JAE Grant INTRO
The purpose of the JAE Intro call is to award 300 scholarships (27 of them at the Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón) for introduction to research for students with a high level of academic performance. The scholarships are awarded on a competitive basis and in accordance with the principles of transparency, objectivity and publicity.
The training plan derived from the granting of these scholarships will be developed at the at the Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, under the direction of its researchers/professors, making it possible that this training plan is oriented to the subsequent development of the doctoral thesis at the Institute.
A legally established quota of 15 scholarships will be reserved for candidates who have the legal status of disabled persons with a degree of disability equal to or greater than 33%. Likewise, up to 15 scholarships will be reserved for candidates enrolled in the academic year 2022-2023 or 2023-2024 in any of the official Master’s Degrees offered by the Menéndez Pelayo International University (hereinafter UIMP) in academic alliance with the CSIC.
EIn order to apply for the JAE Intro scholarships at the Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (CSIC – UNIZAR), it is recommended that students contact directly the research groups or researchers who develop scientific tasks related to their interests and they will inform them about the different plans and programs offered..
CALL JAE INTRO 2024
Referencia: JAEINT24_EX_0029
Personal investigador: Joaquín Coronas, coronas@unizar.es
Grupo: Membranas y catálisis con materiales nanoestructurados (MECANOS)
Título programa formativo: Preparación de membranas de poliamida a partir de su granza
Las operaciones de separación basadas en membranas están llamadas a sustituir algunos de los procesos industriales que consumen grandes cantidades de energía (destilación, absorción). A la vez, tales operaciones servirán para desarrollar nuevos procesos (captura de CO2, endulzamiento de metano, eliminación de microcontaminantes del agua, desalación de agua por métodos de membrana alternativos a la ósmosis inversa, etc.) todavía no comerciales, pero que se adelantan como parte de la solución que se debe aplicar para llegar a una economía más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
Las membranas de poliamida (PA) para separaciones moleculares (separación de gases, nanofiltración, ósmosis inversa) se obtienen por polimerización interfacial a partir de sus monómeros constituyentes. Dada la hidrofilia y estabilidad térmica de la PA, sería interesante poderla procesar por las técnicas de vertido (“casting”), inversión de fase (“phase inversion”) y recubrimiento (“sping cotaing”) aplicadas para preparar membranas (incluso de capa fina, soportadas) a partir de los polímeros sólidos (granza).
Dicho lo anterior, se plantean las siguientes tareas:
1. Aplicar metodologías verdes para disolver la PA. Existe algunos trabajos en los que la PA se disuelve el formaldehído, pero lo interesante sería aplicar disolventes verdes, como mezclas de agua y etanol, algo que se ha visto en ámbitos diferentes al de las membranas, como el procesado de residuos textiles. Esto además abriría la posibilidad futura de preparar membranas a partir de materiales desechados.
2. Obtenidas las disoluciones de PA, fabricar con estos soportes para membranas (es decir, membranas porosas) por inversión de fase y membranas densas mediante la técnica de vertido. Dependiendo de los resultados (relacionados con las tareas 3 y 4), recubrimientos de la propia PA sobre los soportes de PA o de otros polímeros (polisulfona, poliimida, etc.) disponibles en el grupo.
3. Caracterización de los materiales (TGA, DSC, FTIR, SEM, etc.).
4. Aplicación preliminar de las membranas a la separación en fase has de mezclas CO2/N2 y CO2/CH4 y a la pervaporación de mezclas etanol/agua.
Referencia: JAEINT23_EX_1318
Personal investigador: Raquel Giménez, raquel.gimenez@csic.es
Grupo: Cristales líquidos y polímeros (CLIP)
Título programa formativo: Autoensamblados derivados de nucleobases emisores de luz
El control de la agregación molecular mediante el diseño molecular permite obtener arquitecturas supramoleculares funcionales con propiedades optimizadas
y con respuesta a estímulos. En concreto, nuestro interés se centra en materiales luminiscentes en los que la luminiscencia se potencia con la agregación, o se
modifica con la aplicación de estímulos externos, permitiendo que estos sistemas puedan utilizarse en sensores, aplicaciones optoelectrónicas,
almacenamiento de información, o en bioimagen. El objetivo es estudiar la formación de organizaciones supramoleculares con moléculas derivadas de
nucleobases que contienen unidades luminiscentes. Las nucleobases, bases nitrogenadas presentes en el ADN o el ARN (adenina, timina, etc), se seleccionan
por su capacidad de formar enlaces de hidrógeno. Para la síntesis de las moléculas y supramoléculas se utilizarán metodologías de química orgánica puestas a
punto en el grupo de investigación. La caracterización se realizará mediante técnicas habituales en química orgánica, RMN, FTIR, EM. Además, el estudiante
tendrá la oportunidad de iniciarse en el estudio de propiedades luminiscentes y en técnicas de caracterización de nanomateriales.
Referencia: JAEINT24_EX_0206
Personal investigador: Milagros Piñol, mpinol@unizar.es
Grupo: Cristales líquidos y polímeros (CLIP)
Título programa formativo: Copolímeros bloque anfífilos degradables y termosensibles para aplicaciones biomédicas
El desarrollo de sistemas ‘inteligentes` activados de forma remota para la administración controlada y precisa de agentes terapéuticos está motivada por las limitaciones de las formulaciones convencionales. En este contexto, los polímeros anfífilos que en medio acuoso se auto-organizan formando partículas de dimensiones nanométricas capaces de acomodar moléculas discretas en su interior se están explorando como transportadores de fármacos. Si además se utilizan polímeros cuyas propiedades físico-químicas cambian en respuesta a un estímulo específico, se pueden diseñar nanotransportadores que liberen su carga en respuesta a una señal una vez han alcanzado el lugar de actuación. En la actualidad, en el grupo CLiP (Liquid Crystals and Polymers) hay abierta una línea de trabajo centrada en la producción de nanotransportadores con foto-termorrespuesta basado en polímeros degradables y su aplicación para la dosificación de antiinflamatorios. Estos sistemas demandan el diseño y la preparación de polímeros con un excelente control de su estructura química y una respuesta programada a estímulos externos utilizando técnicas de polimerización controlada y reacciones de la denominada química ‘click’ como herramientas sintéticas.
El estudiante que opte a esta línea de investigación explorará la preparación de copolímeros bloque anfífilos utilizando polietilenglicol, o un polímero equivalente, para polimerizar un policarbonato alifático que permita introducir unidades con respuesta a la temperatura mediante estrategias de post-polimerización. Cubrirá las siguientes tareas:
(i) preparación de monómeros
(ii) preparación y caracterización estructural de los polímeros mediante reacciones por apertura de anillo organocatalizadas y post-funcionalización de los mismos con tioles
(iii) estudio de los procesos de auto-ensamblado en agua y caracterización de las nanopartículas formadas en dicho proceso
(iv) estudio de la respuesta a la temperatura de los auto-ensamblados formados
(v) estudio de carga y liberación frente a la temperatura de moléculas modelo
Referencia: JAEINT24_EX_0308
Personal investigador: Javier Campo, javier.campo@csic.es
Grupo: Multifunctional Molecular Magnetic Materials (M4)
Título programa formativo: Zaragoza
Experimental study of theoretically predicted magnetic properties in chiral magnets
The chiral magnetic systems have physical phenomena related to the rupture of spatial symmetry. In particular, these systems have solitonic configurations of nanometric dimensions stabilized by chirality with very promising applications. In the cubic chiral magnets these configurations are skyrmions, while in the monoaxial they are chiral solitons.
Recently, our group predicted through a theoretical analysis the existence of new magnetic phases in cubic chiral magnets at low temperatures. Subsequent experimental studies found evidence of those new phases in Cu2OSeO3 . AC susceptibility carried out by our group, indicates that a new phase (B-Phase) also exists in the MnSi chiral magnet . However, these experiments are insufficient to determine the nature of the new phase. This project aims to determine the nature of the low temperature phase of the MnSi through SANS and TF-µSR (muon Spin Rotation), which allows to determine the local field distribution, and therefore the magnetic structure. The project supposes the opening of a new paradigm in chiral magnetism with unsuspected consequences for applications. In this project also Small Angle Xray Scattering (SAXS) in resonant conditions with a vectorial magnetic field will be measured at BESSY synchrotron in the new B-phase in order to determine the effect of the magnetic anisotropy in the B-Phase.
Referencia: JAEINT24_EX_0456
Personal investigador: Carlos Sánchez, carloss@unizar.es
Grupo: Advanced Manufacturing Laboratory (AML)
Título programa formativo: Impresión 4D de microestructuras para biomedicina y robótica blanda
La impresión tridimensional (3D) crea objetos complejos a partir de archivos gráficos mediante adición digital de material capa a capa, si bien estos objetos, son generalmente inanimados. La impresión cuatro-dimensional (4D) introduce el tiempo como cuarta dimensión generando objetos que cambian su forma en el tiempo, en respuesta a un estímulo, por ejemplo, la temperatura. Para ello, la impresión 4D combina fabricación aditiva y materiales inteligentes tales como polímeros con memoria de forma o hidrogeles. El posicionamiento digital de estos materiales persigue generar objetos 3D con morfologías definidas, incorporando a estos la capacidad de cambiar su forma predecible y controladamente ante el estímulo externo.
Recientemente, el Laboratorio de Manufacturación Avanzada (AML; https://aml.csic.es) del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), ha desarrollado de manera pionera, a nivel mundial, la impresión 4D y la electroescritura de elastómeros de cristal líquido, dos técnicas que introducen carácter inteligente en las estructuras impresas en 3D, programando digitalmente la respuesta del material a estímulos externos mediante fabricación aditiva (https://doi.org/10.1002/marc.201700710 ; https://doi.org/10.1002/adma.202209244). Relacionado con estos logros, actualmente el laboratorio trabaja en el desarrollo de materiales que responden reversiblemente a diferentes estímulos como son la luz, o los campos magnéticos. Con estos materiales se están desarrollando estructuras inteligentes capaces de realizar funciones mecánicas de interés en aplicaciones biomédicas, de microfluidica y de robótica blanda.
En este proyecto, la persona seleccionada, se familiarizará con estas y otras técnicas de manufacturación avanzada. En particular, adquirirá formación en la técnica de la impresión por extrusión directa y la electroescritura, abarcando la generación de ficheros CAD, la preparación de formulaciones cristal líquido fotopolimerizables adecuados para fabricación con esta técnica, la impresión 4D de actuadores mecánicos blandos, su caracterización morfológica y estructural, así como el estudio de la respuesta mecánica de los sistemas impresos en respuesta al estímulo correspondiente. La persona seleccionada, que deberá tener un alto grado de motivación para adquirir nuevos conocimientos, podrá disfrutar de un entorno formativo altamente multidisciplinario e internacional.
Referencia: JAEINT24_EX_0686
Personal investigador: Teresa Sierra, tsierra@unizar.es
Grupo: Cristales líquidos y polímeros (CLIP)
Título programa formativo: Nanopartículas basadas en dendrímeros para diagnóstico de cáncer mediante espectroscopia de fluorescencia
El trabajo se enmarca en un proyecto sobre la detección de biomarcadores tumorales en sangre utilizando dendrímeros como sondas y espectroscopia de fluorescencia como técnica de detección no invasiva, respondiendo a los criterios de la biopsia líquida. Los dendrímeros son macromoléculas muy ramificadas con una estructura interna definida y un elevado número de grupos funcionales en la periferia. En trabajos realizados en nuestro grupo, hemos demostrado que nanopartículas formadas por dendrímeros catiónicos interaccionan con proteínas del suero y esto permite detectar la presencia de la enfermedad. El trabajo propuesto se centra en modificar las características químicas de los dendrímeros para obtener nanopartículas con distinta funcionalización superficial, la cual determinará su interacción con las proteínas del suero sanguíneo y su aplicación como sonda de diagnóstico de cáncer.
Metodologías: Síntesis Orgánica para la preparación de dendrímeros. Caracterización química utilizando técnicas habituales en química orgánica: resonancia magnética nuclear, espectroscopia infrarroja, espectrometría de masas. Preparación y caracterización de las nanopartículas formadas por los dendrímeros: microscopia electrónica, dispersión de luz dinámica. Estudio de la interacción de las nanopartículas con las proteínas del suero mediante técnicas de análisis térmico. Optimización del protocolo de preparación de muestras para la detección utilizando sueros de pacientes. Estudio de las muestras mediante espectroscopia de fluorescencia. Análisis de resultados.
Referencia: JAEINT24_EX_0705
Personal investigador: María Bernechea, mbernechea@unizar.es
Grupo: Películas y Partículas Nanoestructuradas (NFP)
Título programa formativo: Nanomaterials for clean energy applications
Este proyecto está pensado para estudiantes interesados en la síntesis química, ya que en él se abordará la síntesis de semiconductores coloidales nanocristalinos para su uso en diferentes dispositivos relacionados con las energías limpias. Este tipo de materiales pueden constituir la capa activa de una celda solar fotovoltaica, pueden emplearse como fotocatalizadores para la producción de hidrógeno o eliminación de contaminantes y pueden formar parte de electrodos en sistemas de almacenamiento de energía (baterías de ion-sodio o supercondensadores.
Los semiconductores coloidales nanocristalinos presentan características singulares y prometedores. Por un lado, al obtenerse como disoluciones, permiten fabricar dispositivos de manera muy sencilla y barata. Además, sus propiedades se pueden modificar desde la síntesis química cambiando el tamaño o forma de los nanocristales. No solo eso, recientemente se ha descrito que la posición del nivel de fermi, que determina el comportamiento del semiconductor como tipo-n o tipo-p, la posición de las bandas de energía (banda de valencia y conducción), o incluso la conductividad electrónica se pueden modificar cambiando los ligandos presentes en la superficie. Este último aspecto es único de este tipo de materiales y ofrece oportunidades únicas para modular sus propiedades según la aplicación final.
Las tareas principales del estudiante durante el periodo de disfrute de la Beca JAE ICUS 2024 serán:
• Síntesis de semiconductores coloidales nanocristalinos
• Caracterización fisicoquímica de los nanocristales
• Preparación de capas activas empleando los nanocristales
• Caracterización de dispositivos (celdas solares, y/o baterías).
Referencia: JAEINT24_EX_0765
Personal investigador: David Zueco, dzueco@unizar.es
Grupo: Quantum Materials and Devices (QMD)
Título programa formativo: Inteligencia Artificial para Sistemas Cuánticos de Muchos Cuerpos.
“Esta beca JAE se centra en el uso innovador de técnicas avanzadas de inteligencia artificial (IA) para resolver modelos cuánticos. A través de la aplicación de ansätze basados en redes neuronales, este proyecto busca codificar el estado fundamental de sistemas de muchos cuerpos, superando las limitaciones inherentes a los métodos numéricos tradicionales.
La investigación se orienta hacia la exploración de modelos de baja dimensionalidad, especialmente aquellos que se aplican a átomos de Rydberg. Estos sistemas son de particular interés debido a su potencial en campos emergentes como la simulación y la computación cuántica. La diversidad de arquitecturas de IA a emplear, incluidas las Máquinas de Boltzmann Restringidas (RBM), las redes neuronales feed-forward y los transformers, se selecciona estratégicamente para abordar y superar los desafíos específicos presentes en la simulación de estos modelos cuánticos.
El plan de formación propuesto para el estudiante se fundamenta en un enfoque gradual hacia el dominio de estas técnicas. Inicialmente, se aprenderá el uso de Netket, una librería de Python diseñada específicamente para la solución de sistemas cuánticos mediante redes neuronales. Este enfoque introductorio no solo permitirá al estudiante familiarizarse con las herramientas esenciales y la teoría subyacente, sino que también facilitará una comprensión profunda de la aplicación práctica de la IA en la física de los sistemas complejos. Para practicar, se calcularan modelos de largo alcance ya explorados por el grupo de investigación, el proyecto avanzará hacia la simulación de modelos de átomos de Rydberg.
Este proyecto representa una oportunidad única para integrar y maximizar las sinergias entre distintas disciplinas, como la inteligencia artificial y la física de sistemas cuánticos fuertemente correlacionados.
“
Referencia: JAEINT24_EX_0824
Personal investigador: Ángel Millán, amillan@unizar.es
Grupo: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Título programa formativo: Nanotermometría intracelular y hipertermia magnética
Línea: Nanotermometría e hipertermia magnética
Esta línea de investigación se viene desarrollando desde hace más de 20 años en colaboración con diversos centros nacionales y europeos (EPFL, Lausanne, Suiza; Universidad de Aveiro, Portugal; INSA, Toulouse, Francia; Universidad de Pavía,Italia; CIC BiomaGUNE, San Sebastián; Hospital Clínico Lozano Blesa; Universidad de Zaragoza …). Se especializa en diagnóstico por imagen MRI y SPECT y en terapía del cáncer mediante hipertermia. Paralelamente, y en colaboración con la Universidad de Aveiro, el grupo desarrolla una tecnología de Nanotermometría luminiscente que ha tenido un fuerte impacto en esta área científica (a destacar publicaciones en revistas como Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Optical Materials, ACS Nano, Nano Letters, Nanoscale), tres capítulos de libro, una patente en Europa y EE.UU.), proyectos europeos FET-OPEN (2) y MSCA (1) y otros proyectos bilaterales, nacionales y autonómicos.
Las actividades de formación del estudiante se enmarcan en el proyecto nacional en curso: ” Nanotermómetro intracelular para el estudio térmico de la fisiología celular y terapia del cáncer por hipertemia magnética local “, PID2021-124354NB-100. Este proyecto se dirige a la terapia del cáncer mediante la actuación de herramientas nanotecnológicas a nivel intracelular.
Precedentes. Se han fabricado ya un equipo capaz de realizar imágenes de temperatura intracelular y medidas de gradiente local de temperatura en células cancerígenas y se han realizado pruebas de concepto de dicho equipo. También se ha realizado un programa preliminar de Matlab para el control de dicho equipo, análisis de datos y elaboración de resultados.
Tareas. El estudiante realizará las siguientes tareas:
1) Adiestramiento en el manejo del software para la obtención de imágenes de temperatura intracelular.
2) Realizar imágenes de temperatura en phantoms de geles que contienen sondas termométricas y fabricación de dichos geles.
3) Preparar cultivos de células cancerígenas con sondas termométricas incorporadas y realizar medidas de temperatura intracelular en dichas células.
Interés de la investigación para el investigador contratado: El investigador contratado se beneficiaría de la integración en un grupo internacional multidisciplinar que incluye expertos en síntesis química, biología molecular, magnetismo, ingeniería y óptica.
Referencia: JAEINT24_EX_0956
Personal investigador: Anabel Gracia Lostao, aglostao@unizar.es
Grupo: Quantum Materials and Devices (QMD)
Título programa formativo: Análisis e integración en sensores de proteínas redox con microscopia de fuerzas atómicas
En los últimos años se ha visto la gran importancia que las propiedades cuánticas y mecánicas tienen en los procesos biológicos. Para comprender estos fenómenos es preciso su estudio mediante técnicas espectroscópicas o microscópicas, lo que no sólo permite conocer facetas poco conocidas de los sistemas vivos, sino que también se utilizan para el desarrollo de tecnologías cuánticas. En esta línea se estudian proteínas de intercambio electrónico o redox mediante microscopía de fuerzas atómicas (AFM), y se desarrollan plataformas de detección en chip de proteínas basadas en resonancia paramagnética de electrones (EPR). Los 2 objetivos planteados son realizables en paralelo con AFM y proteínas redox:
-Análisis del mecanismo catalítico de importantes flavoenzimas determinando patrón de asociación, dinámica conformacional y fuerzas intermoleculares mediante la unión a ligandos y la catálisis. Las medidas se harán con AFM en medio fisiológico con resolución nanométrica, a nivel de molécula única. Se podrá estudiar uno de estos sistemas: i) el de Riboflavina quinasa y Piridoxina-5′-fosfato oxidasa, responsables de la homeostasis y canalización de cofactores de flavina FMN y FAD, centrándonos en el sistema humano y de B. ovis, bacteria que provoca graves patologías en ovejas, por lo que su estudio no sólo permitiría conocer su mecanismo de acción sino plantear su inhibición como diana terapéutica; el factor de inducción de apoptosis humano, para analizar el rol de su dominio de flavoenzima dependiendo de su estado redox, en el ensamblaje de complejos respiratorios mitocondriales, su actividad nucleasa fragmentando el ADN genómico, y apoptosis, lo que abriría el desarrollo de nuevas vías terapéuticas. Se colaborará con el grupo de flavoenzimas dirigido por M. Medina (Uni. Zaragoza).
-Desarrollo de una plataforma para detección ultrasensible de proteínas redox mediante EPR-en chip. Se utilizará AFM en el modo de deposición o nanolitografía de dip-pen para la integración de cantidades controladas de mioglobina en las áreas de mayor sensibilidad de resonadores superconductores LER diseñados por A. Gómez (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA), con gran resolución en la detección de eventos cuánticos. Tras las medidas de EPR a bajas temperaturas en colaboración de F. Luis (INMA), se desea relacionar las señales con el nº de moléculas situadas en la zona de influencia sensora. La estimación de moléculas se hará a partir de imágenes de AFM, SEM y otras técnicas.
Referencia: JAEINT24_EX_1077
Personal investigador: Sergio Gutiérrez, sergut@unizar.es
Grupo: Quantum Materials and Devices (QMD)
Título programa formativo: Computational Photonics with Physics Informed Neural Networks
Artificial Intelligence (AI) encompasses a vast spectrum of computational fields where algorithms are built with the aim to mimic human intelligence, such as image recognition, autonomous driving, and natural language processing. Physics is utilizing these developments in AI and introducing new techniques that could greatly benefit the field, leading to new achievements.
A lesser-known application of AI is its use in solving Partial Differential Equations (PDE). Currently, three techniques are particularly noteworthy in this regard:
• Physics-Informed Neural Networks (PINN). This type of neural networks allows solving all types of differential equations, whether ordinary or partial, with one or several variables, single equations or systems of equations. These PINNs have been used, for example, to solve the Schrödinger equation, in fluid physics to solve the Navier-Stokes equations or in photonics.
• Fourier Neural Operator Networks (FNO). FNOs combine the expressiveness of neural networks with the mathematical structure of Fourier series, allowing them to learn the solutions of PDEs in an efficient and accurate way. The basic idea behind FNOs is to represent the solutions of PDEs as a combination of Fourier modes, which are then learned by a neural network.
• Deep Operator Networks (DeepONet). This AI method can be adapted to solve PDEs, however their capabilities are more profound. In general, DeepONets can surrogate any kind of Mathematical Operator. The technique relies on the Universal Operator Approximation Theorem, which states that a NN with a simple hidden layer can accurately approximate any nonlinear continuous operator.
Over the past years at the Institute of Nanoscience and Materials of Aragon (INMA), has dedicated extensive efforts to investigating these topics. We have achieved promising results, which motivates us to further explore the study of differential equations crucial to understanding physical phenomena, and in particular, those arising in Nanophotonics when solving Maxwell’s equations.
Referencia: JAEINT24_EX_1124
Personal investigador: Raluca Fratila, rfratila@unizar.es
Grupo: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Título programa formativo: Desarrollo de herramientas para hipertermia magnética localizada en membranas celulares colorantes orgánicos
En este Plan de formación se abordará el uso de la química bioortogonal (reacción azida-alquino libre de cobre o SPAAC) como herramienta para la unión covalente de nanopartículas magnéticas (MNPs) a membranas de células vivas. Bajo la aplicación de un campo magnético alterno (AMF, en inglés), estas MNPs pueden actuar como “puntos calientes” y producir un aumento de temperatura localizado a nivel de membrana celular (hipertermia magnética). A su vez, el aumento de temperatura puede dar lugar a cambios en la fluidez y permeabilidad de la membrana celular, que pueden ser aprovechados para la internalización de moléculas de interés.
El plan formativo se enmarca en el proyecto CALYPSO (Hipertermia magnética localizada para administración intracelular directa evitando el atrapamiento endosomal) del que la responsable del plan de formación es Investigadora Principal.
Metodologías en las que se formará el o la estudiante:
1) Síntesis, caracterización y funcionalización de MNPs para química bioortogonal: TEM, SEM, DLS, potencial z, FT-IR, análisis termogravimétrico, medidas magnéticas, etc.
2) Glicoingeniería metabólica para la expresión de grupos azida en la membrana: cultivo celular, viabilidad celular, microscopia de fluorescencia, western blot, citometría de flujo.
3) Estudios de inmovilización covalente de MNPs a membranas celulares: microscopia de fluorescencia, western blot, citometría de flujo.
4) Habilidades transversales relacionadas con la presentación de resultados en los seminarios de grupo, el trabajo en equipo o la divulgación científica.
Cabe destacar también que el trabajo se enmarca en un campo de gran relevancia actual (la química bioortogonal ha sido galardonada con el Premio Nobel de Química 2022).
Referencia: JAEINT24_EX_1158
Personal investigador: María Sancho, msancho@unizar.es
Grupo: Películas y Partículas Nanoestructuradas (NFP)
Título programa formativo: Study of extracellular vesicles as delivery carriers of nanoparticles against cancer
The trainee will join the Nanostructured Films and Particles (NFP) group, at the INMA. He/She will be involved in the research line developing nanomaterials-based cancer therapies, and more specifically in the development of novel methods for the selective delivery of nanomedicines to growing tumors. This is a very active line in the group, with several promising approaches being investigated. Immersion in a multidisciplinary group such as the NFP and in the vibrant atmosphere of the INMA will provide the trainee with many interaction opportunities with scientists working in other areas, in addition to her own research program.
Cancer still represents one of the greatest challenges in the biomedical field. Last findings of nanotechnology provide useful and suitable tools, becoming alternative strategies for cancer treatment. However, these promising advances have so far failed to materialize in the clinic. The proyect carried out by the trainee will be focuss on developing new procedures to create bioartificial nanotechnological tools based on extracellular vesicles (EVs), and able to being selectively and specifically accumulated in cancer cells after being loaded with therapeutic nanoparticles (NPs).
Specifically, the trainee will work on the influence of the protein corona on the fate and internalization selectivity of nanoparticles combined with EVs. This is a subject of great interest, as there are strong signs indicating that the protein corona is key to avoid or retard immune system recognition and also as an effective way to tune delivery selectivity.
To achieve this aim of the proyect, the trainee will purify EVs by ultracentrifugation techniques isolated from cell culture supernatants. The isolated EVs will be characterized in terms of Western Blot, Flow cytometry, DLS, electronic microsocpy and NTA. Those EVs will be then engineered by loading them with the therapeutic NPs. The therapeutic NPs will be composed of different metals such as Au, Pd ir Pt. Finally, the stability and aggregation of the NPs-EVs bio-artificial hybrids will be determined in several biological media and environments, including PBS, serum or cell culture media. In this way, the formation of the protein corona, the hydrodynamic size, the surface charge and the new biological identity of the EVs will be determined. Then changes of the delivery selectivity of the nanoparticles will be studied in in vitro, in co-cultures of tumoral and healthy cells.
Referencia: JAEINT24_EX_1186
Personal investigador: Fernando Luis, fluis@unizar.es
Grupo: Quantum Materials and Devices (QMD)
Título programa formativo: Computación cuántica con qudits moleculares y circuitos superconductores
El proyecto formativo se encuadra en el marco de la investigación que el grupo receptor (Q-MAD) y el INMA están llevando a cabo desde hace años con el objetivo de desarrollar un nuevo concepto de procesador cuántico basado en moléculas magnéticas acopladas a circuitos superconductores. El objetivo es explorar la posibilidad utilizar una molécula con tres iones de tierra rara, [DyCeDy], como un procesador cuántico de tres qubits. Para ello, se utilizará un circuito superconductor en chip formado por líneas de transmisión y resonadores para generar transiciones entre estados de espín de la molécula, que constituyen operaciones cuánticas sobre los tres qubits, y para leer el resultado. El trabajo combina conceptos de magnetismo, electrónica, física de la materia condensada y física de bajas temperaturas con aspectos relacionados con algoritmos y simulación de sistemas cuánticos, y constituiría la base para la realización de un trabajo de fin de máster en el marco del Máster de Tecnologías Cuánticas impulsado desde el CSIC (https://qtep.csic.es/master-quantum-tech). Las tareas a llevar a cabo por el estudiante son:
1. Caracterizar el acoplo de un cristal de [DyCeDy] diluido en su análogo diamagnético [LuLaLu] a un resonador superconductor en chip
1.1. Integrar cristales moleculares sobre el inductor de resonadores LC en chip
1.2. Montar el dispositivo en un refrigerador de dilución
1.3. Estudiar la transmisión de micro-ondas a través del circuito en función de la frecuencia y del campo magnético, a temperaturas cercanas al cero absoluto
1.4. Determinación experimental de las transiciones resonantes permitidas entre los 8 estados de espín y del acoplo espín fotón para cada una de ellas
2. Experimentos con pulsos de micro-ondas
3.1. Diseño de secuencias de pulsos de control, que implementen la generación de un estado máximamente entrelazado (de 000 a 000+111) y una puerta universal Toffoli (de 000 a 001) y de secuencias que permitan determinar el estado resultante a partir del cambio en la frecuencia del resonador
3.2. Implementación experimental de estos protocolos en un chip dotado de una línea de control adicional, que pueda inducir transiciones resonantes a diferentes frecuencias
4. Análisis y presentación de los resultados
4.1. Derivación de un modelo teórico para la dinámica de espines acoplados a fotones en resonadores superconductores
4.2. Análisis de los resultados
4.3. Redacción de una memoria y defensa pública del TFM
Referencia: JAEINT24_EX_1265
Personal investigador: Raquel Giménez, rgimenez@unizar.es
Grupo: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Título programa formativo: Autoensamblados derivados de nucleobases emisores de luz
El control de la agregación molecular mediante el diseño molecular permite obtener arquitecturas supramoleculares funcionales con propiedades optimizadas y con respuesta a estímulos. En concreto nuestro interés se centra en materiales luminiscentes en los que la luminiscencia se potencia con la agregación, o se modifica con la aplicación de estímulos externos, permitiendo que estos sistemas puedan utilizarse en sensores, aplicaciones optoelectrónicas, almacenamiento de información, o en bioimagen.
El objetivo es estudiar la formación de organizaciones supramoleculares con moléculas derivadas de nucleobases que contienen unidades luminiscentes. Las nucleobases, bases nitrogenadas presentes en el ADN o el ARN (adenina, timina, etc), se seleccionan por su capacidad de formar enlaces de hidrógeno.
Para la síntesis de las moléculas y supramoléculas se utilizarán metodologías de química orgánica puestas a punto en el grupo de investigación. La caracterización se realizará mediante técnicas habituales en química orgánica, RMN, FTIR, EM. Además, el estudiante tendrá la oportunidad de iniciarse en el estudio de propiedades luminiscentes y en técnicas de caracterización de nanomateriales.
Referencia: JAEINT24_EX_1370
Personal investigador: Clara Marquina, clara@unizar.es
Grupo: Magnetismo en nano-estructuras y sus aplicaciones (MAGNA)
Título programa formativo: Síntesis y caracterización de nanomateriales para técnicas de imagen y terapia médicas basadas en interacciones magnetoacústicas
Recientes avances en nanomateriales y en nanotecnología han conducido a importantes innovaciones y nuevas perspectivas en técnicas de diagnóstico y terapia médica. Muchas de ellas se basan en la respuesta de nanopartículas magnéticas (MNPs) a ondas electromagnéticas y/o ultrasonidos (v.g, la imagen por resonancia magnética (MRI) y la ecografía, respectivamente). Otro ejemplo es la hipertermia magnética, terapia basada en generar calor mediante un campo magnético alterno actuando remotamente sobre las MNPs. Esta técnica puede potencialmente utilizarse para destruir selectivamente células/tumores cancerígenos. Además, las MNPs pueden ser punto de partida de materiales funcionales más complejos que contengan biomoléculas de acción terapéutica, que respondan también a estímulos remotos. Lograr un calentamiento eficaz requiere controlar la forma, tamaño y anisotropía magnética de las MNPs; además, se ha observado que su disposición en determinado tipo de agregados o en cadenas, puede aumentar dicho calentamiento. Trabajos preliminares de nuestro grupo han constatado este aumento cuando las MNPs forman magnetosomas sintéticos o bien cadenas embebidas en fibras poliméricas.
El objetivo es disponer de los materiales óptimos para combinar hipertermia magnética y liberación localizada de principios activos terapéuticos, potenciándose su acción al permitir el control espacial y temporal de dicha liberación. La principal tarea del estudiante será sintetizar y caracterizar las MNPs, para la posterior síntesis de los nanomateriales más complejos mencionados anteriormente, y optimizar su capacidad de calentamiento como respuesta a ondas electromagnéticas, y además utilizarlos en imagen mediante ecografía por ultrasonidos.
El estudiante se formará en técnicas experimentales en Física, Ciencia de Materiales y Química, beneficiándose de la experiencia del grupo en aplicaciones biomédicas de MNPs, siendo por ejemplo un referente en el campo de la hipertermia magnética. Se formará en técnicas de síntesis química, técnicas de caracterización estructural, morfológica y química (como XRD, SEM, TEM, DLS etc.) y de caracterización de propiedades magnéticas (magnetometría VSM y SQUID) y medidas de absorción de potencia. Eventualmente realizará experimentos de adsorción/desorción de fármacos, utilizando por ejemplo espectrometría UV/VIS.
Actividad a desarrollar en el Grupo MAGNA-Departamento 3; Línea: Materiales Magnéticos/Sublínea: Materiales funcionales y nanoestructurados
Referencia: JAEINT24_EX_1439
Personal investigador: Blanca Ros, bros@uniza.res
Grupo: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Título programa formativo: Materiales supramoleculares funcionales basados en estructuras de tipo bent-core
Nuestro grupo tiene una amplia experiencia y reconocimiento en la utilización de los cristales líquidos como medio para conseguir materiales funcionales avanzados con alto grado de orden molecular. Además hemos demostrado [J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 14454; Mater. Chem. C, 2022, 10, 12012] que las fuerzas intermoleculares que inducen el estado cristal líquido pueden manifestarse y ser igualmente eficaces en presencia de disolventes o tras anclajes a superficies, lo que permite preparar con las mismas moléculas materiales supramoleculares en disolventes o sustratos, de tamaño, morfología, estructuración y dimensionalidad controlable, modulando con ello propiedades funcionales y posibles aplicaciones tecnológicas. En este reto, hemos comprobado que moléculas de geometría curvada (tipo “bent-core”) constituyen diseños moleculares innovadores y de alta versatilidad para la preparación de muy diferentes materiales avanzados a través de química supramolecular.
El objetivo de este proyecto formativo es la síntesis, preparación y caracterización de nuevas moléculas orgánicas funcionales de tipo “bent-core” con grupos terminales versátiles químicamente (etilenglicol, dioles y metacrilatos). Estos compuestos, mediante sus grupos funcionales terminales, permitirán la preparación de novedosos materiales supramoleculares con unidades tipo “bent-core”: cristales líquidos termótropos y liótropos, ionogeles y materiales fotopolimerizables para impresión 3D.
Tareas a realizar:
1. Síntesis y purificación de compuestos orgánicos tipo “bent-core” mediante química covalente.
2. Caracterización estructural mediante IR, RMN , UV-vis y EM.
3. Estudio de propiedades cristal líquido mediante MOP, TGA y DSC.
4. Preparación y caracterización estructural y funcional de formulaciones liótropas y de ionogeles.
5. Estudio estructura – actividad de los materiales supramoleculares.
6. Participación en las actividades programadas en el grupo de investigación y centro de investigación: Asistencia a cursos de formación: “Curso Práctico de manejo de Espectrómetros de RMN”, “Seguridad en el laboratorio”; seminarios científicos organizados en INMA, reuniones de grupo semanales.
Referencia: JAEINT24_EX_1474
Personal investigador: Víctor Sebastián, victorse@unizar.es
Grupo: Películas y Partículas Nanoestructuradas (NFP)
Título programa formativo: Diseño y aplicación de sistemas microfluidicos para la producción de emulsiones para usos en Biomedicina
Objetivo: Desarrollo de nanovectores de aplicación biomédica mediante tecnologías de flujo continuo para facilitar la escalabilidad y la traslación a usos clínicos
La investigación que se persigue en esta propuesta supone trabajar en un grupo multidisciplinar en el que el investigador tendrá acceso a diferentes ámbitos de trabajo vinculados con el campo de la Nanotecnología y la Biomedicina
Actividades:
Revisión bibliográfica sobre la temática de la propuesta: Búsqueda de publicaciones en Scopus, y otros motores de busqueda.
Ordenación y manejo de la bibliografía en la preparación de manuscritos científicos;
Desarrollo de metodologías de producción de nanovectores en flujo continuo
Conocimiento de técnicas de encapsulación para funcionalizar los nanovectores con propiedades bactericidas
Estudio e interpretación de los resultados obtenidos
Participación en la redacción de un manuscrito científico
Posibilidad de solicitud de un contrato predoctoral para continuar su labor investigadora
El investigador involucrado en esta propuesta será capaz de desarrollar las siguientes competencias:
Competencias transversales:
CT1:Capacidad para analizar resultados y diagnosticar problemas analíticos
CT2:Capacidad de trabajar en equipo
CT3:Capacidad de resolver problemas
CT4:Capacidad de toma de decisiones
CT5:Capacidad de adaptarse a distintos entornos culturales (laboratorio biomédico y nannomateriales)
CT6: Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo
Competencias específicas:
CE1:Capacidad para comprender y aplicar los principios de conocimientos básicos de la química general, química orgánica e inorgánica, ingeniería de materiales, nanotecnología y biomedicina.
CE2:Conocimientos de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la microestructura y las propiedades macroscópicas
CE3:Conocimiento de nanobiomedicina adaptada a la ingeniería de tejidos
CE4:Capacidad de entender problemas biomédicos actuales
Referencia: JAEINT24_EX_1544
Personal investigador: Pedro Algarabel, algarabel@unizar.es
Grupo: Magnetismo en nano-estructuras y sus aplicaciones (MAGNA)
Título programa formativo: Películas delgadas epitaxiales de materiales ferroeléctricos basados en HfO2 para su uso en memorias de bajo consumo energético
“El almacenamiento de información es especialmente relevante en las TIC y representa una parte muy importante del consumo energético. Entre los dispositivos de memoria no volátiles existentes, los más adecuados son los basados en óxidos ferroeléctricos. Su consumo es muy bajo y su fiabilidad es excelente. El descubrimiento en 2011 de una fase ortorrómbica ferroeléctrica del óxido de hafnio dopado (HfO2), compatible con la tecnología CMOS y con alta polarización a temperatura ambiente, observado más tarde en la solución sólida Hf1 xZrxO2 (HZO), ha situado a las memorias ferroeléctricas en el punto de mira de todas las empresas de semiconductores. Sin embargo, el uso de películas basadas en HfO2 para dispositivos de memoria comerciales necesita una comprensión más profunda y una mejora de sus propiedades funcionales.
La investigación del HfO2 ferroeléctrico se ha centrado principalmente en películas policristalinas. Los primeros artículos sobre el crecimiento epitaxial se publicaron en 2016. Las películas epitaxiales se pueden utilizar como modelos debido a su naturaleza monocristalina, número reducido de defectos y superficies atómicamente planas, y por ello son sistemas clave para avanzar en el desarrollo del HfO2 ferroeléctrico. La mayoría de los estudios han utilizado sustratos con estructura de perovskita, a menudo con un electrodo inferior de (La,Sr)MnO3. Esta propuesta de investigación plantea centrarse en el crecimiento epitaxial de películas delgadas HfO2 sobre sustratos con estructuras cristalinas distintas de perovskita.
Proponemos explorar la preparación de condensadores epitaxiales basados en películas de HfO2 y HZO sobre un nuevo electrodo inferior, Al2O3/GaN. El Al2O3 es un material barato y un excelente aislante, mientras que el GaN es un semiconductor de banda ancha que dopado presenta una alta conductividad. Proponemos combinar el sustrato y el electrodo mencionados para comprobar la ferroelectricidad en películas epitaxiales de HZO.
Las películas se crecerán usando la técnica de deposición por laser pulsado, que es un método ideal para la deposición de películas epitaxiales y se caracterizarán estructuralmente por difracción y reflectividad de rayos X. Se utilizarán imágenes HRTEM y STEM con corrección de aberración para el estudio a escala atómica de las características estructurales.
La caracterización eléctrica incluirá medidas de espectroscopia de impedancia dependiente de la temperatura (4-500 K) y curvas de polarización eléctrica.”
Referencia: JAEINT24_EX_1620
Personal investigador: Miguel Ciria, ciria@unizar.es
Grupo: Radiación Sincrotrón y Materiales: Investigación básica y Aplicaciones (RASMIA)
Título programa formativo: Heterostrucutas hibridas con aplicaciones en magnetoelectronica fluorescencia
El tema de investigación se centra en la preparación y estudio de películas de la aleación FeGa sobre substratos ferroeléctricos. En función del estado del proyecto el estudiante se formara en técnicas de preparación de películas delgadas mediante evaporación en vacío y métodos de medida de propiedades magnéticas como la magnetometría MOKE y la microscopia de Fuerzas Magnéticas a temperatura ambiente.
El objetivo es estudiar cómo la anisotropía magnética se altera por la deformación de la red cristalina. Dicha deformación se introduce mediante la generación de campo eléctrico que deforma el substrato ferroeléctrico. El propósito último es obtener estructuras en las que la orientación de la imanación se pueda alterar sin la necesidad de aplicar campo magnético o corriente eléctrica para reducir el consumo de energía en la manipulación de información en memorias magnéticas. Este método permitirá reducir el consumo de energía y aumentar la eficacia de los dispositivos magnetoelectrónicos en aplicaciones de Inteligencia Artificial o Internet de las Cosas.
Referencia: JAEINT24_EX_1657
Personal investigador: María Moros, mamoros@unizar.es
Grupo: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Título programa formativo: Activación de vías intracelulares utilizando magnetogenética
Las nanopartículas magnéticas se pueden utilizar para generar fuerzas de manera selectiva y remota sobre determinadas proteínas de la membrana celular denominadas mecanoreceptores, como la E-cadherina. El objetivo principal de este prohecto es emplear partículas magnéticas funcionalizadas con diferentes fragmentos de E-cadherina para generar una fuerza mecánica que active una vía importante de señalización intracelular, la cual juega papel esencial en la proliferación y diferenciación celular. Esto permitirá activar vías implicadas en la curación de heridas de manera selectiva y a distancia.
Metodologías en las que se formará el o la estudiante
1. Generación de fragmentos de la proteína E-cadherina, a partir de bacterias transformadas o células transducidas con diferentes plásmidos obtenidos mediante mutagénesis. Caracterización de las mismas.
2. Funcionalización de partículas magnéticas con los fragmentos de E-cadherina de forma orientada, y caracterización de las mismas por citometría de flujo, usando anticuerpos anti-E-cadherina. El estudiante podrá aprender a usar diferentes técnicas de caracterización de nanomateriales tales como microscopía electrónica de transmisión y escaneo (TEM y SEM), dispersión de luz dinámica (DLS), potencial Z…
3. Estudio de la activación de vías de señalización mediante la aplicación de campos magnéticos a células con las partículas funcionalizadas con E-cadherina. Para ello se emplearán líneas celulares reporteras que expresen GFP o luciferasa. El estudiante aprenderá a trabajar con cultivos celulares y a analizar los efectos de la aplicación de campos mediante técnicas de PCR o microscopia de fluorescencia.
El estudiante tendrá una reunión semanal con la supervisora y participará en los seminarios semanales de grupo, pudiendo presentar sus resultados en los mismos. El equipo de investigación que participa en este proyecto está involucrado en un proyecto europeo por lo que el estudiante también podrá asistir a las reuniones internacionales, expandiendo de esta forma su formación y abriendo nuevos horizontes en su carrera.
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