Biomateriales: desarrollo de andamios para ingeniería de tejidos

El presente trabajo se centra en el desarrollo de andamios basados en colágeno (C) y/o quitosano (CH) mediante variaciones del método de fabricación basado en la creación de hidrogeles y posterior secado por liofilización. Con objeto de evaluar la composición y el método de fabricación de los andamios, se evalúan sus propiedades mecánicas mediante barridos de deformación y de frecuencia, así como su estructura y disposición de las fibras mediante porosimetría y microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados obtenidos demuestran que las propiedades de los andamios experimentan una fuerte dependencia tanto con la proporción de las materias primas (C y CH), así como con el método de fabricación. De hecho, se encuentra que se produce una sinergia relevante cuando se emplean sistemas con la misma proporción de colágeno y quitosano en su composición.The present work focuses on the development of scaffolds based on collagen (C) and / or chitosan (CH) by variations of the manufacturing method by creation of hydrogels and subsequent freeze-drying. To evaluate the composition and method of manufacture of the scaffolding, its mechanical properties are evaluated by deformation and frequency sweeps, as well as its structure and arrangement of the fibers by means of porosimetry and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained show that the properties of the scaffolds experience a strong dependence both with the proportion of the raw materials (C and CH), as well as with the manufacturing method. In fact, it is found that a relevant synergy occurs when systems with the same proportion of collagen and chitosan in their composition are used.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (España)/ / FEDER (UE) CTQ2015-71164PUniversidad de Sevilla Beca predoctoral del V Plan Propio (VPPI-US

Desarrollo de materiales poliméricos porosos mediante electrohilado

Si el diámetro de las fibras que forman una matriz de polímero se reduce desde una escala micrométrica a nanométrica, se produce una serie de características extraordinarias. Entre estas características se encuentran un gran aumento en el área superficial (del orden de 1000 veces mayor), una mayor flexibilidad de la funcionalidad de la superficie y una mejor resistencia mecánica (por ejemplo, rigidez, resistencia a la tracción). Estas propiedades hacen que las matrices de polímeros nanofibrilares sean excelentes candidatos en muchas aplicaciones de gran importancia, que incluyen aplicaciones químicas, alimentarias, farmacéuticas, electrónicas o biomédicas. Hay varios parámetros que están íntimamente relacionados con las propiedades y características de las fibras obtenidas mediante electrospinning, por lo que su control durante la ejecución del proceso es indispensable. Juegan un papel importante en la formación y estructura de las fibras. En el siguiente trabajo, procedemos a estudiar tres variables del proceso de electrohilado; en primer lugar, se estudiará el efecto de la concentración del disolvente; en segundo lugar, se estudiará cómo las nanofibras obtenidas afectan a un cambio en el valor de la diferencia de potencial aplicada; y, finalmente, se estudiará el efecto producido por la humedad en el ambiente.If the diameter of the fibers that form a polymer matrix is reduced from a micrometric to nanometric scale, a series of extraordinary features take place. Among these features are a huge increase in surface area (in the order of 1000 times higher), a greater flexibility of the surface functionality and a better mechanical resistance (e.g. rigidity, tensile strength). These properties make nanofibrillary polymer matrices excellent candidates in many applications of great importance, including chemical, food, pharmaceutical, electronic or biomedical applications. There are several parameters that are intimately related to the properties and characteristics of the fibers obtained by means of electrospinning, so their control during the execution of the process is indispensable. They play an important role in the formation and structure of fibers. In the following work we proceed to study three variables of the electrospinning process; firstly, the effect of the concentration of the solvent will be studied; secondly, it will be studied how the nanofibers obtained affect a change in the value of the applied potential difference; and, finally, the effect produced by humidity in the environment will be studied.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/00000962Ministerio de Economía y Competitividad (España) CTQ2015-71164-

Mezclas de alginato y proteína de soja para el desarrollo de matrices porosas con potencial aplicación en ingeniería tisular

Los biopolímeros, como polisacáridos y proteínas, son materiales extraordinariamente atractivos para la obtención de matrices porosas con potencial aplicación en ingeniería tisular; debido, a la mejor solubilidad en agua, biocompatibilidad, biodegradabilidad y capacidad de funcionalización que presentan estos biomateriales frente a los polímeros sintéticos. El alginato es un polisacárido de bajo coste, capaz de formar geles estables en presencia de iones divalentes como el Ca2+. Sin embargo, también es conocida su pérdida de resistencia mecánica a lo largo del tiempo, lo que ocasiona su desintegración, suponiendo una importante limitación en aplicaciones biomédicas. El objetivo de este estudio ha sido superar este inconveniente mediante el mezclado de alginato con proteína de soja, obteniendo bioplásticos por inyección usando glicerina como plastificante, así como estudiar su posible aplicación como matrices en ingeniería tisular. En el estudio se modificaron las concentraciones de alginato y proteína de soja para observar la variación que esto suponía para las propiedades de los bioplásticos mediante ensayos reológicos de tracción, absorción de agua y pérdida de material soluble.Además, se estudió la influencia de las concentraciones de las disoluciones de CaCl2, utilizadas para promover la retención del alginato en las matrices, las cuales fueron evaluadas mediante ensayos reológicos de compresión.Biopolymers as polisacharydes and proteins are extremely atractive materials to the obtainment of porous matrixes with a potential application in tissue engineering, because of their better solubility in water, biocompatibility, biodegradability and their capacity of functionalization which those materials present versus the synthetic polymers. Alginate is a low cost polysaccharide. It can form stable gels in the presence of divalent ions as Ca2+. However, it is known that its mechanic resistance decreases along time, being that an important limitation to use alginate in biomedicine applications. The principal aim of this study has been overcome this disadvantage mixing alginate with a soy protein isolate, obtaining injected bioplastics using glycerol as plasticizer, study their potential use in tissue engineering. The concentration of alginate and soy protein were modified in blends to observe variations in the properties of bioplastics by means of rheological tests of traction, water uptake and soluble material lost essays. In addition, the influence of different concentrations of CaCl2 in aqueous solution, used to promote the retention of alginate in the matrixes, evaluates then by rheological essays in compression tests.Ministerio de Economía y Competitividad (España) FEDER CTQ2015-71164-

Estudio de la etapa de mezclado en el desarrollo de los bioplásticos a base de proteína de guisante

El desarrollo de bioplásticos podría ayudar a combatir el problema medioambiental derivado del uso masivo de plásticos procedentes del petróleo, contribuyendo a la producción de materiales de mayor degradabilidad. Todos los bioplásticos objeto de estudio del presente trabajo poseen una relación proteína/plastificante igual a 60/40. Los bioplásticos se obtuvieron en un proceso que consta de una primera etapa de mezclado, resultando una masa homogénea que fue sometida posteriormente a una segunda etapa de moldeo por inyección. El adecuado control de estas etapas es una parte fundamental en el proceso de elaboración de bioplásticos, por lo que el objetivo principal de este trabajo ha sido explorar la influencia de la velocidad de mezclado sobre las masas y los bioplásticos resultantes. Para ello, se realizó una caracterización de los mismos mediante el estudio de su capacidad de absorción de agua, ensayos mecánicos de tracción, y ensayos reológicos en modo dinámico. Entre los resultados obtenidos, puede destacarse que a bajas velocidades de mezclado resultan masas heterogéneas con variabilidad en sus propiedades.The development of bioplastics could avoid the environmental problem derived from the huge use of petroleum-based plastics and contribute to the production of more degradable materials. In this study, bioplastics have a protein/plasticizer ratio of 60/40 from pea protein and glycerol, respectively. They were manufactured in two stages. Firstly, a mixing stage, in which the resulting dough was use in the second stage, an injection molding. The control of these stages is a fundamental part in the process. The main objective of this work is to explore the influence of the speed of mixing on the dough and bioplastics. The characterization of bioplastics was performed by means of water absorption capacity and rheological dynamic tests. Among the results, it can be highlighted that a heterogeneous dough with variability in their properties appears at low mixing speeds.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/00000962Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (España) / FEDER, UE CTQ2015-71164

El nuevo paradigma de la industria 4.0 y su aplicación a la industria agroalimentaria

El concepto Industria 4.0 se corresponde con el nuevo paradigma de la industria digitalizada e interconectada. El desarrollo tecnológico que estamos viviendo permite fabricar con un nivel de valor agregado cada vez más alto, y el sector agroalimentario no es una excepción en este nuevo escenario. Se han planteado tres líneas de trabajo para desarrollar durante la investigación planificador de la demanda, mantenimiento predictivo y gestión energética inteligente. Para ello se plantearán una serie de hipótesis que se validarán mediante su aplicación en las instalaciones que Procavi tiene en su planta de Marchena. Centrándonos en la industria agroalimentaria se analizará las nuevas oportunidades y retos, evolucionar del nuevo paradigma industrial.The Industry 4.0 concept corresponds to the new paradigm of the digitalized and interconnected industry. The technological development that can currently be manufactured with a level of added value at the same time, and the agri-food sector is no exception in this new scenario. The current technological development allows manufactured with a high level of added value, and the agri-food sector is no exception in this new scenario. Three lines of work have been proposed for the development during the investigation, the demand planner, the predictive maintenance and the intelligent energy management. To this end, a series of hypotheses will be proposed that will be validated through their application in the facilities that Procavi has in Marchena. Focusing on the agri-food industry, we analyze the new opportunities and challenges, evolution of the new industrial paradigm.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/0000096

Diseño y control de filtros activos mediante simulación HIL

La implementación de los filtros activos es una de las soluciones más eficientes a la problemática que plantea el creciente uso de cargas no lineales en la red eléctrica y la proliferación de cargas distribuidas provenientes de energías renovables conectadas a la misma. El diseño de un filtro activo y del algoritmo para su control pueden realizarse mediante la simulación “Hardware in the loop” (HIL) en tiempo real. Estas simulaciones sirven de interfaz entre el modelo matemático de todos los elementos dinámicos relacionados con el sistema eléctrico bajo control (simulación de la planta) y el sistema integrado bajo prueba. En este trabajo se ha desarrollado la simulación en la máquina virtual de Typhoon HIL, tanto del modelo del filtro activo como de su algoritmo de control. Tras la comprobación de los modelos se ha implementado el algoritmo en una tarjeta de procesamiento digital (DSP). Para la elaboración del código de programación necesario en este sistema de control de prueba se incorporan las herramientas Simulink de Matlab y Code Composer Studio (CCS). Los resultados han sido satisfactorios en general y ofrecen la posibilidad de la implementación física del sistema propuesto con un coste reducido.Active Power Filter implementation is one of the most efficient solutions for problems which raises non-linear loads in the electric net and proliferation of the distributed charges which are coming from the connection of renewable energy sources. The active filter design and its control algorithm can do with the real time simulation “Hardware in the loop” (HIL). These simulations work as interface between the mathematician model of all dynamic elements, which relate to the under control electric system, and the integrated system which is under test. In this project, the simulation in the virtual machine of Typhoon HIL has been developed, including the filter active model and its control algorithm. After checking the model, the algorithm has been implanted in a digital signal processor card. To write the necessary programming code in this embedded system under test, Simulink of Matlab and Code Composer Studio tools are used. In general, results have been satisfactory, so the designed model give us the chance of implementing physically the system with a reduced price

MYOARM: prótesis robótica con sensado emg y entrenamiento con redes neuronales

El proyecto consiste en la creación de un brazo robótico controlado remotamente a través de un brazalete desarrollado por Thalmic Labs, el cual es capaz de leer los biopotenciales de los músculos residentes del muñón de los usuarios. Este proyecto, tiene como propósito la creación de una alternativa económica a las prótesis activas no invasivas que existen en la actualidad. Nuestra prótesis es capaz de realizar las mismas funciones, pero a un precio mucho más asequible. Para poder realizar todas las funciones que una articulación normal, el brazo cuenta con varios elementos: Cuerdas que simulan tendones y permiten el movimiento de los dedos, engranajes que permiten el giro de la muñeca y motores, los cuales son capaces de generar el movimiento en función de los datos extraídos del brazalete. El brazalete es el encargado de transmitir la información de la mano al brazo robótico a través de un módulo inalámbrico que lo conecta con el ordenador, donde la señal que extrae el brazalete pasa por un proceso de filtrado para quedarnos con la información que nos interesa y transmitirla mediante el puerto USB a un microcontrolador, el cual será el encargado de mover los motores según las señales que reciba. Para evitar errores en la medida de los sensores, la información recibida por el pc proveniente del brazalete pasa un proceso de entrenamiento mediante redes neuronales antes de ser enviada al brazo robótico.The project consists of the creation of a robotic arm controlled remotely through a brace developed by Thalmic Labs, which can read the biopotentials of the muscles of the limb of the users. This project aims to create an economic alternative to noninvasive active prostheses that exist today. Our prosthesis can perform the same functions but at a so much affordable price. To perform all the functions of a normal joint, the arm has several elements. Strings that simulate tendons and allow the movement of the fingers, gears that allow the rotation of the wrist and motors, which can generate movement based on the data extracted from the bracelet. The bracelet is responsible for transmitting information from the hand to the robotic arm through a wireless module that connects it with the computer, where the signal that extracts the bracelet goes through a filtering process to keep the information that interests us and Transmit it through the USB port to a microcontroller, which will be in charge of moving the engines according to the signals received. To avoid errors in the measurement of the sensors, the information received from the bracelet is trained in the computer using a Neural Network architecture before sending the information to the robotic arm.Universidad de Sevilla. TEP- 108: Robótica y Tecnología de Computadore

Técnicas de predicción mediante minería de datos en la industria alimentaria bajo el paradigma de Industria 4.0

Un objetivo del paradigma de Industria 4.0 es convertir los datos en información útil para la toma de decisiones. Tras el término de minería de datos (Data Mining) se engloba un conjunto de técnicas dirigidas a la extracción de conocimiento procesable y que se encuentra implícito en los datos analizados. Las técnicas de minería de datos se emplean para mejorar el rendimiento de procesos productivos o industriales en los que se manejan grandes volúmenes de información estructurada. Las técnicas de predicción se basan en el análisis de datos para predecir funciones de valores continuos. La industria alimentaria es una industria de especial relevancia en nuestro país. Poder ajustar el proceso de producción al volumen de demanda, tipo de materia prima, composición y a las condiciones de funcionamiento de la fábrica permitirá tomar decisiones que lleven a la reducción de costes, a la mejora del control y a la reducción de las incidencias técnicas con clientes. En este trabajo se mostrarán como las principales técnicas de predicción pueden ser aplicadas a la industria alimentaria, en aras de avanzar hacia los objetivos que propone la Industria 4.0.One objective of the Industry 4.0 paradigm is to convert data into useful information for decision making. After the term of Data Mining, a set of techniques is included, aimed at the extraction of processable knowledge and that is implicit in the analyzed data. Data Mining techniques are used to improve the performance of productive or industrial processes in which large volumes of structured information are handled. Prediction techniques are based on data analysis to predict continuous value functions. The food industry is an industry of special relevance in our country. Being able to adjust the production process to the volume of demand, type of raw material, composition and the operating conditions of the factory will allow decisions to be taken that reduce costs, improve control and reduce technical incidents with customers. In this paper we will show how the main prediction techniques can be applied to the food industry, to advance towards the objectives proposed by Industry 4.0

Amorfización de aleación Ti40 CU60 mediante molienda mecánica

En los últimos 10 años, las aleaciones cristalinas de Ti-Cu han sido estudiadas intensivamente por sus buenas propiedades mecánicas y protección contra corrosión. Una de las posibilidades para mejorar aún más estas propiedades es fabricar aleaciones de Ti-Cu amorfas. El objetivo del presente trabajo fue fabricar aleaciones amorfas Ti60 Cu40 mediante molienda mecánica (MA). La microestructura y la posible formación de la fase amorfa se caracterizaron mediante granulometría por difracción láser, microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y difracción de rayos X (XRD). La aleación Ti60 Cu40 se obtuvo en estado amorfo después de 60 h de molienda.In the last 10 years, the crystalline alloys of Ti-Cu have been studied intensively for their good mechanical properties and good protection against corrosion. One of the possibilities to further improve these properties is to fabricate amorphous Ti-Cu alloys. The objective of the present work was to prepare amorphous alloys Ti60Cu40 by mechanical alloying (MA). The microstructure and the possible formation of the amorphous phase were characterized by laser diffraction granulometry, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The alloy Ti60Cu40 was obtained in an amorphous state after 60 h of milling.MINECO (España)/FEDER (UE) DPI2015-69550-C2-1-PMINECO (España)/FEDER (UE) DPI2015-69550-C2-2-

Neurodiseño y neurousabilidad de automóviles. Una propuesta desde la ingeniería neurokansei-chisei

En este trabajo de investigación se plantea una innovación metodológica en los procesos de diseño y desarrollo de productos industriales, con enfoque en el usuario. El objetivo central es el planteamiento de un modelo de orientación neurocientífica para la aplicación de la Ingeniería Kansei-Chisei al diseño de productos en el sector del automóvil. Esta propuesta participa en la ampliación del concepto de ergonomía aplicada a productos y a entornos de trabajo, la cual ha evolucionado desde los conceptos de ergonomía clásica o ergonomía física hacia otros ámbitos relacionados con la incorporación e interacción emocional y racional del diseño. En el ámbito de la ergonomía, el diseño productos ha evolucionado de una concepción racional centrada exclusivamente en la eficiencia práctica, a planteamientos de concepción emocional mediante la incorporación de soluciones de diseño afectivo por Ingeniería Kansei. El objetivo final de la Ingeniería Kansei Chisei es establecer la relación entre emoción, razón y propiedades vehículo, de tal manera que los resultados puedan ser utilizados para mejorar el confort y la eficiencia del producto.In this research work, is proposed a methodological innovation in the design and development processes of industrial products, with a focus on the user. The central aim is the approach of a neuroscientific orientation model for the application of Kansei-Chisei Engineering to the design of products in the automotive sector. This proposal participates in the expansion of the concept of ergonomics applied to products and work environments, which has evolved from the concepts of classical ergonomics or physical ergonomics to other areas related to the incorporation and emotional and rational interaction of design. In the field of ergonomics, product design has evolved from a rational conception focused exclusively on practical efficiency, to approaches of emotional conception through the incorporation of affective design solutions by Kansei Engineering. The final objective of the Kansei-Chisei Engineering is to establish the relationship between emotion, reason and vehicle properties, in such a way that the results can be used to improve the comfort and efficiency of the product.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/0000096