Evaluación de la interactividad del Plasma Atmosférico No-Equilibrado (APNP) sobre la viabilidad celular de fibroblastos murinos cultivados in vitro

El uso de plasmas para medicina es un campo innovativo y emergente que combina física de plasmas, ciencias de la vida y medicina clínica. En una perspectiva más general, la aplicación médica de la física de plasma puede ser subdividida en dos enfoques. (i) Uso indirecto del plasma o técnicas suplementarias del plasma para tratar superficies, materiales o dispositivos para realizar cualidades específicas para posteriores aplicaciones médicas especiales, y (ii) la aplicación de plasma en el cuerpo humano o animal para realizar efectos terapéuticos basados en la interacción directa del plasma con tejidos vivos. Esta actividad de fortalecimiento busca explorar esta nueva área de investigación en Latinoamérica. Mediante pruebas preliminares de laboratorio se busca evaluar el efecto de la interacción del plasma creado en un dispositivo de Plasma Atmosférico No-Equilibrado (APNP) sobre la viabilidad celular de un cultivo de fibroblastos murinos in vitro. Lo anterior responde a la visión de aplicar el plasma en el cuerpo humano o animal para realizar efectos terapéuticos basados en la interacción directa del plasma con tejidos vivos. Esta actividad de fortalecimiento une a dos grupos de investigación del TEC: el de plasma y el de ingeniería de tejidos. Estas pruebas preliminares de laboratorio permitirán definir la factibilidad de formular un proyecto de investigación en la línea de plasmas para medicina en nuestra institución.

En el campo de aplicaciones Biomédicas el Plasma se introduce por primera vez a la comunidad científica en la década de los 90s, a partir de entonces el trabajo sobre la interacción del plasma con las células de mamíferos para posibles aplicaciones en odontología, coagulación de la sangre, cicatrización de heridas y lucha contra algunos cáncer mediante muerte celular programada ha tomado relevancia creando un nuevo campo en la intersección de la ciencia y la tecnología con la biología y la medicina. Sobre la base de los éxitos iniciales de este campo emergente, varios científicos se reunieron y organizaron una nueva conferencia, la Conferencia Internacional sobre Medicina de Plasma (CIMF). La primera de estas conferencias se celebró en Corpus Christi, Texas, en 2007. Sin embargo este campo fascinante plantea muchos retos tecnológicos y pone en plano aspectos relativos a los mecanismos necesarios para adecuar la integración del plasma con organismos vivos. La investigación busca generar los insumos necesarios para iniciar con la investigación de la interacción Plasma-Células mediante el desarrollo de un reactor tipo Plasma-Plume para descargas atmosféricas de plasma. El Prototipo creará opciones de trabajo interdisciplinario con otras Escuelas de la Universidad debido al amplio espectro de posibilidades de trabajo con organismos vivos.

Esta actividad para el fortalecimiento de la investigación y la extensión pretende a traves de pruebas preliminares de laboratorio fabricar y caracterizar una capa delgada de  material dieléctrico constituido por dioxido de silicio sobre un substrato de silicio mediante un proceso por plasma. Para ello se utilizarán los equipos del Laboratorio Institucional de Plasmas y sus Aplicaciones del ITCR, así como otros equipos institucionales y de otras universidades. Primero se planteará un diseño experimental que permita caracterizar los parámetros de operación para la fabricación de una capa de dioxido de silicio estable y en forma repetitiva. Posteriormente se medirá el espesor de la capa utilizando la técnica de X ray Diffraction y se caracterizará su topografía utilizando el microscopio electrónico SEM y el microscopio de fuerza atomica AFM. Finalmente se obtendrán las propiedades eléctricas de la capa delgada.

En este proyecto se logró realizar una primera caracterización e interpretación física de los plasmas experimentales calentados por inyección de haces de neutros (NBI) del stellarator TJ-II, aportando información local, sobre el comportamiento del transporte frente a la variación de magnitudes de control como la densidad del plasma. Para ello se realizaron análisis de transporte interpretativo  utilizando condiciones de balance en los distintos plasmas NBI. Se seleccionarán descargas NBI inicialmente en fase razonablemente estacionarias que cuentan con datos de densidad y temperatura electrónica de distintos diagnósticos por ejemplo, esparcimiento Thomson, Reflectómetro de microondas, Haz de Helio. Algunos de los objetivos alcanzados fueron; encontrar dependencias locales de las difusividades térmica electrónica efectivas con variables de control como la densidad de línea del plasma además de estudiar la relación de estos valores locales con la ocurrencia de fenómenos de mejora de confinamiento. Para la estimación de la densidad de potencia pérdida por radiación total se implementó una nueva formulación semiempirica que concuerta bastante bien con la información experimental proveniente del bolómetro, mejorando de esta manera la función de ajuste utilizada a la fecha en TJ-II. Todos los análisis de transporte fueron realizados utilizando el código ASTRA complementado con el código Monte Carlos EIRENE para el cálculo de la fuente de partículas, de igual manera utilizando como entrada los datos provenientes de los códigos ASTRA y EIRENE, se utilizó el código FAFNER que permite calcular entre otras cosas el perfil de densidad de potencia debida al haz de neutros inyectado en el TJ-II. Los resultados indican una clara disminución de la difusividad térmica electrónica y la difusividad de partículas con la densidad electrónica, generandose una fuerte caída de estos coeficientes al formarse la barrera de transporte que define el cambio de confinamiento de modo L a modo H.

Este proyecto se realizó en colaboración con el Laboratorio Nacional de Fusion del Ciemat, España como parte del Convenio de colaboración en investigación sobre plasmas de fusión termonuclear por confinamiento magnético entre el Ciemat y el TEC.

 Aplicaciones de plasmas en la Industria Textil: Deposición de cobre mediante sputtering RF sobre algodón con fines médicos 

Hoy en día existe una creciente preocupación por las infecciones contraídas en hospitales y aquellas que se originan en la industria procesadora de alimentos.Las propiedades bactericidas, fungicidas y, en cierta medida, antiviral del cobre, y de sus compuestos y aleaciones del mismo se han conocido durante siglos. Compuestos de Cobre sobre superficies han demostrado ser un importante factor disuasorio para la transmisión de enfermedades bacterianas y fúngicas.Uno de los primeros organismos en ser testeado fue el E. coli O157, un organismo producido en los intestinos de bovinos sanos que pueden, durante el proceso, contaminar los productos de carne, generando infecciones humanas. Los resultados muestran que el cobre inactivaba niveles extremadamente altos de contaminación de E. coli en menos de 90 minutos a temperatura ambiente. Bajo esta perspectiva el proyecto pretende enfocar esfuerzos en estudiar los efectos de capas delgadas de este metal sobre fibras de textiles como algodón, implementando para esto técnicas de deposición mediante sputtering. Los resultados de esta investigación tienen un impacto adicional al valor de los procesos comunes de manufactura de textiles pues generan un valor agregado con los recubrimientos de fibras a escala nanométrica lo que permite nuevas posibilidades en un área donde el país ha perdido protagonismo en los últimos años.

La nitruración es un tratamiento superficial de suma importancia para la industria en general ya que brinda mejoras en la dureza, resistencia al desgaste, a la fatiga y a la corrosión, por lo que es muy utilizado en diversas industrias debido a sus grandes ventajas. Este tratamiento termo-químico puede hacerse por baño de sales, gaseosa o plasma, este último presenta bastantes ventajas; entre ellas se puede mencionar el bajo impacto ambiental que permite un alto control sobre las variables de proceso, logrando controlar los espesores de la capa compuesta y la exterior lo que nos garantiza la repetitividad y la exactitud de las propiedades obtenidas. En Costa Rica esta técnica no se ha aplicado aún y tampoco se han realizado estudios, por lo que este proyecto pretende dar un primer paso que permita crear un procedimiento para llevar a cabo este tratamiento superficial en los aceros de uso común en Costa Rica. La investigación y el desarrollo de los experimentos se enfocaran en el acero AISI 4140, esto debido a que es uno de los más utilizados en diversas aplicaciones en la industria de nuestro país, debido a sus altas propiedades mecánicas que un acero al carbono común no es capaz de cumplir y las mejores opciones con las que se cuentan son los aceros tipo herramientas o aceros micro-aleados; los tipo herramienta son aceros de muy elevadas propiedades mecánicas y se caracterizan por un alto rendimiento ante condiciones extremas y comúnmente con un tratamiento térmico se logran dichas propiedades, pero tienen la desventaja de que su costo es muy elevado; por lo que aparecen los aceros micro-aleados, específicamente el acero AISI 4140, el cual, por si solo presenta buenas cualidades, pero al sumársele un tratamiento superficial como la nitruración lo hacen de mucha utilidad en diversas industrias, ya que las propiedades que obtienen logran ser comparables con las de un acero herramienta pero por un costo mucho menor. Se pretende realizar 5 experimentos a distintos tiempos para lograr obtener una curva de espesor de capa vs tiempo que permita predecir el tiempo requerido para cierto espesor, a cada tiempo se nitrurarán 6 probetas, 3 para el ensayo de tracción y 3 para el de impacto, con lo cual obtendremos suficientes datos que respalden los resultados de este proyecto.

Este proyecto de investigación de desarrollo tecnológico busca implementar un dispositivo de confinamiento magnético de tipo stellarator modular a pequeña escala para la investigación en plasmas de alta temperatura y baja densidad. A la fecha muy poca investigación ha sido desarrollada en la ingeniería y física de dispositivos de tipo stellarator modulares a pequeña escala, por lo que el desarrollo tecnológico de este proyecto aportará conocimiento e innovación en el área de stellarators. El dispositivo, llamado Stellarator de Costa Rica 1 (SCR-1) cuenta en la actualidad con una cámara de vacío de aluminio en forma toroidal con un radio mayor de 238.1 mm y un radio de sección transversal de 94.4 mm. El plasma tendrá un radio menor de 54.1 mm y un volumen de 13.75 litros (0.01 m3), con una razón de aspecto de >4.4. El campo magnético resonante será de 0.0438 T, y tendrá un período de 2 (m=2) con un perfil de transformada rotacional plano de 0.3. El campo magnético será generado por medio de 12 bobinas modulares, cada una de ellas compuesta de 6 vueltas, con una corriente eléctrica de 4600 A (767 A por vuelta). La corriente será alimentada por un banco estacionario de baterías, el cual brindará 767 A para cada descarga, donde cada pulso tendrá una duración de 4 s a 10 s. El plasma será calentado por ECRH a través de dos magnetrones uno de 2 kW y otro de 3 kW, en el segundo armónico a 2.45 GHz. La temperatura y densidad electrónica esperada es de 13 eV (150800 K) y 5 x 1016 m-3 respectivamente con un tiempo de confinamiento estimado en 5.70 x 10-4 ms. Los diagnósticos iniciales del SCR-1 serán una sonda de Langmuir compuesta de una cabeza de Nitruro de boro y una matriz de cuatro puntas de tungsteno, un interferómetro heterodino de microondas (frecuencia de 28 GHz, correspondiente a la longitud de onda de ? = 10.71 mm), un espectrómetro óptico (iHR550 espectrómetro de tres núcleos configurado para Plasma/Análisis de Emisiones, puerto de salida para detector CCD multicanal, puerto de salida multicanal para PMT o DSS, fibra óptica personalizada para el acoplamiento), un sistema de mapeo del campo magnético y una cámara CCD. El dispositivo propuesto no podrá generar procesos de fusión nuclear

El voto electrónico ha estado siendo evaluado por el Tribunal Supremo de Elecciones (TSE) desde hace varios años, con el objetivo de realizar la implementación en los procesos electorales en Costa Rica.

Este proyecto pretende implementar un mecanismo de identificación de votantes que permita reducir los tiempos de espera de los votantes en la fila, así como tener un mecanismo de votación por medio de un dispositivo electrónico, que tenga y supere las características del proceso actual de emisión del voto en Costa Rica, en lo referente a seguridad, confiabilidad, accesibilidad, integridad, simplicidad y transparencia.

La solución de los procesos de identificación de votante y de votación electrónica, incluyen elementos de hardware y software.

Aplicar componentes propios del Laboratorio de Fabricación Personal y dispositivos modulares para construcción de prototipos desarrollados en el, para aumentar la participación en Feria Científica de alumnos de primaria y de secundaria.

El proyecto ha cumplido con sus expectativas de desarrollo de módulos de bajo costo con material de reciclaje para promover la innovación de productos, ha ampliado su horizonte y pretende consolidar la promoción de la ciencia y tecnología en escuelas y colegios probando un esquema sostenible.

Con el fin de realizar pruebas de campo con los módulos y la evaluación de una realización a escala artesanal cercana a lo real, se ha decidido apoyar la participación en ferias científicas de las instituciones involucradas en el proyecto. La ampliación del alcance del proyecto demandará más tiempo y recurso. El Instituto Tecnológico de Massachusetts  está  patrocinando el proyecto de desplazar el Laboratorio de Fabricación Personal hasta las comunidades donde se necesite.

Se necesita probar las técnicas didácticas, los módulos de software y Hardware y el protocolo de ajuste interinstitucional en algunas instituciones educativas. Se contactó con el director del Colegio Experimental Bilingüe de Palmares y ellos comenzaron desde el inicio a participar en el proyecto.

Kit de Robótica Costarricense versión extendida:

Este kit de robótica fue desarrollado en un proyecto de investigación inscrito en la VIE 2008-2010. Se logró construir el kit de robótica con fines educativos a un precio de $75 dólares. El Kit está compuesto por un conjunto de partes de ensamblaje rápido, una tarjeta principal con el procesador, sensores, una tarjeta de prototipos para conectar diferentes tipos de sensores, así como electrónica complementaria, fuente interna y conexión a fuente externa, y un par de servomotores.

El diseño de la parte estructural se continuó después de finalizado el proyecto en la VIE, gracias al apoyo de CIC, llegando a un diseño atractivo y funcional que permite la adaptación del robot a diferentes entornos de aprendizaje.

El proyecto plantea usar una arquitectura Subsunción para desarrollar dos módulos físicos nuevos, uno con cámara para que el robot tenga un mecanismo de reconocimiento adicional de su ambiente, y el otro con un módulo de comunicación WiFi.

Se requiere también el diseño, desarrollo y construcción de un dispositivo para programar los robots sin usar un computador convencional, adoptando un enfoque por objetivos y  la construcción de prototipos de los robots completos para elaborar un plan piloto y efectuar mediciones. Estas tecnologías comprometen el consumo de energía, la autonomía del robot y aumentan el costo.

Se busca mantener lo más bajo posibles los valores de dichas variables. La aplicación de la robótica en el aula se ha definido de importancia estratégica como lo muestra proyecto de escala Europea TERCoP.