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Este proyecto aborda el desafío de descarbonizar la industria de la construcción mediante el estudio de los geopolímeros, superando la falta de conocimiento actual sobre su evolución en tiempo real al pasar de una suspensión fluida a un aglomerante endurecido. A diferencia de las metodologías convencionales que solo analizan las propiedades del producto final, esta investigación utiliza la evolución del límite elástico (yield strength) como un indicador cuantitativo para monitorear el ritmo de estructuración interna del material. Para lograrlo, propone un marco innovador que combina relaxometría por Resonancia Magnética Nuclear en el Dominio del Tiempo (TD-NMR) con simulación molecular avanzada. La técnica TD-NMR registra de forma continua los cambios en las tasas de relajación de protones (1/T1 y 1/T2), lo que refleja la movilidad del agua y el refinamiento de la red de poros. En paralelo, mediante Dinámica Molecular (MD) y la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), se analizan los mecanismos a nivel molecular para entender cómo la transición de los precursores de aluminosilicato disueltos hacia una red tridimensional restrictiva limita el movimiento molecular. Al correlacionar estos datos de alta resolución con el límite elástico medido en intervalos clave, es posible mapear cuantitativamente el desarrollo estructural en el tiempo. Esta aproximación permite predecir la resistencia a la compresión a los 28 días desde las primeras horas tras el mezclado, ofreciendo a la industria de la construcción una herramienta rápida, no destructiva y rentable para el control de calidad. En última instancia, la investigación contribuye a la creación de un "gemelo digital" del curado de geopolímeros, profundizando en la comprensión de los geles de aluminosilicato y posicionando a la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) como referente en el desarrollo de materiales de construcción sostenibles.
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Xanthan gum (XG), a polysaccharide produced by Xanthomonas campestris, exhibits remarkable rheological properties and finds diverse applications, ranging from food and oil drilling to medicine. XG's performance is influenced by its conformational changes between helical and random coil states, which are responsive to changes in pH, ionic strength, and temperature. This research proposal aims to elucidate the underlying mechanisms of these supramolecular assemblies through rheological and Nuclear Magnetic Resonance spectroscopic studies. 1H-NMR relaxometry, a powerful technique for studying molecular dynamics, will be employed to investigate the conformational changes of XG. By measuring the longitudinal (T1) and transverse (T2) relaxation times, we can elucidate the structural details of XG in solution. Additionally, diffusion-ordered spectroscopy (DOSY) will provide direct insights into molecular mobility and aggregation processes. To gain a deeper understanding of the cross-linking mechanisms, NOESY experiments will be performed to identify the crucial residues involved in intra- and intermolecular interactions. By combining relaxometric and rheological data, we anticipate developing predictive theoretical models that will significantly advance our understanding of polymer behavior and facilitate the design of novel materials. Therefore, this research will bridge the knowledge gap between supramolecular conformation and cross-linking in macromolecules, paving the way for the design of advanced materials for applications in the health sciences, ultimately leading to breakthroughs in fields like drug delivery and 3D-printing for tissue engineering. Ultimately, by unlocking critical chemical information, this proposal will pave the way for groundbreaking polymer research in Peru. This will elevate the local capacity in the field of macromolecular dynamics, with a focus on future in vivo applications.
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Este proyecto tiene como objetivo evaluar el potencial de valorización de relaves mineros generados en las operacionesde Nexa Resources (Unidad Minera de Atacocha) como insumos para la producción de materiales cementicios y geopoliméricos destinados a aplicaciones en infraestructura minera. La investigación incluirá una caracterización integral de los residuos en sus dimensiones física, química y mineralógica. Se analizará la reactividad de los relaves en medios alcalinos y en mezclas con cemento Portland, identificando las condiciones óptimas para su acondicionamiento, activación alcalina y sustitución parcial de clínker. Con base en estos resultados, se formularán y fabricarán mezclas piloto tanto de cementos con reemplazo como de sistemas geopoliméricos, que serán sometidas a ensayos mecánicos (resistencia a compresión, tiempos de fraguado) y de durabilidad (ataque por sulfatos y hielo-deshielo) para validar su desempeño. Adicionalmente, se realizarán estudios de relajación por Resonancia Magnética Nuclear en el Dominio del Tiempo (RMN-DT), que permitirán comprender mejor la movilidad del agua y los cambios microestructurales de los materiales con relaves. Asimismo, se ejecutarán ensayos de lixiviación en morteros hidráulicos y geopoliméricos para verificar el cumplimiento de la normativa vigente y asegurar la inocuidad ambiental de los productos. Finalmente, se explorarán aplicaciones industriales de interés para las operaciones mineras, como concreto lanzado (shotcrete), relleno en pasta (backfill) y adoquines, evaluando su viabilidad técnica y su potencial de implementación a escala piloto. El proyecto busca generar conocimiento técnico que permita establecer rutas de valorización específicas para cada tipo de relave, contribuyendo a la reducción de pasivos ambientales, la disminución de emisiones de CO asociadas a la producción de clínker y la promoción de soluciones constructivas sostenibles, bajo un enfoque de economía circular aplicado al sector minero.
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El deterioro de los alimentos ocurre en ambientes adecuados para el crecimiento microbiano y es el problema principal a nivel global en el area de alimnetos. En el campo de la alimentación, se estima que, cada año, el 14% del total de alimentos del mundo se pierde en la etapa de producción y durante transporte y almacenamiento lo que incide directamente en la escasez de alimentos. La actividad microbiana, ya sea en un alimento produce una serie de reacciones bioquímicas que cambian las características fisicoquímicas del medio o pueden llegar a generar ciertos gases que se pueden detectar con un indicador químico. Una familia de compuestos naturales que reaccionan ante cambios de pH o en presencia de ciertos gases produciendo cambios de color son las antocianinas. Este proyecto propone la elaboración de biosensores, conformados por estos indicadores químicos soportados en un material adecuado, capaces de evidenciar variaciones en la acidez o en la presencia de ciertos gases en el entorno de un alimento. Esto se traducirá en el cambio de color del biosensor, lo que permitirá detectar cuándo un alimento está en proceso de descomposición. Además, para que el biosensor pueda ser incorporado fácilmente en el empaque de un alimento, es importante que sea flexible y fácil de manipular, además debe ser económico, inocuo, y amigable con el medio ambiente (ya que será desechado junto con el empaque). Las antocianinas son disponibles en frutos ampliamente disponibles localmente en el Peru y el uso de antocianinas incorporadas en un soporte polimérico en base a polisacáridos naturales para la fabricación del biosensor, garantizan esas condiciones.
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La investigación sobre la construcción mediante impresión 3D ha evidenciado que la formulación de materiales imprimibles es uno de los principales retos de esta tecnología para lograr escalabilidad y amplia aplicación en diferentes entornos. El presente proyecto propone el desarrollo de un concreto eco-amigable para impresión 3D utilizando combinaciones de tres residuos: i) valvas de conchas de abanico, ii) desecho de demolición (concreto y ladrillo), y iii) Tereftalato de polietileno (PET) reciclado proveniente de botellas desechadas. Los dos primeros ingredientes molidos y el PET triturado en hojuelas buscarán un reemplazo parcial del agregado natural, un recurso natural cada vez más escaso por la sobreexplotación, y el PET en forma de tiras actuará como fibras de refuerzo. El proyecto contempla la caracterización fisicoquímica de la materia prima, la sistematización del proceso de selección y el procesamiento de los residuos propuestos. Con la información obtenida y la ejecución de ensayos experimentales de extrusión, corte, reológicos, estabilidad dimensional y caracterización mecánica se diseñará un concreto que reúna propiedades reológicas claves, así como resistencias y durabilidad adecuadas. Finalmente, se validará la factibilidad de uso del nuevo material mediante la fabricación de elementos no estructurales incorporando el concepto de diseño paramétrico y la optimización topológica. Este proyecto se presenta dentro de un marco de economía circular buscando beneficios para el medio ambiente basado en la reutilización de residuos. El desarrollo de nuevos materiales para construcción con impresión 3D consolidará el trabajo que viene desarrollando en esta área el grupo de investigación que presenta la propuesta y permitirá que se acelere un proceso de transferencia de conocimientos a la industria nacional con lo cual se podrá desarrollar en el futuro alternativas eficientes, económicas, sostenibles y seguras para el problema de vivienda.
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El presente proyecto propone el desarrollo de una solución constructiva innovadora para viviendas de emergencia utilizando la tecnología de impresión 3D de un nuevo material producto de la combinación de las ventajas de los materiales arcillosos (que son abundantes en cualquier región) con polímeros naturales que se obtienen del proceso de residuos industriales de origen marino. El proyecto contempla una primera fase de desarrollo del material de impresión que tiene como objetivo modificar la materia prima y obtener una matriz estabilizada compatible con el proceso de deposición por capas. Esta fase permitirá la generación de mezclas de suelo de cualquier origen que al ser estabilizadas con quitosana o almidones naturales posean adecuadas propiedades reológicas para su extrusión, un proceso de endurecimiento compatible con la deposición capa por capa y suficientes resistencias mecánicas y a la degradación frente al agua. En una segunda fase, se planea implementar un prototipo de sistema de impresión 3D a escala real, desmontable y transportable, que permitirá la construcción de módulos de vivienda. Este prototipo tendrá características especiales para su control de tal manera que permita el desarrollo de modelamiento paramétrico y la deposición precisa del material. El proyecto culminará con la fase de validación para lo cual se fabricarán 2 módulos de vivienda que serán diseñados considerando los requerimientos de cargas sísmicas característicos de la zona costera norte de nuestro país. Además del alto impacto académico por las múltiples áreas de desarrollo, el proyecto marcará un hito en el desarrollo tecnológico del país en el rubro de la construcción permitiendo una industrialización sostenible y que aporte soluciones a las necesidades de la sociedad.
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En este proyecto se desarrollará una metodología novedosa y más eficiente para la determinación del grado de acetilación del biopolímero quitosana mediante resonancia magnética nuclear de 1H y que permitirá, además, evaluar la secuencia de las unidades repetitivas en la cadena del polímero.
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Tanto la quitina como la quitosana son materiales con gran potencial para formar estructuras tridimensionales que, sumado a que son materiales no tóxicos, biocompatibles y con propiedades antimicrobianas, pueden servir de base para aplicaciones en áreas como descontaminación de aguas, separación de gases, encapsulamiento de medicamentos, cosmética, material de soporte para ingeniería de tejidos, agricultura, entre otras. En este proyecto se formarán estructuras novedosas a partir de disoluciones quitina y quitosana en diversos solventes no convencionales. Para este propósito se utilizará quitosana con peso molecular y grado de desacetilación bien definidos, que serán obtenidas de quitosana 100% desacetilada para garantizar una distribución aleatoria de las unidades repetitivas. Para formar las estructuras trideimensionales se utilizarán técnicas como el congelamiento/descongelamiento, intercambio de solventes, ultrasonido, gelación y precipitación. La caracterización de los materiales producidos se realizará por análisis por espectroscopía infrarroja, microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y de transmisión, y calorimetría. Es importante señalar que desarrollar nuevas tecnologías para el mayor uso de la quitina constituye una estrategia sostenible pues esta es un desecho producido por la industria alimenticia.
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