Aprèn - Núria Borràs Cristòfol

Caracterización electroquímica y cogeneración de energía hidroeléctrica por transpiración de hidrogeles basados en PNIPAAm, alginato y PEDOT:PSS

Bachelor thesis

Astete Marin, Ciro

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria; Mingot Béjar, Julia

Publication date: 2024

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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La creixent escassetat d'aigua i la necessitat d'eliminar els combustibles fòssils ha fet que s'incrementin els esforços a desenvolupar tecnologies de dessalinització sostenibles. Recentment, nous mètodes basats en l'evaporació en mitjans porosos han demostrat poder potabilitzar aigua alhora que generar energia. En aquest context, un article de Mingot et al. assenyala que hidrogels basats en poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) i alginat (Alg) dopats amb poli(3,4-etilendioxitiofè)-poli(estirè sulfonat) (PEDOT:PSS) incrementen el flux d'evaporació fins a 4.5 kg m-2 h-1. Des d'aquí, aquest treball estudia la viabilitat d'aquests hidrogels per a cogenerar energia hidroelèctrica. Per a això realitza la seva caracterització electroquímica, concloent que les propietats aïllants de la PNIPAAm (capacitància i conductivitat) predominen en les concentracions de PEDOT utilitzades. També es mostra que les imprecisions en altres paràmetres mesurats com la pèrdua de electroactividad o l'eficiència de cor-rent són conseqüència d'una finestra de potencial que abasta reaccions parasitàries. Posteriorment, es dissenya un experiment que busca generar energia hidroelèctrica per transpiració, fent ús del fe-nomen electrocinètic conegut com a potencial de flux. Aquest experiment aconsegueix un voltatge estable de 0.17 V però no mesurar corrent, que s'hipotetitza està per sota dels 10 µA. Finalment, es proposen millores en la metodologia experimental per al disseny d'hidrogels destinats a la generació d'energia per transpiració.

La creciente escasez de agua y la necesidad de eliminar los combustibles fósiles ha hecho que se incrementen los esfuerzos en desarrollar tecnologías de desalinización sostenibles. Recientemente, nuevos métodos basados en la evaporación en medios porosos han demostrado poder potabilizar agua a la vez que generar energía. En este contexto, un artículo de Mingot et al. señala que hidrogeles basados en poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) y alginato (Alg) dopados con poli(3,4-etilendioxitiofeno)-poli(estireno sulfonato) (PEDOT:PSS) incrementan el flujo de evaporación hasta 4.5 kg m-2 h-1. Desde aquí, este trabajo estudia la viabilidad de estos hidrogeles para cogenerar energía hidroeléctrica. Para ello realiza su caracterización electroquímica, concluyendo que las propiedades aislantes de la PNIPAAm (capacitancia y conductividad) predominan en las concentraciones de PEDOT utilizadas. También se muestra que las imprecisiones en otros parámetros medidos como la pérdida de electroactividad o la eficiencia de corriente son consecuencia de una ventana de potencial que abarca reacciones parasitarias. Posteriormente, se diseña un experimento que busca generar energía hidroeléctrica por transpiración, haciendo uso del fenómeno electrocinético conocido como potencial de flujo. Este experimento consigue un voltaje estable de 0.17 V pero no medir corriente, que se hipotetiza está por debajo de los 10 µA. Finalmente, se proponen mejoras en la metodología experimental para el diseño de hidrogeles destinados a la generación de energía por transpiración.

Increasing water scarcity and the need to phase out fossil fuels has led to increased efforts to develop sustainable desalination technologies. Recently, new methods based on evaporation in porous media have shown that they can produce fresh water while harvesting energy. In this context, an article by Mingot et al. points out that hydrogels based on poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) and alginate (Alg) doped with poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) in-crease the evaporation rate up to 4.5 kg m-2 h-1. From this point, this work studies the feasibility of these hydrogels to cogenerate hydroelectric energy. To this end, it performs its electrochemical characterization, concluding that the insulating properties of PNIPAAm (capacitance and conductivity) predominate in the concentrations of PEDOT used. It is also shown that inaccuracies in other measured parameters such as the loss of electroactivity or current efficiency are a consequence of a potential window that encompasses parasitic reactions. Subsequently, an experiment is designed that seeks to generate hydroelectric energy by transpiration, making use of the electrokinetic phenomenon known as streaming potential. This experiment achieves a stable voltage of 0.17 V but does not measure current, which is hypothesized to be below 10 μA. Finally, improvements in the experimental methodology for the design of hydrogels in the context of energy generation by transpiration are proposed.

Formulación y caracterización de un electrolito híbrido sólido para su integración en una batería de litio en estado sólido

Bachelor thesis

Aguado Cat, Júlia

Tutor / Supervisor: López López, José; Borràs Cristòfol, Núria; Aucher, Christophe; Escamilla, Angel Manuel

Publication date: 2024

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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Desarrollo de nuevos dispositivos compuestos de hidrogel y microfibras como sistema de entrega de medicamentos

Bachelor thesis

Mariano Rodríguez, Anna

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria; Colombi, Samuele

Publication date: 2024

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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Quan el subministrament d'oxigen destinat al múscul cardíac es insuficient, es produeix la pèrdua irreversible de cardiomiocits, també denominat com atac cardíac. Això porta a la necessitat de trobar una solució a aquesta emergència mèdica desenvolupant una bioplataforma que tingui la capacitat de reparar el teixit cardíac. La comunitat científica actual proposa que per la formació i replicació de cardiomiocits es de gran ajuda l'ús de compostos exògens. Recentment s'ha estudiat que la suplementació de lactat a una etapa primerenca promou la proliferació d'aquest i la regeneració del teixit cardíac. El objectiu principal d'aquest projecte es desenvolupar nous dispositius com a sistema de entrega de medicaments, específicament del L-lactat. Partint de la base de hidrogels de alginat i microfibres de àcid polilàctic, es desitja sintetitzar nous hidrogels de gelatina metacrilada, per després estudiar la seva viabilitat durant el transcurs dels següents dies. També es determinada la alliberació de L-lactat de una sèrie de hidrogels preparats amb L-lactat, àcid polilàctic i diverses concentracions de l'enzim proteïnasa K. S'ha afegit PEDOT a cada mostra per tal de poder desenvolupar uns hidrogels conductors amb la finalitat de electroestimular-los per poder estudiar com afecta aquest fenomen a la alliberació del L-lactat al llarg del temps. S'han realitzat diverses tècniques de caracterització per determinar les propietats dels hidrogels desenvolupats al llarg d'aquest treball, com el FTIR, SEM o Raman entre altres.

Cuando el suministro de oxígeno destinado al músculo cardíaco es insuficiente, se produce la pérdida irreversible de cardiomiocitos, también denominado ataque cardíaco. Esto lleva a la necesidad de encontrar una solución a esta emergencia médica desarrollando una bioplataforma que tenga la capacidad de reparar el tejido cardíaco. La comunidad científica actual propone que para la formación y replicación de cardiomiocitos es de gran ayuda el uso de compuestos exógenos. Recientemente se ha estudiado que la suplementación de L-lactato a una etapa temprana promueve la proliferación de este y la regeneración del tejido cardíaco. El objetivo principal de este proyecto es desarrollar nuevos dispositivos como sistema de entrega de medicamentos, específicamente del L-lactato. Partiendo de la base de hidrogeles de alginato y microfibras de ácido poliláctico, se desea sintetizar nuevos hidrogeles de gelatina metacrilada, para después estudiar su viabilidad durante el transcurso de los días. También es determinada la liberación de L-lactato de una serie de hidrogeles preparados con L-lactato, ácido poliláctico y diferentes concentraciones de la enzima proteinasa K. Se ha agregado PEDOT a cada muestra para poder desarrollar unos hidrogeles conductores con el fin de electroestimularlos para poder estudiar cómo afecta este fenómeno a la liberación de L-lactato a lo largo del tiempo. Se han realizado diversas técnicas de caracterización para determinar las propiedades de los hidrogeles desarrollados a lo largo de este trabajo, como el FTIR, SEM o Raman entre otros.

When the oxygen supply to the heart muscle is insufficient, it occurs the irreversible loss of cardiomyocytes, also known as a heart attack. This leads to the need of finding a solution to this medical emergency by developing a bioplatform that has the capacity to repair cardiac tissue. The current scientific community proposes that the formation and replication of cardiomyocytes is greatly aided using exogenous compounds. Recently, it has been studied that early lactate supplementation promotes lactate proliferation and cardiac tissue regeneration. The main objective of this project is to develop new devices as a drug delivery system, specifically for L-lactate. Starting from the basis of alginate hydrogels and polylactic acid microfibers, it is desired to synthesize new hydrogels of gelatine methacryloyl, and then study their viability over the course of days. There is also determined the L-lactate release from a series of hydrogels prepared with L-lactate, polylactic acid and different concentrations of enzyme proteinase K. PEDOT has been added to each sample to develop conductive hydrogels with the aim of electrostimulate them to study how this phenomenon affects the release of L-lactate over time. Several characterisation techniques have been carried out to determine the properties of hydrogels that have been developed along this project, as FTIR, SEM or Raman among others.

Caracterización electroquímica de hidrogeles conductores termosensibles basados en PNIPAAM, ALGINATO Y PEDOT: PSS

Bachelor thesis

Carreras González, Carla

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2024

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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Aplicación de hidrogeles conductores híbridos a base de alginato como biosensores y su modificación mediante reticulación por glioxalización

Bachelor thesis

Saez Grávalos, Isabel

Tutor / Supervisor: Colombi, Samuele; Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2023

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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La transició de l'electrònica convencional a l'electrònica flexible permet crear sensors adaptables a la pell. En aquest estudi, el primer desafiament consisteix a desenvolupar un hidrogel que funcioni com a biosensor per a la detecció del L-lactat. No obstant això, un problema que presenten els hidrogels és la seva desintegració, la qual és causada per la pèrdua de calci per difusió en entrar en contacte amb certs mitjans. Per això, el segon objectiu d'aquest projecte consisteix en desenvolupar un tractament de glioxalització que eviti la desintegració dels hidrogels. Per a assolir el primer objectiu, es van sintetitzar hidrogels d'algí (Alg) i PEDOT:PSS amb nanopartícules d'or (GNP), carregats amb l'enzim Lactat Oxidasa (LOx), que permet la detecció del L-lactat. Les GNP es van caracteritzar mitjançant DLS i UV-Vis, mentre que els hidrogels es van analitzar mitjançant voltametries cícliques (VC). A més, es van avaluar mostres cel·lulars tant sanes (CNT), com amb Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) per a calcular la concentració de lactat de les mateixes. Pel que fa al segon objectiu, es van exposar a tractaments de glioxal de diferents durades a hidrogels d'Alg i PEDOT:PSS CleviosTM, amb la finalitat de conèixer si el tractament evita la pèrdua de calci, i en aquest cas, el temps òptim del mateix. La seva caracterització va implicar DLS, UV-Vis, FTIR, SEM, nano deflexió i cronoamperometria (CA). Els resultats van mostrar que, en el cas del biosensor de L-lactat, en realitzar les VC, un augment de la concentració de L-lactat suposa un augment en el valor absolut de la corrent. A més, es va demostrar que les mostres cel·lulars CNT presentaven menys lactat que les mostres DMD. Pel que fa al segon objectiu, es va determinar que el tractament de glioxal de 5 minuts era òptim. En conclusió, aquest estudi va aconseguir desenvolupar un biosensor per a la detecció del L-lactat, el rendiment del qual va millorar en aplicar-li un tractament de glioxal de 5 minuts.

La transición de la electrónica convencional a la electrónica flexible permite crear sensores adaptables a la piel. En este estudio, el primer desafío consiste en desarrollar un hidrogel que funcione como biosensor para la detección del L-lactato. Sin embargo, un problema que presentan los hidrogeles es su desintegración, la cual es causada por la pérdida de calcio por difusión al entrar en contacto con ciertos medios. Por ello, el segundo objetivo de este proyecto consiste en desarrollar un tratamiento de glioxalización que evite la desintegración de los hidrogeles. Para lograr el primer objetivo, se sintetizaron hidrogeles de alginato (Alg) y PEDOT:PSS con nanopartículas de oro (GNP), cargados con la enzima Lactato Oxidasa (LOx), que permite la detección de L-lactato. Las GNP se caracterizaron DLS y UV-Vis, mientras que los hidrogeles se analizaron mediante voltametrías cíclicas (VC). Además, se evaluaron muestras celulares tanto sanas (CNT), como con “Distrofia Muscular de Duchenne” (DMD) para calcular la concentración de lactato de las mismas. En cuanto al segundo objetivo, se expuso a tratamientos de glioxal de diferentes duraciones a hidrogeles de Alg y PEDOT:PSS CleviosTM, con el fin de conocer si el tratamiento evita la pérdida de calcio, y en tal caso, el tiempo óptimo del mismo. Su caracterización involucró DLS, UV-Vis, FTIR, SEM, nano deflexión y cronoamperometría (CA). Los resultados mostraron que, en el caso del biosensor de L-Lactato, al realizar las VC, un aumento de la concentración de L-Lactato supone un aumento en el valor absoluto de la corriente. Además, se demostró que las muestras celulares CNT presentaban una menor cantidad de lactato que las muestras DMD. Con respecto al segundo objetivo, se determinó que el tratamiento de glioxal de 5 minutos era óptimo. En conclusión, este estudio logró desarrollar un biosensor para la detección del L-lactato, cuyo rendimiento mejoró al aplicarle un tratamiento de glioxal de 5 minutos.

The transition from conventional electronics to flexible electronics enables the creation of skin-adaptable sensors. In this study, the primary challenge is to develop a hydrogel that works as a biosensor for the detection of L-lactate, the absence of which can indicate certain diseases. However, a issue with hydrogels is their disintegration, caused by the diffusion-driven loss of calcium upon contact with certain substances. Therefore, the second objective of this project is to develop a glyoxalization treatment to prevent hydrogel disintegration. To achieve the first objective, hydrogels of alginate (Alg) and PEDOT:PSS were synthesized with gold nanoparticles (GNP), loaded with the enzyme Lactate Oxidase (LOx), allowing L-lactate detection. GNP were characterized using DLS and UV-Vis, while hydrogels were analyzed through cyclic voltammetry (CV). Additionally, cellular samples, both healthy (CNT) and afflicted with Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), were evaluated to determine their lactate concentrations. Regarding the second objective, Alg and PEDOT:PSS CleviosTM hydrogels were exposed to glyoxal treatments of varying durations to ascertain if the treatment prevents calcium loss and, if so, the optimal treatment duration. Characterization involved DLS, UV-Vis, FTIR, SEM, nanodeflection, and chronoamperometry (CA). Results revealed that, for the L-lactate biosensor, an increase in L-lactate concentration led to an increase in the absolute value of the current during CV. Additionally, it was demonstrated that cellular samples CNT exhibited a lower amount of lactate than DMD samples. Concerning the second objective, a 5 minute glyoxal treatment was determined to be optimal. In conclusion, this study successfully developed a biosensor for L-lactate detection, with its performance significantly enhanced through a 5 minute glyoxal treatment.

Síntesi i caracterització de la resina biosostenible DAS (Succinat de dial·lil). Estudi de la biodegradabilitat

Bachelor thesis

Martínez Pérez, Sergi

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria; Keridou, Ina

Publication date: 2023

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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La situació de crisi climàtica a escala global està exigint mesures urgents en tots els àmbits per intentar frenar les seves greus conseqüències. Aquestes mesures han arribat també al sector químic industrial ja que cada vegada més, s'està reduint la utilització de materials plàstics derivats de combustibles fòssils per buscar nous materials provinents de matèries primes sostenibles per al medi ambient. Més concretament, fent referència al sector de la fabricació additiva, el desenvolupament de materials biodegradables i biocompatibles està adquirint una gran importància i desitjabilitat per a tots els investigadors. Aquest projecte està dividit en dues parts. La primera, tracta de realitzar la síntesi i posterior caracterització del succinat de dial·lil o DAS, un monòmer natural basat en materials derivats de fonts no fòssils. La segona part, consta d'un estudi exhaustiu sobre la degradació enzimàtica del comonòmer DAS-PEG-DA 250 obtingut en un projecte anterior a través d'un procés de polimerització en el que es va fer servir polietilenglicol diacrilat o PEG-DA 250. Els resultats obtinguts per a la reacció de síntesi mostren un 61,2% en el seu rendiment. La caracterització mitjançant RMN i FTIR ha permès comprovar la puresa, els grups funcionals existents i l'estructura carbonada de la molècula d'estudi. La pèrdua de pes observada en el procés degradatiu del copolímer exposat ha estat del 15,81% sense utilització d'enzim i 16,27% mitjançant lipasa, després de 91 dies d'exposició als medis. S'ha observat degradació enzimàtica en quantitats ínfimes i degradació hidrolítica majoritàriament. Per acabar, s'ha dut a terme l'avaluació econòmica, així com l'estudi de l'impacte mediambiental que ha suposat a escala laboratori el projecte experimental.

La situación de crisis climática a nivel global está exigiendo medidas urgentes en todos los ámbitos para intentar frenar sus graves consecuencias. Estas medidas han llegado también al sector químico industrial, ya que cada vez más, se está reduciendo la utilización de materiales plásticos derivados de combustibles fósiles para buscar nuevos materiales provenientes de materias primas sostenibles para el medio ambiente. Más concretamente, en referencia al sector de la fabricación aditiva, el desarrollo de materiales biodegradables y biocompatibles está adquiriendo una gran importancia y deseabilidad para todos los investigadores. Este proyecto está dividido en dos partes. La primera trata de realizar la síntesis y posterior caracterización del succinato de dialilo o DAS, un monómero natural basado en materiales derivados de fuentes no fósiles. La segunda parte, consta de un estudio exhaustivo sobre la degradación enzimática del comonómero DAS-PEG-DA 250 obtenido en un proyecto anterior a través de un proceso de polimerización en el que utilizó polietilenglicol diacrilato o PEG-DA 250. Los resultados obtenidos para la reacción de síntesis muestran un 61,2% en su rendimiento. La caracterización mediante RMN y FTIR ha permitido comprobar la pureza, grupos funcionales existentes y estructura carbonada de la molécula de estudio. La pérdida de peso observada en el proceso degradativo del copolímero expuesto ha sido del 15,81% sin utilización de enzima y 16,27% mediante lipasa, después de 91 días de exposición a los medios. Se ha observado degradación enzimática en cantidades ínfimas y degradación hidrolítica mayoritariamente. Por último, se ha realizado la evaluación económica, así como el estudio del impacto medioambiental que ha supuesto a escala laboratorio el proyecto experimental.

The climate crisis situation on a global scale is demanding urgent measures in all areas to try to curb its serious consequences. These measures have also reached the industrial chemical sector since more and more, the use of plastic materials derived from fossil fuels is being reduced to look for new materials from environmentally sustainable raw materials. More specifically, referring to the additive manufacturing sector, the development of biodegradable and biocompatible materials is gaining great importance and desirability for all researchers. This project is divided into two parts. The first involves the synthesis and subsequent characterization of diallyl succinate or DAS, a natural monomer based on materials derived from non-fossil sources. The second part consists of an exhaustive study on the enzymatic degradation of the DAS-PEG-DA 250 comonomer obtained in a previous project through a polymerization process in which polyethylene glycol diacrylate or PEG-DA 250 was used. The results obtained for the synthesis reaction show a 61.2% yield. The characterization by NMR and FTIR has made it possible to check the purity, the existing functional groups, and the carbon structure of the study molecule. The weight loss observed in the degradative process of the exposed copolymer was 15.81% without the use of enzyme and 16.27% through lipase, after 91 days of exposure to the media. Enzymatic degradation has been observed in small amounts. Mostly, hydrolytic degradation has been observed. Finally, the economic evaluation has been carried out as well as the study of the environmental impact that the experimental project has had on a laboratory scale.

Preparación de resinas bio-sostenibles fotocurables para impresión 3D

Bachelor thesis

Senderos Pérez, Maria Del Carme

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria; Hodásová, L'udmila

Publication date: 2022

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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A causa de la crisi climàtica i del canvi climàtic, s'ha incrementat la importància d'anar disminuint els materials plàstics derivats de combustibles fòssils i cercar matèries primeres més sostenibles. Aquí és on hi ha la finalitat d'aquest treball. L'objectiu d'aquesta investigació és trobar una resina constituïda de biomaterials perquè es pugui aplicar per a futures impressions 3D mitjançant estereolitografia. El projecte té dos blocs. El primer és la síntesi i caracterització de tres monòmers basats en materials derivats de fonts no fòssils: el succinat de dialil (DAS), el malat de dialil (DAM) i el tartrat de dialil (DAT). El segon bloc és obtenir un copolímer basat en els monòmers resultants de la síntesi i el polietilenglicol diacrilat (PEG-DA 250). El seguiment de la reacció de copolimerització serà mitjançant una tècnica d'espectroscòpia infraroja per transformada de Fourier (FTIR).

Debido a la crisis climática y al cambio climático, se ha incrementado la importancia de disminuir los materiales plásticos derivados de combustibles fósiles y buscar materias primas más sostenibles. Aquí es donde se encuentra la finalidad de este trabajo. El objetivo de esta investigación es hallar una resina constituida de biomateriales, para que se pueda aplicar para futuras impresiones 3D mediante estereolitografía. El proyecto tiene dos bloques. El primero es la síntesis y caracterización de tres monómeros basados en materiales derivados de fuentes no fósiles: el succinato de dialilo (DAS), el malato de dialilo (DAM) y el tartrato de dialilo (DAT). El segundo bloque es obtener un copolímero basado en los monómeros resultantes de la síntesis y el polietilenglicol diacrilato (PEG-DA 250). El seguimiento de la reacción de copolimerización será mediante la técnica de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR).

Due to the climate crisis and global warming, the importance of reducing plastic materials derived from fossil fuels and seeking of more sustainable raw materials has increased. This is where the purpose of this work lies. The objective of this research is finding a resin made of biobased materials, so that it can be applied for future 3D printing by stereolithography. The project has two blocks. The first is the synthesis and characterization of three monomers based on materials derived from non-fossil sources: diallyl succinate (DAS), diallyl malate (DAM) and diallyl tartrate (DAT). The second block is to obtain a copolymer based on the monomers resulting from the synthesis and polyethylene glycol diacrylate (PEG-DA 250). The monitoring of the copolymerization reaction will be done by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).

Estudi de l'electrodeposició del copolímer conductor PEDOT-CO-PANI. Aplicació a la preparació d'elèctrodes free-standing

Bachelor thesis

Sánchez Sanz, Alejandra

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2022

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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El projecte que es presenta a continuació es basa en les recerques del grup IMEM (Innovació en Materials i Enginyeria Molecular) on es desenvolupen sensors multicapa composts per polímers conductors per a la detecció de neurotransmissors, amb la posterior aplicació en el sector de la biomedicina i/o bioenginyeria. La primera part del projecte es centra en determinar el procediment òptim de síntesi de la polianilina (PANI) mitjançant una tècnica electroquímica anomenada cronoamperometria (CA) i la seva posterior caracterització, tant de la seva morfologia com de les seves propietats elèctriques. També s'estudia la viabilitat d'aquest polímer en la detecció d'un neurotransmissor, la dopamina (DA). En segon lloc, es realitzen els mateixos estudis a la combinació de 3,4 – etilendioxitiofè (EDOT) i l'anilina (ANI) electrogenerats en dos medis diferents, aigua i acetonitril. A més, mitjançant tècniques de caracterització com ara, microscòpies i espectroscòpies, es determina si es produeix la copolimerització d'aquests dos monòmers en els medis de síntesis esmentats. En la tercera i última part, després d'obtenir un copolímer d'EDOT i ANI en medi aquós, s'elabora un sensor multicapa amb la següent estructura, alternant les tècniques de l'electropolimerització i el spin coating. - PLA nanoperforat, PEDOT-co-PANI, PLA nanoperforat, PEDOT-co-PANI, PLA nanoperforat. S'aplica el sensor obtingut en la detecció del neurotransmissor dopamina en dos medis, PBS i orina sintètica i, es comprova la seva viabilitat, tan dipositat sobre una placa d'acer com desprenent-ho d'ella, obtenint així un sensor free-standing. Finalment, es conclou que existeix copolimerització dels monòmers EDOT i ANI en medi aquós, però no en acetonitril. També es demostra que el sensor multicapa, format pel copolímer PEDOT-co-PANI en medi aquós com a material conductor, detecta la dopamina tant en PBS com en orina sintètica.

El proyecto que se presenta a continuación se basa en las investigaciones del grupo IMEM (Innovació en Materials i Enginyeria Molecular) para desarrollar sensores multicapa compuestos por polímeros conductores para la detección de neurotransmisores, con la posterior aplicación en el sector de la biomedicina y/o bioingeniería. La primera parte del proyecto se centra en determinar el procedimiento óptimo de síntesis de la polianilina (PANI) mediante una técnica electroquímica llamada cronoamperometria (CA) y su posterior caracterización, tanto de su morfología como de sus propiedades eléctricas. También se estudia la viabilidad de este polímero en la detección de un neurotransmisor, la dopamina (DA). En segundo lugar, se realizan los mismos estudios a la combinación de 3,4 – etilendioxitiofeno (EDOT) y anilina (ANI) electrogenerados en dos medios distintos, agua y acetonitrilo. Además, mediante técnicas de caracterización tales como, microscopias y espectroscopias, se determina si se produce la copolimerización de estos dos monómeros en los medios de síntesis. En la tercera y última parte, tras obtener un copolímero de EDOT y ANI en medio acuoso, se elabora un sensor multicapa con la siguiente estructura, alternando las técnicas de la electropolimerización y el spin coating. - PLA nanoperforado, PEDOT-co-PANI, PLA nanoperforado, PEDOT-co-PANI, PLA nanoperforado. Se aplica el sensor obtenido en la detección del neurotransmisor dopamina en dos medios, PBS y orina sintética y, se comprueba su viabilidad, tanto depositado sobre una placa de acero como desprendiéndolo de ella, obteniendo así un sensor free-standing. Finalmente, se concluye que existe copolimerización de los monómeros EDOT y ANI en medio acuoso, pero no en acetonitrilo. También se demuestra que el sensor multicapa con copolímero PEDOT-co-PANI en medio acuoso como material conductor detecta la dopamina, tanto en PBS como en orina sintética.

The project presented below is based on research by IMEM (Innovation in Materials and Molecular Engineering) which develops multilayer sensors composed of conductive polymers for the detection of neurotransmitters, with subsequent application in the biomedical and/or bioengineering sector. The first part of the project focuses on determining the optimal polyaniline (PANI) synthesis procedure using an electrochemical technique called chronoamperometry (CA) and its subsequent characterization, both of its morphology and its electrical properties. The viability of this polymer is also studied in neurotransmitter detection such as dopamine (DA). Secondly, the same studies are carried out in the combination of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) and aniline (ANI) electropolymerized using two different solvents, water and acetonitrile. In addition, by characterization techniques such as microscopes and spectroscopies, it is determined whether the copolymerization of these two monomers occurs in the synthesis media mentioned. In the third and final part, after obtaining a copolymer of EDOT and ANI in aqueous solution, a multilayer sensor is made with the following structure, alternating two techniques, electropolymerization and spin coating. - Nanoperforated PLA, PEDOT-co-PANI, nanoperforated PLA, PEDOT-co-PANI, nanoperforated PLA. The sensor obtained used for the detection of the neurotransmitter dopamine in a solution of PBS and synthetic urine, deposited on a steel plate and detaching it from it, obtaining a free-standing sensor. Finally, it is concluded that there is copolymerization of EDOT and ANI monomers in aqueous solution, but not in acetonitrile. It is also shown that the multilayer sensor, formed by the copolymer PEDOT-co-PANI in aqueous solution as conductive material, detects dopamine in PBS and synthetic urine.

Caracterización del polímero conductor poli-Anilina y preparación de un electrodo flexible PLA- PANI para la detección de neurotransmisores

Bachelor thesis

Mateo Luque, Amanda

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2021

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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El grup d'investigació IMEM (Innovació en Materials i Enginyeria Molecular) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) centra una de les seves investigacions al desenvolupament de sensors multicapa mitjançant polímers conductor, amb la finalitat d'estudiar la capacitat d'interacció amb diferents neurotransmissors. Aquest projecte es centra en l'estudi i desenvolupament d'un sensor free-standing compost per l'alternança de capes nano perforades d'àcid polilàctic (PLA) i polianilina (PANI), combinant la següent disposició: - PLA nano perforat, PANI, PLA nano perforat, PANI, PLA nano perforat. La primera fase del estudi es focalitza en determinar les condicions òptimes per la síntesi del polímer conductor PANI, així com la seva posterior caracterització. Seguidament, la segona fase aborda la generació del sensor multicapa flexible free-standing al que es fa menció anteriorment, combinant la tècnica del spin coating y la electrosíntesi. Finalment, la tercera i última fase, es centra en la utilització del sensor generat per la detecció de dopamina, en una dissolució de PBA i en orina sintètica. A partir dels resultats obtinguts i el seu posterior anàlisi, es determina que el sensor sintetitzat es viable per a deteccions de dopamina en un rang 0- 20 µM.

El grupo de investigación IMEM (Innovació en Materials i Enginyeria Molecular) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) centra una de sus investigaciones al desarrollo de sensores multicapa mediante polímeros conductores, con la finalidad de estudiar su capacidad de interacción con diferentes neurotransmisores. Este proyecto se centra en el estudio y desarrollo de un sensor free-standing compuesto por la alternancia de capas nanoperforadas de ácido poli láctico (PLA) y poli anilina (PANI), combinando la siguiente disposición: - PLA nanoperforado, PANI, PLA nanoperforado, PANI, PLA nanoperforado. La primera fase del estudio se focaliza en determinar las condiciones óptimas para la síntesis del polímero conductor PANI, así como su posterior caracterización. Seguidamente, la segunda fase aborda la generación del sensor multicapa flexible free-standing al que se ha hecho mención anteriormente, combinando la técnica del spin coating y la electrosíntesis. Finalmente, la tercera y última fase, se centra en la utilización del sensor generado para la detección de dopamina, en una disolución de PBS y en orina sintética. A partir de los resultados obtenidos y su posterior análisis, se determina que el sensor sintetizado es viable para detecciones de dopamina en un rango 0- 20 µM.

The IMEM (Innovació en Materials i Enginyeria Molecular) research group of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) focuses one of its research on the development of multilayer sensors using conductive polymers, with the aim of studying their ability to interact with different neurotransmitters. This project focuses on the study and development of a free-standing sensor consisting of the alternation of nanoprilled layers of polylactic acid (PLA) and polyaniline (PANI) combining the following arrangement: - PLA nano-perforated, PANI, PLA nano-perforated, PANI, PLA nano-perforated. The first phase of the study focuses on determining the optimal conditions for the synthesis of the conductive polymer PANI, as well as its subsequent characterization. Next, the second phase deals with the generation of the multilayer flexible, free-standing sensor mentioned above, combining the technique of spin coating and electrosynthesis. Finally, the third and final phase focuses on the use of the sensor generated for the detection of dopamine, in a solution of PBS and in synthetic urine. Based on the results obtained and their subsequent analysis, it is determined that the synthesized sensor is viable for dopamine detections in the range 0-20 µM.

Resinas poliméricas biodegradables fotocurables para empleo en impresión 3D por estereolitografía

Master thesis

Macías Cervantes, Steffi Isabel

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria; Ruano Torres, Guillem

Publication date: 2021

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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La utilización de polímeros líquidos biodegradables como material de consumo para impresoras 3D por estereolitografía (SLA) ha tomado un gran interés por la innovación e impacto ambiental. Así pues, se preparó una resina polimérica fotocurable y biodegradable de Poliesteramida insaturada (UPEA) derivada de fenilalanina, y de su combinación con Polietilenglicol diacrilato. El seguimiento de la reacción de fotocurado fue mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR-ATR) observando la variación en la intensidad de la banda de dobles enlaces (-HC=), para evaluar tres foto-iniciadores diferentes y determinar el idóneo según la rapidez que propicien de la reacción de fotocurado por luz UV a 365ηm. De la pieza polimérica obtenida se determinó la caracterización estructural mediante FTIR-ATR, caracterización térmica por Análisis Termogravimétrico (TGA) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y la morfología por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Se realizó un estudio de biodegradabilidad enzimática evaluando la pérdida de peso por 63 días usando una solución tampón salina de fosfato (PBS) y Lipasa Rhizopus oryzae. Se determinó el carácter hidrofílico mediante la medición estática del ángulo de contacto. La resina polimérica fotocurada es susceptible a biodegradación enzimática, presenta una morfología compacta y cohesiva y tiene buena estabilidad térmica.

The use of biodegradable liquid polymers as consumables for stereolithography (SLA) 3D printers has taken a great interest for innovation and environmental impact. Thus, a photo-curable and biodegradable polymeric resin was prepared from Unsaturated Polyesteramide (UPEA) phenylalanine-derived and its combination with Polyethylene glycol diacrylate. The photocuring reaction was monitored by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR-ATR) observing the variation in the intensity of the double bonds band (-HC=), to evaluate three different photo-initiators and determine the suitable one according to the speed of the photocuring reaction by UV light at 365ηm. Structural characterization by FTIR-ATR, thermal characterization by Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) and morphology by Scanning Electron Microscopy (SEM) were determined for the obtained polymeric piece. An enzymatic biodegradability study was performed by evaluating the weight loss for 63 days using phosphate buffered saline (PBS) and Rhizopus oryzae lipase. Hydrophilic character was determined by static contact angle measurement. The photo-curable polymer resin is susceptible to enzymatic biodegradation, has a compact and cohesive morphology and has good thermal stability.

Estudi de sensors polimèrics multicapa per la detecció de neurotransmissors en medi orina i suor

Bachelor thesis

Almato Bellavista, Gemma

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2020

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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Aquest present projecte està emmarcat dins l'estudi del grup de recerca IMEM (Innovation in Materials and Molecular Engineering) del Departament d'Enginyeria Química de l'EEBE de la Universitat Politècnica de Catalunya. S'estudiarà i portarà a terme la preparació de sensors polimèrics multicapa per a la detecció de neurotransmissors en presència d'interferents en un elèctrode de carboni vitri de dos mil·límetres de diàmetre. Els polímers conductors emprats seran el Poli(3,4-etilendioxitiofè) (PEDOT) i el Poli(N-metilpirrole) (PNMPy) electrogenerats. Com a neurotransmissors s'utilitzarà la dopamina i la serotonina i, finalment, com a medis interferents es faran servir l'orina i la suor. Els sensors polimèrics multicapa preparats seran quatre i tindran les següents configuracions. - Sensor 1: PEDOT/PNMPy/PEDOT - Sensor 2: PEDOT/COPOLÍMER/PEDOT - Sensor 3: PEDOT/PNMPy/porus/PEDOT - Sensor 4: PEDOT/COPOLÍMER/porus/COPOLÍMER/PEDOT La capa de copolímer es tracta d'una solució que conté ambdós monòmers de treball, NMPy i EDOT. Els dos últims sensors contenen una capa intermèdia de porus, és a dir, nanoperforacions obtingudes amb NaCl. S'utilitzaran mètodes potenciomètrics per a la generació de les multicapa i per a la detecció dels neurotransmissors. Per a la generació la cronoamperometria i per a la detecció i caracterització la ciclovoltamperometria. Per a la detecció no simultània dels neurotransmissors, es realitzarà addicions de les solucions stock de serotonina o dopamina a la cel·la electrolítica, que aniran de 0 – 100 µM. Així mateix, s'estudiarà els pics detectats, els límits de detecció i quantificació i la pèrdua d'electroactivitat. Finalment, s'afirma que és satisfactòria la detecció de la dopamina en medi orina i suor pels quatre sensors, que la detecció de la serotonina en medi orina també és satisfactòria i vàlida però que la detecció de la serotonina en medi suor no resulta ser concloent.

Este presente proyecto está enmarcado dentro del grupo de investigación IMEM (Innovation in Materials and Molecular Engineering) del Departamento de Ingeniería Química de la EEBE de la Universidad Politécnica de Catalunya. Se estudiará y se llevará a cabo la preparación de sensores poliméricos multicapa para la detección de neurotransmisores en presencia de interferentes en un electrodo de carbono vítreo de dos milímetros de diámetro. Los polímeros conductores utilizados serán el Poli (3,4-Etilendioxitiofeno) (PEDOT) y el Poli (N-metilpirrol) (PNMPy) electrogenerados. Como neurotransmisores se utilizarán la dopamina y la serotonina y, finalmente, como medios interferentes se utilizan la orina y el sudor. Los sensores poliméricos multicapa preparados serán cuatro y tendrán las siguientes configuraciones. - Sensor 1: PEDOT/PNMPy/PEDOT - Sensor 2: PEDOT/COPOLÍMERO/PEDOT - Sensor 3: PEDOT/PNMPy/poros/PEDOT - Sensor 4: PEDOT/COPOLÍMERO/poros/COPOLÍMERO/PEDOT La capa de copolímero se trata de una solución que contiene ambos monómeros de trabajo, NMPy y EDOT. Los dos últimos sensores tienen una capa intermedia de poros, es decir, nanoperforaciones obtenidas con NaCl. Se utilizarán métodos potenciométricos para la generación de las diferentes multicapa y para la detección de los neurotransmisores. Para la generación la cronoamperometría y para la detección y caracterización la ciclovoltamperometria. Para la detección no simultánea de los neurotransmisores, se realizarán adiciones de las soluciones stock de serotonina o dopamina en la celda electrolítica, que irán de 0 – 100 µM. Asimismo, se estudiará los picos detectados, los límites de detección y la perdida de electroactividad. Finalmente, se afirma que es satisfactoria la detección de la dopamina en orina y sudor por los cuatro sensores, que la detección de la serotonina en orina también es satisfactoria y válida, pero que la detección de la serotonina en sudor no resulta ser concluyente.

This project is part of the study of the IMEM (Innovation in Materials and Molecular Engineering) research group of the Department of Chemical Engineering of the Polytechnic University of Catalonia. The preparation of the multilayer polymeric sensors for the detection of neurotransmitters in the presence of interferences on a two-millimeter diameter glassy carbon electrode will be studied and carried out. The conductive polymers used will be Poly (3,4. Ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and Poly (N-methylpyrrol) (PNMPy) electrogenerated. Urine and sweat will be used as interferences and dopamine and serotonin as neurotransmitters. The multilayer polymeric sensors generated will be four and will have the following configuration. - Sensor 1: PEDOT/PNMPy/PEDOT - Sensor 2: PEDOT/COPOLIMER/PEDOT - Sensor 3: PEDOT/PNMPy/pore/PEDOT - Sensor 4: PEDOT/COPOLIMERO/pore/COPOLIMER/PEDOT The copolymer layer is a solution containing both working monomers, NMPy and EDOT. The last two sensors have an intermediate layer of pores, these are nanopores obtained with NaCl. Potentiometric methods will be used for the generation of the multilayers and for the detection of the neurotransmitters. For the generation the chronoamperometry and for the detection and characterization the cyclo-voltammetry. For non-simultaneous detection of neurotransmitters, additions of dopamine or serotonin stock solutions in the electrolytic cell will be made, ranging from 0-100 µM. The detected peaks, limit of detection and quantification and loss of electroactivity will also be studied. Finally, it is stated that the detection of dopamine in urine and sweat by the four sensors is satisfactory, that the detection of serotonin in urine is also satisfactory and valid but that the detection of serotonin in sweat is non-conclusive.

Estudio y desarrollo de sistemas multicapas de polímeros conductores, aplicación como sensor de neurotransmisores

Bachelor thesis

Larrañaga Van Schendel, Eukene

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2020

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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Desarrollo y estudio de supercapacitores de polímeros orgánicos conductores en configuración multicapa

Bachelor thesis

Ruiz López, Eduardo

Tutor / Supervisor: Borràs Cristòfol, Núria

Publication date: 2019

Barcelona East School of Engineering (EEBE)

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El principal objetivo de este trabajo final de grado es demostrar si se pueden utilizar polímeros multicapa con capas de poros como supercapacitores y con cuantas capas es más rentable trabajar. Para la formación de la multicapa he utilizado los polímeros poli-3,4-etilenodioxitiofeno (PEDOT), un copolímero (COP) formado por poly-N-metilpirrol (PNMePy) y PEDOT y una solución de cloruro sódico (NaCl) al 20% para generar la capa de poros. La primera parte del trabajo, consiste en hacer diferentes configuraciones de multicapas para ver cuál de todas es más estable y puede almacenar más energía. Para evaluar que configuración es más estable que otra, realizamos una cronopotenciometria (CP) y una ciclovoltometria (CV). Una vez obtenemos las dos mejores configuraciones, montamos un dispositivo supercapacitor para encender un LED así poder demostrar que configuración es la más estable y actúa mejor como dieléctrico. Analizando los resultados experimentales obtenidos en la realización del trabajo, podemos decir que la mejor configuración es PEDOT/COP/capa de poros/COP/PEDOT (PCpCP), ya que es el que mejor resultado ha dado en las tres pruebas realizadas.