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- ItemPrediction of phase equilibrium in polyphenolic systems using PC-SAFT(2025) Bastías Barra, Arturo Iván; Canales Muñoz, Roberto; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLos polifenoles, una familia diversa de metabolitos secundarios presentes en matrices vegetales, son altamente valorados por sus beneficios para la salud. Sin embargo, su extracción y purificación presentan desafíos significativos, ya que son escasos en su forma pura y generalmente requieren el uso de solventes tóxicos e inflamables que dejan residuos no deseados en el producto final. El diseño sostenible de los procesos de extracción requiere no solo solventes amigables con el medio ambiente, sino también conocer la solubilidad de los polifenoles. Debido al alto costo de los polifenoles y la dificultad para obtenerlos, los datos experimentales sobre su solubilidad son limitados o inexistentes, lo que hace necesario contar con modelos predictivos robustos para describir un comportamiento en diversos solventes. Este trabajo se centra en predecir el equilibrio sólido-líquido (SLE) de los dímeros de procianidinas, compuestos polifenólicos derivados de los monómeros (-)-epicatequina y (+)-catequina, en solventes como agua, solventes eutécticos profundos (DES, por sus siglas en inglés) y sus mezclas. El estudio utiliza la ecuación de estado PC-SAFT (Perturbed Chain Statistical Associating Fluid Theory), calibrada con datos experimentales de SLE para (-)-epicatequina y (+)-catequina. A pesar del objetivo inicial de estudiar ambos monómeros y sus derivados, el análisis se limitó a las procianidinas compuestas exclusivamente por (-)-epicatequina. Esta limitación surgió debido a las incertidumbres estructurales de la (+)-catequina al estar en contacto con agua, como lo confirmó el análisis PXRD y las correlaciones entre su solubilidad y la razón entre masa de soluto y solvente. El estudio se dividió en tres etapas principales. En primer lugar, se intentó desarrollar herramientas computacionales en Python para implementar las ecuaciones de PC-SAFT y permitir la estimación de parámetros a partir de datos experimentales. Estas herramientas, construidas con NumPy, SciPy y Pyomo, no incluyeron el término asociativo de PC-SAFT, necesario para modelar polifenoles, debido a su complejidad. Por lo tanto, se usaron herramientas computacionales externas junto con rutinas escritas en este trabajo que permiten modelar SLE y calcular solubilidades y coeficientes osmóticos. La plataforma computacional incluye rutinas de optimización de parámetros que utilizan los algoritmos Nelder-Mead y de evolución diferencial para ajustar los datos experimentales. La segunda etapa involucró la medición experimental y modelación termodinámica de la solubilidad de la (-)-epicatequina en cinco sistemas acuosos, incluidos agua y DES, a 293.15, 303.15 y 313.15 K bajo presión atmosférica. La solubilidad se midió mediante métodos espectrofotométricos y gravimétricos, y el análisis PXRD confirmó la estabilidad de la estructura cristalina durante la experimentación. Los resultados mostraron que la solubilidad de la (-)-epicatequina varió significativamente entre los solventes, pero se mantuvo relativamente constante con la temperatura. Las mayores solubilidades se observaron en sistemas DES que contenían cloruro de colina y 25 % en peso de agua, con DES1+agua alcanzando una solubilidad más de 40 veces mayor que en agua. Estos hallazgos resaltan la importancia del contenido de agua en las formulaciones DES, equilibrando los aumentos de solubilidad y los problemas de viscosidad. Para la modelación, los parámetros PC-SAFT de (-)-epicatequina se ajustaron a datos experimentales de densidad y solubilidad, permitiendo predecir su comportamiento en diversos solventes. Los parámetros de interacción binaria se ajustaron para cada solvente, y el rendimiento del modelo se evaluó utilizando la métrica AARD, logrando desviaciones inferiores al 10% en la mayoría de los sistemas. Las predicciones reforzaron la idoneidad del 25 % en peso de agua como contenido óptimo para los DES, donde el aumento de la solubilidad debido a la adición de loruro de colina alcanza su punto máximo mientras se mantiene una viscosidad razonable. En la etapa final, se predijo la solubilidad de las procianidinas utilizando el enfoque wJPM, que estima parámetros oligoméricos a partir de parámetros monoméricos. Se predijo que las procianidinas compuestas por (-)-epicatequina tienen una mayor solubilidad que su monómero debido a sitios de asociación adicionales. Las procianidinas de tipo A exhibieron mayor solubilidad que las de tipo B, debido a la asimetría de sus esquemas de asociación. Aunque en el caso de la procianidina B2 en agua hay discrepancia con un experimento, las predicciones de PC-SAFT son lógicas y cualitativamente correctas. Este estudio avanza en la comprensión de la solubilidad de los polifenoles en sistemas complejos de solventes, apoyando la transición hacia solventes ecológicos para procesos de extracción sostenibles. Demuestra la utilidad de PC-SAFT como herramienta predictiva para modelar solubilidades y su potencial para guiar el diseño de procesos para productos naturales de alto valor. Al vincular parámetros oligoméricos con los monoméricos, este trabajo ofrece un marco para extender las predicciones de solubilidad a sistemas moleculares más complejos, contribuyendo al desarrollo de tecnologías verdes y eficientes.
- ItemMethodological proposal to strengthen critical thinking and grit in rural primary education context(2025) Gallardo Estrada, Carla Paola; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl grit y el pensamiento crítico son dos competencias humanas cruciales. Al formar parte de las competencias del siglo XXI, su adquisición es relevante para las personas que pretenden afrontar los retos del entorno actual, en rápida evolución. En consecuencia, comprender cómo facilitar su adquisición por parte de los preadolescentes es un reto de gran importancia. Este reto es aún más significativo en la educación rural, donde los recursos y las oportunidades de desarrollo profesional para los profesores son escasos. Motivada por este reto, esta tesis describe una investigación cuyo objetivo es mejorar el grit y el pensamiento crítico en estudiantes y profesores de escuelas rurales mediante el diseño e implementación de un modelo de clase innovador. Reconociendo que las escalas de grit existentes no estaban diseñadas para ser fácilmente comprensibles por los preadolescentes, el primer objetivo de esta tesis fue desarrollar y validar un instrumento específicamente adaptado para medir grit en niños de 9 a 13 años. Un hallazgo clave, validado mediante análisis factorial exploratorio y confirmatorio, es que los constructos que miden el grit para este rango de edad incluyen la perseverancia en el esfuerzo y la adaptabilidad a las situaciones, pero deben excluir la consistencia de intereses. Un segundo objetivo fue el diseño de una intervención para mejorar el grit y el pensamiento crítico de los estudiantes. La intervención consistió en un programa de formación para profesores, a los que se instruyó en un enfoque pedagógico para fomentar el pensamiento crítico y el grit en los estudiantes y se les proporcionaron los materiales necesarios para poner en práctica las clases. Este modelo de clase requiere que los alumnos lean textos, respondan a preguntas que promueven las habilidades de orden superior y debatan y reflexionen sobre estrategias para superar obstáculos académicos y personales. A lo largo de un curso académico, los alumnos participaron en actividades diseñadas según este modelo de clase. Nuestro tercer y último objetivo era diseñar una intervención para mejorar el grit de los profesores. La intervención consistió en diseñar sesiones de coaching para profesores centradas en mejorar su grit. Durante un curso académico, los profesores asistieron a cuatro talleres que incluían sesiones teóricas y prácticas sobre grit. Ambas intervenciones produjeron mejoras tanto en el grupo de estudiantes como en el de profesores. Los estudiantes mostraron un aumento estadísticamente significativo de la perseverancia en tareas complejas y de sus habilidades de pensamiento crítico, como demuestra su capacidad para resolver problemas y su participación activa en clase. Los profesores también mostraron mejor grit, mayor resiliencia y mejor disposición para afrontar los retos de la educación rural. Así lo demuestra el análisis cualitativo de las entrevistas individuales y el grupo focal con los profesores. Los principales resultados asociados a nuestras intervenciones ponen de relieve que la determinación y el pensamiento crítico pueden desarrollarse y reforzarse simultáneamente en los estudiantes cuando se aplican metodologías que promueven estas habilidades. Los profesores también afirman haber fortalecido su grit al enseñar el modelo de clase propuesto. Además, el enfoque reflexivo en el aula fomenta una mayor cohesión entre alumnos y profesores, lo que se traduce en un entorno de aprendizaje más resiliente y dinámico.
- ItemWater balance in the Chilean Altiplano: exploring the spatiotemporal scales of coupled atmospheric-hydrogeological processes(2025) Aguirre Correa, Francisca; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Hartogensis, Oscar; Bollasina, Massimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEsta investigación estudia los procesos multi-escala que gobiernan el balance hídrico en el Altiplano chileno, una región árida y de gran altitud compuesta por múltiples cuencas endorreicas. Mediante el uso de observaciones in situ, datos de teledetección y modelos numéricos, se analiza cómo la precipitación, la evaporación y el agua subterránea interactúan en escalas continental, regional y de cuenca. A gran escala, se muestra que ∼60% de la variabilidad intraestacional de la precipitación proviene de oscilaciones de alta frecuencia (<20 días) del Monzón de Sudamérica, desencadenadas por ondas de Rossby originadas en la Zona de Convergencia del Pacífico Sur. Estas oscilaciones provocan cambios abruptos entre fases monzónicas activas e inactivas, definiendo cuándo y dónde ocurre la precipitación. A escala regional, una circulación térmicamente impulsada genera un colapso de la capa límite atmosférica al mediodía sobre el desierto y transporta aire más frío y seco hacia humedales y lagunas adyacentes, creando peaks pronunciados de evaporación. Esta interacción pone de manifiesto cómo la dinámica de la capa límite regula la pérdida de agua a la atmósfera en un entorno heterogéneo. Por último, a nivel de cuenca, se observa que la recarga de agua subterránea ocurre en zonas de gran altitud donde la precipitación excede la evaporación. Por el contrario, el agua subterránea aflora en humedales, lagunas y zonas ribereñas de baja altitud que actúan como vías preferenciales para la evaporación, siendo los principales puntos de descarga del sistema endorreico. En conjunto, se demuestra que la precipitación establece el marco de la disponibilidad de agua, los procesos en la capa límite atmosférica rigen las tasas de evaporación y el agua subterránea media los flujos a escala de cuenca. Reconocer estos acoplamientos multiescala es esencial para estimar con precisión el balance hídrico y elaborar estrategias de gestión sostenible ante la variabilidad climática y la creciente demanda de recursos hídricos.
- ItemSimultaneous Acquisition of Water-Fat species and Velocity Images in MRI(2025) Denecken Campaña, Esteban Jorge; Uribe Arancibia, Sergio A.; Arrieta, Cristóbal; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLas enfermedades cardio metabólicas, impulsadas principalmente por las enfermedades cardiovasculares (ECVs), representan una amenaza significativa para la salud global. A diferencia de los factores de riesgo tradicionales, los marcadores basados en imágenes ofrecen una comprensión mas matizada de los cambios anatómicos y fisiológicos asociados con estas enfermedades. La resonancia magnética (RM) se destaca como una técnica capaz de proporcionar información cuantitativa detallada sobre el sistema cardiovascular y el estado metabólico, incluyendo la composición corporal y la cuantificación de grasa. Sin embargo, la adquisición de imágenes por RM presenta un desafío debido a su lentitud, dificultando la obtención oportuna de imágenes cardiovasculares y metabólicas. En este estudio, abordamos las dificultades que enfrenta la RM de contraste de fase (PC-MRI) cuando se somete a desafíos fisiológicos, incluidos el movimiento respiratorio y la presencia de grasa. Primero, analizamos los parámetros hemodinámicos calculados a partir de adquisiciones de flujo 4D durante respiración libre y utilizando técnicas de autoguiado respiratorio (Capitulo 2). Luego, introdujimos una novedosa secuencia PCME acoplada a un pipeline 3p-Dixon, que permite la reconstrucción simultanea de imágenes de agua, grasa y velocidad a partir de un solo escaneo (Capitulo 3). A través de pruebas con fantomas numéricos y estudios con voluntarios sanos, demostramos la capacidad de nuestro método PC 3p-Dixon para obtener resultados comparables a las técnicas estándar de manera mas eficiente. No obstante, un problema con este enfoque es que el modelo PC 3p-Dixon no incorpora la descomposición T2* ni un enfoque multipico del modelo de grasa. Este problema se resolvió desarrollando un método que integra PC-MRI 2D con T2* IDEAL (Capítulo 4). La validación de este método mediante simulaciones numéricas e imágenes por RM de voluntarios sanos confirmo su precisión en la estimación de los componentes agua-grasa y la información de velocidad. Finalmente, presentamos un enfoque novedoso que combina flujo 4D por RM con separación agua-grasa T2*-IDEAL, permitiendo la adquisición simultanea de flujo 4D por RM y mapas 3D de agua y grasa (Capítulo 5). En este enfoque, ajustamos ligeramente el tiempo de eco de cada segmento del flujo 4D por RM para abordar el problema de separación agua-grasa. Un estudio de prueba de concepto utilizando simulaciones con fantomas numéricos respaldo el método propuesto de flujo 4D T2*-IDEAL, mostrando resultados comparables a las técnicas estándar en componentes agua-grasa y en la información de velocidad.
- ItemDiseño de un switch molecular inducido por ligandos en la proteína metamórfica RfaH para el control de la expresión génica en Escherichia coli(2024) Molina Ramírez, José Alejandro; Ramírez Sarmiento, César Antonio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaEl plegamiento es un proceso específico por el cual un polímero de aminoácidos alcanza una estructura tridimensional única y compatible con su función, o estado nativo. Sin embargo, las proteínas metamórficas desafían este paradigma, ya que una misma secuencia de aminoácidos se pliega en diferentes estados nativos. Además, la transformación estructural reversible entre estados controla su actividad. El factor de transcripción RfaH es uno de los ejemplos más notorios de una proteína metamórfica. RfaH es un parálogo especializado de la familia de factores universales NusG, asociado con patogenicidad bacteriana. Su especialización está dada por el reconocimiento de secuencias específicas de ADN y por plegarse en dos estados nativos: su dominio carboxilo terminal (CTD) puede estar en un estado autoinhibido de horquilla α-helicoidal unido al dominio amino terminal (NTD) o en un estado activo como un barril β libre. Dado este cambio estructural y los elementos que lo controlan, RfaH constituye un switch molecular. Este tipo de proteínas experimentan cambios conformacionales en respuesta a un estímulo. En este sentido, una estrategia versátil para diseñar nuevos switches ha sido la inserción de dominios, en donde un dominio de unión, encargado de reconocer una señal, es fusionado a un dominio funcional, asociado con la función de interés. En este proyecto, RfaH fue utilizada para diseñar un switch molecular con respuesta a nuevas señales mediante ingeniería de proteínas. Primero, se determinó el mecanismo de plegamiento de RfaH y diferencias en estabilidad de sus estados nativos mediante ensayos de desplegamiento. RfaH mostró un desplegamiento cooperativo y sin intermediarios en el estado autoinhibido. Luego, mediante estudios de dinámica estructural, se determinaron regiones apropiadas en RfaH para la inserción de dominios de unión a ligandos. Se observaron diferencias de estabilidad y flexibilidad entre los estados α y β que no solo explican la especialización de RfaH en comparación a sus homólogos no metamórficos, sino que funcionalmente ejercen un control alostérico sobre la maquinaria transcripcional. Finalmente, se insertaron en RfaH dominios que muestran un notorio cambio conformacional en respuesta a la unión de ligandos, para controlar su conversión α→β y provocar su concomitante activación. El cambio estructural de RfaH en respuesta al ligando fue analizado con ensayos de desplegamiento y cambios en dinámica estructural local por anisotropía de fluorescencia. Se observó que la estructura de RfaH solo se ve modificada en presencia del ligando. Los resultados de este proyecto apoyan el uso de proteínas metamórficas para diseñar nuevos switches. La ingeniería de proteínas con RfaH podrá ser aplicada al control de la expresión génica o el desarrollo de biosensores.