabanzo Hernández, Rafael
Las nanohojuelas de óxido de grafeno (graphene oxide, GO) han sido probadas experimentalmente como un rompedor eficiente, rápido y universal de emulsiones de crudo en agua. La funcionalización de óxido de grafeno por adición de alquilaminas es bien conocida por incrementar la afinidad del GO frente a solventes orgánicos. En este trabajo, se presenta una variedad de materiales derivados del GO de naturaleza anfipática propuestos como una alternativa para acelerar la desestabilización de emulsiones de crudo en agua. Se hace una descripción detallada del procedimiento de síntesis, siguiendo el método de Hummers modificado por Marcano, y se complementa con la correspondiente caracterización de los materiales mediante las técnicas analíticas de: espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, difracción de rayos X (XRD), dispersión de rayos X en ángulo pequeño (SAXS) y evaluación de hidrofilicidad por medición de ángulo de contacto. El efecto como rompedor de emulsiones de crudo en agua del material sintetizado fue probado en emulsiones preparadas en condiciones de laboratorio con crudo colombiano en diferente relación de fase con agua y, adicionalmente, con emulsiones estables provenientes de la operación petrolera de campos colombianos. La evaluación como demulsificante muestra que el óxido de grafeno modificado con aminas puede separar las emulsiones de crudo en agua en un corto intervalo de tiempo. Esta evaluación fue desarrollada usando la prueba de botellas y cuantificado por espectroscopia UVVis para medir la concentración final de crudo en la emulsión después del tratamiento con el óxido de grafeno funcionalizado.
Preparación de nuevos híbridos triazol-(hidroxi)quinolinas como posibles agentes antifúngicos e insecticidas
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Luna Parada, Luz Karime; Kouznetsov, Vladimir Valentinovich
Basándose en la táctica de hibridación molecular y el potencial de reacciones de cicloadición 1,3dipolar tipo química clic se prepararon y caracterizaron dos tipos híbridos moleculares: híbridos hidroxiquinolintriazoles conjugados basados en la estructura de la 8hidroxiquinolina e híbridos quinolintriazoles fusionados, derivados del fragmento 7cloroquinolin4ilo proveniente de la 2,7dicloroquinolina. Su preparación se basó en el protocolo de SharplessFokin usando el sulfato de cobre (II) pentahidrato y ácido ascórbico (ascorbato de sodio) en una mezcla de disolventes, agua y alcoholes. La realización de la prospección biológica (actividad antifúngica e insecticida) de nuevos híbridos obtenidos arrojó los nuevos resultados interesantes sobre las propiedades inhibitorias del crecimiento de los hongos de los géneros Candida y Fusarium y de las larvas del gusano cogollero (Spodoptera frugiperda). Los resultados de la actividad antifúngica in vitro de los híbridos conjugados indicaron que algunas moléculas muestran fuerte actividad fungicida con CIM entre 7,8 y 62,5 µg/mL y CFM entre 15,6 y 125 µg/mL. Las propiedades insecticidas (LD50 327,1996,9 g/larva) de los híbridos fusionados se examinaron realizando bioensayos por aplicación tópica de los compuestos sobre larvas de peso promedio 500 ± 50 mg. El análisis de la actividad antialimentaria de los derivados reveló que las CE50 estuvieron en el rango de 316,0 hasta 630,1 µg/mL. En conclusión, la simplicidad y la eficacia del procedimiento sintético empleado para la generación de los dos tipos de híbridos quinolintriazólicos no solo permitieron su preparación a gran escala sino su evaluación tanto in vitro e in vivo sobre diferentes modelos de hongos e insectos abriendo un camino para el desarrollo de nuevos modelos de moléculas con actividad antifúngica y/o insecticida que puedan ser útiles para combatir los hongos y/o insectos que atacan a la palma aceite y al cultivo de maíz.
Variación en el contenido de alcaloides pirrolizidínicos y compuestos orgánicos volátiles en crotalaria spp. (fabaceae) inducidos por herbívora con utetheisa ornatrix (lepidóptera)
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Prada Chaparro, Fausto; Stashenko, Elena E.; Martínez Morales, Jairo René
Las plantas sintetizan metabolitos secundarios para su supervivencia en diferentes ecosistemas, reaccionar al ambiente e interaccionar con los organismos circundantes. Los mecanismos que usan las plantas para defenderse de los herbívoros tienen potencial como herramientas de control de plagas en cultivos comerciales, reducir la utilización de pesticidas tóxicos y proveer una agricultura sostenible y amigable con el ambiente. No obstante, estas interacciones son muy complejas y aún se desconocen las funciones que cumplen muchos de estos compuestos. En la presente investigación se evaluó el rol que juegan los alcaloides pirrolizidínicos (PA) y los compuestos orgánicos volátiles inducidos por herbivoría (HIPV) en la interacción entre plantas del género Crotalaria y las polillas Utetheisa ornatrix. Los PA se extrajeron y analizaron por dispersión de la matriz en fase sólida (MSPD) y LC-MS (Orbitrap), respectivamente, mientras que los HIPV se extrajeron usando SPME o en un sistema de purga y trampa (P&T) y se analizaron por GC-MS. Se detectaron 52 PA por LC-MS, 45 en plantas de C. retusa, C. pallida, C. spectabilis, C. incana, C. maypurensis, C. nitens y siete adicionales en U. ornatrix. Los PA presentes en hojas o semillas de algunas especies de Crotalaria se acumularon en las orugas U. ornatrix, se transformaron y transfirieron durante todas las etapas de la vida del insecto. Se identificaron nueve PA no reportados previamente en literatura, siete en plantas de Crotalaria y dos biosintetizados por las polillas U. ornatrix. El insecto utilizó los PA como defensa química contra sus depredadores. Las plantas de C. nitens emitieron 21 volátiles en respuesta al ataque de las orugas U. ornatrix. La mezcla de HIPV repelió las polillas U. ornatrix, evitando su oviposición en plantas de C. nitens previamente atacadas. Muchos de los volátiles emitidos por C. nitens han mostrado funciones ecológicas que pueden aprovecharse como estrategia de control biológico de insectos herbívoros.
Estudio de anomalías bioquímicas asociadas a cáncer de cuello uterino que se pueden detectar por espectroscopia de impedancia eléctrica
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Pinto Bohórquez, Sandra Milena; Miranda Mercado, David Alejandro; Méndez Sánchez, Stelia Carolina
Mejorar los programas de prevención de cáncer de cuello uterino es una necesidad que se ve reflejada en las altas tasas de incidencia y mortalidad asociadas a esta enfermedad. El cáncer de cuello uterino se caracteriza por desarrollarse lentamente, sin embargo, no suele presentar síntomas en sus etapas tempranas, dificultando su diagnóstico oportuno. La detección temprana de esta enfermedad juega un papel importante en el éxito de su tratamiento y por tanto es clave para mejorar las tasas de supervivencia en pacientes. Con el fin de contribuir al mejoramiento de la detección temprana del cáncer cervical, en esta investigación se propuso estudiar las anomalías bioquímicas que afectan las propiedades eléctricas de las células cervicales en su proceso de transformación maligna. Para esto, se midió el espectro de impedancia eléctrica (eIE) de 36 muestras de células cervicales en suspensión, las cuales fueron clasificadas con diferentes patologías: normales, normales con infecciones, ASCUS y HSIL de acuerdo con el resultado del test de Papanicolaou. Los espectros obtenidos fueron analizados por medio de gráficos de radar, dando lugar a una forma y área diferente en cada grupo de clasificación. Adicionalmente, se presentan unos medios electrolíticos que modelan anomalías presentes en células cervicales. Los resultados encontrados en este estudio sugieren, que la forma del eIE de células cervicales en suspensión, permite diferenciar anomalías encontradas en células normales con infecciones, neoplasias o incluso cáncer cervical. .
Rol de la entropía en la enantioselectividad de la acilación del propranolol catalizada por lipasa b de cándida antárctica
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Barrera Valderrama, Daniel Iván; Daza Espinosa, Martha Cecilia; Oliver Doerr, Markus Hans
La lipasa B de Candida antarctica cataliza la O-acilación del (R,S) -propranolol usando tolueno como solvente. Esta lipasa muestra enantioselectividad moderada (E = 61-63) y quimioselectividad exclusiva que favorece la formación más rápida de R-O-acetil-propranolol. La reacción implica dos pasos. El primer paso conduce a la formación de una acil-enzima reactiva (acilación). El segundo paso (desacilación) conduce a la formación de (R,S) -acil-propranolol. La quimio y enantioselectividad se origina en el paso de desacilación. La comprensión de la enantioselectividad experimental se ha centrado en el paso de desacilación mediante protocolos combinados de acoplamiento y dinámica molecular. Los resultados mostraron que se favorece la transformación de (R)-propranolol. En esta tesis se estudió el papel de la entropía en la enantioselectividad de la acilación del propranolol catalizada por la lipasa B de Candida antarctica mediante un enfoque computacional. El espacio de configuración se analizó a lo largo de la reacción de desacilación (MCC → TI → EPC) utilizando métodos QM / MM y QM / MM-MD, incluyendo el enfoque de Conformación de Ataque Cercano (NAC). Los NAC es un subgrupo de los MCC que se asemejan al estado de transición. Los resultados muestran que el enfoque de NAC es una herramienta para comprender el espacio de configuración durante la conversión de MCC a TI; sin embargo, no permiten concluir sobre la enantioselectividad de la reacción en este caso. Los valores de la barrera de energía libre oscilan entre 9,7 y 13,4 kcal / mol para el (R) -propranolol y entre 9,3 y 14,9 kcal / mol para (S) -propranolol y confirma que el intermediario tetraédrico no es una buena representación de los estados de transición. La superposición del potencial de fuerza media (PMF) y la superficie de energía potencial (PES) dio información sobre el efecto de temperatura finita (f.t.e = PMF - PES). El papel de la entropía en la O-acilación del propranolol catalizado por CalB es aumentar la energía de la TI-2. Finalmente, los resultados computacionales obtenidos aquí contribuyen a una mejor comprensión del papel de la entropía en la enantioselectividad de la acilación de propranolol catalizada por la lipasa B de Candida antarctica.
Evaluación de la actividad anticancerígena de nuevos híbridos moleculares de tetrahidroquinolina/isoxazolina y derivados indeno[2,1c] quinolínicos, y determinación del modo de acción de algunos híbridos moleculares en células de melanoma murino
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Vesga Gamboa, Luis Carlos; Méndez Sánchez, Stelia Carolina; Romero Bohórquez, Arnold Rafael
Debido al constante aumento en los casos de incidencia del cáncer, así como el aumento a la resistencia generada a los fármacos convencionalmente empleados, surge la necesidad de identificar nuevos compuestos con actividad citotóxica que puedan ser empleados para el tratamiento de esta enfermedad. Esta necesidad de encontrar fármacos más efectivos motivó al desarrollo de esta tesis doctoral, que tuvo como objetivo general evaluar la actividad anticancerígena de una nueva familia de híbridos moleculares a partir de los farmacóforos tetrahidroquinolina e isoxazolina, así como una familia de compuestos indenoquinolínicos análogos al antitumoral TAS-103. De esta forma, inicialmente se evaluó el efecto citotóxico de 16 híbridos moleculares y 16 compuestos indenoquinolínicos sobre las líneas celulares de adenocarcinoma de pulmón (A549), hígado (Hep-G2), cérvix (HeLa), mama (MCF-7) y melanoma murino (B16F10), junto con la línea no cancerígena de riñón de mono verde africano (Vero), empleando los métodos de MTT y cristal violeta. Con base en los resultados obtenidos se seleccionaron los híbridos 3a, 3i, y 3m, quienes presentaron el mejor efecto citotóxico con CC50= 11,37, 21,95, y 25,59 μM, respectivamente, en la línea celular de melanoma murino B16F10. Adicionalmente, como criterio de selección también se tomó en cuenta el índice de selectividad (IS), es decir la relación del efecto citotóxico de los compuestos en una línea celular no cancerígena (Vero) frente a una línea celular cancerígena. Después, con el fin de conocer el modo de acción de estos híbridos, se evaluó el efecto en la inducción de procesos de muerte celular mediante citometría de flujo empleando Anexina-v y 7-AAD, así como la liberación de citocromo c como biomarcador para apoptosis mediada por la mitocondria. Adicionalmente, se evaluaron los daños en potencial de membrana, empleando rodamina 123, y el efecto de los híbridos sobre la actividad de algunas enzimas de la vía glucolítica y enzimas antioxidantes. Finalmente, para conocer el mecanismo de acción de los híbridos moleculares sobre la mitocondria, como blanco terapéutico, se evaluó su efecto sobre la bioenergética mitocondrial en mitocondrias aisladas de hígado de rata, así como en la respiración celular en las células B16F10 empleando técnicas polarográficas y espectrofotométricas. Los resultados obtenidos sugieren que los híbridos 3a, 3i, y 3m presentan actividad citotóxica en la línea de melanoma murino B16F10, después de 48 horas de tratamiento. Su actividad citotóxica induce procesos de muerte celular apoptótica, con liberación de citocromo c para el híbrido 3a. Además, el efecto citotóxico en B16F10 estaría relacionado al posible aumento en las especies reactivas de oxígeno, debido a la inhibición de ⁓52% y ⁓68% en la actividad de la catalasa para los híbridos 3a y 3m, respectivamente. Asimismo, el aumento en las especies reactivas de oxígeno puede ser consecuencia del bloqueo en el transporte de electrones desde el complejo I al complejo III de la cadena respiratoria mitocondrial, representado en la disminución de la velocidad del consumo de oxígeno en estado 3 por el híbrido 3a (⁓42%, 1 μM), cuando la mitocondria es energizada con glutamato. Por otra parte, los híbridos moleculares disminuyen el flujo de sustratos a través de la vía glucolítica, inhibiendo enzimas importantes en la regulación de esta vía como lo son la hexoquinasa, enzima inhibida en ⁓30%, ⁓20% y ⁓45%, para los híbridos 3a, 3i, y 3m, respectivamente, y la enzima piruvato quinasa, inhibida por los híbridos 3a (⁓50%), 3i (⁓26%), y 3m (⁓40%). Finalmente, los resultados obtenidos corroboran la hipótesis de que los híbridos moleculares de tetrahidroquinolina/isoxazolina y los derivados de las Indeno[2,1-c]quinolinas presentan efectos citotóxicos promisorios y selectivos sobre algunas de las líneas celulares cancerígenas A549, Hep-G2, HeLa, MCF 7, o B16F10. Además, inducen procesos de muerte celular programada, inhibiendo rutas metabólicas involucradas en la proliferación celular o modulando las funciones de los complejos de la cadena respiratoria mitocondrial. Además, los resultados obtenidos indican que los híbridos de tetrahidroquinolina/isoxazolina podrían ser una buena alternativa al tratamiento del melanoma, gracias a su efecto citotóxico relacionado con la modulación de la bioenergética mitocondrial, inhibición de vías metabólicas y alteraciones en el sistema redox.
Desarrollo de materiales avanzados a partir de nanocelulosa de fique
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Ovalle Serrano, Sergio Andrés; Combariza Montañez, Marianny Yajaira; Blanco Tirado, Cristian
Las fibras de fique son extraídas de las hojas de Furcraea spp, representando un 5% en peso de sus hojas. Sin embargo, los subproductos, correspondientes a jugo, bagazo y estopa, representan el 95% restante y son considerados desechos. En este trabajo se estudiaron y reportaron, por primera vez, las propiedades espectroscópicas, microscópicas y térmicas de las fibras, estopa y bagazo de fique. Además, estos materiales se sometieron a un proceso de deslignificación con peróxido de hidrógeno alcalino para remover materiales amorfos (lignina y hemicelulosa). Los productos deslignficados también fueron estudiados en términos de composición química, estructura y morfología. La celulosa obtenida se usó para la extracción de nanofibras de celulosa (NFC) mediante una reacción de oxidación con TEMPO, asistida con ultrasonido, seguida de una desintegración mecánica, proceso aplicado por primera vez sobre la estopa de fique. Las NFC presentaron diámetros de 60-100 nm, densidad de carga superficial de 1.6 mmol COOH/g celulosa y alta estabilidad coloidal debido a un alto potencial (53 mV). Por otro lado, se investigó el efecto de la postoxidación de las NFC y su hidrofobización mediante reacción de amidación -. La alta densidad de carga superficial fue decisiva en el acoplamiento de largas cadenas alifáticas en la superficie de las NFC para formar el producto amidado. Se observó que entre más hidrofílico fuera el material de partida, más hidrofóbico sería el -con el medio ambiente para la preparación de hidro/aerogeles funcionales mediante la síntesis de nanopartículas de plata en suspensiones de NFC extraídas de estopa de fique, usando sólo agua como solvente. Los resultados mostraron que, a mayores concentraciones de sal precursora, mayor cantidad de nanopartículas de plata formadas y mayor estabilidad del hidrogel formado.
Improvement of photovotaic conversion efficiency by using cadmium chalcogenides quantum dot-sensitized boron doped tio2 nanotubes based electrodes
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Gualdrón Reyes, Andrés Fabian; Niño Gómez, Martha Eugenia; Meléndez Reyes, Ángel Manuel
El desempeño fotovoltaico de una celda solar depende principalmente de la colección de luz y el transporte de portadores a través del dispositivo. En este sentido, con el fin de mejorar la eficiencia de conversión de energía (PCE) en celdas solares sensibilizadas por puntos cuánticos (QDSSCs) convencionales, se prepararon fotoánodos basados en nanotubos de TiO2 tridopados con boro, nitrógeno y flúor (BNF-TNTs) y sensibilizados con puntos quánticos (QDs) de diferentes calcogenuros de cadmio como CdSe y heterouniones basadas en CdS/CdS1-xSex y Mn-CdS/Bi2S3. Mediante la caracterización fisicoquímica, foto(electro)química y fotovoltaica de estos materiales, se pudo observar que el dopaje con boro y la sensibilización con los calcogenuros generan un efecto sinérgico, lo que mejoró la absorción de fotones de baja energía, e incrementó el número de electrones transportados hacia el colector de corriente. Esto generó una alta fotocorriente en el dispositivo, lo que derivó en una PCE de 2.58 %. Factores importantes como (1) la mejora de la transferencia electrónica desde una cantidad adecuada de niveles energéticos Ti3+ hacia los calcogenuros, y (2) el balance entre el alineamiento de bordes de banda apropiado en la interfase BNF-TNTs/QDs y la habilidad de colección de luz por parte de los materiales compuestos, influenciaron directamente en el rendimiento fotovoltaico de las QDSSCs estudiadas. .
Desarrollo de biocompositos basados en poliuretano, fibras naturales y líquidos iónicos como materiales sostenibles para aplicaciones industriales
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Fernández Rojas, Marisol; Carreño Diaz, Luz Ángela; Oliveira Einloft, Sandra Mara
El desarrollo de nuevos materiales utilizando materia prima proveniente de fuentes renovables y más amigables con el medio ambiente, es de gran importancia para el desarrollo sostenible preservando el medio ambiente. En el presente trabajo de investigación se estudiaron dos tipos de biocompositos basados en poliuretano, el cual fue sintetizado a partir de aceite de ricino, una fuente renovable. Por una parte, se obtuvieron biocompositos de poliuretano reforzados con fibras naturales de fique y yute modificadas por medio de tratamientos químicos, lo cual mejoró la adhesión fibra-polímero y las propiedades mecánicas del poliuretano. Por otro lado, se soportaron líquidos iónicos en espumas macroporosas de poliuretano y se evaluó tanto la capacidad de captura de CO2 como la selectividad por el CO2 cuando se usa una mezcla CO2/CH4, se encontró que a mayor cantidad de líquido iónico menor capacidad de captura, pero mayor selectividad. Los materiales obtenidos fueron caracterizados por: espectroscopia infrarroja (FT-IR), resonancia magnética nuclear (RMN), difracción de rayos X (DRX), espectrometría de masas (MS), microscopia electrónica de barrido (SEM), microscopia de fuerza atómica (AFM), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), análisis termogravimétrico (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Para los biocompositos a base de PU y fibras naturales, además se realizaron ensayos de tracción, análisis dinámicomecánico (DMA), ángulo de contacto, absorción de humedad y degradación ambiental. En el caso de los biocompositos a base de PU y líquidos iónicos, se utilizó un sistema de sorción de doble celda para los ensayos de captura de CO2 y de selectividad en mezclas CO2/CH4, en los cuales la composición de la mezcla se determinó por cromatografía de gases.
Diseño y síntesis de a-aminonitrilos, análogos del alcaloide girgensohnina, como nuevos insecticidas: evaluación de su mecanismo de acción a nivel de inhibición de la ache y bioenergética mitocondrial sobre vectores de dengue y chagas
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Carreño Otero, Aurora Lisette; Kouznetsov, Vladimir Valentinovich; Duque Luna, Jonny Edward
A través de los años, la química orgánica se ha establecido como una poderosa ciencia experimental al brindar la posibilidad de acceder a un amplio número de sustancias de origen sintético y natural, las cuales han encontrado una amplia variedad de aplicaciones a nivel farmacéutico, biológico, bioquímico, industrial y agrícola, entre otras. Realizando una variación sobre la metodología reportada por Vargas y Kouznetsov, se usó el alcaloide girgensohnina como modelo natural en el diseño y generación de nuevas series de a-aminonitrilos mediante el uso de la reacción de Strecker catalizada por SSA entre benzaldehídos sustituidos, heterociclos nitrogenados y fuentes de cianuro. Los resultados de inhibición sobre la enzima acetilcolinesterasa de Electrophorus electricus y los de actividad insecticida in vivo determinados para las moléculas sintetizadas, llevaron a proponer a los sistemas generados como tácticas viables para abordar los problemas socio-económicos de salud pública como son el control de vectores. Se realizaron ensayos biológicos para evaluar su acción sobre diferentes estadios del mosquito A. aegypti y sobre los instares ninfales I y V de triatominos de R. prolixus encontrando valores de CL50 inferiores a 100 mg L-1. Para la determinación del mecanismo de acción de los compuestos sobre los vectores previamente citados, se evaluó la bioenergética mitocondrial en larvas y la actividad de las enzimas detoxificantes modificando la metodología existente para mosquitos adultos. En conclusión, las condiciones de química verde, la simplicidad y la eficacia del procedimiento sintético empleado para la generación de los a-aminonitrilos no solo permitieron su preparación a gran escala sino su evaluación tanto in vivo e in vitro sobre diferentes modelos de insectos contribuyendo con el estudio y elucidación de su mecanismo de acción.
Evaluación de la actividad citotóxica de compuestos orgánicos híbridos de tetrahidroquinolinas e isozaxoles en líneas tumorales y su mecanismo de acción
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Bueno Duarte, Yenny; Méndez Sánchez, Stelia Carolina; Romero Bohórquez, Arnold Rafael
Las tetrahidroquinolinas (THQ) e isozaxoles son heterociclos con diversas propiedades antibacteriales, antimifúngcas, antioxidantes, anticonvulsivos y antitumorales. Su importancia farmacológica ha llevado al grupo de investigación CODEIM a sintetizar híbridos de estos compuestos con el propósito de potenciar sus propiedades antitumorales. De esta forma fueron sintetizados 16 compuestos híbridos de THQ e isozaxoles y se determinó su viabilidad celular en cuatro líneas tumorales y una línea celular normal. Los híbridos 3a, 3e, 3j y 3k presentaron las mejores concentraciones citotóxicas en células tumorales de hígado (HepG2), el compuesto 3c fue el más citotóxico en células tumorales de cuello uterino (HeLa) y el compuesto 3j presentó la CC50 más baja en células tumorales de pulmón (A549). Posteriormente, fue evaluado el mecanismo de muerte celular de los compuestos más citotóxicos en cada línea celular, mediante diversas técnicas como citometría de flujo, medida intracelular de especies reactivas de oxígeno, lipoperoxidación de membrana, potencial de membrana mitocondrial, liberación de citocromo c y fragmentación de ADN. Los resultados obtenidos mostraron que el compuesto 3c inducía apoptosis en las células HeLa, el compuesto 3j inducía varios tipos de muerte celular como necrosis y autofagia en células A549 y el compuesto 3j inducía apoptosis y necrosis en células HepG2. Finamente, se escogieron los homólogos estructurales 3j-3a y 3k-3e para evaluar su efecto sobre la bioenergética mitocondrial en células HepG2 y mitocondrias aisladas de hígado de rata. Los resultados sugieren que el efecto citotóxico de los compuestos analizados está relacionado con el efecto inhibitorio sobre la cadena de transporte de electrones.
Diseño y síntesis de nuevos compuestos n-heterocíclicos fusionados y su bioprospección empleando el modelo del pez cebra en búsqueda de posibles agentes bioactivos
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Puerto Galvis, Carlos Eduardo; Kouznetsov, Vladimir Valentinovich
Reconociendo la importancia biológica de las cinamamidas, se recopiló información relacionada con algunos de estos derivados de origen natural en donde estuviera presente la función amida como unidad farmacóforica, identificando así la zantoxylamida y la armatamida. Tras la preparación de estos protoalcaloides y sus derivados, su utilidad sintética fue evaluada en la síntesis total de productos naturales de mayor complejidad estructural como lo son aquellos alcaloides isoquinolínicos aislados de la planta Dysoxylum lenticellare, reportando dos enfoques: primero, la síntesis concisa de estos derivados como mezclas racémicas, y segundo, empleando la reacción de Noyori para la obtención de tetrahidroisoquinolínas quirales, ampliando su diversidad estructural y explorando su actividad biológica. Para complementar el estudio de las reacciones empleadas durante la preparación de los alcaloides Dysoxylum, se implementó la transformación Bischler-Napieralski para la síntesis de alcaloides β-carbolínicos, en especial aquellos aislados de la planta Peganum harmala y que son conocidos como harminas. Tras realizar un estudio para la transformación de estos derivados en análogos al compuesto sintético JKA97, el cual ha demostrado ser un agente antitumoral efectivo, no fue posible alcanzar este objetivo, aunque durante este estudio se logró preparar con éxito las dihidroindolo[2,3-a]quinolizidinas como derivados de las harminas los cuales prometen abrir una nueva línea de investigación en química orgánica. Por último, se estandarizó el modelo in vivo del pez cebra para la evaluación biológica de las moléculas preparadas: alcaloides armatamida, tetrahidroisoquinolínicos y β-carbolínicos, determinando su toxicidad y estudiando los principales cambios morfológicos inducidos durante el desarrollo del pez cebra a través del análisis fenotípico. Enfoque y resultados que permitirán identificar en estudios superiores las posibles dianas biológicas que estén siendo perturbadas, además de realizar un cribado para seleccionar aquellas moléculas más promisorias para ser destinadas a bioensayos avanzados, contribuyendo al desarrollo de agentes con actividad cardiaca y antitumoral.
Desarrollo de nuevos péptidos sintéticos nanoestructurados con potencial actividad bactericida frente a pseudomonas Aeruginosa staphylococcus aureus resistente a meticilina y Escherichia coli o157:h7
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Cruz Laiton, Jenniffer; Ortiz López, Claudia Cristina; Guzmán Quimbayo, Fanny; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo
En este trabajo de investigación doctoral se diseñaron, sintetizaron y caracterizaron 18 nuevos péptidos con un amplio espectro de propiedades antibacterianas, utilizando la estrategia F-moc en bolsas de té. Los péptidos antimicrobianos (PAMs) se caracterizaron mediante espectrometría de masas Maldi-TOF y espectroscopía de dicroísmo circular (DC). Posteriormente, se determinó la actividad antibacteriana in vitro, frente cepas patógenas de Escherichia coli O157: H7 (E. coli O157: H7), Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) y Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM), utilizando el método de microdilución. Se demostró actividad bactericida para todos los PAMs frente al menos una de las cepas patógenas ensayadas. Los PAMs denominados GIBIM-P5S9K y GIBIM-P5F8W presentaron las mejores actividades antibacterianas, alcanzando una Concentración Mínima Inhibitoria (CMI99) en rangos de 0.5 a 25 µM, frente a las tres cepas. Posteriormente, el PAM GIBIM-P5S9K se encapsuló en nanopartículas (NPs) poliméricas de PLA y PLGA utilizando el método de doble emulsión difusión de solvente. Además, las NPs se caracterizaron mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Dispersión de luz en Modo Dinámico (DLS), Potencial Zeta y Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FT-IR). Las NPs mostraron forma esférica y tamaño promedio comprendido entre 160 y 330 nm. Por otra parte, se evaluó el efecto antibacteriano de las NPs cargadas con GIBIM-P5S9K, mediante la determinación de la CMI99; se determinó un valor de 75 y 25 M frente a SARM y P. aeruginosa, respectivamente. La encapsulación en el biopolímero no potenció la actividad antibacteriana, pero disminuyó el efecto citotóxico cinco veces menos y aumentó la estabilidad del péptido contra la acción de proteasas cuando se expuso en presencia de suero humano. Finalmente, la actividad antibacteriana exhibida por los péptidos libres y encapsulados contra las cepas patógenas, nos permiten considerar las NPs como una alternativa nueva y potencial para el desarrollo de nuevos agentes antimicrobianos
Evaluación de la actividad antifúngica y antibacteriana contra moniliophthora roreri (cif y par) y escherichia coli k12 de péptidos análogos al péptido ib-amp4 encapsulados en pellets de polivinil alcohol (PVA) y soportados sobre óxidos mesoporosos de Al(III)-Mg(II)
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Flórez Castillo, Johanna Marcela; Cano Calle, Herminsul de Jesús; Jobbágy, Matías
En este trabajo de investigación se sintetizaron, mediante síntesis en fase sólida, péptidos análogos al péptido antifúngico Ib-AMP4. En estos análogos, la carga y la hidrofobicidad del C-terminal fueron modificadas sustituyendo aminoácidos por residuos de arginina y triptófano. Adicionalmente, se reemplazaron los residuos de cisteína de la secuencia original por residuos de alanina (pétidos Ib-A) o metionina (péptidos Ib-M). Los péptidos sintetizados fueron purificados y caracterizados por RP-HPLC y espectrometría MALDI-TOF, respectivamente. La actividad antibacteriana contra Escherichia coli K-12 fue determinada utilizando los métodos de macrodilución y conteo de colonias por siembra puntual. Mientras que la actividad antifúngica contra Moniliophthora roreri (Cif & Par) se determinó cuantitativamente midiendo el diámetro de crecimiento micelial en placa y cualitativamente por observación del crecimiento micelial en caldo. Los resultados muestran que los péptidos sintetizados poseen una mayor actividad antimicrobiana que el péptido Ib-AMP4, con valores de concentración mínima inhibitoria (MIC) de 1 a 50 µM para E. coli y entre 1 a 100 µM para M. roreri. Los péptidos análogos Ib-M6 e Ib-A4, fueron encapsulados en pellets de polivinil alcohol. Estas matrices fueron preparadas utilizando el método ISISA. Este método de preparación permitió un control de la estructura por lo que fue posible obtener pellets con microcanales alienados de manera radial cuya estructura fue controlada por la concentración total de PVA. Adicionalmente, los péptidos Ib-M6 e Ib-A4 fueron soportados sobre óxidos mesoporosos de Al(III)-Mg(II), sintetizados utilizando P123 como agente director de la estructura. Estos óxidos presentan una distribución de tamaño de poro homogénea y un área superficial entre 42 y 146 m2/g. Los péptidos encapsulados en PVA y soportados sobre óxidos mesoporosos de Al(III)-Mg(II) no presentan disminución en su actividad antimicrobiana, lo que convierte a estos dos sistemas en buenos candidatos para la liberación de péptidos antimicrobianos como el Ib-A4 y el Ib-M6
Efecto de las propiedades fotoeléctricas de películas semiconductoras de óxidos mixtos de bi-nb-m-o (m = al, fe, ga, in) en la producción de hidrógeno por fotoelectrólisis de soluciones acuosas de fenol
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Ropero Vega, José Luis; Niño Gómez, Martha Eugenia; Pedraza Avella, Julio Andrés
En este trabajo de investigación se estudió la preparación, caracterización estructural, caracterización foto-electroquímica y evaluación fotoelectrolítica de películas semiconductoras de óxidos mixtos de Bi-Nb-M-O (M = Al, Fe, Ga, In), enfocadas en la oxidación de fenol y producción de hidrógeno simultáneamente. En trabajos previos realizados en nuestro grupo de investigación se había encontrado que estos materiales poseen propiedades de absorción de luz visible y fueron activos en la degradación fotocatalítica de naranja de metilo y en la producción de hidrógeno por fotoelectrólisis de soluciones cianuradas. Sin embargo, hasta el momento no había sido posible correlacionar las propiedades estructurales de las películas con su actividad, lo cual es necesario para comprender su funcionamiento y permitirá diseñar nuevos materiales semiconductores para este tipo de aplicaciones. Las películas fueron obtenidas a partir de soles precursores preparados mediante sol-gel y depositadas en láminas de acero inoxidable AISI/SAE 304 mediante la técnica dip-coating. Las propiedades estructurales de las películas fueron evaluadas mediante SEM-EDS, XPS y DRX, mientras que la caracterización fotoelectroquímica fue realizada mediante medidas de voltametría cíclica, voltametría lineal, potencial a circuito abierto y fotocorriente. Finalmente, la actividad de las películas fue evaluada en la fotoelectrólisis de soluciones acuosas de fenol con el fin de oxidar este compuesto y llevar a cabo la producción de hidrógeno de manera simultánea. Los resultados muestran que las películas poseen propiedades fotoelectroquímicas similares al óxido de bismuto (III) con variaciones debidas a la presencia de los diferentes metales (Nb, Al, Fe, Ga, In). Todas las películas exhiben actividad en la fotoelectrólisis de soluciones acuosas de fenol y la eficiencia está relacionada con una suma de efectos como la cantidad y tipo de óxidos presentes, el band-gap, las posiciones de las bandas de valencia y de conducción y las propiedades de transporte de carga. 1
Petroleomics of Colombian asphaltenes: high resolution mass spectrometry view of asphaltene adsorption, reactivity, occlusion and aggregation
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Chacón Patiño, Martha Liliana; Combariza Montañez, Marianny Yajaira; Gómez Escudero, Andrea; Blanco Tirado, Cristian
Los asfaltenos son considerados los componentes de menor valor agregado del petróleo, debido a que son los responsables directos de una serie de problemas operacionales a lo largo de toda la cadena de producción del crudo. Cambios mínimos en la composición química de la matriz petroquímica, así como cambios en condiciones de presión y temperatura, promueven la agregación de asfaltenos, lo cual resulta en la formación de depósitos, daño a la formación, obstrucción de sistemas de transporte y envenenamiento de catalizadores. En este sentido, la comprensión de la naturaleza molecular de los asfaltenos es fundamental para mejorar la producción y el procesamiento de petróleo pesado. Tres muestras de asfaltenos (ASTM D6560-12) fueron purificados por medio de cuatro ciclos de maceración-extracción Soxhlet con heptano, con el objetivo de extraer los compuestos malténicos ocluidos. Las muestras purificadas fueron fraccionadas de acuerdo al grado de adsorción en partículas de sílica, por medio de una elución secuencial con hexano, tolueno y diclorometanometanol. La caracterización molecular de las muestras de asfaltenos fue realizada en un espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de iones por transformada de Fourier, acoplado con fotoionización a presión atmosférica. Los estudios de agregación se realizaron con la herramienta Turbiscan Lab. El fraccionamiento de las muestras de asfaltenos produjo tres fracciones distintivas, caracterizadas por su grado de adsorción sobre las partículas de sílica. Se observaron fuertes correlaciones entre el nivel de adsorción en SiO2 y características moleculares como aromaticidad, impedimento estérico, contenido de N y O. En este documento se presenta evidencia que sugiere que las mismas características moleculares, y por consiguiente interacciones intermoleculares, que gobiernan los procesos de adsorción de asfaltenos en minerales, juegan papeles importantes en procesos de agregación en solución. Estos resultados sugieren sinergia de interacciones polares e interacciones tipo pi, en la formación de agregados de asfaltenos.

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