Repositorio Yachay Tech (Univ. Yachay Tech)
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Evaluation of the biological activities of Phoradendron parietarioides Trel.
No full textThis study aimed to identify the compounds in mistletoe (Phoradendron parienterioides Trel.) and investigate potential differences between two species (C1 (Nerium oleander) and C2 (Mimosa quitensis Benth). The phytochemical screening reveals the presence of flavonoids, phenols, tannins, coumarins, alkaloids, phytosterols, and cardiac glycosides. The alkaloids were determined only in the methanol extract of leaves and the three extracts of fruit of the second harvest. Based on the results obtained from the FT-IR analysis, the primary functional groups of each bioactive compound present in the samples were identified. The quantification of polyphenols revealed the lowest value in the C1 foliage sample (173.80±7.73) mg GA/100g extract, whereas the highest value was observed in the C2 fruit sample (268.31±7.41) mg GA/100g extract. Likewise, the quantification of total tannins gave similar results where the C1 foliage (1.13±1.54) mg TA/100g extract has the lowest content. At the same time, the C2 fruit revealed the highest content (3.05±1.55) mg TA/100g extract. Conversely, regarding the quantification of total flavonoids, the highest value was observed in the C2 fruit sample (1275.71±39.64), while the lowest value was recorded in the (1254.64±39.61) sample. Moreover, in the HPLC analysis of the phenolic acids and flavonoids, there is a particular difference between both harvests (C1-C2). The C1 foliage has chlorogenic, caffeic, ferulic, and tannic acids, while the C2 foliage and fruit contains chlorogenic, ferulic, and tannic acids. Furthermore, distinctions were evident during the DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) assay, wherein the C2 fruit exhibited the highest capacity to sequester 94.14% of radicals at a concentration of 100 mg/L, with an EC50 for free radical scavenging activity determined to be 22.04 ppm. In the antimicrobial assays, the aqueous samples revealed significant activity against pathogenic microorganisms for both leaf samples. In conclusion, the methanol extracts with the highest content of bioactive compounds are the C2 fruit. The difference between both harvests was determined during the phytochemical screening and the HPLC analysis, where the presence of caffeic acid in C1 foliage was the main difference between both species.Este estudio tuvo como objetivo identificar los compuestos del muérdago (Phoradendron parienterioides Trel) e investigar el potencial diferencias entre dos especies (C1 (Nerium oleander) y C2 (Mimosa quitensis Benth). El screening fitoquímico revela la presencia de flavonoides, fenoles, taninos, cumarinas, alcaloides, fitoesteroles y glucósidos cardíacos. Los alcaloides se determinaron únicamente en el extracto metanólico de hojas y los tres extractos de fruto de la segunda cosecha. Con base en los resultados obtenidos del análisis FT-IR, se identificaron los grupos funcionales primarios de cada compuesto bioactivo presente en las muestras. La cuantificación de polifenoles reveló el valor más bajo en la muestra de follaje C1 (173.80±7.73) mg GA/100g extracto, mientras que el valor más alto se observó en la muestra de fruto C2 (268.31±7.41) mg GA/100g extracto. Asimismo, la cuantificación de taninos totales arrojó resultados similares donde el follaje C1 (1,13±1,54) mg TA/100g extracto tiene el menor contenido. Al mismo tiempo, el fruto C2 reveló el mayor contenido (3,05±1,55) mg TA/100g extracto. Por el contrario, en cuanto a la cuantificación de flavonoides totales, el valor más alto. se observó en las muestras de follaje C1 y fruto C2 (1254.64±39.64- 275.71±39.64) respectivamente. Además, en el análisis por HPLC de los ácidos fenólicos y flavonoides se aprecia una diferencia particular entre ambas cosechas (C1-C2). El follaje C1 tiene ácidos clorogénico, cafeico, ferúlico y tánico, mientras que el follaje y el fruto C2 contienen ácidos clorogénico, ferúlico y tánico. Además, las distinciones fueron evidentes durante el ensayo DPPH (2,2-difenil-1-picrilhidrazilo), donde el fruto C2 exhibió la mayor capacidad para secuestrar el 94,14% de los radicales a una concentración de 100 mg/L, con una EC50 para radicales libres. la actividad de eliminación se determinó en 22,04 ppm. En los ensayos antimicrobianos, las muestras acuosas revelaron actividad significativa contra microorganismos patógenos para ambas muestras de hojas. En conclusión, los extractos metanólicos con mayor contenido de compuestos bioactivos son los del fruto C2. La diferencia entre ambas cosechas se determinó durante el tamizaje fitoquímico y el análisis HPLC, donde la presencia de ácido cafeico en el follaje C1 fue la principal diferencia entre ambas especies.Químico/
A comparative study of structural stability, electronic, and spectroscopic properties of Carbon Quantum Dots (CQDs): a dual experimental/theoretical approach
No full textCarbon Quantum Dots (CQDs) have garnered significant interest for their diverse applications, ranging from optoelectronic devices to biomedical imaging, owing to their unique electronic and optical properties. In this study, we present a comprehensive investigation into the synthesis, characterization, and computational analysis of CQDs derived from Watermelon seeds, focusing on the influence of defects on their properties. Initially, CQDs were synthesized using a green hydrothermal process with Watermelon seeds of varying maturity levels as precursors. Extensive characterization using UV-Vis, Raman spectroscopy, FTIR, and XPS techniques confirmed the successful synthesis and revealed crucial structural and chemical information about the CQDs, including the presence of functional groups such as amine, carboxyl, and carbonyl. Subsequently, employing Density Functional Theory (DFT), we analyzed the impact of different types of defects (edge, surface, and Stone-Wales) on the electronic, structural, and optical properties of CQDs. Our computational analysis unveiled intricate details about the electronic structure of CQDs, including the localization of orbitals at the edges for zigzag structures and delocalized orbitals for armchair structures. Furthermore, we observed significant changes in the bandgap and frontier molecular orbitals due to the presence of defects, indicating their crucial role in modulating the properties of CQDs. Surface defects, arising from experimentally found functional groups, were found to induce modifications in the electronic structure, resulting in a decrease in the bandgap and localization of states around the functional groups. Structural analysis revealed discrepancies between theoretical predictions and experimental observations, highlighting the need for further refinement in computational models. Similarly, CQDs modified with Stone-Wales defects exhibited altered electronic and structural properties, with a decrease in the bandgap and localization of orbitals around the defects. Structural analysis revealed the appearance of new peaks in FTIR spectra and a reduction in the intensity of certain Raman bands, indicating structural modifications induced by the defects. While our study provides valuable insights into the influence of defects on CQD properties, further research is warranted to fully understand their implications. By elucidating the role of defects in shaping the properties of CQDs, this research contributes to the development of novel carbon-based materials with tailored functionalities for diverse applications.Los puntos cuánticos de carbono (CQDs) han suscitado un interés significativo debido a sus diversas aplicaciones, que van desde dispositivos optoelectrónicos hasta imágenes biomédicas, gracias a sus propiedades electrónicas y ópticas únicas. En este estudio, presentamos una investigación exhaustiva sobre la síntesis, caracterización y análisis computacional de CQDs derivados de semillas de sandía, centrándonos en la influencia de defectos en sus propiedades. Inicialmente, se sintetizaron CQDs utilizando un proceso hidrotérmico verde con semillas de sandía de diferentes niveles de madurez como precursores. La caracterización extensiva utilizando técnicas de UV-Vis, espectroscopía Raman, FTIR y XPS confirmó la síntesis exitosa y reveló información estructural y química crucial sobre los CQDs, incluida la presencia de grupos funcionales como amina, carboxilo y carbonilo. Posteriormente, empleando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), analizamos el impacto de diferentes tipos de defectos (borde, superficie y Stone-Wales) en las propiedades electrónicas, estructurales y ópticas de los CQDs. Nuestro análisis computacional reveló detalles intrincados sobre la estructura electrónica de los CQDs, incluida la localización de orbitales en los bordes para estructuras de zigzag y orbitales delocalizados para estructuras de silla. Además, observamos cambios significativos en la brecha de energía y en los orbitales moleculares fronterizos debido a la presencia de defectos, lo que indica su papel crucial en la modulación de las propiedades de los CQDs. Los defectos superficiales, derivados de grupos funcionales encontrados experimentalmente, indujeron modificaciones en la estructura electrónica, lo que resultó en una disminución en la brecha de energía y la localización de estados alrededor de los grupos funcionales. El análisis estructural reveló discrepancias entre las predicciones teóricas y las observaciones experimentales, destacando la necesidad de un refinamiento adicional en los modelos computacionales. De manera similar, los CQDs modificados con defectos de Stone-Wales exhibieron propiedades electrónicas y estructurales alteradas, con una disminución en la brecha de energía y la localización de orbitales alrededor de los defectos. El análisis estructural reveló la aparición de nuevos picos en los espectros FTIR y una reducción en la intensidad de ciertas bandas Raman, lo que indica modificaciones estructurales inducidas por los defectos. Si bien nuestro estudio proporciona información valiosa sobre la influencia de los defectos en las propiedades de los CQDs, se requiere más investigación para comprender completamente sus implicaciones.Físico/
Synthesis and physical characterization of Carbon Quantum Dots from watermelon seed towards a biological application
No full textCarbon Quantum Dots (CQDs) have emerged as an innovative alternative for drug delivery when integrated into hydrogels intended for wound dressings. This approach leverages the exceptional properties of CQDs, such as their ability for controlled release, precise targeting, and real-time monitoring, based on their biocompatibility and fluorescence. The synthesis of CQDs is a process that explores various methodologies, from laser ablation to hydrothermal synthesis, with the latter being the simplest and most cost-effective. Green synthesis, especially using biomass like watermelon seeds, proves advantageous from economic, environmental, and technological perspectives, contributing to circular economy principles and enabling biomedical applications.
The methodology used comprises four phases. In the first phase, CQDs are synthesized using the hydrothermal method. The second phase involves physical characterization of CQDs using several techniques, including Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis), scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and fluorescence microscopy. In the third phase, hydrogels are prepared with Polyvinyl Alcohol Fully Hydrolyzed and Hydroxypropyl Methylcellulose. The final phase involves assays to evaluate CQDs' antimicrobial activity and cytotoxicity when used in pure form or when integrated into the hydrogels.
The hydrothermal synthesis study revealed a 30 mg/ml concentration of CQDs. The CQDs exhibited a round, almost spherical morphology, confirmed by SEM. In SEM, their size was 142 nm; however, DLS indicated a size of approximately 500 to 1000 nm. To make sense of these results, zeta potential analysis was conducted, showing a value of 2.35 mV trending towards zero, suggesting that the sizes found in both SEM and DLS are aggregations. AFM analysis was performed to confirm the size of CQDs, revealing a size of 10 nm. In Raman results, two predominant peaks were observed around 1340 and 1590, commonly attributed to the disordered D-band and crystalline G-band, respectively. The FTIR spectrum analysis reveals the presence of various functional groups in CQDs, such as hydroxyl, amine, C-H (sp2) and C-H (sp3) bonds, carbonyl, alkene/alkyne, amide, ether, and C-O bonds. XPS confirmed the presence of Carbon, Nitrogen, and Oxygen in CQDs. Finally, fluorescence studies demonstrated high fluorescence over time in the blue range.
Regarding biological application, it was found that CQDs alone do not exhibit antimicrobial activity. On the other hand, CQDs alone and when embedded with HPMC are non-toxic at concentrations of 0.03, 0.3, and 0.5 mg/ml. Conversely, when combined with PVA, they exhibit slight toxicity. CQDs' potent photoluminescence and low cytotoxicity make them excellent candidates for hydrogel drug delivery.Los Puntos Cuánticos de Carbono (CQDs) han surgido como una alternativa innovadora para la administración de medicamentos al integrarse en hidrogeles destinados a apósitos de heridas. Este enfoque aprovecha las propiedades excepcionales de los CQDs, como su capacidad para una liberación controlada, orientación precisa y monitoreo en tiempo real, basadas en su biocompatibilidad y su fluorescencia. La síntesis de CQDs es un proceso que explora diversas metodologías, desde la ablación láser hasta la síntesis hidrotermal, siendo esta última la más simple y rentable. La síntesis verde, especialmente utilizando biomasa como semillas de sandía, resulta ventajosa desde perspectivas económicas, ambientales y tecnológicas, contribuyendo a los principios de la economía circular y permitiendo aplicaciones biomédicas.
La metodología utilizada comprende cuatro fases. En la primera fase, se sintetizan los CQDs mediante el método hidrotermal. La segunda fase implica la caracterización física de los CQDs mediante diversas técnicas, como espectroscopía Ultravioleta-visible (UV-vis), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Dispersión Dinámica de Luz (DLS), Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), espectroscopía Raman, espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía de Fotoelectrones de Rayos-X (XPS) y Microscopía de Fluorescencia. En la tercera fase, se preparan hidrogeles con Alcohol Polivinílico y Metilcelulosa de Hidroxipropil. La fase final implica ensayos para evaluar la actividad antimicrobiana y la citotoxicidad de los CQDs, tanto en su forma pura como cuando están integrados en los hidrogeles.
El estudio de síntesis hidrotermal reveló una concentración de 30 mg/ml de CQDs. Los CQDs presentaron una morfología redonda, casi esférica, confirmada por SEM. En el SEM, su tamaño fue de 142 nm; sin embargo, DLS indicó un tamaño de aproximadamente 500 a 1000 nm. Para dar sentido a estos resultados, se realizó un análisis de zeta potencial, que mostró un valor de 2.35 mV tendiendo a cero, sugiriendo que los tamaños encontrados tanto en SEM como en DLS son agregados. El análisis de AFM se llevó a cabo para confirmar el tamaño de los CQDs, revelando un tamaño de 10 nm. En los resultados de Raman, se observaron dos picos predominantes alrededor de 1340 y 1590 〖cm〗^(-1), comúnmente atribuidos a la banda D desordenada y la banda G cristalina, respectivamente. El análisis del espectro FTIR revela la presencia de diversos grupos funcionales en los CQDs, como hidroxilo, amina, enlaces C-H (sp2) y C-H (sp3), carbonilo, alqueno/alquino, amida, éter, y enlaces C-O. XPS confirmó la presencia de Carbono, Nitrógeno y Oxígeno en los CQDs. Finalmente, los estudios de fluorescencia demostraron una alta fluorescencia con el tiempo en el rango azul.
En cuanto a la aplicación biológica, se encontró que los CQDs por sí solos no exhiben actividad antimicrobiana. Por otro lado, los CQDs por sí solos y cuando están incrustados con HPMC no son tóxicos a concentraciones de 0.03, 0.3 y 0.5 mg/ml. En cambio, cuando se combinan con PVA, muestran una ligera toxicidad. La potente fotoluminiscencia y la baja citotoxicidad de los CQDs los convierten en excelentes candidatos para la administración de medicamentos mediante hidrogeles.Ingeniero/a Biomédico/
Synthesis and characterization of bio-nanocomposite films enhanced with essential oil for active food packaging
No full textComposite films based on chitosan and designed with the addition of nanofillers have been studied for their potential application in food packaging. In this project the development of a novel composite film for food packaging by blending chitosan with Mentha piperita essential oil nanoemulsion and various nanoparticles, including Ag, ZnO, and TiO2.
Moreover, a wide an characterization techniques were used to understand the properties of the bionanocomposites. UV-Vis spectroscopy revealed that the composite films possess UV-filtering properties, ensuring protection against harmful radiation while maintaining transparency in the visible region. FTIR provided a detailed molecular-level understanding of the chemical interactions within the films. TGA analysis quantified the percentage of nanoparticles present in the films and highlighted the impact of nanofillers on the thermal stability of chitosan. Characterization of nanoparticles through DLS, AFM, and XRD elucidated their size, morphology, and crystal structure.
In evaluating the material’s practicality for food packaging, a series of tests including tensile tests, water vapor permeability assessments, and antibacterial assays were conducted. These tests offered valuable insights into changes in mechanical, barrier, and antibacterial properties induced by the incorporation of nanofillers. Composite films based on chitosan have the potential to be used in the food industry as active packaging materials.Películas compuestas basadas en quitosano y diseñadas con la adición de nanorellenos han sido estudiadas por su potencial aplicación en el envasado de alimentos. En este proyecto, se llevó a cabo el desarrollo de una novedosa película compuesta para el empaque de alimentos mediante la mezcla de quitosano con nanoemulsión de aceite esencial de Mentha piperita y varias nanopartículas, incluyendo Ag, ZnO y TiO2.
Además, se emplearon diversas técnicas de caracterización para comprender las propiedades de los bionanocompuestos. La espectroscopía UV-Vis reveló que las películas compuestas poseen propiedades de filtrado UV, asegurando protección contra la radiación dañina y manteniendo la transparencia en la región visible. Los análisis FTIR proporcionaron una comprensión detallada a nivel molecular de las interacciones químicas dentro de las películas. El análisis TGA cuantificó el porcentaje de nanopartículas presentes en las películas y resaltó el impacto de los nanorellenos en la estabilidad térmica del quitosano. La caracterización de las nanopartículas a través de DLS, AFM y XRD elucidó su tamaño, morfología y estructura cristalina.
Al evaluar la practicidad del material para el envasado de alimentos, se realizaron una serie de pruebas, incluyendo ensayos de tracción, evaluaciones de permeabilidad al vapor de agua y ensayos antibacterianos. Estas pruebas ofrecieron valiosas perspectivas sobre los cambios en las propiedades mecánicas, de barrera y antibacterianas inducidos por la incorporación de nanorellenos. Las películas compuestas basadas en quitosano tienen el potencial de ser utilizadas en la industria alimentaria como materiales de empaque inteligente.Ingeniero/a en Nanotecnologí
Characterization of and herbivore impact on the flora and fungi at the Antisana Hydrological Conservation Area
No full textThis thesis investigates the dominance and diversity of vascular plant communities in the Antisana Hydric Conservation Area, a critical water source for Quito. Fifty-four plots, each 3m x 2m, were established to assess tracheophyte dominance using the Point-Intercept method, with tracheophyte dominance patterns represented in Rank-abundance curves. This study spans six habitats: Grassland vegetation, Shrubby vegetation, Dry Herbaceous vegetation, Humid Herbaceous vegetation, Cushion plants, and Exposed Soil. Across these a total of 69 tracheophyte species were identified, covering 47 genera and 23 families. Twelve species were endemic to the Ecuadorian páramo, the other 56 were native to Andean páramos, and one was classified as introduced. Species richness was highest in the Shrubby vegetation habitat category (SHR = 23 spp.), and the lowest in Exposed soil (EMD = 6 spp.). Diversity, measured by the Effective Number of Species based on the Shannon Diversity Index, varied among habitat categories. The most diverse plot was in Shrubby vegetation (SHR = 13 effective spp.), in contrast, Grassland vegetation had the lowest diversity (GMC = 3 effective spp.). Additionally, six macro-fungal fruiting bodies species were identified, suggesting the presence of mycelial networks in all habitat categories. The observed fungi included plant pathogens, saprophytes and mycorrhizae, which play roles in nutrient cycling and plant population dynamics, potentially impacting water regulation. Some mushroom species were very palatable to white-tailed deer, suggesting a potential link between fungal diversity and herbivore preferences, warranting further analysis for restoration practices. To assess herbivore impacts, exclusion plots were established in the study areas as part of a broader investigation with a four-year duration, this characterization represents the initial phase of the herbivory study.Esta tesis examina los patrones de dominancia y diversidad de las comunidades de plantas vasculares en el Área de Conservación Hídrica Antisana, fuente vital de agua para Quito. Se establecieron 54 parcelas, de 3 m x 2 m, para evaluar la dominancia de la vegetación se usó el método del cuadrado puntual, se representado los resultados en curvas de rango-abundancia. Este estudio cubre seis categorías de hábitat: vegetación de pajonal, arbustiva, herbácea seca, herbácea húmeda, plantas almohadilla y suelo expuesto. En total, se identificaron 69 especies de traqueófitos, que abarcan 47 géneros y 23 familias. Doce especies fueron endémicas del páramo ecuatoriano, 56 nativas de páramos andinos, y una introducida. La riqueza de especies fue mayor en la categoría de hábitat de vegetación arbustiva (SHR = 23 spp.), y menor en suelo expuesto (EMD = 6 spp.). La diversidad, medida por el Número Efectivo de Especies basado en el Índice de Diversidad de Shannon, varió entre las categorías de hábitat. La parcela más diversa estuvo en vegetación arbustiva (SHR = 13 spp. efectivas), en contraste, la vegetación de pajonal tuvo la diversidad más baja (GMC = 3 spp. efectivas). Además, se identificaron seis especies de cuerpos fructíferos de macrohongos, lo que sugiere la presencia de redes de micelio en todas las categorías de hábitat. Los hongos observados incluyeron patógenos de plantas, saprofitos y micorrizas, los cuales desempeñan roles en el ciclo de nutrientes y en la dinámica de las poblaciones vegetales, con un posible impacto en la regulación hídrica. Algunas especies de hongos fueron muy apetecibles para el venado de cola blanca sugiriendo un vínculo entre la diversidad fúngica y las preferencias de herbívoros. Esta caracterización representa la fase inicial de una investigación de herbivoría con una duración de cuatro años.Biólogo/
Implementation of general classical force field and their applicability for simple organic systems
No full textComputational chemistry is crucial in scientific research and industry for understanding molecular structure and interactions. However, its effectiveness depends on factors like computational cost and accuracy. Quantum mechanical (QM) methods offer high accuracy but are computationally demanding, especially for larger systems where costs escalate sharply. General Force Fields (FF), like Dreiding and Universal Force Field (UFF), are well known for their efficiency within computational chemistry. These force fields offer cost-effective solutions, making them highly advantageous for the study of big atomic systems. Their ability to provide accurate representations of molecular interactions allows researchers to extract valuable insights at reasonable calculation times, contributing significantly to our understanding of chemical phenomena. The integration of cost-effective computational methods with widely used simulation environments is crucial for advancing research accessibility, specially in developing countries where access to powerful computing resources is limited.
This work presents the implementation and performance assessment of the Dreiding and UFF in computational chemistry calculations. The primary objective was to integrate the Dreiding force field into the structure2lammps package, complementing the existing implementation of UFF, to enable compatibility with the Atomic Simulation Environment (ASE) and the Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS). This integration aimed to ensure robustness by subjecting the implementation to thorough testing procedures. Extensive testing across various applications, including molecular relaxation, energy calculations, and mechanical modeling, confirmed the reliability and effectiveness of these force fields in atomic interaction calculations. Their performance was validated through comparisons with literature references of more sophisticated computational methods and Density Functional Tight Binding (DFTB) calculations. Both force fields demonstrated reasonable precision in modeling the geometric characteristics of simple molecules. Dreiding and UFF effectively captured the isomerization energies of a set of organic molecules. Additionally, the study investigated the equation of state fitting for bulk modulus calculations. The retrieved data shows good agreement when compared to observations in DFTB calculations and data from the literature.La química computacional es crucial en la investigación científica y la industria para comprender la estructura molecular, así como interacciones intra e intermoleculares. Sin embargo, su efectividad depende de factores como el costo computacional y la precisión deseada. Los métodos cuánticos (QM) ofrecen alta precisión, pero son computacionalmente exigentes, especialmente para sistemas con gran cantidad de átomos. Los Force Fields (FF), como Dreiding y Universal Force Field (UFF), son ampliamente reconocidos por su bajo costo computacional y eficiencia en la química computacional. Estos force fields ofrecen soluciones rentables, lo que los hace altamente ventajosos para el estudio de sistemas atómicos grandes. Su capacidad para proporcionar representaciones precisas de las interacciones moleculares permite a los investigadores extraer información valiosa en tiempos de cálculo cortos, contribuyendo significativamente a nuestra comprensión de los fenómenos químicos. La integración de métodos computacionales económicos y rentables con entornos de simulación ampliamente utilizados es crucial para impulsar investigación accesible para todos.
Este trabajo presenta la implementación y evaluación del rendimiento de Dreiding y UFF en cálculos de química computacional. El objetivo principal fue integrar Dreiding en el paquete structure2lammps, complementando la implementación existente de UFF, para habilitar la compatibilidad con el paquete de python llamado Atomic Simulation Environment (ASE) y el programa Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS). Esta integración tenía como objetivo asegurar la robustez sometiendo la implementación a procedimientos de prueba exhaustivos. Las pruebas, que incluyeron relajación molecular, cálculos de energía y modelado mecánico, confirmaron la confiabilidad y efectividad de estos force fields en cálculos de interacción atómica. Su rendimiento fue validado mediante comparaciones con referencias de la literatura de métodos computacionales más sofisticados y cálculos de Density Functional Tight Binding (DFTB). Ambos force fields demostraron una precisión razonable en la modelización de las características geométricas de moléculas simples. Dreiding y UFF capturaron eficazmente las energías de isomerización de un conjunto de moléculas orgánicas. Además, el estudio investigó el ajuste de la ecuación de estado para cálculos de módulo de volumen. Los datos calculados en estas pruebas muestran gran concordancia al compararse con observaciones en cálculos de DFTB y datos de la literatura.Ingeniero/a en Nanotecnologí
Guía metodológica de recursos didácticos con enfoque STEM para la enseñanza de electromagnetismo en los estudiantes de la carrera de pedagogía de las ciencias experimentales de la Universidad Técnica del Norte
No full textThis research presents a study on the perception of Teaching Training´s science teacher students in the sixth, seventh, and eighth semesters of the Universidad Técnica del Norte regarding the methodologies used by teachers in the teaching of Electromagnetism. The methodology used corresponds to a quantitative-descriptive research, and the technique employed was a survey with a ten-question questionnaire of closed type, where nine are constructed under the Likert scale and one is multiple choice. The variable to be measured was the Teaching-learning methodology, obtaining as results that: Lecture, Strictly Laboratory Practices and Problem Solving are the strategies used with a percentage of 58.8%, 77.6% and 81.2% respectively. This evidences that Traditional Teaching still persists, in contrast to what was stated, only 10.6% of the students recognize the use of the STEM educational approach (Science, Technology, Engineering and Math). Therefore, the need for a methodological-didactic guide for experimental practices is founded, which encourages future teachers to update their pedagogical practices and incorporate new technologies, improving the quality of education through a more dynamic, participatory, contextualized and effective environment for teaching-learning of Electromagnetism. As a solution, a model of an Experimental Practices Guide for the teaching and learning of Electromagnetism with a STEM approach was proposed, and through a Satisfaction survey applied to teachers and students, it is concluded in general that more than 75% of students agree that the Guide is innovative, adaptable, aligned with the learning objectives and that the methodological process is coherent and contextualized.La presente investigación muestra un estudio realizado de la percepción de los estudiantes de Formación Docente en Pedagogía de las Ciencias Experimentales del sexto, séptimo y octavo semestre de la Universidad Técnica del Norte sobre las metodologías empleadas por los docentes en la enseñanza de Electromagnetismo. La metodología que se empleó corresponde a una investigación de tipo cuantitativa-descriptiva y como técnica la encuesta, qué a través de un cuestionario de diez preguntas de tipo cerradas, donde nueve están construidas bajo la escala de Likert y una de selección múltiple. La variable a medir fue la Metodología de enseñanza – aprendizaje obteniendo como resultado que: la Clase Magistral, Prácticas estrictamente de Laboratorio y Resolución de problemas son las estrategias empleadas con un porcentaje del 58,8%, 77,6% y 81,2% respectivamente. Esto evidencia, que aún persiste la Enseñanza tradicional, en contraste a lo manifestado, apenas del 10,6% de los estudiantes reconocen el empleo del enfoque educativo STEM (Science, Technology, Engineering and Math – Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemática). Por lo expuesto, se fundamenta la necesidad de contar con una guía metodológica-didáctica de prácticas experimentales, que impulse a los futuros docentes a actualizar sus prácticas pedagógicas e incorporar nuevas tecnologías, mejorando de la calidad educativa a través de un ambiente más dinámico, participativo, contextualizado y efectivo para la enseñanza-aprendizaje de Electromagnetismo. Como solución se planteó un modelo de Guía de Prácticas experimentales para la enseñanza y aprendizaje de Electromagnetismo con enfoque STEM y a través de una encuesta de Satisfacción aplicada a docentes y estudiantes, se concluye en general que más del 75% de estudiantes concuerdan en que la Guía es innovadora, adaptable, alineada con los objetivos de aprendizaje y que el proceso metodológico es coherente y contextualizado.Maestría en estrategias para la docencia STEM mención en Ciencias Física
Diatomite-based electrodes: incorporating organic molecules and magnetic nanoparticles for electrochemical applications
No full textThe creation, fabrication, and analysis of a composite diatomite electrode with organic molecules and magnetic nanoparticles is the focus of this thesis. To achieve this goal, a simplified and economical process was used to synthesize and incorporate magnetic nanoparticles into diatomite frustules. The resulting diatomite/ organic molecules and magnetic nanoparticles composite was examined using Raman spectroscopy, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy to analyze its composition and morphology. Moreover, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy were used to thoroughly investigate the electrochemical properties. The ultimate goal of this project is to use the diatomite/organic molecules with and without magnetic nanoparticle composite to forge an electrode with stability and efficiency. The ramifications of these developments are extensive, ranging from medical diagnosis to environmental monitoring. Moreover, this research holds promise for pioneering sustainable and eco-friendly composites by harnessing natural systems like diatomite. The structural and electrochemical analyses yielded noteworthy conclusions at the end of this exploration. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) evaluations confirmed that composites enriched with a higher concentration of carbon particles showed a noticeable increase in impedance, whereas composites with a higher percentage of magnetic nanoparticles showed a decrease in impedance. Furthermore, the resulting current-voltage (IV) curves showed observable characteristics that are typical of inductive materials that are generated when iron carbide is present in the structure. These results highlight the complex relationship between composition and electrochemical behavior, providing important information for improving electrode designs based on diatomite. Ultimately, this research serves as a cornerstone in advancing the frontier of highly efficient and enduring electrodes harnessed from the diatomite/organic molecules and magnetic nanoparticle composite.La creación, fabricación y análisis de un electrodo compuesto de diatomita con moléculas orgánicas y nanopartículas magnéticas son el tema central de esta tesis. Para lograr este objetivo, se utilizó un proceso simplificado y económico para sintetizar e incorporar nanopartículas magnéticas en frústulos de diatomita. La diatomita/orgánica resultante
El compuesto de moléculas y nanopartículas magnéticas se examinó mediante espectroscopia Raman, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido para analizar su composición y morfología. Además, la Voltametría cíclica y Espectroscopia de impedancia electroquímica se utilizaron para investigar a fondo las propiedades electroquímicas. El objetivo final de este proyecto es fabricar un composito de diatomita/moléculas orgánicas con y sin nanopartículas magnéticas para caracterizar su uso como un material para la fabricación de un electrodo con estabilidad y eficiencia. Las ramificaciones de estos acontecimientos son extensas, que van desde el diagnóstico médico hasta el seguimiento ambiental. Además, esta investigación es prometedora para ser pioneros en compuestos sostenibles y ecológicos aprovechando sistemas naturales como la diatomita. Los análisis estructurales y electroquímicos arrojaron conclusiones notables al final de esta exploración. Las evaluaciones de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) confirmaron que los compuestos enriquecidos con mayor concentración de partículas de carbono mostró un aumento notable en la impedancia, mientras que los compuestos con mayor porcentaje de nanopartículas magnéticas mostró una disminución en la impedancia. Además, la corriente-voltaje resultante (IV) las curvas mostraron características observables que son típicas de los materiales inductivos que se generan cuando el Carburo de hierro está presente en la estructura. Estos resultados resaltan la compleja relación entre la composición y el comportamiento electroquímico, proporcionando información importante para mejorar los diseños de electrodos basados en diatomita.
En última instancia, esta investigación sirve como piedra angular para avanzar en la frontera de electrodos altamente eficientes y duraderos, aprovechado de la diatomita/moléculas orgánicas y el compuesto de nanopartículas magnéticas.Ingeniero/a en Nanotecnologí
Análisis de la nanotecnología en la sociedad actual y sus necesidades de enseñanza-aprendizaje en la educación
No full textThe objective of this study was to analyze the integration of nanotechnology in secondary education, addressing both teaching and learning needs. A mixed research approach was employed, combining quantitative and qualitative methods. This allowed not only the evaluation of students' prior knowledge and learning outcomes but also the understanding of their perceptions and attitudes towards nanotechnology. The research design was longitudinal and included interviews with teachers and surveys of students. The study population included secondary school students and teachers in the city of Cuenca, Azuay province. Convenience sampling was used to select 42 students and 16 teachers, who were surveyed. The results revealed that both students and teachers needed more training and understanding of nanotechnology. A didactic guide was designed based on pedagogical principles such as Problem-Based Learning and Constructivism, upon which 10 activities were developed, with an interdisciplinary approach. This guide aims to enhance the teaching and learning process of nanotechnology in high school students, fostering critical thinking, creativity, and innovation.El objetivo de este estudio fue analizar la integración de la nanotecnología en la educación secundaria, abordando tanto las necesidades de enseñanza como de aprendizaje. Se empleó un enfoque de investigación mixto que combinó métodos cuantitativos y cualitativos. Esto permitió no solo evaluar el conocimiento previo y los resultados de aprendizaje de los estudiantes, sino también comprender sus percepciones y actitudes hacia la nanotecnología. El diseño de la investigación fue longitudinal e incorporó entrevistas con docentes y encuestas a estudiantes. La población de estudio incluyó estudiantes y docentes de bachillerato en la ciudad de Cuenca, provincia del Azuay. Se utilizó un muestreo no probabilístico por conveniencia seleccionando a 42 estudiantes y 16 docentes, a los cuales se les aplicó una encuesta y los resultados revelaron que tanto estudiantes como docentes necesitaban mayor capacitación y comprensión de la nanotecnología. Se diseñó una guía didáctica fundamentada en principios pedagógicos como el Aprendizaje Basado en Problemas y el Constructivismo, en la cual se desarrollaron 10 actividades, con un enfoque interdisciplinario, con el fin de mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje de la nanotecnología en estudiantes de bachillerato, fomentando habilidades críticas, creatividad e innovación.Maestría en estrategias para la docencia STEM mención en Ciencias Física
Level alignment, charge transfer, and optical absorption of organic photovoltaics using LCAO-TDDFT-k-ω
No full textSilicon-based pn-junction solar cells have reached their theoretical efficiency limits. For this reason, alternative optically active materials are of interest, as is the case for organic photovoltaics (OPVs), which promise more efficient, ecological, and economical solar cells. This project contributes to the computational design of OPVs and the understanding of the donor-acceptor excitonic process by modeling their optical absorption spectra. We applied a highly efficient linear combination of atomic orbitals within time-dependent density functional theory in the reciprocal space and frequency domains (LCAO-TDDFT-k-ω) that, compared with DFT and G0W0-BSE methods, allowed us to understand the excitonic process for macromolecular systems via an enhanced computational performance. Thus, LCAO-TDDFT-k-ω offered the possibility to accurately describe the optical absorption and level alignment for complex OPV-based systems. In this research, we focused on chlorophyll types (Chl a/b) as donor systems, highlighting their π-delocalized orbitals and central magnesium atom for efficient charge transfer and enhanced excited state lifetime. For the acceptor, SWCNTs, which exhibit properties like adjustable band gaps and high optical absorbance. The project successfully identified that the OPV-candidate formed by Chla/b@SWCNT(n, m) was a stable system, determined the optimal chirality of SWCNTs that reproduced the best absorption spectra, developed a methodology within the LCAO-TDDFT-k-ω framework to obtain optical absorption spectra for heterojunctions. The project also analyzed excitonic density diagrams to assess the charge separation efficiency between holes and electrons in various donor-acceptor combinations. By studying the level alignment, charge transfer, and optical absorption of these complex OPV donor/acceptor systems, we aimed to provide the means to model the optical properties for heterojunctions.Las celdas solares basadas en uniones pn de silicio han alcanzado sus límites teóricos de eficiencia. Por esta razón, materiales alternativos como los fotovoltaicos orgánicos (OPVs) resultan de interés, ya que prometen celdas solares más eficientes, ecológicas y económicas. Este proyecto contribuye al diseño computacional de OPVs y a la comprensión del proceso excitónico donador-aceptor mediante el modelado de sus espectros de absorción óptica. Se aplicó una combinación lineal de orbitales atómicos altamente eficiente dentro de la teoría del funcional de densidad dependiente del tiempo en el espacio recíproco y dominios de frecuencia (LCAO-TDDFT-k-ω) que, comparado con los métodos DFT y G0W0-BSE, permitió entender el proceso excitónico para sistemas macromoleculares mejorando el rendimiento computacional. Así, LCAO-TDDFT-k-ω ofreció la posibilidad de describir con precisión la absorción óptica y la alineación de niveles para OPVs. En esta investigación, se escogió la clorofila de tipo a y b como sistema donador por sus orbitales π-deslocalizados y el átomo central de magnesio que exhibe una transferencia de carga eficiente. Para el aceptor, se utilizaron nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs), que presentan propiedades como bandas ajustables y alta absorbancia óptica. El proyecto identificó exitosamente que el candidato OPV formado por Chla/b@SWCNT(n, m) era un sistema estable, determinó la quiralidad óptima de los SWCNTs que reproducían los mejores espectros de absorción y desarrolló una metodología dentro del marco LCAO-TDDFT-k-ω para obtener espectros de absorción óptica para heterouniones. El proyecto también analizó diagramas de densidad excitónica para evaluar la eficiencia de separación de carga entre huecos y electrones en varias combinaciones donador-aceptor. Al estudiar la alineación de niveles, la transferencia de carga y la absorción óptica de estos complejos sistemas OPV donador/aceptor, el objetivo fue proporcionar los medios para modelar las propiedades ópticas de las heterouniones.Físico/