Repositorio Yachay Tech (Univ. Yachay Tech)
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Homotopy theory for finite categories
No full textWe develop a reformulation of the theory of homotopy originally introduced by Rosero within the context of finite categories. This theory aims to associate a group to every finite category by means of a functor CatFin* → Grp in such a way that it has many of the properties of π₁ : Top∗ → Grp, the functor induced by the fundamental group of a topological space. Even though this can be achieved using the classifying space of a small category, such approach is inherently topological. In contrast, our theory develops a theoretical framework from scratch based on a purely algebraic setting. Furthermore, we have reformulated the foundations of the original version of the theory for improved clarity and rigor. Specifically, we present coherent notation, revised results, novel proofs, and the generalization of some of the principal results of the theory. In addition, we also prove new results that make the overall organization more robust. Finally, we demonstrate that this theory gives consistent results regarding the geometric realization of the nerve of a small category, for the particular cases of the categories S¹ and T², whose categorical fundamental groups are isomorphic to Z and Z², respectively.Reformulamos la teoría de homotopía introducida por Rosero en el contexto de categorías finitas. Esta teoría tiene como objetivo asociar un grupo a una categoría finita por medio de un funtor CatFin* → Grp de tal manera que exhiba la mayoría de las propiedades de π₁ : Top∗ → Grp, el funtor inducido por el grupo fundamental de un espacio topológico. A pesar de que esto se puede lograr usando el espacio clasificador de una categoría pequeña, tal método es inherentemente topológico. En contraste, nuestra teoría se desarrolla netamente en un contexto algebraico. Además de esto, hemos replanteado los fundamentos de la versión original de la teoría para mayor claridad y rigurosidad. Específicamente, presentamos notación consistente, resultados revisados, demostraciones originales, y generalizamos algunos de los resultados más importantes de la teoría. También presentamos resultados nuevos que aportan a la teoría una estructura más sólida. Finalmente, demostramos que nuestra teoría produce resultados consistentes en cuanto a la realización geométrica de las categorías S¹ y T², cuyos grupos fundamentales categóricos son isomorfos a Z y Z², respectivamente.Matemático/
Encapsulation and drug delivery of JH4, JH6 and chloroquine: evaluation their antimicrobial activity
No full textThe encapsulation and administration of drugs through controlled-release systems has gained relevance in modern medicine, especially in the context of drug resistance to agents like chloroquine, a well-studied antimalarial with a favorable safety profile. However, chloroquine resistance presents challenges that remain under investigation. Therefore, this study aimed to synthesize and evaluate encapsulation systems for the commercial drug chloroquine and two experimental compounds (JH4 and JH6) identified as potential antimalarial agents. Antimicrobial activity was evaluated using Staphylococcus aureus 25923 and Escherichia coli 25922 strains, meanwhile the cytotoxicity of the compounds was assessed using the 3T3 cell line. Cytotoxicity assays demonstrated that chitosan nanoparticles at concentrations of 5 and 10 µg/mL showed no significant toxicity compared to the control. To obtain information on the structural, thermal, and functional properties of the nanospheres, characterization was performed, where Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy analysis revealed significant differences between the JH4, JH6, and chloroquine (CQ) samples, indicating specific drug encapsulation. Meanwhile, thermogravimetric analysis (TGA) showed varied thermal degradation rates between low molecular weight (L1, L2, L3, L4) and high molecular weight nanoparticles (H1, H2, H3, H4), attributed to the interaction of sodium tripolyphosphate (TPP) with the NH+3 groups of chitosan. Drug release profiles for low molecular weight nanoparticles with chloroquine (L3) and high molecular weight nanoparticles with chloroquine showed more controlled release. Antioxidant activity varied significantly, with H4 showing the highest capacity. These findings support the potential of chitosan nanoparticles as promising drug delivery systems in biomedicine.La encapsulación y administración de fármacos mediante sistemas de liberación controlada ha ganado relevancia en la medicina moderna, especialmente en el contexto de la resistencia a fármacos como la cloroquina, un antimalárico bien estudiado y con un perfil de seguridad favorable. Sin embargo, la resistencia a la cloroquina plantea desafíos que aún están bajo investigación. Por ello, este estudio tuvo como objetivo sintetizar y evaluar sistemas de encapsulación para el fármaco comercial Cloroquina y dos compuestos experimentales (JH4 y JH6) identificados como posibles compuestos antimaláricos. Se evaluó la actividad antimicrobiana utilizando cepas de Staphylococcus aureus 25923 y Escherichia coli 25923, mientras que para la citotoxicidad de los compuestos se utilizó la línea celular 3T3. Los ensayos de citotoxicidad demostraron que las nanopartículas de quitosano a concentraciones de 5 y 10 µg/mL no mostraron toxicidad significativa en comparación con el control. Con la finalidad de obtener información sobre las propiedades estructurales, térmicas y funcionales de las nanoesferas se realizó la caracterización de las mismas donde, el análisis de espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier (FTIR) reveló diferencias significativas entre las muestras JH4, JH6 y Cloroquina (CQ), indicando la encapsulación de fármacos específicos; mientras que el Análisis Termogravimétrico (TGA) mostró tasas de degradación térmica variadas entre nanopartículas de bajo peso molecular (L1, L2, L3, L4) y alto peso molecular (H1, H2, H3, H4), atribuidas a la interacción del tripolifosfato de sodio (TPP) con los grupos NH+3 del quitosano. Se observó que los perfiles de liberación de fármaco para las nanopartículas de bajo peso molecular con Cloroquina (L3) y de alto peso molecular con Cloroquina fueron más controlados. La actividad antioxidante varió significativamente, siendo H4 el que mostró la capacidad más alta. Estos hallazgos respaldan el potencial de las nanopartículas de quitosano como sistemas prometedores de liberación de fármacos en biomedicina.Ingeniero/a Biomédico/
Synthesis of β-Cyclodextrin-Epichlorohydrin complexes for natural extracted molecules encapsulation: exploring a potential pathway to improved bioavailability
No full textNatural products (NPs) are valued for their therapeutic properties, yet their low bioavailability limits their effectiveness. This study explores the development of β-cyclodextrinepichlorohydrin complexes to enhance the bio-availability of natural extracts. β-Cyclodextrin, a cyclic oligosaccharide, encapsulates hydrophobic molecules, improving their solubility. Epichlorohydrin acts as a cross-linking agent to form stable polymer complexes with natural molecules like α-mangostin and mangiferin. The synthesized polymers were character-ized by FTIR, XRD, TGA, HPLC, UV-Vis spectroscopy, and SEM, confirming successful cross-linking and polymerization. α-mangostin and mangiferin were extracted and purified from per-icarp powder and mango leaves, respectively, and characterized. The polymers, loaded with extracts at ratios of 1:10 (αmangostin) and 1:5 (mangiferin), were evaluated for solubility and antibacterial activity. The solubility of the extracts improved significantly. Antibacterial tests showed no activity against Candida albicans and Staphylococcus aureus, but slight activity against Escherichia coli for mangiferin and considerable improvement for α-mangostin.Los productos naturales (PN) son valorados por sus propiedades terapéuticas, pero su baja bio-disponibilidad limita su eficacia. Este estudio explora el desarrollo de complejos de βciclodex-trina-epiclorohidrina para mejorar la biodisponibilidad de los extractos naturales. La β-ciclodextrina, un oligosacárido cíclico, encapsula moléculas hidrofóbicas, mejorando su solubilidad. La epiclorohidrina actúa como agente de entrecruzamiento para formar complejos poliméricos estables con moléculas naturales como α-mangostina y mangiferina. Los polímeros sintetizados se caracterizaron mediante FTIR, XRD, TGA, HPLC, espectroscopía UV-Vis y SEM, confirmando el éxito del entrecruzamiento y la polimerización. La α-mangostina y la mangiferina se extrajeron y purificaron a partir de polvo de pericarpio y hojas de mango, respectivamente, y se caracterizaron. Los polímeros, cargados con extractos en pro-porciones de 1:10 (α-mangostina) y 1:5 (mangiferina), se evaluaron para determinar su solubilidad y actividad antibacteriana. La solubilidad de los extractos mejoró significativamente. Las pruebas antibacterianas mostraron que no hubo actividad contra Candida albicans y Staphy-lococcus aureus, pero una ligera actividad contra Escherichia coli para la mangiferina y una mejora considerable para la α-mangostina.Químico/
Analysis of interannual climate variations over Ecuador associated with the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) using RegCM
No full textThe El Niño-Southern Oscillation phenomenon is the most significant interannual climatic fluctuation, influencing global atmospheric circulation and altering weather patterns. In this study, its impact on climatic variations in Ecuador was analyzed using the regional climate modeling system, version 5.0.0, through high-resolution simulations that captured Ecuador's complex topography and the Niño 1 and 2 region, which are essential for this analysis. Boundary conditions from the HadGEM2-ES general circulation model, under a high greenhouse gas emissions scenario, drove the projections for near-surface temperature, total precipitation, and other relevant variables. Validation was performed by comparing the results with global reanalysis data and applying bias correction using quantile delta mapping, significantly enhancing projection accuracy. Events of the phenomenon were identified based on anomalies in near-surface temperature, and projections for the period 2021 to 2050 revealed significant warming in coastal and Andean regions, with increased precipitation during El Niño events and decreased precipitation during La Niña events. These findings contribute to a better understanding of the phenomenon’s impacts and support the development of adaptation and mitigation strategies in Ecuador.El fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur es la fluctuación climática interanual más significativa, pues influye en la circulación atmosférica global y modifica los patrones meteorológicos. En este estudio se analizó su impacto en las variaciones climáticas en Ecuador mediante el sistema de modelado climático regional, versión 5.0.0, mediante simulaciones de alta resolución que abarcaron la compleja topografía ecuatoriana y la región de Niño uno y dos, esenciales para este análisis. Las condiciones de contorno provenientes del modelo de circulación general HadGEM2-ES, bajo un escenario de altas emisiones de gases de efecto invernadero, impulsaron las proyecciones de temperatura en superficie, precipitación total y otras variables relevantes. La validación se realizó comparando los resultados con datos reanalizados globales y aplicando corrección de sesgo mediante mapeo delta cuantílico, lo que mejoró significativamente la precisión de las proyecciones. Se identificaron eventos del fenómeno a partir de anomalías en la temperatura superficial y se analizaron proyecciones para el periodo 2021 a 2050, las cuales revelaron un calentamiento significativo en las zonas costeras y andinas, con incremento de precipitaciones durante eventos de El Niño y reducción en los de La Niña. Estos hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de los impactos del fenómeno y apoyan el desarrollo de estrategias de adaptación y mitigación en Ecuador.Físico/
Evaluation of the biodiversity and abundance of dipteran ectoparasites in bats from four provinces of Ecuador
No full textBats are often parasitized by a variety of hematophagous dipterans from the families Streblidae and Nycteribiidae, understudied in Ecuador despite the large diversity of Chiroptera in the country. To address this gap, a comprehensive literature review on Ecuadorian host-parasite reports was combined with field examinations of 200 bats from four provinces. Original data was recorded for 21 species of bat flies associated to 17 host species, including two new parasite species for Ecuador (Anastrebla caudiferae and Trichobius petersoni). In addition, 14 host-parasite combinations were new for Ecuador, half of them also new for literature. Notably, the first ectoparasites for Anoura aequatoris, as well as interactions between Exastinion deceptivum and species of Anoura other than A. peruana. High host specificity was observed in many associations, particularly for bat flies of the genus Anastrebla, while less specific parasites included Exastinion deceptivum and Carollia-associated bat flies. Additionally, five non-primary associations were detected, three of which were likely ecological in nature. Values obtained from site-specific prevalence analysis indicate high infestation rates in populations of Sturnira bogotensis and Anoura peruana, and lower prevalence in Artibeus lituratus and Glossophaga soricina in Manabi. Preliminary network-level analysis support high specialization and modularity, consistent with previous research regarding bat-bat fly systems. In summary, the findings in this study contributed towards the known diversity of Ecuadorian bat flies, support high host-specificity in the country and highlight the importance of further exploration in understudied regions such as montane ecosystems, which provided a significant portion of the new records.Los murciélagos son frecuentemente parasitados por dípteros hematófagos de las familias Streblidae y Nycteribiidae, poco estudiados en Ecuador pese a su gran diversidad de quirópteros. Para abordar esta brecha, se realizó una revisión exhaustiva de la literatura sobre asociaciones ecuatorianas hospedero-parásito complementada con examinación en campo de 200 murciélagos de cuatro provincias. Se registraron datos para 21 especies de moscas de murciélagos asociadas a 17 especies de hospederos, incluyendo dos nuevos registros para Ecuador (Anastrebla caudiferae y Trichobius petersoni). Además, 14 combinaciones hospedero-parásito fueron nuevas para el país, la mitad de estas nuevas también para la literatura. Hallazgos notables incluyen los primeros ectoparásitos para Anoura aequatoris e interacciones entre Exastinion deceptivum y especies de Anoura distintas de A. peruana. Varias asociaciones mostraron alta especificidad, particularmente las del género Anastrebla, mientras que parásitos menos específicos incluyeron Exastinion deceptivum y especies asociadas a Carollia. Adicionalmente, se detectaron cinco asociaciones no primarias, tres de ellas probablemente ecológicas en origen. Análisis de prevalencia indican tasas de infestación altas en poblaciones de Sturnira bogotensis y Anoura peruana, y bajas en Artibeus lituratus y Glossophaga soricina de Manabí. Análisis preliminares a nivel de red apoyan alta especialización y modularidad, consistente con investigaciones previas sobre estos sistemas. En resumen, los hallazgos en este estudio contribuyen a la diversidad conocida de las moscas de los murciélagos ecuatorianas, apoyan alta especificidad de hospedero en el país y remarcan la importancia de futuras investigaciones en regiones poco exploradas, como los ecosistemas montanos que aportaron parte significativa de los nuevos registros.Biólogo/
Antimicrobial activity of bacteria isolated from Antarctic sediments
No full textThis work explores the antimicrobial properties of bacteria isolated from Antarctic sediments, highlighting the potential of these microorganisms in the fight against antibiotic resistant pathogens. In the context of escalating global antibiotic resistance, the search for new antimicrobial agents has led to the investigation of unexplored niches, such as the Antarctic environment. This study involved the isolation and characterization of bacterial strains, the extraction and analysis of their secondary metabolites, and the evaluation of these metabolites’ antimicrobial activity against E. coli. Our findings suggest that Antarctic sediment bacteria produce secondary metabolites with antimicrobial properties, offering promising avenues for the development of new antibacterial drugs. This research not only contributes to the understanding of microbial diversity in extreme environments but also underscores the potential of environmental bioprospecting to address the urgent need for new antimicrobials.Este trabajo explora las propiedades antimicrobianas de bacterias aisladas de sedimentos antárticos, destacando el potencial de estos microorganismos en la lucha contra patógenos resistentes a los antibióticos. En el contexto de la escalada de la resistencia antibiótica global, la búsqueda de nuevos agentes antimicrobianos ha llevado a la investigación de nichos inexplorados, como el entorno antártico. Este estudio implicó el aislamiento y caracterización de cepas bacterianas, la extracción y análisis de sus metabolitos secundarios, y la evaluación de la actividad antimicrobiana de estos metabolitos frente a E. coli. Los hallazgos sugieren que las bacterias de sedimentos antárticos producen metabolitos secundarios con propiedades antimicrobianas, ofreciendo vías prometedoras para el desarrollo de nuevos fármacos antibacterianos. Esta investigación no solo contribuye al entendimiento de la diversidad microbiana en ambientes extremos, sino que también subraya el potencial de la bioprospección ambiental para suplir la necesidad urgente de nuevos antimicrobianos.Biólogo/
Determination of the drug release profiles of four acidic and basic compounds in aqueous media: polyvinylpyrrolidone microstructures obtained by electrospray as controlled release vehicles
No full textThe purpose of this study was to determine the release profiles of poorly water-soluble drugs from polymeric microstructures. The electrospraying technique was used to generate a release system based on polyvinylpyrrolidone to determine the release of diclofenac, salicylic acid, fluconazole, and ketoconazole in aqueous media with different physiological pH values. The microstructures generated by electrospray were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy(FTIR), differential scanning Calorimetry(DSC), and Atomic force microscopy(AFM). The results in FTIR showed an overlap of the drug's fingerprint with the PVP peaks as a result of the low amount of API compared to the polymer. In the DSC thermogram, the disappearance of the melting peak of APIs and the interactions between the drug and the polymer indicate that the API has been amorphously embedded within the polymeric matrix. The topographic surface revealed irregular peaks, granules, clusters, and pores in DP20, SP20, FP20, and KP20, respectively. This is attributed to the different physical and electrostatic interactions between each API and the polymer. Finally, the drug release profiles show pH independence. In FP20 and KP20, similarities were found in the release profiles at pH 5.8. On the other hand, the release profiles of DP20 and SP20 showed similar behavior at pH 5.8 and 6.5. Initially, in most profiles, a burst release is observed, followed by a consistent release which continues until the concentration stabilizes at a plateau with respect to time.Este estudio pretende determinar los perfiles de liberación de fármacos poco solubles en agua desde microestructuras poliméricas. La técnica de electrospraying fue empleada para generar un sistema de liberación en base a polivinilpirrolidona para determinar la liberación de diclofenaco, ácido salicílico, fluconazol y ketoconazol en medios acuosos con diferentes valores de pH fisiológico. Las microestructuras generadas por electrospray fueron caracterizadas mediante Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier(FTIR), Calorimetría diferencial de barrido(DSC) y Microscopio de fuerza atómica(AFM). Los resultados en el FTIR mostraron una superposición de la huella dactilar de los fármacos con los picos del PVP, debido a la baja cantidad de fármaco en comparación con el polímero. En el termograma del DSC, la desaparición del pico de fusión del fármaco y las interacciones entre el fármaco y el polímero indican que el fármaco se ha incrustado de manera amorfa dentro de la matriz polimérica. La superficie topográfica reveló picos irregulares, gránulos, cúmulos y poros en DP20, SP20, FP20 y KP20, respectivamente. Esto se atribuye a las diferentes interacciones, tanto fisicas como electrostáticas, entre cada fármaco y el polímero, a pesar de que este último está presente en la misma concentración. Finalmente, los perfiles de liberación del fármaco muestran una independencia del pH. En FP20 y KP20, se encontraron similitudes en los perfiles de liberación a pH 5.8. Por otro lado, los perfiles de liberación de DP20 y SP20 mostraron un comportamiento similar a pH 5.8 y 6.5. Inicialmente, en la mayoría de perfiles, se observa una liberación rápida seguida de una liberación constante que continúa hasta que la concentración se estabiliza en una meseta respecto al tiempo.Ingeniero/a Biomédico/
AFM settings of SH-SY5Y morphology assessment for in vitro toxicological testing
No full textMancozeb, a dithiocarbamate fungicide widely used in agriculture, has raised concerns about its potential impacts on human health and the environment. This present study investigates the biomechanical effects of mancozeb on human neuronal SH-SY5Y cells, using concentrations of 0.5, 1.0, and 2.5 µM over 24 and 48 hours. Utilizing Atomic Force Microscopy (AFM), a technique for a detailed evaluation of mechanical properties at the nanometric level, changes in Young modulus, retraction stiffness, adhesion energy and force, deformation, dissipation energy, and Z height were analyzed. Results indicated significant alterations in the biomechanical properties of cells exposed to mancozeb. At 24 hours, a negative correlation was observed between cell viability and retraction stiffness (- 0.9796227), suggesting increased stiffness associated with reduced cell viability. However, at 48 hours, this trend reversed, showing positive correlations with cell viability, particularly in adhesion force (0.8152651) and retraction stiffness. These findings suggest a cellular adaptation to stress induced by mancozeb. The study provides an understanding of the impact of mancozeb on cellular biomechanics, highlighting the importance of considering temporal and dose variability in the cellular response to toxic agents. These results provide information to the field of cellular toxicology and may guide strategies to mitigate the adverse effects of mancozeb.El mancozeb, un fungicida ditiocarbamato usado extensamente en agricultura, ha generado preocupación por sus posibles efectos en la salud humana y ambiental. El presente estudio investiga los efectos biomecánicos del mancozeb en células neuronales humanas SH-SY5Y, empleando concentraciones de 0.5, 1.0 y 2.5 µM durante 24 y 48 horas. Utilizando la microscopía de fuerza atómica (AFM), una técnica que permite la evaluación detallada de propiedades mecánicas a nivel nanométrico, se analizaron cambios en el módulo de elasticidad, rigidez en retracción, energía y fuerza de adhesión, deformación, energía de disipación y altura Z. Los resultados revelaron que la exposición al mancozeb modifica significativamente las propiedades biomecánicas de las células. A las 24 horas, se encontró una correlación negativa entre la viabilidad celular y la rigidez en retracción (-0.9796227), indicando un aumento en la rigidez asociado con menor viabilidad celular. A las 48 horas, esta tendencia se invierte, mostrando correlaciones positivas con la viabilidad celular, especialmente en la fuerza de adhesión (0.8152651) y la rigidez en retracción. Estos hallazgos sugieren una adaptación celular al estrés inducido por el mancozeb. El estudio proporciona una comprensión del impacto del mancozeb en la biomecánica celular, resaltando la importancia de considerar la variabilidad temporal y la dosis en la respuesta celular a agentes tóxicos. Estos resultados aportan información al campo de la toxicología celular y pueden orientar estrategias para mitigar los efectos adversos del mancozeb.Ingeniero/a Biomédico/
Food packaging films prepared from biopolymer reinforced and loaded with silver nanoparticles
No full textThis research project studied the development of new food packaging films using biopolymers, such as pectin and carboxymethyl cellulose (CMC), which were chemically modified and loaded with silver nanoparticles (AgNPs). These nanoparticles were synthesized by green chemistry methods using cinnamon bark extract as a reducing agent, with the purpose of guaranteeing sustainability of the prepared material. This study aims to generate packaging solutions that extend the shelf life of fruits of the region, also taking advantage of the antimicrobial properties of silver nanoparticles. The research includes the preparation and characterization of various film formulations. The nanocomposites obtained were subjected to analysis and chemical characterization to determine their structural changes, they were also subjected to physical tests to determine their mechanical properties and water vapor permeability. The main findings highlight the potential of these films to serve as effective food packaging materials, offering significant improvements in thermal stability, mechanical and barrier properties, and antimicrobial efficacy found because the AgNPs effectively inhibited the growth of Gram-positive and Gram-negative bacteria. The addition of AgNPs and egg albumin also improves the thermal stability of the films, according to TGA analyses, where films with AgNPs showed greater resistance to thermal degradation. The combined pectin and CMC formulations presented better water vapor barrier properties, with lower WVP values compared to pure pectin films, demonstrating a better moisture barrier, shelf life tests showed that the Fruits coated with these films stayed fresh for a longer period.En este proyecto de investigación se estudió el desarrollo de nuevas películas de empaque de alimentos utilizando biopolímeros, como pectina y carboximetil celulosa (CMC), los cuales fueron químicamente modificados y cargados con nanopartículas de plata (AgNPs). Estas nanopartículas fueron sintetizadas mediante métodos de química verde utilizando extracto de corteza de canela como agente reductor, con el propósito de garantizar sostenibilidad del material preparado. Este estudio pretende generar soluciones de empaque que extiendan la vida útil de frutas de la región, aprovechando además las propiedades antimicrobianas de las nanopartículas de plata. La investigación incluye la preparación y caracterización de diversas formulaciones de películas. Los nanocompositos obtenidos se sometieron a análisis y caracterización química para determinar sus cambios estructurales, también se sometieron a ensayos físicos para determinar sus propiedades mecánicas y permeabilidad al vapor de agua. Los principales hallazgos destacan el potencial de estas películas para servir como materiales de empaque de alimentos efectivos, ofreciendo mejoras significativas en la estabilidad térmica, propiedades mecánicas y de barrera y la eficacia a antimicrobiana que se encuentra debido a que las AgNPs inhibieron efectivamente el crecimiento de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. La adición de AgNPs y albúmina de huevo también mejora la estabilidad térmica de las películas, según los análisis TGA, donde las películas con AgNPs mostraron una mayor resistencia a la degradación térmica. Las formulaciones combinadas de pectina y CMC presentaron mejores propiedades de barrera al vapor de agua, con valores de WVP más bajos en comparación con las películas de pectina pura, lo que demuestra una mejor barrera contra la humedad. Las pruebas de vida útil mostraron que las frutas recubiertas con las películas con nanopartículas de plata embebidas se mantuvieron frescas por un período más prolongado.Magíster en Ciencias Químicas con Mención en Ciencia e Ingeniería de los Materiale
Exploring polymer-ionic solution interactions: an in-depth study chitosan-starch matrix in near neutral electrolytes for zinc-air batteries
No full textIn light of the escalating global energy demands and the critical pursuit of sustainable energy solutions, this research delves into the electrolytic behavior of biopolymeric hydrogels derived from chitosan and starch in near-neutral ionic solutions within a ZnCl2 + NH4Cl system, modulated across varying pH levels to enhance zinc-air battery (ZAB) performance. The study evaluates the impact of ionic solution pH on the structural, morphological, thermal, and electrochemical properties of the hydrogels in primary ZAB prototypes. Remarkably, at a near-neutral pH value of 7.00, the polymer gel electrolyte demonstrated superior ionic conductivity (0.11 S.cm-1), and specific capacity (675 mAh.g-1), revealing lower volume resistances and higher specific capacitances. Thermal analysis revealed enhanced stability of the polymer gel systems at elevated pH levels, corroborated by Scanning Electron Microscopy (SEM) which confirmed uniform, cohesive microstructures attributed to stable zinc-amine complex formation. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) indicated pH-dependent variations in the vibrational bands of functional groups, influencing zinc ion interactions and electrochemical performance. X-ray Diffraction (XRD) analysis underscored the absence of solid precipitate products at pH value of 7.00, thereby improving ionic mobility and conductivity. Consequently, the findings suggest that maintaining near-neutral pH conditions substantially increase the physical and electrochemical properties of ZAB, presenting a promising avenue for sustainable energy storage solutions.Ante el aumento de la demanda mundial de energía y la búsqueda crítica de soluciones energéticas sostenibles, esta investigación profundiza en el comportamiento electrolítico de hidrogeles biopoliméricos derivados de quitosano y almidón en soluciones iónicas casi neutras dentro de un sistema ZnCl2 + NH4Cl, modulado a través de diferentes niveles de pH para mejorar el rendimiento de las baterías de zinc-aire (ZABs). El estudio evalúa el impacto del pH de la solución iónica sobre las propiedades estructurales, morfológicas, térmicas, y electroquímicas de los hidrogeles en prototipos primarios de ZABs. Notablemente, a un pH casi neutro de 7.00, el electrolito de gel polimérico demostró una conductividad iónica superior (0.11 S.cm-1) y una capacidad específica (675 mAh.g-1), revelando menores resistencias de volumen y mayores capacidades específicas. El análisis térmico reveló una mejor estabilidad de los sistemas de gel polimérico a valores de pH de 6.00 y 7.00, los ensayos de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) mostraron microestructuras uniformes y cohesivas atribuidas a la formación estable de complejos zinc-amina. La Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) resaltó variaciones dependientes del pH en las bandas vibracionales de los grupos funcionales, influyendo en las interacciones de iones de zinc y en el rendimiento electroquímico. El análisis por Difracción de Rayos X (XRD) subrayó la ausencia de productos precipitados sólidos a pH 7.00, mejorando así la movilidad iónica y la conductividad. En consecuencia, los hallazgos sugieren que mantener condiciones de pH casi neutro aumenta sustancialmente las propiedades físicas y electroquímicas de las ZABs, presentando una vía prometedora para soluciones de almacenamiento de energía sostenibles.Magíster en Ciencias Químicas con Mención en Ciencia e Ingeniería de los Materiale