En este proyecto, se diseñan nanoantenas basadas en dos nanocilindros coaxiales de oro macizo, separados por una brecha de pocos nanómetros en la cual se ubican moléculas a detectar y caracterizar, por ejemplo, ADN, biomarcadores de mal de chagas, pesticidas, agrotóxicos, etc. Estas nanoantenas poseen la capacidad de incrementar el campo electromagnético en la cavidad y mejorar la sensibilidad de detección por espectroscopía Raman amplificada por superficie (SERS). Las dimensiones tanto de la separación como el largo y diámetro de los nanocilindros son cuidadosamente seleccionadas con simulaciones previas para optimizar el acoplamiento electromagnético del campo lejano con el campo cercano, amplificando la interacción con moléculas. En particular, se estudia la factibilidad de contactar las nanoantenas para incorporar la capacidad de detección por transporte eléctrico como complemento a la información obtenida con SERS. De cara a las ulteriores fabricaciones e implementaciones experimentales para la detección de trazas de biomoléculas relevantes a problemas del agro, medio ambiente y salud, el proyecto se enfoca inicialmente en la exploración teórica con simulaciones del efecto de contactar las nanoantenas. El objetivo específico es encontrar configuraciones en las cuales habilitar la modalidad de transporte eléctrico que no perjudique la amplificación óptica necesaria para la detección SERS eficiente. Esta tecnología dual, de ser exitosa, permite utilizar la detección óptica para identificar que se tiene el tipo de molécula deseada, y la información eléctrica aporta información adicional que, para el caso de moléculas de ADN, es posible identificar mutaciones.

En Latinoamérica, es particularmente alarmante el elevado número de pacientes que sufren de enfermedades denominadas olvidadas, como, por ejemplo, el mal de Chagas. Lograr métodos alternativos de detección y diagnóstico que cumplan con las exigencias modernas sigue siendo un desafío importante con el que se intenta contribuir en el presente proyecto, mediante el desarrollo de sistemas de detección ultrasensibles basados en dispositivos plasmónicos y, eventualmente, conductimétricos o electroquímicos. El desarrollo propuesto de biosensores optoeléctricos u optoelectroquímicos, empleando nanoantenas modificadas con moléculas de bioreconocimiento, constituye un método de detección alternativo y sensible. Por un lado, las mediciones eléctricas permiten detectar concentraciones del orden de picomolar y brindan información indirecta acerca de la presencia de una molécula sobre una superficie conductora, aunque por sí mismas no son determinantes de la naturaleza de la molécula. Por otro lado, las técnicas espectroscópicas brindan información específica acerca de una molécula y su entorno, siendo también sumamente sensibles, como en el caso de la espectroscopía Raman aumentada por superficie (SERS), que hace posible detectar muy pocas moléculas en la región del hot spot. La ventaja de acoplar ambos métodos consiste en que se puede evaluar simultánea e inequívocamente las propiedades ópticas y eléctricas del sistema en estudio. El dominio de estas tecnologías permite utilizar detección de moléculas con aplicaciones en la industria del agro, el medio ambiente y de la seguridad al habilitar la detección de agrotóxicos, pesticidas, contaminantes, explosivos, etc.

La investigación de este proyecto deja conocimientos nuevos al país, tanto en lo que es capacidad para realizar simulaciones como en sus aplicaciones. Las aplicaciones no solo incluyen al área de salud y detección de enfermedades como el mal de Chagas, sino que también se aplican al área de agricultura, medio ambiente, seguridad, entre otros. En el proceso, se capacita a becarios en estas temáticas. Más allá del éxito de la investigación, lo que resulta de este proceso de estudio es el inicio de un sector de ciencias aplicadas que tiene mucho potencial en los futuros diseños con utilidad industrial y social.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Salud

Sector: General

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio: 01/12/2018

Fecha de cierre: 01/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

El objetivo principal del proyecto es el diseño y optimización de nanoantenas contactadas, con el fin de mejorar el incremento del campo electromagnético en las cavidades de dichas nanoantenas, para luego aplicarlas a la detección de trazas de biomoléculas relevantes a problemas de salud, medio ambiente y agro. En particular, se estudia la factibilidad de contactar las nanoantenas para incorporar la capacidad de detección por transporte eléctrico como complemento a la información obtenida con espectroscopía Raman aumentada por superficie (SERS), y encontrar configuraciones en las cuales habilitar la modalidad de transporte eléctrico que no perjudique la amplificación óptica necesaria para la detección SERS eficiente.

Objetivo específico 1

Obtención del factor de acrecentamiento electromagnético (EEF) originado por los plasmones de superficie que interactúan con la onda electromagnética incidente en la cavidad de una nanoantena de oro.

Objetivo específico 2

Optimización de la geometría de las nanoantenas para obtener un adecuado EEF cuando se colocan contactos.

Objetivo específico 3

Fabricación, caracterización y aplicación de las antenas ópticas.

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional de Ingeniería

RUC: 20169004359

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Rímac

Dependencias: Facultad de Ciencias

Instituciones asociadas

Centro Atómico Bariloche

Tipo de entidad: Centros Internacionales, domiciliados o no domiciliados en el Perú

Régimen: Público

País: Argentina

Ciudad: Bariloche

Investigador principal

Nombres: Ludwin Misael

Apellido paterno: Leon

Apellido materno: Hilario

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctor en Física

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ciencias

Coinvestigador

Nombres: Carmen Rosa

Apellido paterno: Eyzaguirre

Apellido materno: Gorvenia

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ciencias

Coinvestigador

Nombres: María Laura

Apellido paterno: Pedano

Grado académico: Doctorado

Entidad: Centro Atómico Bariloche

Dependencia: Laboratorio de Propiedades Ópticas

Coinvestigador

Nombres: Andrés Alejandro

Apellido paterno: Reynoso

Grado académico: Doctorado

Entidad: Centro Atómico Bariloche

Dependencia: Laboratorio de Propiedades Ópticas

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Gestor tecnológico

Nombres: Gestor tecnológico no identificado

Apellido paterno: Gestor tecnológico no identificado

Apellido materno: Gestor tecnológico no identificado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Coordinador administrativo

Nombres: Magally Maritza

Apellidos: Vivas Araujo

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Técnico

Nombres: Leandro Milton

Apellidos: Guzzardo

Entidad: Centro Atómico Bariloche

Asistente de investigación

Nombres: José Carlos

Apellidos: Díaz Rosado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.