Neural network assisted composition for piano in jazz

Ismael Medina Muñoz (2023, [Tesis de maestría])

Artificial Intelligence has taken an important role in activities that were once considered exclusively human. Generative AI is a vibrant area of research, with increasing interest in application fields related to the arts. The recent plethora of innovations in fields like visual arts and natural language processing, which are able to engage in dialogue with users, are just two examples of commercial applications that are driving innovation research for big tech giants. It would not be untrue to say that these innovations are shaping mankind’s development.

Music is an investigative field that presents a challenge. Musical theory itself is challenging for humans, and music is as diverse and rich as the cultures in which it has evolved. This research and proposal is intended as a novel approach to creating a generative artificial intelligence that assists in piano composition for jazz tunes. This genre was selected because of the challenge that its richness and complexity for musical execution and interpretation pose.

By using a Recurrent Neural Net to create new sequences of n-notes from an initial n-note set and using a probabilistic approach to set the duration of each note in the produced n-notes set, the generative artificial intelligence described in this document is the piano composer assistant for jazz tunes.

Inteligencia Artificial INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES DISPOSITIVOS DE GRABACIÓN DISPOSITIVOS DE GRABACIÓN

Efecto de la deformación y contenido Mg en las Propiedades Mecánicas de la Aleación Al2.33CuXMg

Enrique Burciaga Castillo (2022, [Tesis de maestría])

El sistema Al-Cu-Mg es uno de los sistemas más estudiados debido a la importancia

tecnológica de las aleaciones base aluminio a nivel mundial. Sin embargo, la mayoría de

los estudios no abordan el efecto sinérgico de la adición de algún elemento aleante

(magnesio) con la deformación plástica, sino que se enfocan en determinar los efectos

aislados de cada variable. Así la presente investigación, se enfoca en evaluar la

contribución conjunta de los efectos mencionados principalmente sobre los mecanismos

de endurecimiento y la propiedad mecánica de dureza a fin de contribuir a un mayor

entendimiento de esta interacción.

En el presente trabajo de investigación se estudió la aleación Al2.33Cu en función de su

deformación (ξ), reduciendo el espesor a 30% y 50%, estudiando sus propiedades

mecánicas bajo la adición de Mg en sus diferentes etapas de tratamiento térmico y

mecánico.

Se fabricaron aleaciones mediante el proceso de fundición, utilizando diferentes

cantidades de Mg (0, 1.78, 1.96 y 2.24%) en la aleación de aluminio Al2.33Cu, se

extruyeron las muestras, seguido se realizó un tratamiento de solución a 495°C con

temple en agua y posteriormente se realizó una curva de envejecido (1, 2, 4.5, 10, 20,

45, 100, 200, 450, 1000, 2000, 4500 y 10000 min) a una temperatura de 195°C.

Se realizó caracterización por microscopía óptica, difracción de rayos X y Microscopía

electrónica de barrido en sus primeras etapas (colada, extrusión y solución), así como

mediciones de micro dureza en cada una de sus etapas.

Esta investigación se enfocó en la importancia y el efecto del magnesio en las aleaciones

de AlCu y el efecto de la deformación, como consecuencia en el impacto las propiedades

mecánicas de dureza de la aleación.

Mg INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA METALÚRGICA PRODUCTOS METALÚRGICOS (ESPECIALES) PRODUCTOS METALÚRGICOS (ESPECIALES)

Contratos inteligentes para la gestión de datos de sensado móvil y vestible para aplicaciones en salud

Smart contracts for mobile and wearable sensing data management for health applications

José Ricardo Cedeño García (2023, [Tesis de maestría])

El aumento en la producción de datos derivado de la adopción de tecnologías móviles y de IoT está revolucionando la salud, pero también plantea importantes retos éticos y de privacidad. Los recientes avances en el aprendizaje automático han resaltado la importancia de recopilar y etiquetar datos correctamente, en especial para fines críticos, como el desarrollo de aplicaciones para cuidados médicos. La recopilación de datos médicos para tareas de aprendizaje automático presenta limitaciones en cuanto a la cantidad, variedad y calidad de las fuentes disponibles. Una forma de abordar este dilema es el uso de Blockchain para la recopilación y el uso de datos de pacientes. El anonimato de una red centralizada permite proteger la identidad del paciente. La estructura formada por nodos permite que la información esté siempre disponible y no dependa de un servidor principal. La inmutabilidad de los registros en la cadena garantiza la trazabilidad inequívoca del flujo de los datos del paciente. Por último, los mecanismos de consenso y recompensa de la red podrían motivar a nuevos usuarios a participar del sensado activo. Presentamos TRHEAD, una arquitectura de referencia basada en la Blockchain para recopilar datos sanitarios, firmar consentimientos, anotar datos y obtener crédito por los mismos, permitiendo a los usuarios rastrear el uso de sus datos, a los científicos rastrear su procedencia y proteger al mismo tiempo la privacidad de los pacientes. Exponemos dos implementaciones de nuestra arquitectura aplicadas a distintas campañas de sensado para comprobar su viabilidad, así como los resultados de su aplicación en estos escenarios y las conclusiones que desprendieron de su análisis. Dado que uno de los objetivos principales de TRHEAD es la recopilación de datos mediante sensado activo para el entrenamiento legal/consciente de modelos de aprendizaje automático, se realizó el entrenamiento de un modelo con los datos obtenidos de la campaña de sensado correspondiente a imágenes de rostros humanos, con el fin de detectar estados de ánimo. Finalmente se discute el papel de TRHEAD en el aseguramiento del trato justo y consciente de la información de los pacientes y el camino por recorrer en el perfeccionamiento de la arquitectura.

The increase in data production resulting from the adoption of mobile and IoT technologies is revolutionizing healthcare, but it also poses significant ethical and privacy challenges. Recent advances in machine learning have highlighted the importance of collecting and labeling data correctly, especially for critical purposes such as deploying healthcare software. Collecting medical data for machine learning tasks presents limitations in terms of the quantity, variety, and quality of available sources. One way to address this dilemma is the use of Blockchain for the collection and use of patient data. The anonymity of a centralized network allows the patient’s identity to be protected. The structure formed by nodes allows information to be always available and not dependent on a main server. The immutability of the records in the chain guarantees the unequivocal traceability of the flow of patient data. Finally, the network’s consensus and reward mechanisms could motivate new users to participate in active sensing. We present TRHEAD, a Blockchain-based reference architecture for collecting healthcare data, signing consents, annotating data and getting credit for it, allowing users to track the use of their data, scientists to track its provenance while protecting patients privacy. We present two implementations of our architecture applied to different sensing campaigns to test their feasibility, as well as the results of their application in these scenarios and the conclusions drawn from those results. Since one of the main objectives of TRHEAD is the collection of data through active sensing for the legal/conscious training of machine learning models, a model was trained with the data obtained from the sensing campaign corresponding to images of human faces, in order to detect moods. Finally, the role of TRHEAD in ensuring the fair and conscientious treatment of patient information and the road ahead in refining the architecture is discussed.

Contratos Inteligentes, Blockchain, Privacidad, Aprendizaje de Máquina Etico, Recopilación Consciente de Datos, Consentimiento, Arquitectura de Referencia Smart Contracts, Blockchain, Privacy, Ethical Machine Learning, Conscious Data Collection, Consent, Reference Architecture INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LOS ORDENADORES INTELIGENCIA ARTIFICIAL INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Predicción de actividad antimicrobiana usando modelos de escala evolutiva a través de un flujo de trabajo en la plataforma KNIME

Prediction of antimicrobial activity using models of evolutionary scale through a workflow in the KNIME platform

Karla Lorena MartÍnez Mauricio (2023, [Tesis de maestría])

Dentro de las estrategias para combatir la resistencia antimicrobiana, se está llevando a cabo investigación para la creación de nuevos fármacos basados en péptidos antimicrobianos. En los últimos años, se han realizado esfuerzos para incorporar herramientas computacionales que ayuden a acelerar la identificación de péptidos con actividad antimicrobiana. Una de estas herramientas son los modelos QSAR basados en aprendizaje tradicional, que permiten predecir la actividad antimicrobiana en péptidos a partir de información basada en su secuencia. Un componente clave en este proceso es el tipo de características moleculares a utilizar. Recientemente, ha surgido una familia de modelos pre-entrenados llamados ESM-2, los cuales generan incrustaciones (características) que fueron aprendidas a partir de 65 millones de secuencias que abarcan diversidad evolutiva. En este trabajo de tesis, se analiza la contribución de las incrustaciones ESM-2 de diferentes dimensiones de forma individual y en conjunto en el desarrollo de modelos QSAR basados en aprendizaje tradicional para la clasificación de péptidos antimicrobianos, así como sus tipos funcionales, como antibacteriano, antifúngico y antiviral. A partir de este estudio se concluye que aumentar la capacidad de los modelos ESM-2 no implica una mejora en el rendimiento de los modelos para predecir péptidos antimicrobianos. Los modelos ESM-2 t30 y ESM-2 t33 son los más apropiados para extraer características y mejorar la exactitud en las predicciones de péptidos antimicrobianos. Además, fusionar características de diferentes incrustaciones ESM-2 es una estrategia efectiva para construir mejores modelos QSAR que el uso exclusivo de características derivadas de un modelo ESM-2 específico. Se construyeron modelos más simples con un rendimiento comparable o superior a los modelos basados en aprendizaje profundo reportados en la literatura. Para llevar a cabo este estudio se implementó un flujo de trabajo en KNIME que genera de forma automática hasta 1980 modelos de clasificación binaria basados en aprendizaje tradicional. Incorpora diversas técnicas de selección de características, algoritmos de clasificación, métricas de desempeño y una fase de limpieza de datos. Este flujo de trabajo se encuentra disponible en https://github.com/cicese-biocom/classification-QSAR-bioKom.

Molecular features play an important role in different bio-chem-informatics tasks, such as the Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) modeling. Several pre-trained models have been recently created to be used in downstream tasks either by fine-tuning a specific model or by extracting features to feed traditional classifiers. In this sense, a new family of Evolutionary Scale Modeling models (termed as ESM-2 models) has been recently introduced, demonstrating outstanding results in structure protein prediction benchmarks. Herein, we are devoted to assessing the usefulness of different-dimensional embeddings derived from ESM-2 models in the prediction of antimicrobial peptides, given the great deal of attention received because of their potential to become a plausible option to mainly fight multi-drug resistant bacteria. To this end, we created a KNIME workflow to guarantee using the same modeling methodology, and consequently, carrying out fair comparisons. As a result, it can be drawn that the 640- and 1,280- dimensional embeddings are the most appropriate to be used in modeling because statistically better results were achieved from them. We also combined features from different embeddings, and we can draw that the fusion of features of different embeddings contributes to getting better models than only using a specific model ESM-2. Comparisons regarding state-of-the-art deep learning models confirm that when performing methodologically principled studies in the prediction of AMPs, non-DL based models yield comparable-to-superior results to DL-based models. The implemented KNIME workflow is availablefreely at https://github.com/cicese-biocom/classification-QSAR-bioKom. We consider that this workflow can be valuable to prevent unfair comparisons regarding new computational methods, as well as to propose new non-DL based models.

péptidos antimicrobianos, QSAR, aprendizaje automático ESM-2, KNIME antimicrobial peptides, QSAR, machine learning, ESM-2, KNIME INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LOS ORDENADORES DISEÑO CON AYUDA DE ORDENADOR DISEÑO CON AYUDA DE ORDENADOR

First-principles calculations focused on the study of MXenes with potential applications in energy storage devices

First-principles calculations focused on the study of MXenes with potential applications in energy storage devices

Victor Hugo Medina Macias (2023, [Tesis de maestría])

First-principles studies of Ti/Ta-based ordered alloy MXenes have demonstrated their viability as anode material in Li-ion batteries due to their promising electrochemical properties. However, the influence of surface functional groups on the atomic-scale lithiation processes remains unknown. In this thesis, we employ first-principles density functional theory (DFT) calculations to investigate the thermodynamic stability, structural characteristics, and electrochemical properties of O-, F-, Cl-, and OH-functionalized Ti2Ta2C3 ordered alloy MXenes during Li intercalation. Our calculations reveal surface functionalization with O, F, Cl, and OH is thermodynamically stable, indicating their viability as functional groups. Also, we identify the H3 high symmetry site as the most favorable configuration for Li intercalation. To evaluate electrochemical performance, electrochemical characterization is carried out employing open circuit voltage (OCV) curves. Our findings demonstrate changes in storage capacities depending on the functional group, with O-functionalized MXenes exhibiting larger storage capacities in contrast to other functional groups in Ti2Ta2C3 MXene anode materials. The theoretical single-layer gravimetric storage capacities for O-, F-, and Cl-functionalized Ti2Ta2C3 MXene anodes are 91.77, 52.38, and 24.21 mAh/g, respectively. OH-functionalized MXenes failed to show thermodynamic stability during lithiation and favored Li cluster formation over an intercalation process. These results show how functional groups affect the potential performance of Ti2Ta2C3 MXene materials in energy storage applications and provide insights for correctly selecting the functional group of the host material.

Mediante cálculos de primeros principios se ha demostrado la viabilidad del MXene formado por la aleación ordenada Ti/Ta como material anódico en baterias de iones de litio, esto debido a sus propiedades electroquímicas prometedoras. Sin embargo, la influencia de los grupos funcionales superficiales en el proceso atómico de litiación permanecen desconocidos. En esta tésis, empleamos cálculos de primeros principios basados en la Teoría del Functional de la Densidad (DFT) para investigar la estabilidad termodinámica, las características estructurales y las propiedades electroquímicas del MXene de aleación ordenada Ti2Ta2C3 funcionalizado con grupos O, F, Cl y OH, durante el proceso de intercalación de iones de litio. Nuestros cálculos demuestran la estabilidad termodinámica de la funcionalización superficial con grupos O, F, Cl y OH, indicando su viabilidad como grupos funcionales. Adicionalmente, identificamos el sitio de alta simetría H3 como la configuración más estable para la intercalación de Li. Para evaluar el rendimiento electroquímico, se realizó la caracterización electroquímica empleando curvas de voltage de circuito abierto (OCV). Nuestros hallazgos demuestran cambios en la capacidad de almacenamiento dependiendo del grupo funcional, siendo el MXene funcionalizado con oxígenos el que exhibe mayores capacidades de almacenamiento en contrastre con los otros grupos funcionales presentes en el MXene Ti2Ta2C3. Las capacidades gravimétricas de almacenamiento para los ánodos de Ti2Ta2C3 de una sola capa funcionalizados con O, F y Cl son 91.77, 52.38 y 24.21 mAh/g, respectivamente. Los MXenes funzionalizados con grupos OH no mostraron estabilidad termodinámica durante el proceso de litiación y favorecieron la formación de clusters de Li en su lugar. Estos resultados demuestran cómo los grupos funcionales cambian el rendimiento potencial de MXenes de Ti2Ta2C3 en aplicaciones de almacenamiento de energía y proporciona información para seleccionar correctamente el grupo funcional del material base.

MXene, MXene de aleación ordenada, Bateria de Li-ion, Material anódico MXene, ordered alloy MXene, Li-ion battery, Anode material INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Optimization of the alkali-silane treatment of agave lechuguilla fibers (ixtle) for potential reinforcement in polymeric composites

NOEMI JARDON MAXIMINO MARIAMNE DEHONOR GOMEZ Rolando Villa Moreno MARIA DOLORES BAEZA ALVARADO Luis Edmundo Lugo Uribe (2023, [Artículo])

Reinforced polymeric composites with natural fibers have garnered significant interest in recent years due to the need for biomass utilization and the requirements of various industries, such as automotive and construction. Among these natural fibers, Agave lechuguilla fiber, commonly known as ixtle (FIx) or Tampico fiber, exhibits important characteristics such as length, high strength, and durability. However, there is limited literature on its conditioning, functionalization, and utilization as a reinforcing material in polymeric composites (CP). This study presents the optimization of the alkali-silane treatment of FIx, identifying the most suitable reaction conditions to enhance their thermal stability, tensile strength, and silane coupling agent (ACSi) grafting on the fiber surface. The chemical treatment with ACSi proved highly effective, resulting in a significant grafting content, which was confirmed through FTIR and SEM–EDS analyses. The high level of functionalization did not compromise the mechanical performance of the fibers, suggesting that functionalized FIx holds great potential as a reinforcing material in CP. These findings open new paths for the sustainable use of Agave lechuguilla fibers, contributing to the development of environmentally friendly and high-performance polymeric composites in various industrial applications.

This article belongs to the Special Issue Natural Fibers for Advanced Materials: Addressing Challenges).

Supplementary materials: The following supporting information can be downloaded at: https://www.mdpi.com/article/10.3390/fib11100086/s1, Figure S1: Optical microscope image of ixtle fibers at a magnification of 50 (a) untreated and (b) alkaline treated (FIx-5); Table S1: FTIR signal assignment for alkaline treated FIx; Table S2: FTIR Signal assignment for silane treated FIx.

Author contributions: Conceptualization, N.J.-M. and L.E.L.U.; methodology, N.J.-M., M.D.G., R.V.M., M.D.B.-A. and L.E.L.U.; validation, N.J.-M. and L.E.L.U.; formal analysis, N.J.-M., M.D.G. and L.E.L.U.; investigation, N.J.-M. and L.E.L.U.; data curation, N.J.-M., M.D.G., R.V.M. and M.D.B.-A.; writing—original draft preparation, N.J.-M. and L.E.L.U.; writing—review and editing, N.J.-M., M.D.G., R.V.M., M.D.B.-A. and L.E.L.U.; visualization, N.J.-M., M.D.G. and L.E.L.U.; supervision, L.E.L.U.; project administration, N.J.-M. and L.E.L.U.; funding acquisition, N.J.-M. and L.E.L.U. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.

Funding: This research was funded by CONAHCYT, “Estancias postdoctorales por México”, grant umber CVU425480.

Data availability statement: Data supporting the findings of this study are available within the article and upon request from the corresponding author.

Acknowledgments: The authors express their gratitude towards Rene Diaz Rebollar and Jazmin Gomez Sara for their technical assistance in conducting the chemical reactions presented in this current study. Additionally, the assistance provided by Luis Alberto Caceres Diaz in the execution of XRD analyses is also acknowledged. Furthermore, N.J.M. extends sincere recognition to CIATEQ A.C. for their provision of essential resources and infrastructure crucial to the advancement of this research. The support rendered by CONAHCYT through the “Estancias postdoctorales por México” program is also gratefully acknowledged, as it has contributed financial backing to the project. Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.

Agave lechuguilla Natural fiber Silane coupling agent INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Sistema de visión para detección de fallas de calidad en la identificación de etiquetas en una línea de producción del giro automotriz

Vision system for the detection of quality failures in the identification of labels in an automotive production line

José Rodrigo Hernández Laguna Jorge Adan Romero Guerrero CAROLINA RETA CASTRO (2023, [Artículo])

Este artículo presenta la implementación de un sistema de visión para la detección de fallas en la identificación de etiquetas en una línea de producción de motores eléctricos de confort para vehículos. Anteriormente, la línea de producción dependía completamente de la inspección visual realizada por un operador. La solución propuesta considera tanto los aspectos técnicos del sistema de visión como otros factores clave para asegurar la calidad del proceso, como: las políticas de aseguramiento de calidad de las normas automotrices vigentes en México (IATF 6949:2016 e ISO9000), la mejora continua, la estadística, la ergonomía y la estandarización de procesos. Los resultados demuestran el éxito de la implementación. El sistema demostró ser efectivo al identificar las fallas de manera precisa; se logró una reducción significativa en el número prioritario de riesgo en el análisis y modo de efectos de falla; y se logró una reducción en la estadística de fallas internas y con el cliente, de 2021 a 2022.

Sistema de visión Análisis y modo de efectos de falla Inspección de defectos Industria automotriz Vision system Analysis and failure effects mode Defect inspection Automotive industry INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Innovative experimental plant to improve coffee processing

IVAN TOVAR ESTRADA Juan Francisco Cedano Lezcano EMANUEL VARGUEZ CALCANEO ESTEBAN GUZMAN RODRIGUEZ (2023, [Artículo])

In Mexico, coffee production refers to a process with traditional processing practices that combine rustic and semi-mechanized activities, where quality is not controlled, placing it in the category of conventional coffee. In recent years worldwide, the demand for high-quality coffee has increased and in order to offer this model, it is necessary to standardize the processing and transformation processes that increase the quality and value of the coffee. In order to exploit the different capacities in our country, it is necessary to design an innovative experimental plant for the processing of the primary coffee beneficiary, which is capable of adapting to the processes known by the producers, through the instruments and machinery the plant will provide The producer has control over the variables that influence taking advantage of the organoleptic properties of the coffee bean prior to harvest. The plant allows experimentation and obtaining controlled results according to the primary processing method to be applied. The development of the experimental plant has three iterative design cycles; 1) concept design, in which the various processes and methods investigated are evaluated to seek their homogenization with the help of instruments for monitoring and control, 2) prototype design, which is carried out with the help of 2D platforms and 3D modeling, that allow visualizing the location of the different equipment, as well as the flows of the different primary processing processes that the producer wishes to apply, and 3) innovation design, in which the products and services allow the value chain to be improved through processes instruments, data control and new techniques. For the development and maintenance of the experimental plant, it is necessary to link the entities that make up the quadruple helix; companies, government, society and public centers and institutes of higher education. In order to promote teamwork, collaboration and the exchange of ideas to strengthen, sustain and enrich the innovation ecosystem created through the experimental plant.

Benefited Specialty coffees INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Efecto antimicrobiano, citotóxico y potencial andamio de coberturas poliméricas nanoestructuradas como alternativa de tratamiento en heridas de la piel

MONTSERRAT LOPEZ CARRIZALES (2023, [Tesis de doctorado])

Las coberturas electrohiladas de alcohol polivinílico (PVA) son materiales prometedores para su aplicación en curación de heridas e ingeniería de tejidos, debido a que son biocompatibles con células humanas. Sin embargo, la baja estabilidad en agua de estas coberturas ha limitado su uso en el área biomédica. En este estudio se prepararon novedosas coberturas electrohiladas de PVA las cuales fueron reticuladas térmicamente (150 °C por 24 h) y caracterizadas por diferentes técnicas analíticas y cargadas con nanopartículas de óxido de plata (Ag2ONPs) e hidrocloruro de ciprofloxacina (CIP) de manera independiente y en combinación. El comportamiento de liberación de las Ag2ONPs y CIP se estudió por espectroscopía de absorción atómica y espectrofotometría UV-Visible, respectivamente. La actividad antimicrobiana de las coberturas se evaluó por el ensayo de curvas de letalidad contra cepas de referencia y bacterias multidrogorresistentes (MDR). La biocompatibilidad se determinó sobre fibroblastos dérmicos humanos (FDH) por el método de calceína/homodímero de etidio y el ensayo de bromuro de 3-(4,5- dimetiltiazol-2-ilo)-2,5-difeniltetrazol (MTT). Los resultados mostraron que el tratamiento de reticulación incrementó la temperatura de fusión y la cristalinidad de los materiales, así como su estabilidad en agua. Se encontró que el diámetro promedio de fibra de la cobertura de PVA sin agentes antimicrobianos fue de 412.50 nm y que la adición de CIP incrementó el diámetro. El análisis por difracción de rayos X confirmó la presencia de Ag2ONPs en las coberturas poliméricas, y los espectros de infrarrojo sugirieron que los agentes antimicrobianos interactúan con el PVA mediante fuerzas de Van der Waals. Las cinéticas de liberación mostraron que el CIP tiene una liberación tipo ráfaga durante los primeros 30 min, seguido de una liberación sostenida, mientras que la concentración máxima de Ag en buffer de fosfatos se alcanzó a las 2 h de inmersión. Se encontró que la cobertura cargada con la combinación de Ag2ONPs y CIP tiene un efecto sinérgico al requerirse menores concentraciones de los agentes antimicrobianos, así como menor tiempo para inhibir el crecimiento de bacterias MDR en comparación con sus similares cargadas únicamente con Ag2ONPs o CIP. Además, las coberturas son biocompatibles con los FDH al no alterar su morfología ni metabolismo mitocondrial, lo cual sugiere que estos materiales podrían ser utilizados como andamios celularizados para el tratamiento de heridas abiertas de la piel.

Polyvinyl alcohol (PVA) electrospun membranes are promising materials for application in wound healing and tissue engineering because they are biocompatible with human cells. However, the poor stability in aqueous medium of these membranes has limited their use in the biomedical area. In this study, novel electrospun PVA membranes thermally crosslinked (150 °C for 24 h) and characterized by different analytical techniques were loaded with silver oxide nanoparticles (Ag2ONPs) and ciprofloxacin hydrochloride (CIP) prepared independently and in combination. The release behavior of Ag2ONPs and CIP was studied by atomic absorption spectroscopy and UV-Visible spectrophotometry, respectively. The antimicrobial activity of the membranes was evaluated by the time-kill assay against reference strains and multidrug resistant (MDR) bacteria. Biocompatibility was determined on human dermal fibroblasts (HDF) by the calcein/ethidium homodimer method and the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazole bromide (MTT) assay. The results showed that the crosslinking treatment increased the melting temperature and crystallinity of the materials, as well as their stability in water. It was found that the average fiber diameter of the PVA membrane without antimicrobial agents was 412.50 nm, and that the addition of CIP increased the diameter. X-ray diffraction analysis confirmed the presence of Ag2ONPs in the polymeric membranes, and infrared spectra suggested that antimicrobial agents interact with PVA through Van der Waals forces. The release kinetics of CIP from the electrospun membranes showed a burst release during the first 30 min followed by a sustained release, while the maximum Ag concentration in phosphate buffer was reached after 2 h of immersion. It was found that the PVA electrospun membranes loaded with the combination of Ag2ONPs and CIP, have a synergistic effect since lower concentrations of antimicrobial agents are required, as well as shorter time to inhibit the growth of MDR bacteria compared to their counterparts loaded only with Ag2ONPs or CIP. Furthermore, the membranes are biocompatible with HDF since they do not alter neither morphology nor mitochondrial metabolism, suggesting that these materials could be used as cellularized scaffolds for wounds treatment.

BIOLOGÍA Y QUÍMICA MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Evaluación de la calidad del mezclado para el escalamiento de la carbonización hidrotérmica

Maximiliano Alba Ruíz (2023, [Tesis de maestría])

La carbonización hidrotérmica es un proceso termoquímico para la producción de hidrocarbón a partir de biomasa. Se realiza en reactores bifásicos sólido-líquido, por lo que la calidad del mezclado es fundamental para su correcto funcionamiento. Por ello, este trabajo propone el uso de técnicas de CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) para asegurar la calidad de mezclado durante el escalamiento de un reactor agitado. Para el escalamiento se empleó un factor de 1:25, tomando como referencia los resultados obtenidos en un reactor a escala laboratorio de 200 ml. Además, se empleó el criterio de similaridad dinámica, manteniendo la potencia por unidad de volumen constante. Se analizó el efecto de la velocidad de agitación (299 rpm – 474 rpm), el tamaño del agitador (dtanque/6 – dtanque/4) y la posición del agitador dentro del reactor (htanque/6 – htanque/2). Como etapa preliminar se consideró un sistema monofásico con propiedades similares a los de la suspensión y se implementó un diseño central compuesto, a fin de obtener un modelo predictivo de las variables de respuesta consideradas: tiempo de mezclado y dispersión de velocidad. Para evaluar el tiempo de mezclado, se consideró la inyección de un trazador en las simulaciones, a fin de observar su distribución en función del tiempo. Con los resultados obtenidos a partir de las simulaciones se determinó que la configuración que proporciona la mayor homogeneidad del sistema escalado corresponde a una velocidad de agitación de 386 rpm, diámetro del agitador equivalente a dtanque/2.6 y una posición del agitador de htanque/3. Con esta configuración se tuvo un tiempo de mezclado de 17.7 s y una dispersión de velocidad del 82.81 %. Esta configuración se empleó posteriormente en la simulación del sistema bifásico. Los resultados de la simulación evidencian el efecto de escalamiento, ya que se obtuvieron tiempos de mezclado a escala laboratorio de 5 s, mientras que para la escala semi-piloto (5 l) se estimó en 6 min. Estos resultados servirán de base para estudiar el efecto de la heterogeneidad del sistema sobre el desarrollo del proceso de carbonización, durante el escalamiento de este.

Hydrothermal carbonization is a thermochemical process to produce hydrochar from biomass. This process is carried out in solid-liquid biphasic reactors, so the quality of the mixing is essential for its correct operation. This work proposes the use of CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques to ensure the quality of mixing during the scale-up of a stirred reactor. A scaling factor of 1:25 was used, taking as reference the results obtained in a 200 ml laboratory-scale reactor. The dynamic similarity criterion was used, keeping the power per unit volume constant. The effect of the stirring speed (299 rpm - 474rpm), the size of the stirrer (dtank/6 – dtank/4) and the position of the stirrer inside the reactor (htank/6 – htank/2) were analyzed. As a preliminary stage, a homogeneous system with properties like those of the suspension was considered, and a central composite design was implemented, to obtain a predictive model of the considered response variables: mixing time and velocity dispersion. To evaluate the mixing time, the injection of a tracer was considered in the simulations, to observe its distribution as a function of time. With the results obtained from the simulations, it was determined that the configuration that provides the greatest homogeneity of the scaled system corresponds to a stirring speed of 386 rpm, agitator diameter equivalent to dtank/2.6 and a stirrer position of htank/3. With this configuration, a mixing time of 17.7 s and a speed dispersion of 82.81 % were obtained. This configuration was later used in the simulation of the two-phase system. The results of the simulation of the biphasic system show the scaling effect, since mixing times of 5 s were obtained at the laboratory scale, while for the semi-pilot scale (5 l) it was estimated at 3 min. These results will serve as a basis to study the effect of the heterogeneity in the system on the development of the carbonization process, during its scaling.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA