Correo: lsancho@tec.ac.cr

Resumen de Propuesta Doctoral

El problema a resolver en este proyecto es la carencia de soluciones de captura interactiva, de edición y de facilidades para hacer análisis de información, con estructuras de información jerárquica visualizada en forma tridimensional.

Se centra en cómo utilizar ambientes (“work benches”) de visualización y análisis tridimensionales para explorar grandes volúmenes de información que permita descubrir y sintetizar conocimiento.

El área de estudio es HCI (Human Computer Interactions) como mecanismo para apoyar el pensamiento visual que las tecnologías multimedia y la Internet han hecho posible sobre grandes volúmenes de información.

En el presente proyecto se enfoca en la investigación en los siguientes aspectos:

1. Desarrollo de herramienta de captura y edición interactiva de información.
2. Uso de estándares para compartir datos con el fin de capturar información de múltiples fuentes en la Web (particularmente información de biodiversidad).
3. Creación de ambientes que van más allá de la visualización mediante la incorporación de funcionalidad para el análisis en dominios específicos.
4. Optimización de algoritmos de despliegue de árboles de conos.
5. Validación del ambiente de visualización y análisis con usuarios finales.

Proyecto de grado para el Doctorado Académico en Ingeniería TEC-UCR.

Sistema electrónico integrado para el procesamiento y control de múltiples variables ambientales por medio de Internet de las Cosas

El producto final del proyecto de doctorado será un dispositivo electrónico para la medición de múltiples variables ambientales que además tenga la capacidad de utilizar el Internet de los dispositivos para el envio de la información, y su posterior procesamiento en la nube.

El dispositivo podrá integrarse incluso en una red local o en una red amplia de sensores, que garantice no solo la cobertura de amplias zonas geográficas sino también que asegure fiabilidad y altas capacidades de procesamiento de la información recopilada.

Esto se logra al proveer de capacidades de usos de software especializado por parte de los investigadores de manera directa sobre los datos, en tiempo casi real.

Proyecto de grado para el Doctorado Académico en Ingenieria TEC-UCR.

Ingeniería de cristales a sustancias bioactivas: aplicación, estudio cristalográfico y caracterización de estado sólido.

Correo: andrea.araya@gmail.com

Resumen de Propuesta Doctoral

Uno de los mayores desafíos que enfrenta la industria farmacéutica es incrementar la solubilidad y la velocidad de disolución de fármacos poco solubles.

La importancia de estas propiedades radica en que, para llegar al sitio de acción y tener el efecto terapéutico deseado, el fármaco debe solubilizarse en las inmediaciones del lugar en que será absorbido y a una velocidad adecuada para la absorción.

En este proyecto se pretende aplicar la ingeniería de cristales (IC) a la lovastatina e irbesartán, con el propósito de modificar las propiedades de estado sólido y obtener nuevos materiales más solubles que el material de partida.

Se espera obtener nuevas estructuras cristalinas y amorfas, nanocristales y co-cristales; además de modificaciones de hábito cristalino y de tamaño de cristal/cristalita de estructuras ya conocidas, con mejoras en solubilidad y cuya estabilidad química y estructural sea suficiente para cubrir el tiempo de validad de un producto farmacéutico en el mercado.

Con el fin de mitigar la contaminación de las fuentes de agua debido al vertido de aguas residuales sin ningún tipo de tratamiento, principalmente generado por el sector industrial, se desarrollará en este proyecto de investigación un purificador de agua por tecnología de plasma con el fin de ser utilizado para una planta de tratamiento de aguas residuales industriales. El purificador generará las condiciones para que el plasma de origen a reacciones químicas que permitirán eliminar los patógenos presentes en el agua, debido a la exposición que enfrentaran estos a la radiación ultravioleta, campos eléctricos y ondas de choque, que ayudara en la destrucción de los contaminantes. El agua residual será acelerada a alta velocidad para convertirla en una mezcla de líquido-gas con el fin de transformarla en plasma, el cual se obtiene en el momento en que se realiza la descarga eléctrica (del tipo descarga barrera dieléctrica o DBD) en el agua por medio de electrodos con alto voltaje utilizando una fuente de corriente alterna (AC). Posteriormente se desacelera la mezcla para retornarla al estado líquido y obtener el agua limpia, todo esto sin que aumente significativamente la temperatura. El dispositivo contará además con un sistema de control eléctrico automatizado. Con lo anterior este proyecto busca implementar el primer reactor de purificación de agua en el país.

A partir del diseño de un experimento en la estación de plasmas industriales, se realizará esterilización sobre una hoja de bisturí con algún agente biológico que se desee eliminar, para lo cual se usara un plasma DC con oxigeno. Se determinaran las variables críticas del experimento a ser manipuladas intencionalmente con el fin de realizar el análisis de las muestras y valorar los resultados en función de la comparación realizada. Se propone analizar estadísticamente el impacto de las variaciones en el proceso de esterilización por plasma DC determinando así si estas son aleatorias o bien sistemáticas.

Los plasmas de baja temperatura han sido utilizados en la modificación de las propiedades superficiales de la madera. Esto, con el fin de buscar nuevas propuestas, que mejoren el rendimiento de dicho material. Algunos de los resultados obtenidos es comportamiento hidrofóbico, aumento en la resistencia a la fractura y mejor adhesividad. En Costa Rica, se cuenta con una industria maderera consolidada, pero que cuenta con gran competencia debido a los mejores rendimientos de especies foráneas. Es por esto que el estudio del mejoramiento de las propiedades superficiales, resulta primordial para hacer de las especies locales, un producto con un buen desempeño al estar a la intemperie. Entre los tratamientos de plasma de baja temperatura aplicados a la madera, se encuentran los que utilizan plasmas generados por medio de RF (Radio Frecuencia) y por medio de DBD (Descarga de Barrera Dieléctrica). El primero cuenta con múltiples estudios realizados, pero presenta la desventaja de su alto precio, debido a la necesidad de utilizar sistemas de vacío. Por su parte la descarga de barrera dieléctrica, permite la generación de plasma a presiones atmosféricas, por lo que la construcción de dichos reactores es simple y de costo bajo. Actualmente, dicho tipo de tratamiento es el más estudiado, siendo el más factible de llevar a cabo a escala industrial. Para la generación de plasma mediante DBD, se utilizan dos gases, uno denominado el gas de trabajo, mientras que el otro se llama el gas de proceso. En el caso del estudio a desarrollar, se utilizará como gas de trabajo el gas argón y como gases de proceso se utilizará metano y etano, para la generación de una capa protectora sobre la madera. Se plantea con esto generar superficies con comportamiento hidrofóbico. Al variar la composición total del gas ionizado, se pretende encontrar distintos resultados en dicho comportamiento. La caracterización de las superficies creadas mediante el plasma DBD, se llevará cabo mediante 3 estudios: ángulo de contacto, AFM y Espectroscopia-IR. El ángulo de contacto, brindará la información necesaria para determinar cuá l composición del gas ionizado genera la superficie más hidrofóbica. El AFM permitirá visualizar los cambios generados en la rugosidad de la superficie de la madera tratada.

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.