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Diseño, caracterización, modelado y optimización de fotobiorreactores destinados al cultivo de microalgas y la producción de metabolitos de interés tecnológico-biológico

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Autores/as: Rodrigo Jorge Leonardi ; Josué Miguel Heinrich ; Fernando Cavalitto Sebastián ; Inés Leonardi Patricia ; Ester Chamorro ; Horacio Antonio Irazoqui

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2020 Biblioteca Virtual de la Universidad Nacional del Litoral (SNRD) acceso abierto
La biotecnología aplicada al cultivo de microalgas crece a pasos agigantados, producto de que la composición de la biomasa puede ser adaptada a fines específicos, entre los más destacados, alimentación humana y abastecimiento de energía para garantizar la seguridad social. Si bien se cultivan microalgas a escala industrial, las productividades y eficiencias alcanzadas se encuentran muy por debajo de las teóricas, y las obtenidas en laboratorio. La energía radiante es considerada el factor más influyente en el crecimiento de organismos fotosintéticos, y es utilizada como parámetro en las etapas de síntesis y escalado de bioprocesos. En la presente Tesis se propone estudiar los efectos de la calidad, la cantidad y la distribución de la radiación sobre la conducta de suspensiones de microalgas en fotobiorreactores. A través de ensayos de laboratorio, en condiciones de iluminación diseñadas y controladas, se puede obtener información (experimental y computacional, producto del modelado del campo de energía radiante) acerca de la conducta de las microalgas en sistemas de cultivo outdoor. Se dedica especial atención al desarrollo de herramientas predictivas, basadas en simulación computacional y cultivo en laboratorio, de la performance de reactores de mayor escala iluminados con luz solar, una energía renovable de costo nulo. Contar con metodologías de laboratorio rápidas y precisas, para estimar la productividad de cepas de microalgas en reactores varios, permite evitar gastos de tiempo y dinero asociados al diseño, puesta en funcionamiento y escalado de bioprocesos.

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Diseño, caracterización, producción y utilización de vectores virales y plasmídicos para terapia génica del cáncer

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Autores/as: Mariana G. Berenstein ; Osvaldo Podhajcer

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No requiere 2001 Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Biotecnología médica  

La transferencia in vivo del gen de la timidina kinasa del virus herpes-1 seguido por la administración de la prodroga ganciclovir (HSV-tk/GCV) y su posterior activación in situ, surgió como una estrategia de terapia génica eficaz para el tratamiento de tumores experimentales y humanos. Se había demostrado la existencia de un efecto “bystander” por el cuál las células no modificadas por el gen también eran eliminadas por GCV activado por el gen HSV-tk. Sin embargo, su validez fue cuestionada desde diferentes perpectivas, entre ellas el sistema de transferencia y el modelo tumoral utilizado. Dada la disparidad de resultados en diferentes modelos experimentales, construimos un vector retroviral conteniendo el gen de HSV-tk y obtuvimos células productoras de vectores retrovirales (VPC). Utilizando dichas células como fuente de tranferencia génica, estudiamos la eficiencia de transducción in vivo en células malignas sobre tres modelos tumorales distintos: melanoma murino B16, melanoma humano IIB-MEL-LES y glioblastoma de rata C6. En estudios in vitro pudimos observar un efecto bystander sólo en células C6. Los estudios in vivo mostraron una inhibición del crecimiento tumoral en los dos modelos de melanoma cuando las células eran co-inoculadas con VPC productoras de vectores retrovirales portando el gen HSV-tk (VPC-tk) y tratadas con GCV. Sin embargo, el 100% de los animales fue capaz de desarrollar tumores en ambos modelos . Bajo las mismas condiciones experimentales, 70% de las ratas fueron capaces de rechazar células de glioma C6 transferidas de modo intracraneal por técnicas estereótaxicas y el 50% de los animales mostró un aumento significativoen el tiempo de sobrevida. El tratamiento de tumores C6 establecidos con VPC-tk y GCV, llevó a la cura del 33% de los animales. Las ratas que rechazaron el tumor primario fueron capaces de desarrollar una respuesta inmune de memoria que lleva al rechazo de desafíos contralaterales con células parentales. A los efectos de aumentar el efecto terapéutico estudiamos el efecto antitumoral de la tranferencia del gen de interleuquina-12 solo o en combinación con el gen HSV-tk y tratamiento con GCV, sobre tumores de cerebro intracraneales y los mecanismos involucrados en el rechazo tumoral. Luego de la transferencia i.c.de células productoras VPC-IL12, se lograba suprimir el crecimiento de tumores C6, aún en tumores establecidos de 10 días. La combinación con células VPC-tk y GCV tuvo mejor efecto terapéutico que los dos tratamientos por separado sobre tumores incipientes. Los estudios de los mecanismos asociados a la respuesta antitumoral demostraron la participación de eventos inmunológicos y no inmunológicos. Secciones histológicas de cerebros con expresión local de IL-12 mostraron una activación inmediata de macrófagos/microglia y su reclutamiento a áreas intratumorales. La expresión de IL-12 también fue capaz de estimular un reclutamiento de PMN e inducir necrosis de vasos tumorales, mientras los vasos del parénquima normal no se vieron afectados. Por otro lado, el tratamiento con HSV-tk/GCV mostró un infiltrado mayoritario de células CD5+. Además, únicamente la combinación de IL-12 y HSV-tk/GCV fue capaz de reclutar células CD4+ y CD8+ cuando el tratamiento era aplicado a tumores de gran tamaño. Los animales sobrevivientes desarrollaron una inflamación crónica en el sitio de inyección primario compuesto de macrófagos y linfocitos en distintas proporciones según el tipo de terapia inicial aplicado. Este infiltrado crónico no fue perjudicial para el cerebro ya que no se observaron evidencias de desmielinización ni tampoco daños neurológicos asociados. Por lo tanto este estudio provee las bases para comprender los mecanismos involucrados en la respuesta antitumoral inducida por IL-12, sola o en combinación con el sistema del gen suicida y apoya el uso de la terapia combinada para el tratamiento de tumores de cerebro. Un clon de VPC terapéutico portando el gen de HSV-tk fue también seleccionado para su utilización en protocolos clínicos. Este clon mostró una mayor eficacia antitumoral que la preparación original. Finalmente, se construyeron y caracterizaron nuevos vectores para su uso en terapia génica, basados en sistemas regulables e inducibles por condiciones exógenas (tetraciclina) y endógenas del tumor (hipoxia tumoral).

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Diseño, construcción y análisis de datos de un Lidar Raman Multiángulo

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Autores/as: Juan Vicente Pallotta ; Eduardo Jaime Quel ; Alberto Etchegoyen Lidia Ana Otero

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No requiere 2016 Repositorio Institucional Abierto de la Universidad Tecnológica Nacional (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ingeniería eléctrica, electrónica e informática  

En esta tesis se describe el diseño, construcción y análisis de datos del primer lidar Raman multiángulo de Sudamérica. Este sistema fué construido en base a características definidas por los Observatorios Pierre Auger y Cherenkov Telescope Array, en los cuales se planea instalar. Se realiza una descripción de los criterios de diseño y selección de cada componente, muchos de los cuales son producto de simulaciones. Una de las características más importantes de este sistema es su alto grado de automatización, tanto en los procesos involucrados en la toma de datos, como en el procesamiento de los mismos. Se desarrolló un hardware y un software que dota al sistema de estas características, como también, los algoritmos de pre-procesamiento e inversión de sus señales. Todo este trabajo le aporta a la División Lidar la capacidad de nuevos procedimientos en el desarrollo de sus lidares, en la automatización del proceso de adquisición de datos, y en el procesamiento de la inversión de las señales adquiridas.

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Diseño, construcción y caracterización de dispositivos nanofluídicos basados en nanocanales de estado sólido

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Autores/as: Gonzalo Pérez Mitta ; Omar Azzaroni ; María Eugenia Toimil Molares

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No requiere 2017 SEDICI: Repositorio Institucional de la UNLP (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ciencias naturales - Ciencias químicas  

La capacidad de los seres vivos para responder a estímulos y procesar información proveniente de sus entornos ha alentado a los científicos a desarrollar nanosistemas integrados que muestren funciones y capacidades similares. En este sentido, los poros biológicos han sido una gran fuente de inspiración debido a su exquisito control sobre el transporte de iones hacia dentro y fuera de las células, una característica que en última instancia juega un papel preponderante en múltiples procesos fisiológicos como por ejemplo, en la transducción de estímulos físicos en señales nerviosas. El desarrollo de nanoporos y nanocanales abióticos, que responden a determinados estímulos químicos, físicos o biológicos produciendo señales “iontrónicas”, es ahora una realidad gracias a la combinación de las ciencias de las superficies “blandas” con distintas técnicas de nanofabricación. La interacción entre la riqueza funcional de componentes moleculares prediseñados y las notables características físicas de los nanoporos y nanocanales desempeña un papel crítico en la integración racional de las funciones moleculares en los entornos nanofluidicos, lo que nos permite prever y diseñar nanosistemas biomiméticos basados en nanoporos que responden a una variedad de estímulos externos tales como pH, potencial redox, concentración de moléculas, temperatura o luz. La transducción de estos estímulos en una respuesta "iontrónica" predefinida puede amplificarse explotando el nanoconfinamiento y efectos fisicoquímicos tales como distribución de carga, restricciones estéricas, desplazamientos de equilibrio o cambios locales en la concentración iónica, por citar algunos ejemplos. Mientras que en las últimas décadas los científicos y tecnólogos se han centrado principalmente en sus aspectos fundamentales y en el estudio en profundidad de sus interesantes propiedades de transporte, desde hace varios años la investigación de sistemas nanofluídicos ya ha empezado a desplazarse hacia el desarrollo de aplicaciones prácticas específicas. En este trabajo doctoral se muestran diversas formas de construcción de dispositivos nanofluidicos iontrónicos utilizando como herramienta fundamental la técnica ion-track-etching de fabricación de nanocanales junto con técnicas de modificación de superficies para conferir responsividad específica a diferentes estímulos, entre ellos el pH, concentración de potasio, azúcares, urea e incluso, potencial eléctrico. Las técnicas de modificación utilizadas en esta tesis van desde la formación de monocapas de moléculas funcionales covalentemente unidas a la superficie de los nanocanales o lapolimerización química y electroquímica de polímeros conductores hasta la formación de ensamblados electroestáticos híbridos biológicos combinando polielectrolitos y enzimas.

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Diseño, construcción y ensayo de la etapa de generación eléctrica con un sistema solar térmico

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Autores/as: Pablo Roberto Dellicompagni ; Ada Judith Franco ; Luis Roberto Saravia Mathon

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2019 CONICET Digital (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ingeniería eléctrica, electrónica e informática  

Las diferentes máquinas de vapor para la producción de energía mecánica y eléctrica tienen una larga historia que comenzó en el siglo XV (T. Savery) y empezó a generalizarse en relación con las minas de carbón en Inglaterra (J. Watt). Originalmente la fuente de energía necesaria para su funcionamiento se logró usando leña y luego carbón mineral. En el siglo XX se comenzaron a utilizar los hidrocarburos y diferentes gases, fuentes que han predominado hasta la actualidad. Los problemas actuales relacionados con las fuentes mencionadas, tales como el comienzo de la declinación de los combustibles no renovable y la contaminación ambiental que causa su uso, ha llevado a un interés creciente por la utilización de las energía renovables tales como la solar, eólica, biocombustibles y otros.Desde 1980, el Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional (INENCO) y otras instituciones de la Argentina están realizando desarrollos destinados a la sustitución de los combustibles convencionales por las llamadas energías renovables. En relación con la energía solar se han considerado dos tecnologías diferentes para la generación eléctrica, el uso de los sistemas fotovoltaicos y la generación solar térmica con uso de concentradores. Ambos tienen características muy diferenciadas que implican distintas posibilidades de uso, que en algunos casos se superponen.El INENCO lleva a cabo estudios relacionados con la producción de electricidad por la vía solar térmica que cuenten con características tales como:1.- Generadores con producciones grandes, encontrándose en la actualidad sistemas en construcción con potencias de 500 MW en EEUU con sistemas de torre central (Palen Solar Electric Generating System), Australia con equipos del tipo Fresnel lineal, uno de 44 MW (Kogan Creek Solar Boost) en construcción y otro de 9 MW en operación (Liddell Power Station). También se encuentra una planta solar con sistema de torre central en operación, en EEUU, denominada Ivanaph, con un potencia de 377 MW, transformándose ésta en líder en el mercado en finales del 2013 y principios del 2014.2.- Cubran un rango grande de potencias, desde las decenas de kW para aplicaciones puntuales a nivel industrial hasta las potencias ya mencionadas para la producción de energía destinada a las grandes ciudades y centros industriales.3.- Las centrales térmicas puedan generar no solo energía eléctrica sino también térmica destinada a usos industriales.4.- La generación de energía térmica tiene la ventaja de que puede almacenarse a costos más bajos que la energía eléctrica. La mayoría de las nuevas centrales térmicas están acumulando energía térmica con reservas de 7 a 10 horas, por lo que pueden cubrir la demanda eléctrica pico que se genera en las primeras horas de la noche. En este momento se está generalizando la acumulación con sales fundidas, lo que permite llegar a altas temperaturas y tiene precios bajos.5.- Existen equipos con diferentes características, siendo los más comunes los de torre central, los que usan espejos cilindro-parabólicos, los que utilizan motores stirling con espejos esféricos y los de tipo Fresnel lineal, que hace uso de espejos planos ligeramente curvados. En la actualidad, las diferentes tecnologías son utilizadas, encontrándose en una etapa de comparaciones económicas destinadas a determinar en qué condiciones uno u otro tipo resulta más conveniente.6.- La generación eléctrica también es diversa pudiéndose utilizar turbinas, motores stirling, máquinas reciprocantes o el uso intermedio de producción de vapor orgánicos con volúmenes específicos menores que el agua. Los motores stirling tienen los mejores rendimientos pero su tamaño actual es pequeño, en el orden de los 25 kW. Los motores reciprocantes se han utilizado para potencias pequeñas, del orden de decenas de kW por su bajo costo, pero actualmente están creciendo y se producen motores con potencias de varios MW. Las turbinas cubren un rango muy grande, pero las de pequeña potencia resultan muy caras.En el INENCO se ha centrado el interés en los generadores de vapor de tipo Fresnel debido a su bajo costo. Por otro lado su tecnología es relativamente sencilla y pueden ser construidos totalmente en la Argentina con materiales locales. Los sistemas de generación solar térmica pueden usarse en regiones con alta radiación solar ya que los espejos necesitan de irradiación directa para su funcionamiento. A nivel mundial existen 7 regiones de alta radiación. Afortunadamente, la zona NOA de la Argentina forma parte de una de ellas junto con el norte de Chile y el Sureste de Bolivia. Las potencias disponibles de energía solar constituyen la mayor reserva de energía renovable, asegurando que esta fuente podrá generar la energía suficiente a nivel mundial para asegurar la disponibilidad a largo plazo. A título de ejemplo se puede citar que una superficie del orden de 20 x 20 km2, muy pequeña en relación a las superficies disponibles en la cercanía de los Andes, puede generar toda la energía que se consume actualmente nuestro país.El panorama actual de las políticas en Energías Renovables en Argentina, a través del plan Nacional RenovAr, en sus distintas fases, resulta promisorio y alentador para el aumento de proyectos de generación eléctrica en base a recursos renovables, sobre todo de índole eólica y solar. Este plan impulsa al desarrollo de este tipo de proyectos por lo cual el estudio de la tecnología de concentración solar para la generación termo ? energética se enmarca directamente en la situación actual de la República Argentina.

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Diseño, construcción y evaluación de un inmunógeno específico para la prevención de mastitis bovina producida por Streptococcus uberis

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Autores/as: Melina Soledad Perrig ; Carolina Veaute ; Patricia Zamorano ; Alejandra Capozzo ; Liliana Odierno ; María Sol Barbagelata

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2015 Biblioteca Virtual de la Universidad Nacional del Litoral (SNRD) acceso abierto
La mastitis bovina es una enfermedad importante del ganado lechero. Es responsable de grandes pérdidas económicas para los agricultores y la industria láctea, una de las principales actividades económicas de la Argentina. Streptococcus uberis es un patógeno ambiental que no puede ser controlado con las medidas establecidas por los organismos internacionales y nacionales. La alta incidencia de este patógeno en Argentina y otros países del mundo y la falta de tratamiento antibiótico eficaz durante los períodos de mayor incidencia, centran el problema en la búsqueda de terapias alternativas que tiendan a disminuir el uso de antibióticos, tales como terapias Inmunoprofilácticas. El principal objetivo de este trabajo fue desarrollar un inmunógeno específico para la prevención de la mastitis bovina causada por S. uberis. Este estudio permitió determinar que dos factores de virulencia: PauA y SUAM, son altamente conservados y prevalentes en aislamientos de S. uberis de Argentina, y constituyen candidatos vacunales capaces de generar una respuesta inmune significativa. Además, los resultados indican una región dentro de la molécula SUAM, que tendría un papel importante en el mecanismo patogénico de esta bacteria. La inmunización bovina con el prototipo de la vacuna indican que ambas proteínas, formuladas con el adyuvante adecuado, pueden generar una respuesta inmune que es prometedora para futuros ensayos de vacunas contra S. uberis.

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Diseño, construcción y operación de un lisimetro de bajo costo

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Autores/as: Matías Ricardo Silicani ; Raúl Eduardo Rivas

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2015 CIC Digital (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ciencias de la tierra y ciencias ambientales relacionadas  

El objetivo del presente trabajo es: Diseñar, construir y operar un lisímetro de pesada de bajo costo dentro de la parcela del Instituto de Hidrología de Llanuras “Dr. Eduardo Usunoff”, ubicada en el Campus Tandil (37º 17´ de latitud Sur y a los 59º 07´ de longitud Oeste, 214 msnm), perteneciente a la Universidad Nacional del Centro de la provincia de Buenos Aires. A partir de esto, se pretende estimar la evapotranspiración real (ETr) del sistema suelo-agua-planta para una mezcla de gramíneas y estudiar la evolución diaria de la humedad de suelo en todo el perfil del lisímetro a través de sensores de humedad de suelo. El montaje se realizó de acuerdo a Aboukhaled y Smith (1982), la superficie del lisímetro es de 0,27 m2 y tiene una profundidad de 0,88 m (con una profundidad útil de suelo de 0,60 m) y un diámetro de 0,59 m. La profundidad seleccionada es debido a que la exploración de raíces no supera los 0,50 m. Además se conectaron sensores Decagon modelo EC-10 y sensores Cavadevices modelo SCH-20, para el monitoreo de humedad en todo el perfil, conectados a un logger con una resolución temporal horaria. Las características técnicas y detalles de construcción considerados garantizan medidas de pérdida de agua de calidad con una resolución temporal de tres días y un error de estimación del orden de 0,5 mm día-1 . Es fácil de reproducir en otros sitios y el costo no es elevado. Es importante indicar que el lisímetro facilitó el seguimiento de la disponibilidad de agua en el perfil y que las comparaciones realizadas con medidas indirectas son consistentes. En la actualidad se encuentra con vegetación y en condiciones operativas que son representativas de la superficie de referencia considerada en la definición de Penman Monteith.

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Diseño, desarrollo y evaluación de material didáctico web para la enseñanza del español como lengua extranjera a niños de siete años de edad

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Autores/as: Carlos Andrés Balanta Zamora ; María Alejandra Zangara

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2020 SEDICI: Repositorio Institucional de la UNLP (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ciencias de la computación e información  

El presente trabajo describe la jornada de diseño, desarrollo y evaluación de un material didáctico web para la enseñanza del español como lengua extranjera a niños de siete años de edad, denominado “La Aventura del Saber y Explorar el Español como Lengua Extranjera” que fue implementado en una escuela pública de los Estados Unidos como apoyo a las clases del grado segundo de primaria. Esta propuesta nace como continuación del trabajo de investigación “Evaluación de materiales didácticos web para la enseñanza del español a niños con edades entre 5 y 7 años” (Balanta, 2016) que sentó un precedente para conocer los materiales didácticos web disponibles para la enseñanza del español a niños y los abordajes de diseño instruccional en los que estos materiales se focalizan. En este trabajo se presentan las metodologías para la enseñanza de lenguas que fundamentaron el desarrollo del prototipo; el enfoque comunicativo y sus metodologías subyacentes: el aprendizaje basado en contenidos, el aprendizaje basado en tareas y el enfoque léxico. De igual forma, esta propuesta se basó en las metodologías para la elaboración de materiales didácticos web de (Pere, 1995) y (Galvis P. Alvaro, 1999), de las cuales surgió una metodología especifica que se adaptó a las necesidades del proyecto. Como resultado, se llevó a cabo un análisis de necesidades que brindó una fotografía general de los requerimientos que el prototipo debía tener: las motivaciones y percepciones que los estudiantes tenían sobre un material didáctico web, lo que les gustaría que les ofreciera, entre otros aspectos. Seguidamente, se realizó el diseño del material que consistió en la creación del guion multimedia que anticipó el prototipo del material a desarrollar. Luego se prosiguió con el desarrollo donde se pusieron en práctica los conceptos teóricos investigados en la fundamentación y las funcionalidades del guion. La implementación y evaluación de este prototipo permitió observar los avances lingüísticos de los estudiantes por medio de una prueba de entrada y otra de salida. Finalmente, la investigación concluyó con el establecimiento de nuevas líneas para trabajos futuros.

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Diseño, desarrollo y evaluación de material educativo digital sobre la anatomofisiología del hipotálamo: una experiencia

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Autores/as: Hilda Liliana Sánchez ; Enrique Leo Portiansky ; Cecilia Verónica Sanz ; Gustavo Zucolilli

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2010 SEDICI: Repositorio Institucional de la UNLP (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ciencias de la computación e información - Medicina básica - Educación  

Con la necesidad de buscar soluciones alternativas para poder adaptarse a los cambios que presenta el nuevo plan de estudios de la carrera de Medicina Veterinaria, los docentes del curso de Anatomía comenzamos a utilizar otras estrategias de enseñanza, tales como herramientas de aprendizaje visual y el uso de recursos tecnológicos. La presente investigación se orientó a realizar una contribución en el área metodológica para el diseño, desarrollo y evaluación de material educativo digital. Tuvo como objetivo que los alumnos que trabajasen con el material educativo digital desarrollado en el marco de esta tesis, debieran tener un mejor rendimiento académico que los alumnos que utilizasen la bibliografía convencional como material de estudio. La investigación se realizó a una muestra de 72 estudiantes del primer año de la carrera de Ciencias Veterinarias durante los ciclos lectivos 2006 y 2007. Se estructuró en dos fases: una inicial, donde se distribuyó el material hipermedial previo al dictado de la actividad presencial obligatoria sobre Sistema Nervioso, como apoyo a la bibliografía convencional, y donde se validó el uso del material educativo digital desarrollado mediante un cuestionario al finalizar el dictado de la actividad. En la fase final, se analizó el resultado de la evaluación sobre el Sistema Nervioso Central para ver el impacto alcanzado en el aprendizaje, comparando los resultados de la misma entre el grupo control que no utilizó el material hipermedial con el grupo experimental que tuvo acceso al material educativo digital. Los resultados obtenidos indican que los entornos utilizados permitieron generar ambientes de aprendizaje de mejor calidad logrando modificar el rendimiento académico, pues se elevó la cantidad de alumnos aprobados en el grupo experimental, así como una mayor asistencia a clase, generando un factor de mayor confianza y motivación. Con estos nuevos materiales educativos se pretende complementar las prácticas tradicionales propias del estudio de la Neuroanatomía buscando, fundamentalmente, el logro de aprendizajes significativos y por ende, a mejorar los rendimientos académicos. Sin embargo, debemos reconocer que hay enfoques inherentes a la enseñanza de esta ciencia, que defienden el uso de recursos convencionales, tales como piezas anatómicas cadavéricas o materiales momificados. La innovación no intenta suplantar dichos recursos, sino procura articularlos con otros soportes educativos que eviten o minimicen el sacrificio de animales, además de atender a la necesidad de respetar las normas de bioseguridad, evitando el uso de sustancias tóxicas nocivas para la salud de los alumnos y docentes.

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Diseño, desarrollo, caracterización y análisis de sensores de fibras ópticas: Aplicación al estudio de materiales y estructuras

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Autores/as: Angélica María Mesa Yandy ; Ricardo Duchowicz ; Marcelo Ricardo Trivi ; Enrique Eduardo Sicre ; Jorge Torga

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Institución detectada Año de publicación Navegá Descargá Solicitá
No requiere 2018 SEDICI: Repositorio Institucional de la UNLP (SNRD) acceso abierto

Cobertura temática: Ingeniería eléctrica, electrónica e informática  

Desde hace ya varios años, los sensores de fibra óptica se han empleado en el sector aeroespacial, en grandes obras de ingeniería civil, en proyectos energéticos (petróleo, gas, energía eólica), transporte (automóviles, barcos, aviones, trenes), aplicaciones médicas y químicas, etc., dado que constituyen herramientas de monitorización fiables y precisas. La razón principal son sus ventajas predominantes tales como tamaño pequeño, en general poseen bajo costo, utilizan materiales abundantes en la naturaleza (el silicio, que es eléctricamente aislante) y poseen la propiedad de ser básicamente inmunes a la radiación electromagnética. En el desarrollo de esta tesis se diseñaron y aplicaron diferentes técnicas que incorporan sensores basados en fibra óptica al estudio de materiales compuestos y cementiceos. En particular se utilizaron dispositivos de tipo interferométrico debido a su alta sensibilidad y por su precisión sub-micrométrica. Por otro lado, la tecnología de fibra óptica permite desarrollar sensores poco invasivos que pueden embeberse en el material bajo estudio durante su elaboración, sin modificar sus propiedades. De esta manera, para caracterizar el proceso de curado y endurecimiento de materiales como los mencionados, se estudió su evolución dimensional mediante el empleo de sensores interferométricos tipo Fizeau y redes de Bragg grabadas en fibra óptica (FBG). Las resinas analizadas son de aplicación en odontología, por lo que resulta de sumo interés evaluar el grado de contracción del material durante el curado, ya que eso puede generar grietas que dan lugar a la formación de caries. En el caso de los materiales cementiceos, los avances realizados en el desarrollo de nuevas formulaciones mediante la introducción de diversos aditivos a las mezclas, han dado origen a líneas de investigación que requieren técnicas de caracterización cada vez más precisas y más sensibles. La monitorización de cambios de temperatura o del desarrollo de tensiones y grietas durante el proceso de curado de polímeros y el fraguado de mezclas a base de cemento Portland, tiene un interés tecnológico permanente. Además, el control de cargas distribuidas tiene interés en sí mismo y para detectar la aparición de grietas, su progresión y cualquier deterioro de las propiedades elásticas del material. Áreas como la aeronáutica, la obra civil y la medicina se beneficiarían con el desarrollo de herramientas de control fiables y precisas. Por ello se planteó una propuesta de detección de grietas presentando un modelo basado en el uso de redes de Bragg con chirp (CFBG) y un esquema experimental para su concreción. En este contexto, la presente Tesis de Doctorado se ha ordenado de la siguiente manera: En el Capítulo 1 Introducción a los Sensores de Fibra Óptica. Aplicación al estudio de materiales, se brinda un panorama de los sensores de fibra óptica, indicando sus características generales y algunas de sus aplicaciones actuales en diferentes áreas. Asimismo, se realiza una introducción sobre los materiales estudiados con las técnicas mencionadas. En el Capítulo 2 Redes de Bragg en fibra óptica, se presentaron los principios básicos que describen las características y funcionamiento de estos dispositivos. Inicialmente, se muestra una síntesis de los diferentes tipos de redes y luego se enfoca el análisis en la descripción de aquellas que se utilizaron en cada una de las aplicaciones desarrolladas en esta Tesis (redes de Bragg – FBG y redes de Bragg con chirp - CFBG). Partiendo desde la definición, se discute su principio de funcionamiento, modelado teórico, grabado en fibra óptica fotosensible y caracterización de las mismas. Además, se plantea la primera aplicación desarrollada en la Tesis un Sensor de Vibraciones utilizando un interferómetro de Fizeau y redes de Bragg, y se comparan los tipos de respuestas de estos dos sensores ópticos. En el Capítulo 3 Interferómetro Fizeau (IF) de fibra óptica, se describen las principales características y propiedades del dispositivo, y los esquemas de medida con detección temporal o espectral. En el Capítulo 4 Caracterización de cambios dimensionales de resinas fotocurables utilizando sensores de fibra óptica (FBG e IF), se comienza realizando una descripción de algunas características y propiedades de estos materiales (tipos de resina usados en odontología como material de obturación, su composición química, mecanismos de polimerización, entre otras cuestiones). A continuación, se describe el arreglo experimental utilizado para llevar a cabo el proceso de fotopolimerización, el monitoreo de la temperatura, las probetas de material empleadas y el montaje diseñado para posicionarlas a la hora de realizar las medidas. Posteriormente, se describen las técnicas y los esquemas de medida, basados en el interferómetro de Fizeau y en redes de Bragg, empleados para monitorizar el proceso de polimerización de resinas fotocurables comerciales (Filtek 60 y Z250 XT de 3M) y de otras resinas en etapa de desarrollo. Se compararon sus respuestas y el nivel final de contracción para cada caso. En el Capítulo 5 Caracterización de cambios dimensionales de pastas de cemento y mortero en estado fresco, se estudia el fraguado de estos materiales y se evalúan los niveles de contracción/expansión que experimentan desde el momento de preparación de la mezcla. Inicialmente se incluyen conceptos generales, definiciones específicas, parámetros, etc. Luego, se discuten los esquemas de medida empleados para monitorizar los cambios dimensionales, ya sea utilizando redes de Bragg en fibra o el Interferómetro de Fizeau. En el Capítulo 6 Aplicación de redes de Bragg con Chirp (CFBG) en la detección de cracks o fisuras, se modeló teóricamente una red de Bragg con chirp lineal utilizando el método de la Matriz de Transferencia, para luego aplicarlo en la detección de fisuras generadas en materiales. Se evaluaron tanto el espectro de reflexión como el retardo de grupo. Además, se implementó experimentalmente una situación equivalente a la fisura del material en cuestión. Este tema fue el objetivo de estudio y fue iniciado durante una estadía de seis meses (Septiembre – Marzo / 2016) en el Laboratorio de Fibras Ópticas del Departamento de Física Aplicada y Electromagnetismo de la Universidad de Valencia, España, dirigido por el Dr. Miguel V. Andrés. Finalmente, se presentan las Conclusiones y dirección futura de la investigación, con la que se dará continuidad a la tarea llevada a cabo hasta aquí.