Caracterización electroquímica de hidrogeles de alginato con óxido de grafeno reducido mediante técnica EIS y voltametría cíclica.

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2024

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Universidad de Concepción

Abstract

En este proyecto investigativo se desarrollaron hidrogeles con biomateriales y biocompatibles destinados a favorecer la regeneración celular. Un hidrogel con base de alginato (ALG), calcio (Ca), tanino (TA) y óxido de grafeno reducido (rGO) con variaciones en sus concentraciones, fueron elaborados y analizados usando un potenciostato mediante una celda de trabajo de tres electrodos. Para evaluar su conductividad electroquímica mediante dos técnicas: voltametría cíclica (CV) y espectroscopia de impedancia (EIS). Primero, se llevó a cabo una revisión bibliográfica para entender las técnicas utilizadas y el comportamiento de los materiales. Posteriormente, se prepararon muestras de hidrogel y se realizaron pruebas electroquímicas (EIS y CV) con el potenciostato para ajustar los parámetros necesarios. Con base en estas pruebas, se definió una metodología que incluyó la elaboración del hidrogel y la preparación de la solución de KI-H2SO4, con el propósito de conocer el comportamiento electroquímico, la capacidad de almacenamiento de carga y la impedancia de las muestras sumergidas en la celda de trabajo. Se realizaron entre 5 y 8 ciclos de voltamperometría cíclica y luego de 2 a 3 ciclos de pruebas de EIS. Los datos obtenidos de ambas técnicas se analizaron para evaluar la conductividad electroquímica de los hidrogeles en función de las variaciones en las concentraciones de los componentes. Durante el estudio, se observó que las concentraciones de rGO tenían un impacto significativo en la respuesta electroquímica de los hidrogeles. Los resultados indicaron que la muestra que contenía un 9% de rGO y 4.8% de TA presentó la mejor combinación en términos de baja resistencias. Específicamente, se obtuvieron valores de resistencias de R1: 31,62[Ω], R2: 26,19[Ω] y R4: 27,12[Ω]. Sin embargo, en cuanto a la capacitancia, esta muestra presentó valores más altos, con C3: 6,13 x10-6[F] y C3: 2,92x10-5[F]. Estos resultados sugieren que esta formulación no sólo es eficiente en la conducción de corriente, sino que también proporciona una alta capacidad de almacenamiento de carga. Además, se destacó como la más estable y precisa para aplicaciones electroquímicas.
The objective of this research project was to develop hydrogels comprising biocompatible and bioactive materials to facilitate cellular regeneration. An alginate (ALG) hydrogel base was prepared with varying concentrations of calcium (Ca), tannin (TA), and reduced graphene oxide (rGO). The hydrogel was analyzed using a potentiostat with a three-electrode working cell. To assess their electrochemical conductivity through two techniques: cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Firstly, a review of the literature was conducted to gain an understanding of the techniques employed and the behavior of the materials. Subsequently, hydrogel samples were prepared, and electrochemical tests (EIS and CV) were conducted with the potentiostat to adjust the necessary parameters. Based on the tests, a methodology was devised, comprising the fabrication of the hydrogel and the preparation of the KI-H2SO4 solution. This methodology was designed to ascertain the electrochemical behavior, the capacity for charge storage and the impedance of the samples immersed in the working cell. Between five and eight cycles of cyclic voltammetry were conducted, followed by two to three cycles of EIS testing. The data obtained from both techniques were analyzed to evaluate the electrochemical conductivity of the hydrogels in response to variations in component concentrations. The study revealed that rGO concentrations had a significant impact on the electrochemical response of the hydrogels. The results indicated that the sample containing 9% rGO and 4.8% TA exhibited the optimal combination in terms of low resistance. Specifically, the resistance values obtained for R1, R2, and R4 were 31.62 Ω, 26.19 Ω, and 27.12 Ω, respectively. However, with regard to capacitance, this sample exhibited higher values, specifically C3: 6.13 x10-6[F] and C3: 2.92x10-5[F]. These results suggest that this formulation is not only efficient in the conducting current but also provides a high charge storage capacity. Additionally, it was highlighted as the most stable and precise for electrochemical applications.

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Tesis presentada para optar al título de Ingeniera Civil Biomédica

Keywords

Electroquímica, Regeneración (Biología), Células, Voltametría

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