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Los estudios de estructuras biológicas han permitido comprender la relación entre las características a nivel nano y las propiedades en la escala macro. Se pretende caracterizar estructuras biológicas duras y blandas de diferentes especies con el fin de consolidar un modelo teórico adecuado que describa los mecanismos de falla de dichas estructuras. Estudios previos llevados a cabo en este laboratorio han mostrado que los materiales biológicos responden a las solicitaciones mecánicas evitando la falla catastrófica. Por ejemplo, las púas de puercoespín contienen en su interior una espuma que no eleva la resistencia al pandeo de dichas púas (esfuerzo crítico de pandeo) sino que aumenta el tiempo necesario para que la púa colapse por completo. Otro trabajo llevado a cabo mostro que las redes de celulosa presenta un ablandamiento por deformación que es reversible debido a la falla por pandeo de las fibras individuales que forman dicha red Para estudiar los mecanismos de falla se llevarán a cabo pruebas de caracterización morfológica; de análisis de propiedades térmicas, de propiedades visco-elásticas y de propiedades mecánicas a escala macro y escala -nano. Con la información se compararán las propiedades de los sistemas biológicos estudiados con las de los nuevos nano-compuestos. Los resultados de este proyecto permitirán contribuir con el desarrollo de criterios de falla en el diseño de estructuras de todo tipo (componentes mecánicos, estructuras de obras civiles, etc.), estos criterios de falla permitirán a las estructuras funcionar una vez ocurrida la falla inicial, antes del colapso total. Al entender los mecanismos de falla de las estructuras biológicas, será posible concebir el desarrollo de nuevas estructuras que aprovechen dichos principios. La importancia científica del proyecto permitirá la publicación de los resultados en al menos dos artículos en revistas indexadas.
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El aprovechamiento de los desechos agrícolas y forestales es de gran importancia desde el punto de visto ecológico y económico. Investigaciones previas han demostrado que es posible utilizar materiales ligno-celulósicos provenientes de desechos como refuerzos en la producción de plásticos ecológicos. El presente proyecto pretende aprovechar los desechos forestales de la Amazonía peruana y desechos provenientes de cultivos agrícolas para el desarrollo de nuevos plásticos ecológicos. Se planea producir estos plásticos ecológicos utilizando i)un polímero biodegradable de origen natural (almidón), ii)un polímero comercial (polipropileno) y iii)desechos forestales y agrícolas de la Amazonía. El proyecto contempla producir plásticos ecológicos a escala de laboratorio. Se caracterizarán las propiedades físicas, químicas, térmicas y morfológicas. Las propiedades obtenidas serán validadas al compararlas con las propiedades de los plásticos comerciales. Se utilizará el módulo elástico de las muestras como variable a controlar. Los eco-plásticos producidos tendrán aplicaciones potenciales como embalajes ecológicos, paneles para construcción, entre otros. Se espera que este proyecto contribuya con el desarrollo de una industria que aproveche los desechos forestales y agrícolas del Perú. Dicho aprovechamiento propiciará el desarrollo económico de las comunidades, concesiones forestales y agroindustrias que actualmente no utilizan los desechos.
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Producción de envases y embalajes biodegradables a partir de almidon para mejorar la competitividad de la agorindustria peruana
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El presente proyecto propone el diseño y desarrollo de films bilaminados termosellables y biodegradables con propiedades antimicrobianas para su uso en el envasado de alimentos. El proyecto comprende la obtención del almidón nativo de chirimoya, como fuente principal de biopolimeros, la elaboración de películas de almidón termoplástico y laminas de poliesteraminas, que permita la inclusión de aceites esenciales de hierbas seleccionadas por su actividad antimicrobiana, las cuales serán validadas en ensayos in-vitro posterior a la extracción con fluidos supercrítico. Los bilaminados desarrollados serán evaluados mediante sus propiedades térmicas, mecánicas y de barrera; así como también se validara su actividad antimicrobiana en condiciones invitro con cepas de referencia considerados indicadores de inocuidad. Finalmente se busca contribuir al desarrollo de una nueva industria de bioplásticos en el Perú con aplicaciones de alto valor agregado, con lo cual se estimula el desarrollo de tecnologías limpias y se reemplaza el uso de plásticos sintéticos derivados del petróleo que son contaminantes.
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Estudio de biomateriales que puedan cumplir una función estructural y funcional, y que sean biodegradables
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Los biopolímeros tienen aplicaciones en la industria de alimentos, farmacéutica y de plásticos biodegradables. Recientemente se ha reportado que estos biopolímeros también pueden servir para la fabricación de sistemas de almacenamiento de energía. El uso de biopolímeros permitiría reducir el impacto ambiental de los almacenadores de energía, además de brindar ventajas adicionales como la posibilidad de producir baterías planas, ligeras y flexibles. Un recurso que podría utilizarse para la extracción de biopolímeros son las cianobacterias sintetizadoras de exopolisacáridos. En los lagos andinos del Perú, crecen colonias de cianobacterias del género Nostoc commune conocidas como 'cushuro' que son utilizadas como alimento. Por primera vez en el país se explorará el potencial de los exopolisacáridos de N. commune para desarrollar films que conduzcan iones y que puedan formar parte de sistemas de almacenamiento de energía. Se incrementará la conductividad iónica de los films utilizando aditivos como nano-refuerzos conductores y sales, a distintas concentraciones. Se evaluará la influencia del uso de dichos aditivos en las propiedades del material mediante la caracterización eléctrica, morfológica, estructural y mecánica. Se utilizarán los films producidos en una batería prototipo. Los resultados contemplan: i) elaborar un paquete tecnológico y ii) elaborar un plan para la creación de una Start-up, con lo cual se podrá transferir y comercializar la tecnología desarrollada. Con este proyecto se contribuirá con la puesta en valor de un recurso que es parte de la biodiversidad del país y que actualmente es explotado para el consumo humano directo. Además, se contribuirá con el surgimiento de una industria de exopolisacáridos para aplicaciones tecnológicas. Los resultados se comunicarán en al menos dos publicaciones en revistas indexadas, al menos 1 conferencia internacional, al menos 1 tesis, así como seminarios abiertos al público y la sociedad civil.
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El desarrollo de tecnologías para la generación de energía limpia es imprescindible para la lucha contra el cambio climático. Esto ha promovido el uso de energías renovables como la energía fotovoltaica, eólica, geotérmica, entre otras. Sin embargo, ninguna de estas formas de energía ha logrado por sí misma desplazar el uso de combustibles fósiles. Uno de los combustibles que ha mostrado potencial para ser usado en reemplazo de los combustibles fósiles es el hidrógeno verde que al ser quemado solo emite vapor de agua como subproducto. Puede ser utilizado en generación de electricidad, transporte y otras aplicaciones industriales. Sin embargo, actualmente su producción es costosa. Una de las tecnologías que ha mostrado mejor potencial para la generación de hidrógeno verde es la fotocatálisis. La fotocatálisis es un proceso en el que se utiliza luz para generar hidrógeno a partir de agua y materiales fotocatalíticos. Sin embargo, la eficiencia de este proceso de generación de hidrógeno aún es baja. Esto se debe a la baja eficiencia de los materiales fotocatalíticos usados. El presente proyecto propone desarrollar nano-soportes de celulosa bacteriana para procesos de fotocatálisis con aplicación en la generación de hidrógeno verde. Estos nano-soportes incrementarán la cantidad y duración de los sitios activos donde se lleva a cabo la hidrólisis del agua, lo que incrementará la eficiencia fotocatalítica de los catalizadores más usados en la generación de hidrógeno verde (CdS, MoS2 y TiO2). La celulosa bacteriana es un tipo de celulosa de alta pureza y cristalinidad sintetizada por bacterias (Gluconacetobacter xylinum) en forma de nanofibras (diámetro ~100nm). El proceso de producción de celulosa bacteriana que se usará en este proyecto utilizará como insumo para el medio de cultivo de las bacterias restos de actividades agroindustriales como cáscaras de papa y otros tubérculos luego de ser procesados (papas fritas e industrias similares). Esto permitirá disminuir al má
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El Perú es un país de extraordinaria variedad de recursos vivos y ecosistemas. Sin embargo, esta biodiversidad es afectada por la presión de las actividades realizadas por el hombre y los efectos del cambio climático. Debido a ello se han planteado diferentes estrategias para la conservación de la biodiversidad y al manejo sostenible de los recursos naturales. Una de las estrategias planteadas es conocida como bioprospección y consiste en el estudio de los productos que forman parte de la biodiversidad con el fin de encontrar aplicaciones que den un valor comercial a dichos recursos. Este enfoque ha sido tomado por las industrias de agroquímicos, alimentos, cosméticos y farmacéutica las cuales valoran los potenciales productos que es posible desarrollar con estos recursos como nuevas medicinas, insecticidas, enzimas, fragancias, etc. La ciencia de materiales también ha efectuado el estudio de sistemas biológicos para el desarrollo de productos comerciales. Entre los ejemplos más conocidos están el velcro que imita como se sujetan las semillas de abrojo al cabello y el diseño de trajes de baño que replican el funcionamiento de las escamas de los tiburones. Con el presente proyecto se busca estudiar desde el punto de vista de la ciencia de materiales diferentes productos que son parte de la biodiversidad peruana para encontrar aplicaciones potenciales que pongan en valor dichos recursos. De esa manera se contribuirá con la conservación de la biodiversidad peruana al establecer un valor económico a los recursos que forma parte de la misma. Entre los sistemas a estudiar se encuentran los biopolímeros que puedan ser usados para fabricar nuevos materiales como las fibras celulósicas encontradas en diferentes especies de plantas o las proteínas estructurales encontradas en diferentes productos de origen animal que se encuentren dentro de la biodiversidad peruana en zonas como la sierra del departamento de Piura. Con estos recursos se producirán plásticos compuest
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