Proyectos de Investigación

Los materiales con luminiscencia persistente (PersL) son capaces de almacenar energía óptica en defectos estructurales que actúan como trampas y generar luz mucho después de que desaparezca la fuente de excitación, i.e. en el afterglow, lo que permite introducir el tiempo como un elemento de diseño más en nuevas soluciones de iluminación. A pesar de las ventajas asociadas a la reducción de tamaño, las propiedades de los nanomateriales persistentes distan mucho de las de sus homólogos másicos. PHLOW busca encontrar nuevas formas de controlar la PersL mediante el diseño del entorno óptico de los emisores, un camino inexplorado hasta hoy. Para ello, se propone procesar láminas delgadas transparentes con PersL para su integración en arquitecturas fotónicas con el fin de optimizar el proceso de carga y mejorar la cantidad de luz emitida durante el afterglow. Es relevante destacar que los procesos de almacenamiento de carga y emisión compiten entre sí. Es decir, a medida que las trampas se llenan, también se vacían parcialmente en un proceso dinámico. Sin embargo, no existe ninguna estrategia diseñada específicamente para alterar el proceso de carga o aumentar el nivel de ocupación de las trampas. Al mismo tiempo, la tasa de desexcitación radiativa de una transición depende del entorno óptico a través de la densidad local de estados ópticos. Por este motivo, se espera que el diseño óptico tenga un impacto, además de sobre el mecanismo de outcoupling, sobre el proceso intrínseco de generación de luz, lo que debe permitir alterar el equilibrio de población de trampas, afectando a la cinética de carga y a la intensidad de la PersL. Así, se plantea como objetivo general el estudio del impacto que los cambios en el entorno óptico producen en los procesos de almacenamiento de energía y emisión de luz persistente para señalar el potencial del diseño óptico como herramienta para controlar la PersL en láminas delgadas transparentes. Este enfoque, naturalmente interdisciplinario, tendrá un profundo impacto científico, ya que nunca se ha explorado la fotónica para controlar los mecanismos de carga y emisión que determinan la PersL, pero también tecnológico, ya que permite el desarrollo de fuentes de luz dependientes del tiempo para impulsar conversores de color más versátiles, etiquetas inteligentes, recubrimientos novedosos para la lucha contra la falsificación o el almacenamiento óptico de datos.

Actualmente, el número de lesiones musculoesqueléticas que requieren el reemplazo de tejido óseo y cartilaginoso está aumentando drásticamente. Estas condiciones, denominadas defectos osteocondrales (OCD), se derivan de diferentes enfermedades. La Comisión Lancet estimó que únicamente en 2020, más de 500 millones de personas se han visto afectadas por la osteoartritis, con un coste médico asociado entre el 1 % y el 2,5 % del producto interno bruto en países con alto nivel de vida.La mayoría de los tratamientos aplicados para el OCD solo se dirigen al tejido cartilaginoso, por lo que actualmente se está investigando el uso de implantes bifásicos para tratar simultáneamente ambos tejidos. Estos implantes están formados por una sección rígida que sustituye al tejido óseo subcondral y una sección blanda que imita el cartílago. En este proyecto se propone la novedosa fabricación de implantes bifásicos personalizados para el tratamiento del OCD en regiones articulares. El uso de la impresión 3D-Direct Ink Writing (DIW) para ambos tejidos permitirá una fabricación a medida completa del implante. Por un lado, se optimizará la impresión de una aleación de β-Ti para obtener una pieza 3D con equilibrio biomecánico y biofuncional mejorado, según la experiencia previa de nuestro grupo en la fabricación de implantes a base de Ti por diferentes metodologías. Esta tecnología permite el control de la porosidad del objeto cuya optimización, junto con el uso de la aleación de β-Ti, conducirá a un sustituto óseo con un módulo de Young cercano al tejido óseo huésped, reduciendo el problema de estrés sin comprometer el rendimiento mecánico.La impresora DIW utilizada incluirá dos depósitos, para imprimir simultáneamente dos tintas diferentes y un eje rotatorio para la impresión en la parte superior de la superficie curva del implante. Además, la inclusión de un composite a base de quitosano con vidrios bioactivos en la sección metálica potenciará la osteointegración y reducirá la proliferación bacteriana debido a la actividad antimicrobiana. Las piezas impresas más prometedoras se evaluarán in vitro, utilizando hOB, e in vivo en conejos blancos de Nueva Zelanda. Los resultados obtenidos con la aleación β-Ti impresa se compararán con los obtenidos a partir de sustratos de Ti comercialmente puro y diferentes aleaciones de Ti preparados previamente por el grupo de investigación con la técnica space-holder para seleccionar el sustituto óseo con mejores prestaciones. Por otro lado, se optimizará un biomaterial del tipo Red de Polímeros Interpenetrados (IPN), para generar un hidrogel con las propiedades para ser impreso y funcionar como el tejido del cartílago. Esta IPN contendrá 2 materiales poliméricos diferentes. El principal con carácter antibiofouling, (demostrad en equipo), y un crosslinker de carbohidratos hidrofílicos (mejora biocompatibilidad). El segundo polímero es ácido hialurónico reticulado con
una diamina hidrofílica derivada de azúcar (mejorara adhesión/proliferación condrocitos). Se evaluará la proporción componentes y porosidad obtenida con la estrategia de impresión para mantener el comportamiento antibiofouling pero ofreciendo el desempeño requerido en términos de viscoelasticidad y resistencia que mimetizan el cartílago. Además, se evaluará in vitro su comportamiento celular
y génico. Así, el implante bifásico final se fabricará utilizando los sustitutos de tejidos más prometedores y se probará in vivo en conejos blancos NZ.