JAE Intro grants
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.
In 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..
2025 JAE Intro grants
Reference: JAEINT25_EX_0093
Researcher: Mª Jesús Blesa
Group: Sistemas pi-Funcionales Fotoactivos
Training programme title: Composites of an organic dye and carbon nanostructures for green hydrogen production
Organic dyes are capable of capturing sunlight and transferring charge to generate electricity or a chemical potential. In dye-sensitised solar cells (DSSCs), the organic dye is coupled to an inorganic semiconductor, usually a nanostructured titanium oxide. Similarly, combinations of organic dye and titanium oxide are being tested in photoelectrolytic water splitting to produce green hydrogen.
The problem with semiconducting oxides such as titanium oxide is that they can only capture a small fraction of solar irradiation, in the UV range, resulting in low conversion efficiencies. In contrast, organic dyes absorb in the visible range, which is the majority of the solar spectrum. Thus, binding an organic dye to nanostructured titanium oxide improves its sensitivity range, while maintaining its favourable photophysical and photochemical characteristics. However, organic molecules often present chemical stability problems under prolonged irradiation and in aqueous environments. To avoid degradation of the dye, charge accumulation must be prevented and transfer must be favoured. One possible strategy could be the coupling of a suitable carbon nanostructure that helps to extract the photogenerated charges on the dye and to favour the transport to the inorganic semiconductor.
Reference: JAEINT25_EX_0147
Researcher: Blanca Ros
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Functional supramolecular materials based on bent-core unit
Our extensive experience in the use of liquid crystals for the development of advanced functional materials with a high degree of molecular order, together with the fact that the intermolecular forces that induce this state can also manifest themselves and be equally effective in the presence of solvents or after anchoring to surfaces, is making it possible to obtain supramolecular materials with controllable morphology, structure and dimensionality with the same molecules, thus modulating functional properties and applications of high technological interest. In this challenge, bent-core molecules are proving to be innovative and highly versatile molecular designs for the preparation of very different advanced materials through supramolecular chemistry. The aim of this training project is the synthesis, preparation and characterisation of new functional bent-core organic molecules and novel supramolecular materials: thermotropic and lyotropic liquid crystals, ionogels, emuslsions and materials for 3D printing.
Tasks to be carried out:
1. Synthesis and purification of bent-core organic compounds by covalent chemistry.
2. Structural characterisation by IR, NMR, UV-vis and MS.
3. Study of liquid crystal properties by MOP, TGA and DSC.
4. Preparation and structural and functional characterisation of CL formulations and gels by TEM and/or SEM.
5. Structure-activity study of different supramolecular materials.
6. Activities programmed in the research group and centre: ‘Practical course on the use of NMR spectrometers’, ‘Safety in the laboratory’; attendance at scientific seminars organised at INMA and at meetings of the research group.
Reference: JAEINT25_EX_0246
Researcher: Javier Campo
Group: Multifunctional Molecular Magnetic Materials (M4)
Training programme title: Topological magnetic textures in chiral magnets studied with Xray resonant scattering
The presence of Skyrmions or a Helical textures do not agree with our preliminary results about the origin of the so called “B-phase” discovered by our group[1,2]. It could be caused by a subtle change in the anisotropic exchange at low temperatures or by a subtle reorientation of the four magnetic sublattices of Fe/Co in Fe1-xCoxSi driven by the magnetic field. In this sense we considered that high-resolution resonant elastic synchrotron Xray scattering (REXS) technique could help to discern between one of those possible mechanisms.
Therefore, we collected REXS data to directly probe the anisotropic exchange interaction (AEI) and elucidate the nature of the new magnetic phase (“B-phase”) at low temperatures near the critical field Hc, in the anisotropic cubic chiral helimagnet Fe1-xCoxSi (x = 0.25) for two orientations of lamellae prepared by using Focused Ion Beam (FIB), with the important and unique characteristic that our compound has the desired structural chirality [3].
Therefore we will evaluate the real effect of the AEI and the magnetic anisotropy terms in the Hamiltonian that describes the physics of the B20 magnets and its role in the appearance of the so-called “B phase”.
Goal
In this project the candidate will analyze the experimental REXS data acquired at the BESSY synchrotron (Berlin) for enantiopure FeCoSi and will participate in another campaign to acquire new set of data.
Tasks
Revision of the bibliography, data analysis and modeling, drafting the results.
Experimental techniques.
Preparation of lamellae by using FIB and participation in REXS experiments at BESSY
[1] M. Ohkuma et al., APL Mater. 10, 041104 (2022)
[2] V. Laliena and J. Campo: Phys. Rev. B 96, 134420 (2017).
[3] Y. Kousaka et al., JPS Conf. Proc. 2, 010205 (2014)
Reference: JAEINT25_EX_0292
Researcher: David Zueco
Group: Theory, Modelling and Simulation (aTMOS)
Training programme title: Artificial Intelligence for quantum materials
This JAE INTRO grant focuses on the innovative use of advanced artificial intelligence (AI) techniques to solve quantum models. Through the application of neural network-based ansätze, the project seeks to encode the fundamental state of many-body systems, overcoming the inherent limitations of traditional numerical methods.
Reference: JAEINT25_EX_0305
Researcher: María Sancho
Group: Películas y Partículas Nanosestructuradas (NFP)
Training programme title: Using organoids to assess the anti-tumour properties of therapeutic nanoparticles and cellular vesicles
The field of nanomedicine is witnessing the rise of extracellular vesicle-based strategies as promising solutions to selectively deliver drugs and therapeutic agents, such as nanoparticles to reach targets of interest. The lack of selectivity and efficacy in the delivery of such nanoparticles is the main obstacle to the clinical translation of nanomedicine, resulting in systemic delivery and insufficient amount of therapeutic agent reaching the target (reducing treatment efficiency and leading to resistance and side effects). Extracellular vesicles are postulated as excellent candidates to overcome selectivity problems in delivering therapeutic nanoparticles and enzymes to target tissues.
The aim of this work is to combine therapeutic nanoparticles with extracellular vesicles from patient tumour cells to selectively target target cells and evaluate their internalisation in in vitro 2D models and patient-derived organoids.
The tasks to be performed include:
1) Tuning of patient-derived tumour cells and organoids;
2) Isolation of extracellular vesicles by size exclusion, ultracentrifugation, etc. and characterisation in terms of morphology, functionality and dimensions (NTA, DLS, zeta potential, TEM, CryoTEM, flow cytometry, etc.);
3) Synthesis and characterisation of therapeutic nanoparticles (using a wide range of phytochemical techniques (FTIR, TGA, UV-VIS, DLS, TEM, MPAES, etc.), before and after encapsulation into extracellular vesicles);
4) Study of the biocompatibility and tolerability properties of EVs-NPs created in cell culture models (metabolic assay, confocal microscopy, flow cytometry, etc.); and
5) Evaluation of their internalisation in target tumour cells as well as in tumour cell organoids by confocal microscopy and flow cytometry.
Reference: JAEINT25_EX_0317
Researcher: Agustín Camón
Group: Quantum Materials and Devices (QMD)
Training programme title: Cryogenic radiation detectors based on superconductors
The quantum technologies group (QMAD) of the Aragon Nanoscience and Materials Institute (INMA) develops superconducting transition sensors (TES) with applications in astrophysics, materials science or quantum technologies. TES have been used successfully since 1995, when it was proposed to use them voltage-polarised. This allowed the TES to self-stabilise at its transition temperature and could be used as a bolometer or microcalorimeter. By attaching a suitable absorber to the sensor and carefully optimising its design, TESs can detect single photons over a wide range of frequencies, from infrared to gamma rays, with exceptionally high energy resolution. We are currently developing X-ray detectors to the specifications set by the European Space Agency (ESA) for the ATHENA mission, an X-ray telescope. The student will be integrated in the research team, participating in the different aspects of the development of the detectors. On the one hand, he will participate in the manufacturing tasks, from the design of the masks and the deposition of the different materials by different techniques (sputtering, e-beam), to the fabrication of the devices in the Institute’s clean room. On the other hand, it will collaborate in the characterisation tasks. This is carried out in a dilution refrigerator with a base temperature of 6 mK, so the candidate will become familiar with state-of-the-art cryogenic techniques. A full characterisation of the devices will be performed, measuring R(T) curves, I-V curves at various temperatures, complex impedance and noise levels. From these measurements, the various parameters that characterise a TES will be extracted, including heat capacity, thermal conductivity, noise, critical temperature (Tc) and spectral resolution. Finally, using a 55Fe X-ray source, it will detect the pulses generated by the arrival of single photons and the resolution will be determined by analysing the pulse area. The goal is to achieve an energy resolution better than 3 eV for 5.9 keV photons, meeting the specifications set by ESA for the ATHENA mission. Therefore, the candidate will acquire extensive training in different experimental techniques such as fabrication, low-temperature physics, characterisation and data analysis.
Reference: JAEINT25_EX_0347
Researcher: Luis Oriol
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Antimicrobial nanomaterials based on siderophore-bactericidal systems
Bacterial resistance to antibiotics is one of the biggest emergencies we are facing in the field of health (although it can be considered global due to its social and economic repercussions) and for which multiple strategies are being developed from different disciplines, including chemistry, materials science and nanomaterials. This project aims, on the one hand, to use click/unclick chemistry concepts for the modification of bactericides with Fe chelating agents (siderophores) that enhance their antimicrobial activity, taking advantage of the . On the other hand, their inclusion in nanomaterials as addressing and protection agents, using nanogels and/or block copolymer nanocarriers.
The tasks to be carried out are:
(i) synthesis (click) of siderophore-bactericidal conjugates;
(ii) optimisation of the unclick conditions of the siderophore-bactericide system (with recovery of the bactericide);
(iii) formulation, synthesis and characterisation of nanohydrogels optimising the loading and conjugation of the siderophore-bactericide system;
(iv) synthesis and study of nanocarriers based on amphiphilic block copolymers.
In addition to training in organic and polymer chemistry, this project will provide training in the characterisation of nanomaterials and basic training in the biological study of antimicrobials (in this case in collaboration and depending on the development of the project).
Reference: JAEINT25_EX_0349
Researcher: Milagros Piñol
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Smart polymers for controlled drug delivery
The design of innovative systems for controlled drug delivery requires precision in the delivery form, so that the release can be targeted and tailored to the specific needs of each application. Among the various alternatives available, amphiphilic copolymers, capable of self-assembling in aqueous media, are a highly versatile platform. Through chemical modifications, it is possible to tailor both the self-assembly process and the encapsulation and release of bioactive molecules to the specific requirements of the particular application. In this context, obtaining macromolecules with reproducible self-assembly characteristics and response to different stimuli is key to progress in this field.
This project aims to synthesise block copolymers using advanced controlled polymerisation methods and click chemistry reactions, integrated with innovative fabrication techniques such as nanoprecipitation, microfluidics or polymerisation-induced self-assembly (PISA). The ultimate goal is the preparation of micellar hydrogels to optimise the dosage of antimicrobial or anti-inflammatory agents.
The training programme within the JAE INTRO ICU project is designed to provide knowledge and skills in controlled polymerisation techniques, post-synthetic modifications by click chemistry, as well as structural characterisation tools by NMR spectroscopy, infrared (IR), gel chromatography (GPC) and thermal analysis (TGA, DSC). The fabrication of self-assembled structures and their analysis by electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS) will also be addressed. Finally, the encapsulation of model molecules and their release against stimuli such as changes in pH, light or temperature will be investigated.
Reference: JAEINT25_EX_0513
Researcher: Lucía Gutiérrez
Group: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Training programme title: Alignment of intracellular vesicles using magnetic fields
The number of different applications using magnetic nanoparticles (MNPs) combined with magnetic fields is growing steadily. This is due to the possibility to control remotely and with temporal and spatial control of the production of heat and forces at the nanometre level. Examples include: use in cancer treatment by magnetic hyperthermia, drug transport, magnetogenetics, etc.
An unknown part of these processes is the dynamic formation of chains of particles to form elongated structures when exposed to alternating magnetic fields. The reason why there is very little information on this phenomenon is mainly due to the fact that, depending on the composition of the nanoparticles, this will be a reversible phenomenon once the magnetic field is turned off, which makes it very difficult to monitor and characterise.
The proposed JAE project work is part of the MAG-CHAIN project, which aims to investigate the dynamic processes that occur when MNPs are exposed to an AC magnetic field leading to the formation of elongated structures. In particular, this JAE project focuses on the framework of biomedical applications, where the generation of elongated structures can cause mechanical damage at the subcellular level.
The JAE project includes the preparation of nanoparticles and their characterisation. These particles will be used to assess particle internalisation using different cell cultures. Once the particles have been internalised, the alignment of particles and intracellular vesicles when the cultures are exposed to magnetic fields will be studied. The impact of these phenomena on cell viability will be studied.
Methodologies in which the candidate will be trained:
– Synthesis of magnetic nanoparticles.
– Methods of characterisation of nanoparticles: Transmission Electron Microscopy, hydrodynamic radio measurements (DLS), magnetic characterisation, elemental analysis.
– Work with cellular models.
– Application of alternating magnetic fields to cell cultures.
– Monitoring of vesicle movements by microscopy.
– Data analysis and reporting.
Reference: JAEINT25_EX_0576
Researcher: Alberto Concellón
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Synthesis of fluorescent polymers for biomolecular sensing with liquid crystal emulsions
Liquid crystal emulsions (LCEs) are highly promising systems for the development of optical biosensors due to their high sensitivity and selectivity [https://doi.org/10.1002/anie.202308857]. Small interactions between the analyte and the emulsion can induce significant changes in their macroscopic properties, making them ideal tools for the detection of biomolecules and pathogens. This project aims to develop new fluorescent polymers capable of detecting analyte-induced changes in the internal organisation of ECLs, thus contributing to the design of portable optical biosensors for Point of Care (PoC) diagnostics.
For this purpose, amphiphilic block copolymers incorporating chromophores capable of inducing aggregation emission will be synthesised. Subsequently, these polymers will be used in the preparation of ECL and the variation of their fluorescent properties in response to different analytes will be studied. The experimental work will start with the organic synthesis of fluorescent monomers and polymers, followed by the structural characterisation of the compounds using techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR), infrared spectroscopy (IR) and mass spectrometry (MS). The properties of the polymers will then be analysed by NMR and gel permeation chromatography (GPC), followed by preparation of ECLs and characterisation of their morphology by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Next, their optical properties will be studied by fluorescence spectroscopy, to finally evaluate the response of these emulsions to biomarkers or pathogens, with the aim of establishing correlations between the structure of the polymers and the sensitivity of the system.
This project will allow students to acquire autonomy in the laboratory by developing skills in synthesis, purification and structural characterisation of organic compounds. It will also foster transversal skills such as teamwork in a chemical research environment, bibliographic management and critical analysis of scientific literature. It will also foster independence and responsibility for experimental work, as well as the ability to prepare and present scientific reports with rigour and clarity. The training acquired in this project will provide the student with a basis.
Reference: JAEINT25_EX_0577
Researcher: Vera Cuartero
Group: Radiación Sincrotrón y Materiales: Investigación básica y Aplicaciones (RASMIA)
Training programme title: New materials for sustainable solid state cooling: synthesis and characterization
Currently, approximately 20% of CO2 emissions come from the manufacture and operation of devices used for cooling and heating, which are based on gas compressors that use greenhouse gases. Solid-state cooling is a promising alternative to these conventional systems, as this technology has proven to be able to provide efficiencies of up to 70% and avoids the use of environmentally harmful gases. This work proposes the development of new ceramic materials with applications in sustainable cooling by means of the electrocaloric effect, which consists of a temperature change in the material controlled by electric fields.
The main objective is to improve the electrical properties of these functional materials by controlling their composition and structure. For this purpose, the synthesis of ferroelectric oxides with high potential for solid state cooling will be carried out using the ceramic method. Different chemical compositions based on the material A6-xA’xB2Nb8O30 (A, A’=Ba, Sr, Ca; B= Ti, Sn, Hf, Zr) will be explored, as well as their structural evolution with doping, in order to describe phase diagrams and subsequently optimize their electrocaloric properties near room temperature. The synthesis will be carried out by solid state reaction, and the obtained materials will be analyzed by X-ray diffraction to study their crystalline structure. Electrical measurements will be performed with an impedance analyzer and a polarimeter as a function of temperature in those compounds that are single-phase.
This project offers an opportunity to work in an innovative area of materials science, with direct applications in the transition to more efficient and environmentally friendly refrigeration technologies, which is an attractive multidisciplinary starting point for the beginning of a research career.
Reference: JAEINT25_EX_0727
Researcher: Reyes Mallada
Group: Películas y Partículas Nanosestructuradas (NFP)
Training programme title: Electrification of chemical processes, catalyst activation processes with microwaves
One of the strategies for the decarbonisation of the chemical industry is the electrification of chemical processes with renewable energies. This industry consumes 21% of the energy in Europe. Dry reforming of methane (DRM) using CO₂ instead of H₂O to generate synthesis gas with an H₂/CO ratio of 1 is an effective way of reducing greenhouse gases. This reaction, catalysed by supported Ni and Fe, is endothermic, requiring temperatures above 650°C, i.e. high energy consumption. Microwaves (MWs) allow a selective and more efficient heating of the catalyst, avoiding heat losses associated with conventional conduction and convection mechanisms.
Reference: JAEINT25_EX_0763
Researcher: Ignacio Gascón
Group: Ensamblaje de Materiales y Modificación de Superficies (ENMA)
Training programme: Separation membranes based on ultra-thin films of porous metal-organic networks for efficient CO2 capture
Climate change, largely due to high greenhouse gas emissions, represents an enormous challenge for our society that makes it necessary to develop increasingly efficient technologies for CO2 capture and reuse. In this area, membrane technology has proven to be a method that offers significant environmental and energy advantages over other separation processes.
Porous metal-organic networks (MOFs) have a high surface area, can be designed to have a high affinity for CO2, and their synthesis as nanoparticles of homogeneous shape and size facilitates the production of ultra-thin films. However, to achieve an effective utilization of such films in separation processes (CO2/N2 or CO2/CH4 mixtures) it is necessary to deposit a thin polymeric layer on top of the MOF that provides the final membrane with the appropriate mechanical properties.
The student who chooses this training program will have the opportunity to contribute to the development of more efficient membranes (the thinner the membranes, the lower the cost of membrane preparation and of the separation process itself).
Specifically, the following tasks are contemplated:
i) Synthesis of MOF nanoparticles of homogeneous shape and size.
ii) Preparation of stable dispersions with these particles.
iii) Preparation of ultra-thin MOF films by: dip-coating, and Langmuir-Blodgett (LB) and their characterization by: SEM, UV and IR spectroscopy, XRD, etc.
iv) Deposition of polymeric layers on top of the MOF films and their characterization.
Reference: JAEINT25_EX_0825
Researcher: Anabel Gracia
Group: Quantum Materials and Devices (QMD)
Training programme title: Integration of radicals and proteins in superconducting circuits with atomic force microscopy for the development of quantum technologies
Therefore, to fully exploit the benefits of MWs in catalysis, it is crucial to develop catalytic materials with properties specifically tuned to respond efficiently to MW radiation.
Reference: JAEINT25_EX_0850
Researcher: Jesús del Barrio
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Beyond reversible covalent bonds: Engineering programmable hydrogels
In this project, Ni and Fe catalysts supported on perovskites and spinel-type mixed oxides will be developed, adjusting their physico-chemical properties to optimise their performance in MWs-assisted processes. The tasks to be carried out include synthesis with sol-gel and controlled precipitation techniques and characterisation of the materials (X-ray diffraction, specific surface area, XPS, TPR, SEM, TEM). Advanced characterisation techniques, HRTEM and synchrotron radiation techniques, such as X-ray absorption spectroscopy (XAS) XANES and EXAFS, with chemical selectivity at the atomic scale, will also be used to determine changes in the atomic arrangement and coordination environment of the atoms before and after MWs heating. The catalytic activity will be evaluated in an experimental system where it is possible to perform rate-controlled heating and observe the temperature of the solid with a thermographic camera, the output gases are analysed on-line in a gas chromatograph.
Reference: JAEINT25_EX_0854
Researcher: Thomas van Zanten
Group: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Training programme title: Building nanoscale biosensors: Peptide-driven assembly of photonic antennas
One of the biggest challenges in biotechnology is achieving high-contrast, real-time imaging of single molecules at physiological concentrations. Traditional approaches struggle with limited spatial resolution and poor signal-to-noise ratios. However, photonic antennas—like gold nanosphere dimers—can significantly enhance resolution and fluorescence, making them powerful tools for biosensing.
Despite their potential, widespread use of these nanostructures is hindered by high costs, scalability issues, and instability under physiological conditions. To overcome these limitations, our lab is developing a modular, peptide-based assembly to support gold nanospheres and create efficient photonic antennas. Why peptides? Because they offer a cost-effective, scalable, and bio-friendly way to assemble nanostructures—easily produced in bacteria and stable in biological environments.
Your Role in the Project
As part of this research, you will:
• Synthesize and Functionalize Gold Nanoparticles – Learn how to modify nanoparticles for biological applications.
• Engineer Peptide Modules – Design and produce self-assembling peptide scaffolds inspired by bacterial adhesion proteins.
• Characterize Photonic Antennas – Use fluorescence microscopy and single-molecule techniques to assess their performance.
• Master Cutting-Edge Techniques, including:
-Molecular biology methods (plasmid design, protein production, and purification)
-Nanoparticle characterization (UV-vis spectroscopy, DLS, electron microscopy, and gel electrophoresis)
-Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) microscopy for single-molecule imaging
-Data analysis and scientific reporting
This is an exciting opportunity to blend nanotechnology, synthetic biology, and advanced imaging to tackle real-world biosensing challenges. If you’re passionate about nanomaterials, molecular self-assembly, and cutting-edge microscopy, join us in pushing the boundaries of bio-nanotechnology!
Reference: JAEINT25_EX_1048
Researcher: Rosa Merino
Group: Procesado y Caracterización de Cerámicas Estructurales y Funcionales (ProCaCef)
Training programme title: Minority carriers in Y- and Tb-codoped zirconia. Implications for SOEC cells
Solid oxide fuel cells and electrolysers (SOECs) have become a key technology in the energy transition towards a more sustainable system based on fuels such as hydrogen. These devices operate at high temperatures (typically between 600 and 850 °C), which places significant demands on the construction of the devices and the compatibility of the components. They consist of electrolyte, often yttrium-doped zirconia (YSZ), active electrodes for H2 and O2 evolution respectively, and interconnects that collect the current and separate the gases. Operating temperatures and electrochemical gradients coupled with the presence of different material interfaces lead to degradation processes in operation that determine the lifetime of the devices.
Recently 1 we have established that doping the YSZ electrolyte with Tb is useful in the investigation of the high oxygen activity gradients generated in operating electrolysers, which in some cases cause degradation of the cells in operation. For a reliable quantitative analysis it is necessary to know precisely the conductivity of the minority carriers, electrons and holes, in the specific electrolyte.
The work to be carried out by the student aims to investigate the conductivity of minority carriers in zirconia ceramics codoped with Y and Tb and is part of the research on SOEC carried out by the PROCACEF group.
The study of the concepts involved and the execution of the tasks will allow the student to acquire valuable knowledge and skills in the field of hydrogen generation by means of SOEC devices and in materials science.
Dealing with degradation in Solid Oxide Electrochemical Cells: Novel Materials and Spectrosocopic Probes’. Adríán Robles Fernández, Doctoral Thesis, University of Zaragoza.
Reference: JAEINT25_EX_1071
Researcher: Silvia Hernández
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Development of DNA origami structures for cardio-regenerative gene therapy
The aim of this work is to develop advanced materials based on DNA nanotechnology to promote cardiac regeneration through gene therapy. Specifically, DNA self-assembled DNA-based nanocarriers will be prepared and characterised by the DNA origami technique capable of harbouring large amounts of microRNAs (miRs) with cardio-regenerative effect. The origami will be functionalised to achieve cardio-selective targeting. Their biostability will be studied and their selective delivery capacity and therapeutic effect on human cardiomyocytes will be assessed.
The tasks to be carried out in the project include:
– Development of DNA origami nanostructures.
– Functionalisation of DNA origami with cardiospecific ligands
– Encapsulation of therapeutic nucleic acids
– Assessment of the biological stability of DNA origami
– Evaluation of cytocompatibility, cell internalisation and therapeutic effect of DNA origami in cardiomyocytes.
Reference: JAEINT25_EX_1084
Researcher: María Bernechea
Group: Películas y Partículas Nanosestructuradas (NFP)
Training programme title: Development of materials for sodium-ion batteries
One of the most important challenges facing our society is to develop energy storage systems that enable the deployment of renewable energies, electric mobility and portable devices. Currently, the most widely used system is lithium-ion batteries, but lithium is not so abundant and, moreover, we depend on foreign countries for its supply. It is therefore of utmost importance to develop complementary systems so as not to rely exclusively on lithium-ion batteries for energy storage.
In this context, sodium ion batteries are very attractive as they are cheaper, safer and more easily recyclable than Li-ion batteries. However, to realise their full potential, it is necessary to develop materials that optimise their storage capacity and lifetime.
Thus, the MAIN OBJECTIVE of this work is to develop optimised materials for use as electrodes in sodium-ion batteries.
The MAIN TASKS of the project will be:
1. Bibliographic review to understand and deepen the subject of study.
2. Synthesis and characterisation of materials.
3. Fabrication of electrodes with the materials.
4. Evaluation of the electrodes in sodium-ion button cells.
Reference: JAEINT25_EX_1135
Researcher: Raluca Fratila
Group: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Training programme title: Cell membrane models for localised heating studies
Nanoscale heating allows the response of the cell membrane to temperature stimuli to be interrogated with an unprecedented level of precision due to the similar size of nanomaterials and biomolecules. Magnetic nanoparticles (MNPs) can produce heat locally under the application of an alternating magnetic field (AMF); this process is known as magnetic hyperthermia (HM). If MNPs are immobilised on the cell membrane, when exposed to an AMF they will act as ‘nano-heaters’ and induce precise, localised heating, without triggering cell death (sublethal magnetic hyperthermia). However, studying the effect of localised heating on the properties of living cell membranes is not a trivial task due to the intrinsic complexity of the cell membrane.
The main objective of the work is the development of cell membrane models to assess the effect of localised magnetic hyperthermia. Several types of models will be used: plasma membrane-derived vesicles, liposomes and unilamellar vesicles. The different cell membrane models will be modified to incorporate MNPs and exposed to alternating magnetic fields with different parameters (frequency, field strength and time of field application). The effect of the heat generated by the MNPs upon application of the magnetic field on membrane fluidity will be investigated by means of spectroscopy and fluorescence microscopy methods. With this study, we expect to obtain relevant information on the alteration of membrane lipid organisation and cell membrane fluidity in response to localised heating induced by magnetic hyperthermia. This information is key for applications related to remote control of the cell membrane by localised magnetic hyperthermia.
Methodologies in which the beneficiary will be trained:
1) Functionalisation and characterisation of magnetic nanoparticles.
2) Preparation of cell membrane models
3) Techniques for the analysis of nanomaterials, fluorescence microscopy and cell cultures.
4) Transversal skills related to the presentation of results in group seminars, teamwork or scientific dissemination.
Reference: JAEINT25_EX_1194
Researcher: Rafael Martín Rapún
Grupo: Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (BIONANOSURF)
Training programme title: Coacervates for antimicrobial coating applications
Los coacervados son glóbulos formados por la agrupación local de macromoléculas en el seno de una fase líquida, generalmente acuosa. El resultado es un sistema bifásico en el que ambas fases son líquidas. Los coacervados han podido tener un papel fundamental en el inicio de la vida y en el desarrollo de orgánulos celulares, entre otros fenómenos.
En los estos sistemas, la separación de fases se produce porque se establecen múltiples interacciones débiles entre las macromoléculas que los forman. Los coacervados están en equilibrio dinámico con su entorno y son sensibles a cambios en las condiciones. Se pueden utilizar como transportadores de fármacos, en formulaciones de adhesivos, catálisis o en el estudio de sistemas fuera del equilibrio, entre otros.
En nuestro grupo de investigación estamos interesados en explorar la aplicación de coacervados en adhesivos y recubrimientos de base acuosa con actividad antimicrobiana. El trabajo consistirá en la preparación de coacervados y el estudio de sus propiedades físico-químicas, su biocompatibilidad y su actividad biológica. Para la preparación se partirá de polímeros cargados negativamente (polianiones) y de polímeros cargados positivamente, obtenidos de fuentes comerciales o preparados. Estos últimos serán polipéptidos obtenidos por polimerización de N-carboxianhidridos de aminoácidos, un procedimiento que permite obtener polipéptidos que emulan importantes características de péptidos naturales como la carga, longitud o la estructura secundaria.
Durante el trabajo, el/la estudiante utilizará técnicas de síntesis y caracterización como RMN, FTIR, UV-Vis, espectrometría de masas. Además, se iniciará en cultivo celular y con bacterias no patógenas.
El objetivo es que al finalizar la/el estudiante sea autónomo en el laboratorio y que sea capaz de seleccionar las técnicas experimentales más adecuadas, así como de analizar e interpretar los resultados.
El proyecto se realizará en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), recientemente reconocido como centro de excelencia Severo Ochoa. El/la estudiante se integrará en el grupo de investigación en Biofuncionalización de Nanopartículas y Superficies (Bionanosurf), con proyectos en materiales antimicrobianos, biocatálisis, liberación de fármacos, nanopartículas magnéticas, magnetogenética o técnicas de diagnóstico rápido.
Reference: JAEINT25_EX_1084
Researcher: Pilar Lobera
Grupo: Películas y Partículas Nanosestructuradas (NFP)
Training programme title: Energy storage devices based-on sustainable nanomaterials
Efficient energy storage is a fundamental pillar of the energy transition. It is therefore necessary to develop new, more efficient and cheaper energy storage systems (batteries and supercapacitors), promoting the incorporation of renewable energies and sustainable mobility modes, reducing costs and covering the growing demand. Likewise, finding new materials that enable the development of such innovative energy storage systems is currently one of the main challenges facing the scientific community. Today, lithium-ion batteries are the dominant technology in energy storage, where mainly graphite, cobalt and lithium are used. However, these materials are expensive, scarce and mostly imported in Europe.
Referencia: JAEINT25_EX_1351
Personal investigador: Beatriz Zornoza
Grupo: Membranas y Catálisis con Materiales Nanoestructurados (MECANOS)
Título del programa formativo: Preparación de membranas híbridas eficientes para separaciones moleculares en fase gas (captura de CO2) y líquida (pervaporación)
La tecnología de membranas presenta una serie de ventajas respecto a las técnicas convencionales de separación, tales como alta eficiencia, fácil intensificación o bajos costes operacionales. Destaca, en primer lugar, su aplicación a la separación de gases, y en concreto a la captura de CO2 (principal gas contribuyente al efecto invernadero y al calentamiento global), y en segundo lugar en pervaporación, para la separación de mezclas de compuestos azeotrópicos y de punto de ebullición próximo. La utilización de estos procesos de membrana conlleva grandes beneficios en términos de selectividad, así como bajos requerimientos energéticos.
En este programa formativo JAE Intro 2025 el/la estudiante estará inmerso/a en un proyecto multidisciplinar que combina la Ciencia de los Materiales y la Tecnología de Membranas para un aprovechamiento eficiente de la Energía y la conservación del Medio Ambiente. El objetivo principal es la preparación de membranas poliméricas e híbridas (compuestas por polímero y materiales nanoestructurados porosos tipo MOF, del inglés “metal-organic frameworks”) que presenten buenas propiedades mecánicas y térmicas y que sean suficientemente robustas en operaciones de interés industrial. Para ello se plantea la fabricación de películas de capa fina sobre soportes poliméricos altamente porosos. Se sintetizarán MOF nanométricos que permitan incorporarse en la capa delgada selectiva, utilizando tanto polímeros comerciales de alto rendimiento como biopolímeros, una alternativa más ecológica y biodegradable con mayores dosis de sostenibilidad ambiental. El/la estudiante adquirirá una visión amplia del uso de diversas técnicas de caracterización de los materiales tipo MOF sintetizados y de las membranas, tales como XRD, TGA-DSC, FTIR, adsorción de N2, o las microscopías SEM y TEM, entre otras y, por último, medirá las propiedades de separación de las membranas en sendos sistemas experimentales (permeación de gases y pervaporación) mediante el uso de equipos cromatográficos.
La actividad se desarrollará dentro del departamento de Materiales para la Energía y el Medio Ambiente (MEM) en el INMA, en respuesta a la línea de investigación prioritaria como Centro de Excelencia Severo Ochoa: “High-performance molecular separation devices for CO2 capture” y, en concreto, al cumplimiento del objetivo específico “Preparation of functionalised nanoporous stimuli-responsive hybrid membranes”.
Reference: JAEINT25_EX_1355
Researcher: Teresa Sierra
Group: Cristales Líquidos y Polímeros (CLIP)
Training programme title: Liquid crystal phase-forming supramolecular materials for use in CO2 sequestration
The development of selective membranes capable of efficiently capturing CO2 and facilitating its reuse is an area of great interest in the fight against climate change and the reduction of greenhouse gas emissions. Polymeric membranes, while offering good permeability and selectivity properties, can be further optimised by the incorporation of externally stimuli-sensitive compounds. In this respect, liquid crystals stand out as versatile materials thanks to their defined molecular organisation and their ability to respond to factors such as temperature, light or electric fields. Moreover, the design of liquid crystals based on supramolecular chemistry not only simplifies their preparation, but also provides greater structural dynamism thanks to the presence of non-covalent interactions, such as hydrogen bonds and π-π interactions.
This work focuses on the preparation of molecules capable of forming liquid crystal phases by means of supramolecular interactions, such as hydrogen bonding and π-stacking. These interactions favour the columnar organisation of the molecules, generating functionalised pores with groups capable of interacting with CO2. To design these molecules, heterocyclic nitrogen units will be selected, given their potential to form hydrogen bonds both with each other and with complementary molecules.
Methodologies in which the candidate will be formed:
– Chemical synthesis of organic molecules using methodologies developed in the research group.
– Chemical characterisation using standard techniques in organic chemistry: H1 and C13 nuclear magnetic resonance (NMR), infrared spectroscopy (FTIR), mass spectrometry (MS).
– Characterisation of liquid crystal properties: thermal properties (calorimetry), optical textures (polarised light optical microscopy), mesophase nanostructure (x-ray diffraction).
– Incorporation of the prepared liquid crystals into porous polymers for the preparation of membranes in collaboration with the MECANOS group of INMA. Characterisation of the membranes.
– Search of bibliography related to the subject.
In addition to the scientific objectives, the student will have the opportunity to integrate into the work dynamics of a research group, and to strengthen their skills in the preparation of reports and oral presentations.
Reference: JAEINT25_EX_1374
Researcher: Miguel Á. Laguna
Group: Procesado y Caracterización de Cerámicas Estructurales y Funcionales (ProCaCef)
Training programme title: Development of high temperature electrolysers for green hydrogen production
In this project, the idea is to develop functional ceramic components for electrochemical applications and their devices, focusing on the study of ionic and mixed conductors for electrochemical devices. The main application will be high temperatures electrolysis for green hydrogen production (SOEC), but those materials could be also used for fuel cells (SOFC), Li ion conductors, H2 and O2 membranes, etc.). Final goal once those materials are developed is their integration to optimize different cells and electrochemical devices developed by the PROCACEF group at INMA. The improve performance and durability of SOFC and SOEC devices will be achieved by using two approaches: On the one hand, pursuing a detailed understanding of the processes at interlayer and grain boundaries using advanced microscopy techniques and developing new techniques of spectroscopic, in-situ characterization with spatial resolution that allow to study the electrochemical processes in operation. On the other hand, modifying microstructures and functionalization of interfaces of the devices combining ceramic processing and laser machining.
The following tasks will be conducted by the selected candidate:
The following tasks will be conducted by the selected candidate:
– Synthesis of novel ionic conductors (oxide or proton) or mixed conductors, more stable or with greater catalytic or photocatalytic activity. Develop new procedures for assembly in devices (cells).
– Integrate the developed materials into a cell operating in combined fuel cell and electrolysis mode for a period above 1000 hours at 800 ºC achieving current densities in the range of± 1 A cm-2.
– Development of novel oxygen electrodes with impregnated catalysers operating at intermediate temperatures (below 700 ºC)
For this purpose, the candidate will use the available infrastructure including equipment for ceramics processing (mills, conventional slip and tape casting, high temperature furnaces, ceramics pastes and solutions preparation, etc.); equipment for its composition, structural, microstructural and morphological characterization is available at the Institute of at the University (SEM, TEM, XRD, porosimetry, etc.); and equipment for characterization of fuel cells: I-V potentiostat with EIS capabilities, high temperature fuel cell stations, Probostat cell, with gas control equipment, etc.
Reference: JAEINT25_EX_1386
Researcher: Joaquín Coronas
Group: Membranas y Catálisis con Materiales Nanoestructurados (MECANOS)
Training programme title: Nanofiltration with thin-film composite membranes based on liquid crystal structures anchored to the support by interfacial polymerisation
Nanofiltration with thin-film composite membranes based on liquid crystal structures anchored to the support by interfacial polymerisation
Nanofiltration with membranes is one of the so-called emerging technologies aimed at solving important problems in our society. One of these is water purification by removing micropollutants such as dyes and pharmaceuticals present in low concentrations. The aim of this training scheme is to introduce the person joining the group with this support to liquid crystals (LC, using some of them commercially available) and membrane technology and their preparation and characterisation in the context of nanofiltration. The main hypothesis is to use LCs having amino groups that can react at the interface with an acyl chloride (such as trimesoyl chloride, TMC) in the way that happens in the formation of polyamide membranes by interfacial polymerisation on polysulphone or PVDF supports. This small project supports one of the lines of work included in the Severo Ochoa project recently awarded to the Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA).
The training plan comprises the following tasks:
1. Search for a commercial CL having in its chemical structure amino groups that can react interfacially with TMC on the surface of a porous polymeric support.
2. Study of the optimal contact conditions between CL and TMC in the interfacial polymerisation process (e.g., first impregnate the support with the CL or TMC and then add the other reagent or vice versa).
3. Application of the produced membranes to the nanofiltration of aqueous solutions with micropollutants (dyes in the approximate molecular weight range of 200-1000 Da). Determination of key permeation and rejection variables.
4. Following the previous task, study of certain variables (i.e. an external stimulus such as temperature, pH, etc.) that may affect the arrangement of the liquid crystals in the membrane structure and therefore, in a reversible way, its operation (water permeation and rejection).
5. Characterisation of the materials produced (XRD, SEM, TEM, FTIR, contact angle and surface Z-potential measurements, TGA, DSC, etc.).
Reference: JAEINT25_EX_1396
Researcher: Javier Blasco
Group: Radiación Sincrotrón y Materiales: Investigación básica y Aplicaciones (RASMIA)
Training programme title: New ceramic materials with magnetoelectric properties: synthesis and characterisation
Modern microelectronics is mainly based on semiconductor materials, which are central to CMOS transistor technology. CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) technology is the mainstay of transistors and integrated circuits. However, despite the impressive advances that have enabled the extreme miniaturisation of these devices, we face a physical and technological limit: leakage currents increase energy losses, and the continuous reduction in transistor size seems to have reached its minimum viable size. In fact, projections indicate that energy consumption associated with microelectronics could account for up to 20% of the world’s energy by 2030.
This data raises the urgent need to look for alternatives to CMOS technology, and one of the most promising alternatives focuses on magnetoelectric materials, which stand out for their ability to couple magnetic and electrical properties, allowing the mutual control of electrical polarisation by magnetic fields and vice versa. This feature opens the door to a new generation of faster, more compact and energy-efficient information storage and processing devices.
The main objective of this work is to improve the electrical properties of these functional materials and to promote magnetic ordering by controlling their composition and structure. To this end, the synthesis of oxides will be carried out using the ceramic method. Specifically, different chemical compositions based on the material Ba₄La₂B₂₊ₓB’₂ₓNb₈₋₃ₓO₃₀ (B= Fe, Co, Cr, Mn; B’= W, Re), as well as their structural evolution with doping, in order to describe phase diagrams and subsequently optimise their electrical and magnetic properties near room temperature. The synthesis will be carried out by solid state reaction, and the materials obtained will be analysed by X-ray diffraction to study their crystalline structure. Electrical measurements will be carried out with an impedance analyser and a polarimeter as a function of temperature, and magnetic measurements with squid magnetometers for those compounds that are single-phase.
This project offers an opportunity to work in an innovative area of materials science, with direct applications in the transition to more efficient and environmentally friendly refrigeration technologies, which is an attractive multidisciplinary starting point for the beginning of a research career.
Reference: JAEINT25_EX_1508
Researcher: José M. Luque
Group: Membranas y Catálisis con Materiales Nanoestructurados (MECANOS)
Training programme title: Intrinsic microporous polymer-based membranes for gas separations
Membrane technology is emerging as a promising solution for CO2 capture and global warming mitigation, thanks to its efficiency, compactness and scalability. At the industrial level, the most commonly used membranes are based on polymers such as cellulose or polyimide. However, they have a key limitation in the permeability-selectivity ratio, which prevents many from meeting industrial requirements. To improve their performance, various strategies have been explored, including the development of new polymers. This project addresses the challenge of synthesising membranes based on a new type of polymer, PIMs (polymers with intrinsic microporosity), with the aim of exceeding the performance of conventional materials in the purification of natural gas (CO2/CH4) and in the capture of CO2 in combustion gases (CO2/N2) or syngas (H2/CO2). PIMs stand out for their high permeability and molecular sieve properties. However, their stability remains a challenge, limiting their implementation due to two key phenomena, plasticisation and physical ageing. A promising strategy to mitigate these problems is the development of mixed matrix membranes with additives that stabilise the polymer matrix by inhibiting the restructuring of their polymer chains.
The methodology of the project is based on two work packages, most of which will be developed simultaneously: 1) Synthesis of PIMs and additives (MOFs, nanoparticles, etc.), 2) Manufacture, characterisation and evaluation of mixed matrix membranes based on PIMs for gas separation (CO2/CH4, CO2/N2 or H2/CO2).
The impact of the project can be summarised as follows: (1) Improving the efficiency of gas separation and its adaptation to variable conditions, facilitating the industrialisation of advanced membranes. (2) At a social level, it contributes to the reduction of CO2 emissions and the environmental footprint, in line with the EU Green Deal and the SDGs (7, 9, 11 and 13). (3) Economically, membranes are up to 10 times more efficient than conventional methods, with the potential to reduce 100 million tonnes of CO₂ and generate $4 billion in annual savings.
Reference: JAEINT25_EX_1593
Researcher: Víctor Sebastián
Group: Películas y Partículas Nanosestructuradas (NFP)
Training programme title: Design and application of microfluidic systems for the production of emulsions for use in biomedicine
Design and application of microfluidic systems for the production of emulsions for use in biomedicine.
Objective: Development of nanovectors for biomedical applications using continuous flow technologies to facilitate scalability and translation to clinical uses.
The research pursued in this proposal involves working in a multidisciplinary group in which the researcher will have access to different areas of work linked to the field of Nanotechnology and Biomedicine.
Activities:
– Bibliographic review on the subject of the proposal: Search for publications in Scopus and other search engines.
– Organisation and management of the bibliography in the preparation of scientific manuscripts;
– Development of methodologies for the production of nanovectors in continuous flow.
– Knowledge of encapsulation techniques to functionalise nanovectors with bactericidal properties.
– Study and interpretation of the results obtained
– Participation in the writing of a scientific manuscript
– Possibility of applying for a pre-doctoral contract to continue research work.
The researcher involved in this proposal will be able to develop the following competences:
Transversal competences:
– CT1:Ability to analyse results and diagnose analytical problems.
– TC2:Ability to work in a team
– CT3:Ability to solve problems
– CT4:Decision-making ability
– TC5: Ability to adapt to different cultural environments (biomedical laboratory and nanomaterials).
– TC6: Ability to learn continuously and develop autonomous learning strategies.
Specific competences:
– CE1:Ability to understand and apply the principles of basic knowledge of general chemistry, organic and inorganic chemistry, materials engineering, nanotechnology and biomedicine.
– SC2:Knowledge of the fundamentals of materials science, technology and chemistry. Understanding the relationship between microstructure and macroscopic properties.
– SC3:Knowledge of nanobiomedicine adapted to tissue engineering.
– SC4:Ability to understand current biomedical problems.
2024 JAE Intro grants
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
Reference: JAEINT25_EX_0227
Researcher: Cristina Momblona
Group: Películas y Partículas Nanosestructuradas (NFP)
Training programme title: Development of novel perovskite-based light-emitting devices
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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