Corrección de defectos óseos en el área de Ingeniería tisular

Correction of bone defects by tissue Engineering

ROSA ALICIA SAUCEDO ACUÑA MONICA GALICIA GARCIA JUDITH VIRGINIA RIOS ARANA SIMON YOBANNY REYES LOPEZ (2012)

Hoy en día, los defectos óseos representan uno de los casos de mayor impacto en la salud debido a la frecuencia con que éstos ocurren a causa de traumatismos, fracturas, enfermedades congénitas o degenerativas. En la actualidad, los implantes de tejido óseo de gran volumen se encuentran severamente restringidos a causa de las limitaciones de difusión en la interacción con el ambiente del huésped para los nutrientes, intercambio gaseoso y eliminación de desechos. Es por ello que la corrección de los defectos óseos ha cobrado gran importancia en el área de Ingeniería tisular buscando mejorar las estrategias clínicas para su tratamiento. El propósito de esta revisión es proporcionar un panorama general del desarrollo de andamios para la regeneración de tejido óseo, mostrando los avances logrados en los ensayos in vitro e in vivo en la última década

Currently, bone defects cases represent a major impact on health due to how often they occur because of trauma, fractures, congenital or degenerative diseases. Now, bone implants to large volume are severely restricted because of the diffusion limitations in the interaction

with the environment of the host for nutrients, gas exchange and waste disposal. That is why the correction of bone defects has become very important in the field of tissue engineering looking to improve clinical strategies for treatment. The purpose of this review is to provide an overview of the development of scaffolds for bone tissue regeneration, showing the progress made in the in vitro and in vivo in recent decades.

Article

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD Ingeniería tisular regeneración ósea Andamio Tissue engineering Bone regeneration Scaffolds

CLÚSTERES LUMINISCENTES DE PLATA CONFINADOS EN ZEOLITAS PARA BIOSENSADO

Cecilia García-Guzmán (2021)

"Se propone un sistema de biosensado basado en la detección de anticuerpos IgG marcados con fluoresceína-5-isotiocianato (FITC) mediante emisión de clústeres de plata sintetizados dentro de zeolitas (FAUX Ag6) impregnadas con diferentes aminas: polietilenimina (PEI) ramificada, tetraetilenepentamina (TEPA) y dietilenetriamina (DETA). Se caracterizaron y compararon estas partículas funcionalizadas y se bioconjugaron con anticuerpos anti IgG. Finalmente se evaluó la detección de anticuerpos IgG-FITC en concentraciones menores a 10 ng/mL. Demostrando así, como prueba de concepto, un sistema de biosensado innovador, sensible y específico que permite la detección del analito en pocos minutos."

Master thesis

Zeolitas Biosensado Clústeres luminiscentes INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA BIOQUÍMICA INGENIERÍA BIOQUÍMICA INGENIERÍA BIOQUÍMICA

Tecnologías electroquímicas microbianas para la degradación de sulfametoxazol presente en efluentes industriales

Pamela Garcia (2023)

La presencia de los contaminantes emergentes en aguas residuales va en aumento, debido a las características de persistencia, bioacumulación y toxicidad causando efectos negativos al ecosistema y a la salud humana. Los antibióticos presentes en aguas residuales tienden acumulándose en sus lodos los cuales entran en contacto con microorganismos, lo cual les permite adaptarse a los contaminantes. Se han reportado que existen microrganismos capaces de degradar fármacos. Una alternativa prometedora para tal efecto son las tecnologías electroquímicas microbianas (TEM) sistemas que, mediante un arreglo de electrodos inmersos en un contenedor con aguas residuales, pueden degradar a los contaminantes con ayuda de microorganismos llamados electrogénicos, generando energía al consumir diversos contaminantes entre ellos los fármacos. El presente trabajo propone a las celdas de electrolisis microbianas, un tipo de TEM, para la degradación de sulfametoxazol, utilizando consorcios microbianos extraídos de lodos activados de una planta tratadora de agua residual (PTAR). Para este trabajo se utilizó una celda analítica de 3 electrodos y técnicas de análisis electroquímico de voltamperometría cíclica (CV) y cronoamperometría (CA). Como electrodo de trabajo se utilizó tela de carbono, el electrodo de referencia fue Ag|AgCl y el contraelectrodo acero inoxidable. Como electrolito se utilizó medio Luria Bertani con 20 ppm de SMX. Los estudios de CV se realizaron a diferentes velocidades de barrido y 5 ciclos de barridos cíclicos. La colonización comenzó con la preparación de un inoculo del consorcio microbiano en caldo LB, incubado con una agitación de 150 rpm y 30°C durante 12 horas. Una vez acondicionado el consorcio microbiano, se procedió a la medición de las técnicas entre el consorcio y el electrodo de tela de carbono. La corriente media máxima registrada fue de ~2.95± 0.50 μA. La cuantificación de sulfametoxazol se llevó a cabo mediante cromatografía de líquidos (HPLC) en donde se obtuvo la remoción de 85%. Demostrando que las TEM inoculadas con lodos de una PTAR como biocatalizador favorece la remoción de contaminantes emergentes como el sulfametoxazol.

KW: Bioelectrochemical Systems (BESs), Antibiotics, Water Treatment Plants, Biodegradation

Master thesis

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Síntesis verde de puntos cuánticos de carbono (CQDs) y su incorporación en una matriz polimérica para la fabricación de recubrimientos antibacterianos y antivirales.

Alejandro Lopez Amador (2023)

Describe la síntesis y caracterización de puntos cuánticos de carbono (CQDs) obtenidos a partir de síntesis verde y su incorporación en una matriz polimérica, con el objetivo de fabricar nanomateriales con capacidad antibacteriana y antiviral. Se realizó la síntesis hidrotermal de los CQDs utilizando precursores de origen natural: sábila como fuente de carbono, jugo de limón y té verde como portadores de los heteroátomos necesarios para funcionalizar los CQDs (grupos hidroxilo, carboxilo y aminas). La caracterización estructural (HRTEM) demostró que mediante la síntesis verde de CQDs es posible obtener estructuras grafíticas de entre 6 y 25 nm, con morfología semiesférica, confirmando su tamaño nanométrico por DLS. El análisis químico de los CQDs demostró que el uso de fuentes naturales aporta la presencia de grupos de nitrógeno y oxígeno en la superficie del material, evaluado mediante XPS y FTIR. Para corroborar el comportamiento óptico de los CQDs, se realizó el análisis por medio de UV-Vis y espectroscopia de fluorescencia, en donde se determinó que los CQDs emiten en color azul al ser excitados con luz ultravioleta, además de poseer potenciales zeta negativos. Los CQDs obtenidos demostraron un 99.9 % de actividad antibacteriana al contacto con las bacterias P. aeruginosa y S. aureus en función de la concentración y el tiempo de contacto. Se demostró la actividad antiviral de los CQDs contra el virus del herpes simple 1 (HSV1) utilizado células Vero para su infección, mostrando un 99.9% de efecto viricida. Los CQDs obtenidos con diferente composición química fueron incorporados en una matriz de alcohol polivinílico (PVA)/ poliácido acrílico (PAA), con el objetivo de fabricar nanocompositos empleando suspensiones de CQDs como solvente, mediante el proceso de electrohilado. A partir de ello, se logró la obtención de fibras uniformes de 140 nm de diámetro, que disminuyeron su tamaño en función de la concentración de los CQDs en el material. Se determinó la capacidad antibacteriana de las membranas obtenidas en donde se obtuvo la completa inhibición de crecimiento al contacto con P. aeruginosa y S. aureus, después de 3 y 24 horas de contacto. Aunado a ello, la membrana CQDs10 demostró inactivar el 99 % del virus HS1V, después de 1 hora de contacto. De acuerdo con los resultados obtenidos, la incorporación de heteroátomos en la superficie de los CQDs potencializa la capacidad bactericida y viricida de los nanocompuestos obtenidos. KW: Antibacterial activity

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Desarrollo de un sistema multietapa para la degradación de tolueno en aire contaminado

Karla Bolaños (2023)

En el presente trabajo se evaluaron tres reactores distintos para la remoción de tolueno en fase gaseosa; reactor de adsorción con carbón activado (ACA), reactor para tratamiento electroquímico empleando electrodos de TiO2,nt (TEQ), y tratamiento fotolítico (TF). Inicialmente, se evaluó la eficiencia de cada reactor de manera individual, posteriormente se acopló un sistema multietapa para evluar su eficiencia en conjunto (ACA+TEQ+TF), observando que el sistema multietapa fue más eficiente (99.58%) que los individuales (ACA=50.29%, TEQ=44.38% y TF=52.71%), lo cual genera una nueva propuesta para el tratamiento de aire contaminado con tolueno en exteriores y/o interiores.

In the present work, three different reactors were evaluated for the removal of toluene in the gas phase; an adsorption reactor with activated carbon (ACA), a reactor for electrochemical treatment using TiO2,nt electrodes (TEQ), and a photolytic treatment (TF). Initially, the efficiency of each reactor was evaluated individually, subsequently a multistage system was coupled to evaluate its overall efficiency (ACA+TEQ+TF), resulting in the multistage system being more efficient (99.58%) than the individual ones (ACA =50.29%, TEQ=44.38% and TF=52.71%), which generates a new proposal for the treatment of outdoors and/or indoors polluted air with toluene.

KW: Air quality, Titanium Dioxide Nanoparticle, Sisemas multicapa, Tolueno

Master thesis

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MAQUINA SEMBRADORA NEUMATICA DE PRECISION PARA AJO

JOSE MANUEL CABRERA SIXTO RYSZARD JERZY SERWATOWSKI HLAWINSKA (2000)

La presente invención se refiere a una máquina sembradora neumática de precisión para ajo acoplable a un tractor agrícola con capacidad de hasta 20 semillas por segundo por hilera y capaz de sembrar simultáneamente hasta cuatro surcos con dos hileras, caracterizada en que comprende los siguientes elementos: una estructura de marco rígido rectangular formada por soportes de barra porta-herramientas; un arreglo de cuatro tolvas almacenadoras dispuestas una por cada surco y montadas longitudinalmente sobre el soporte de barra superior del marco, cada una dispone en su base de descarga un dispositivo dosificador helicoidal de semilla, la base de descarga incluye dos salidas dispuestas lateralmente cada una y que mediante un ducto vertical se proyecta a: dos unidades de siembra por cada tolva, las cuales están suspendidas al soporte inferior del marco; un conjunto de catarinas y cadenas de transmisión para el accionamiento controlado del dosificador y de las unidades de siembra; un par de neumáticos...

Patent

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Maquinaria agrapecuaria - Diseño y Construcción Tecnología e Ingeniería Mecánicas Ingeniería agrícola Ajo - Producción Ciencias tecnológicas

Tensile behavior of 3D printed polylactic acid (PLA) based composites reinforced with natural fiber

Eliana M Agaliotis BALTAZAR DAVID AKE CONCHA ALEJANDRO MAY PAT Juan Pablo Morales Arias Celina Bernal Alex Valadez González Pedro Jesús Herrera Franco Gwenaelle Proust JUAN FRANCISCO KOH DZUL José Gonzalo Carrillo Baeza Emmanuel Alejandro Flores Johnson (2022)

Natural fiber-reinforced composite (NFRC) filaments for 3D printing were fabricated using polylactic acid (PLA) reinforced with 1–5 wt% henequen flour comprising particles with sizes between 90–250 μm. The flour was obtained from natural henequen fibers. NFRCs and pristine PLA specimens were printed with a 0° raster angle for tension tests. The results showed that the NFRCs’ measured density, porosity, and degree of crystallinity increased with flour content. The tensile tests showed that the NFRC Young’s modulus was lower than that of the printed pristine PLA. For 1 wt% flour content, the NFRCs’ maximum stress and strain to failure were higher than those of the printed PLA, which was attributed to the henequen fibers acting as reinforcement and delaying crack growth. However, for 2 wt% and higher flour contents, the NFRCs’ maximum stress was lower than that of the printed PLA. Microscopic characterization after testing showed an increase in voids and defects, with the increase in flour content attributed to particle agglomeration. For 1 wt% flour content, the NFRCs were also printed with raster angles of ±45° and 90° for comparison; the highest tensile properties were obtained with a 0° raster angle. Finally, adding 3 wt% content of maleic anhydride to the NFRC with 1 wt% flour content slightly increased the maximum stress. The results presented herein warrant further research to fully understand the mechanical properties of printed NFRCs made of PLA reinforced with natural henequen fibers. © 2022 by the authors.

Article

POLYLACTIC ACID (PLA) NATURAL FIBER HENEQUEN FIBER NATURAL FIBER REINFORCED COMPOSITE (NFRC) ADDITIVE MANUFACTURING 3D PRINTING MECHANICAL PROPERTY INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Estudio Electroquímico de la Adsorción de Piocianina y su Efecto en la Transferencia Extracelular de Electrones entre una Biopelícula de Pseudomonas aeruginosa NEJ07R y un Electrodo de Carbono

Jesús Alberto Pérez García (2023)

Pseudomonas aeruginosa produce biopelículas y compuestos redox como la piocianina, y se considera un modelo útil en el estudio de la transferencia extracelular de electrones (TEE) para el desarrollo de Tecnologías Electroquímicas Microbianas (TEM). En este trabajo se realizaron análisis electroquímicos para determinar las interacciones de adsorción de PIO en el electrodo y su efecto en el transporte de carga en la biopelícula, para explicar la participación de P. aeruginosa en la TEE. Los resultados mostraron que la adsorción de PIO sobre electrodos de carbono inhibe la transferencia de electrones de PIO disuelta. A concentraciones cercanas a 0.49 mM, la constante de transferencia electrónica heterogénea (kapp) disminuye, aumentando la resistencia de transferencia de carga (Rct). La interacción π-π de PIO con el electrodo podría ser la causa de la adsorción.

Electrochemical analyzes were performed to determine the PIO adsorption interactions on the electrode and its effect on charge transport in the biofilm, to explain the participation of P. aeruginosa in the TEE.

The results showed that the adsorption of PIO on

carbon electrodes inhibits the electron transfer of dissolved PIO. At concentrations close to 0.49 mM, the heterogeneous electron transfer constant (kapp) decreases, increasing the charge transfer resistance (Rct). The π–π interaction of PIO with the electrode could be the cause of the adsorption.

KW: Electrochemical Analysis, Bioelectrochemical Systems (BESs), Pseudomonas aeruginosa, Pyocyanin

Doctoral thesis

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Control de sistemas usando aprendizaje de máquina

Systems control using machine learning

Jesús Martín Miguel Martínez (2023)

El aprendizaje por refuerzo es un paradigma del aprendizaje de máquina con un amplio desarrollo y una creciente demanda en aplicaciones que involucran toma de decisiones y control. Es un paradigma que permite el diseño de controladores que no dependen directamente del modelo que describe la dinámica del sistema. Esto es importante ya que en aplicaciones reales es frecuente que no se disponga de dichos modelos de manera precisa. Esta tesis tiene como objetivo implementar un controlador óptimo en tiempo discreto libre de modelo. La metodología elegida se basa en algoritmos de aprendizaje por refuerzo, enfocados en sistemas con espacios de estado y acción continuos a través de modelos discretos. Se utiliza el concepto de función de valor (Q-función y función V ) y la ecuación de Bellman para resolver el problema del regulador cuadrático lineal para un sistema mecánico masa-resorte-amortiguador, en casos donde se tiene conocimiento parcial y desconocimiento total del modelo. Para ambos casos las funciones de valor son definidas explícitamente por la estructura de un aproximador paramétrico, donde el vector de pesos del aproximador es sintonizado a través de un proceso iterativo de estimación de parámetros. Cuando se tiene conocimiento parcial de la dinámica se usa el método de aprendizaje por diferencias temporales en un entrenamiento episódico, que utiliza el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos en la sintonización del crítico y descenso del gradiente en la sintonización del actor, el mejor resultado para este esquema es usando el algoritmo de iteración de valor para la solución de la ecuación de Bellman, con un resultado significativo en términos de precisión en comparación a los valores óptimos (función DLQR). Cuando se tiene desconocimiento de la dinámica se usa el algoritmo Q-learning en entrenamiento continuo, con el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos y el esquema de mínimos cuadrados con descenso del gradiente. Ambos esquemas usan el algoritmo de iteración de política para la solución de la ecuación de Bellman, y se obtienen resultados de aproximadamente 0.001 en la medición del error cuadrático medio. Se realiza una prueba de adaptabilidad considerando variaciones que puedan suceder en los parámetros de la planta, siendo el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos el que tiene los mejores resultados, reduciendo significativamente ...

Reinforcement learning is a machine learning paradigm with extensive development and growing demand in decision-making and control applications. This technique allows the design of controllers that do not directly depend on the model describing the system dynamics. It is useful in real-world applications, where accurate models are often unavailable. The objective of this work is to implement a modelfree discrete-time optimal controller. Through discrete models, we implemented reinforcement learning algorithms focused on systems with continuous state and action spaces. The concepts of value-function, Q-function, V -function, and the Bellman equation are employed to solve the linear quadratic regulator problem for a mass-spring-damper system in a partially known and utterly unknown model. For both cases, the value functions are explicitly defined by a parametric approximator’s structure, where the weight vector is tuned through an iterative parameter estimation process. When partial knowledge of the dynamics is available, the temporal difference learning method is used under episodic training, utilizing the least squares with a recursive least squares scheme for tuning the critic and gradient descent for the actor´s tuning. The best result for this scheme is achieved using the value iteration algorithm for solving the Bellman equation, yielding significant improvements in approximating the optimal values (DLQR function). When the dynamics are entirely unknown, the Q-learning algorithm is employed in continuous training, employing the least squares with recursive least squares and the gradient descent schemes. Both schemes use the policy iteration algorithm to solve the Bellman equation, and the system’s response using the obtained values was compared to the one using the theoretical optimal values, yielding approximately zero mean squared error between them. An adaptability test is conducted considering variations that may occur in plant parameters, with the least squares with recursive least squares scheme yielding the best results, significantly reducing the number of iterations required for convergence to optimal values.

Master thesis

aprendizaje por refuerzo, control óptimo, control adaptativo, sistemas mecánicos, libre de modelo, dinámica totalmente desconocida, aproximación paramétrica, Q-learning, iteración de política reinforcement learning, optimal control, adaptive control, mechanical systems, modelfree, utterly unknown dynamics, parametric approximation, Q-learning, policy iteration INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LOS ORDENADORES INTELIGENCIA ARTIFICIAL INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Diseño de redes de conformación de haz para arreglos circulares de antena basadas en estructuras periódicas de radiación coherente

Design of beamforming networks for circular antenna arrays based on periodic coherent radiation structures

Itzel Mota Castañeda (2023)

La tesis se enfoca en abordar los desafíos en sistemas de comunicación inalámbrica, con el objetivo principal de diseñar redes de conformación de haz eficiente para un arreglo circular de antenas. Esta red debe reducir la dependencia de cambiadores de fase o dispositivos activos y cumplir con patrones de radiación específicos. Para lograr esto, se propone una solución que combina una red de excitación cofasal y una red CORPS cilíndrica. La red de alimentación cofasal, optimizada mediante algoritmos genéticos, demuestra la capacidad de generar un haz de radiación que puede ser escaneado en todo el plano azimutal. Esto se logra aprovechando las propiedades de rotación y simetría del arreglo circular. Además, se alcanza un rendimiento destacado en la supresión de lóbulos laterales, con una reducción significativa de -16 dB en comparación con el caso sin optimizar. Esta mejora en la calidad del haz de radiación es crucial para la transmisión confiable de señales en sistemas de comunicación. La red CORPS cilíndrica presentada en la investigación simplifica la red de alimentación en un 50%. Permite generar una cantidad distribuida de haces en todo el plano azimutal, y la dirección de escaneo de cada haz se ajusta según el número de puertos de entrada. Cada puerto de entrada controla un haz de radiación, lo que simplifica la complejidad del sistema y permite un mayor control sobre los lóbulos laterales. A medida que se aumenta el número de elementos y puertos de entrada en el arreglo, se mejora aún más el rendimiento en la supresión de lóbulos laterales. Esto ofrece la flexibilidad de ajustar el nivel de lóbulos laterales según los requisitos específicos de diseño. La investigación ha demostrado que la combinación de una red de alimentación cofasal optimizada y una red CORPS cilíndrica ofrecen una solución efectiva para la conformación de haz en arreglos circulares de antenas. Esta solución reduce significativamente la dependencia de dispositivos activos, mejora la calidad de la señal y simplifica la operación del sistema. Estos resultados abren oportunidades para futuras investigaciones y prometen mejoras en la industria de las comunicaciones inalámbricas.

This work is focused on the challenges in wireless communication systems, with the main objective of designing efficient beamforming networks for a circular antenna array. This network must reduce the reliance on phase shifters or active devices and meet specific radiation patterns. To achieve this, we propose two possible solutions: a cophasal excitation network and a cylindrical CORPS network. The cophasal feed network, optimized by genetic algorithms, generates a radiation beam that can be scanned in the whole azimuth plane. It is possible by taking advantage of the rotation and symmetry properties of the circular array. Furthermore, we achieve an outstanding performance in sidelobe suppression, with a significant reduction of -16 dB compared to the unoptimized case. This improvement in the quality of the radiation beam is crucial for the reliable transmission of signals in communication systems. The cylindrical CORPS network (presented in this research) simplifies the power network by 50%. It allows the entire azimuth plane to generate a distributed number of beams and adjust the scanning direction of each beam in according to the number of input ports. Each input port controls one radiation beam, simplifying the complexity of the system and allowing greater control over the side lobes. As the number of elements and input ports increases, sidelobe suppression performance is further improved. This proposal offers the flexibility to adjust the level of side lobes based on specific design requirements. Research has shown that the optimization of a cophasal feeder network and a cylindrical CORPS network offers an effective solution for beamforming in circular antenna arrays. This solution significantly reduces dependency on active devices, improves signal quality, and simplifies system operation. These results open up opportunities for future research and promise improvements in the wireless communications industry.

Master thesis

Arreglo circular de antenas, algoritmos genéticos, Red CORPS cilíndrica Circular array of antennas, Genetic algorithms, Cylindrical CORPS network INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES ANTENAS ANTENAS