Aprendizaje Basado en Proyectos Interdisciplinarios Utilizando Microchips de Microfluídica

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Título :	Aprendizaje Basado en Proyectos Interdisciplinarios Utilizando Microchips de Microfluídica
Autor :	Olguin Contreras, Luis Fernando
Fecha de publicación :	2016
Resumen :	El objetivo de este proyecto es permitir a los alumnos de 6º y 7º semestres de las carreras de Ingeniería Química y Química de la Facultad de Química de la UNAM, desarrollar a lo largo de un semestre proyectos multidisciplinarios que involucren el diseño, fabricación y utilización de microchips de microfluídica. Estos microchips son dispositivos de unos cuantos centímetros cuadrados que en su interior contienen delgados canales (entre 10 y 500 micras de ancho), por los cuales pueden fluir cantidades muy pequeñas de líquidos (nano o femtolitros). En la actualidad los microchips de microfluídica se emplean en muy diversas áreas como: análisis ambientales, diagnósticos portátiles, análisis genómicos y proteómicos, formación de microemulsiones, síntesis química de moléculas orgánicas y de micro y nanopartículas entre muchas otras. A pesar de ser una tecnología joven, se está convirtiendo en una herramienta central en muchos laboratorios e industrias debido al bajo consumo de reactivos, costos reducidos y alta eficiencia para realizar análisis. Los proyectos y microchips desarrollados por los alumnos durante un semestre girarán en torno a una problemática del mundo real en la cual su microdispositivo pudiera tener aplicación y generar un impacto positivo en la sociedad. La factibilidad de los proyectos será evaluada por alumnos y profesores involucrados y su contenido curricular podrá abarcar fácilmente las áreas de conocimiento pertenecientes al programa de estudio de la materia Laboratorio Unificado de Fisicoquímica (LUF), en la cual se contempla la implementación inicial de este plan de trabajo. Además de poner en práctica los conceptos científicos más importantes de la materia (electroquímica, fenómenos de superficie y cinética química) y aplicarlos a un desarrollo tecnológico, la elaboración de los proyectos permitirá a los alumnos desarrollar competencias importantes como: planeación de un pequeño proyecto; división de actividades; toma de decisiones en equipo; búsqueda bibliográfica de literatura científica y patentes; reconocimiento de la importancia de proyectos multidisciplinarios; innovación tecnológica, uso de herramientas computacionales y comunicación escrita y oral. Este proyecto PAPIME, con duración de un año contempla utilizar como principal instrumento la tecnología de impresión 3D para fabricar los microchips a un costo que se encuentra tan solo entre los $100.00 y $300.00 pesos por chip en compañías especializadas en impresión 3D que ya existen en México. Adicionalmente se podrán utilizar algunas otras técnicas de microfabricación de bajo costo descritas en la literatura para laboratorios de enseñanza y que no requieren la compra de equipos mayores. Se plantea comprar algunos equipos menores que, aunque no esenciales, pueden ayudar al desarrollo de los proyectos. Entre los más importantes están: bombas de infusión de bajo costo para mover los líquidos en los microcanales (~$400 USD) y microscopios digitales de bajo costo (~$650 USD) para tomar fotos y videos de los experimentos. Estos elementos junto con la infraestructura con que cuenta el Laboratorio Unificado de Fisicoquímica permitirán llevar a buen término los proyectos planteados. Durante el primer semestre se dará capacitación suficiente a profesores y alumnos en el uso de herramientas sencillas de diseño para impresión 3D y habrá una colaboración cercana entre los profesores involucrados quienes cuentan con distintas especialidades de la química. Se elaborarán reportes escritos, presentaciones orales y posters de los proyectos con microchips y sus aplicaciones. Finalmente se recopilarán los diseños de los microchips para crea un banco de datos de los diseños para futuras generaciones y se hará difusión de los proyectos y sus resultados en la Facultad de Química por medio de seminarios y a la comunidad docente por medio de al menos un artículo en una revista indizada.
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/4786
metadata.dc.contributor.responsible:	Olguin Contreras, Luis Fernando
metadata.dcterms.callforproject:	2016
metadata.dc.coverage.temporal:	2016-2017
metadata.dcterms.educationLevel:	nivel superior
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura
metadata.dc.description.objective:	El objetivo general de este proyecto es permitir a los alumnos de 6º y 7º semestres de las carreras de Ingeniería Química y Química de la Facultad de Química de la UNAM, desarrollar a lo largo de un semestre proyectos multidisciplinarios utilizando microchips de microfluídica como herramienta de trabajo. Estos proyectos, supervisados y guiados por los profesores, buscarán encontrar una solución a una problemática real y favorecerán entre los alumnos: la planeación de un pequeño proyecto; división de actividades; toma de decisiones en equipo; búsqueda bibliográfica de literatura científica y patentes; reconocimiento de la importancia de proyectos multidisciplinarios; innovación tecnológica, uso de herramientas computacionales y comunicación escrita y oral. Tenemos también como objetivo compartir las experiencias del presente proyecto con otros miembros de la Facultad de Química y la Universidad y despertar el interés por el área de microfluídica y generar conciencia del impacto que esta tecnología está teniendo en el análisis químico, síntesis química y pruebas diagnóstico.
metadata.dc.description.hypothesis:	Si el Laboratorio Unificado de Fisicoquímica ofrece a los alumnos cuatro u ocho horas de laboratorio a la semana, pero resulta ser una materia aburrida y que aporta poco conocimiento significativo a los alumnos, entonces crear proyectos que tengan un contexto de una problemática real, que promuevan la innovación, la búsqueda del conocimiento y que permitan a los alumnos diseñar sus propias soluciones, podría causar un efecto positivo y fomentar en los alumnos la capacidad de toma de decisiones e incrementar su formación crítica. Aquí se propone cubrir estos objetivos promoviendo el diseño, fabricación y uso de microchips de microfluidica.
metadata.dc.description.strategies:	El desarrollo de cursos de laboratorio de química a nivel licenciatura basado en proyectos no es una idea nueva y se cuenta con diversos artículos que relatan estas experiencias (J. Chem. Educ. 2011, 88, 1069-1073; J. Chem. Educ. 2014, 91, 655-661; J. Chem. Educ. 2015, 92, 444-449). Basados en esta literatura elaboramos un plan de trabajo pensado en un curso semestral de 16 semanas en la F. Q., considerando ya sea 4 u 8 hrs/semana. i) Introducción y elección de proyectos (sem. 1-3) En el LUF los grupos son entre 14 y 16 alumnos y se trabaja en equipos de 3 o 4 personas. Para este proyecto se plantea trabajar con esos mismos equipos. En la 1a clase se explicará el propósito y funcionamiento del curso, así como de manera general qué es la microfluídica. Durante la 2a y 3a clase se realizarán discusiones que encaminen a los alumnos a definir un problema de actualidad que no esté resuelto o requiera una mejora evidente. Este podría ser un problema ambiental, de medicina, contaminación, nuevas fuentes de energía, reciclaje, química verde o sustentable, etc. Al mismo tiempo se brindará información sobre las ventajas que la miniaturización ofrece para encontrar ideas novedosas para solucionar dichos problemas y que despierte su curiosidad por los microlfuidos. Cada equipo hará una lluvia de ideas que serán filtradas y votadas entre sus miembros. ii) Presentación de cada proyecto (sem. 4) Los alumnos presentarán de forma oral y escrita el planteamiento del problema que hayan escogido y una primera idea de cómo ayudar a resolverlo. Reconocerán los elementos que requieren sus proyectos y comenzarán una lista de materiales y equipos necesarios. Se pedirá a los alumnos diagramas de flujo, cronogramas y distribución de tareas. iii) Diseño de los microchips y experimentos (sem. 5 -7). Los alumnos comenzarán el diseño de los microchips aprendiendo las herramientas básicas para poder fabricarlos utilizando impresoras 3D. En nuestro laboratorio de investigación, alumnos de licenciatura sin previos conocimientos, han sido capaces de diseñar elementos básicos de microcanales en unos cuantos días. Además, existe muy un buen apoyo a través de videos tutoriales en el Internet. Si así lo amerita el proyecto, se podrían buscar otras opciones de microfabricación económicas descritas en la literatura: J. Chem. Educ. 2012, 89, 12881292. J. Chem. Educ. 2011, 88, 461-1464, que no requieran la impresora 3D. Los equipos de alumnos harán una planeación detallada de los experimentos y sus respectivos controles a realizar con los microchips. iv) Fabricación de microchips y ejecución de experimentos (sem. 8-15). Para este proyecto piloto se pensó que la mejor opción para fabricar los microchips es mandar los diseños a una compañía especializada en impresión 3D utilizando tecnología de esterolitografía (por ej. http://www.tridimx.com/impresi-n-3d). Con esta técnica es posible alcanzar una resolución de hasta 25 micras y dependiendo del tipo de dispositivo, estos se pueden construir totalmente en una resina transparente, o bien imprimir un molde que pueda ser utilizado para realizar litografía suave. Los archivos de los diseños de los microchips se envían electrónicamente y los dispositivos son devueltos por mensajería en tiempos de 3-5 días. El costo max. por chip es de $300 pesos, pero pudiera ser de solo ~$50 pesos. En un futuro y dependiendo de los logros de este proyecto, se podría pensar en adquirir una impresora 3D, cuyos costos oscilan entre los $30,000 a los $100,000 pesos. Este proyecto contempla la compra de bombas de inyección para jeringas que permiten introducir los líquidos de una manera muy controlada a los microchips. Y para llevara a acabo una visualización de lo que ocurre dentro de ellos se ha planteado la adquisición de microscopios con una cámara digital integrada que permite tomar fotografías y videos de los experimentos. Con estos dos elementos y los posibles métodos de detección con que cuenta el Laboratorio Unificado
metadata.dc.description.goals:	La duración de este proyecto está planeada por un año. Semestre 1: 1)Adquisición de equipos menores como son bombas de infusión para jeringas y microscopios digitales de bajo costo. 2)Adquisición de reactivos y materiales (jeringas; tubería de diámetro pequeño, portaobjetos, celdas espectrofotométricas, etc.) Dependiendo del tiempo de entrega de estos equipos, la elaboración de los proyectos durante este primer semestre podría ser de medio (8 semanas) o un cuarto (4 semanas) del semestres. En estos proyectos pequeños se pedirá a los alumnos que miniaturicen un ensayo químico y lo detecten por métodos electroquímicos, por espectrofotometría o por digitalización de imágenes. Este periodo también servirá a los profesores participantes sin experiencia previa en microfabricación tener un primer acercamiento a las técnicas. 3)Reunión de profesores involucrado a mitad de semestre. 4)Elaboración de reportes o posters o presentaciones por parte de los alumnos con sus microchips. 5)Se recopilarán los diseños de los microchips para crea un banco de diseños para futuros semestres. Intersemestre: Taller teórico-práctico de 10 h para profesores del LUF sobre tecnología de microchips y diseño y fabricación de microdispositivos. Semestre 2. 1)Adquisición de consumibles (jeringas, reactivos , etc) en caso de ser necesario. 2)Desarrollo de proyectos más complejos con duración semestral. 3)Dinámica de lluvia de ideas para escoger el tema. 4)Elaboración de plan de trabajo. 5)Orientación para el diseño y construcción de los microchips. 6)Asesorías entre profesores. 7)Fabricación y prueba de los microchips. 8)Elaboración de reportes, presentaciones y posters de los microchips y aplicaciones utilizadas. Feria de microchips. 9)Recopilación de los diseños de los microchips para el banco de diseños. 10)Elaboración de un artículo sobre el desarrollo y resultados del proyecto.
metadata.dc.description.selfAssessment:	El objetivo cumplido más importante fue involucrar a estudiantes de la Facultad de Química en la realización de proyectos de investigación multidisciplinaria basados en microchips de microfluídica. Estos proyectos de duración semestral fueron propuestos por los alumnos con la idea de ayudar a solucionar una problemática real en nuestro país (ver ejemplos en documentos adjuntos). Los proyectos tuvieron como principales beneficios: Fomentar la creatividad de los alumnos para formular nuevas ideas sobre como resolver un problema real. Búsqueda y lectura de artículos científicos. Redactar una propuesta de investigación. Realizar la planeación del proyecto. Diseñar experimentos. Fomentar la resolución de problemas prácticos que surgen al realizar experimentos (normalmente los alumnos no están expuestos a esta problemática cuando realizan practicas con protocolos preestablecidos). Llevar una bitácora de laboratorio organizada. Platicas orales cortas en las que en 3 minutos deben de concentrar sus resultados y principales conclusiones. Elaboración y presentación de posters en un coloquio con otros alumnos. Familiarizar a los alumnos con el formato de escritura de un artículo científico y desarrollar sus habilidades de escritura. Motivar a los alumnos a aprender cosas nuevas por si mismos. Algunos de los retos y problemas encontrados más importantes fueron: La elaboración de proyectos causó frustración en algunos alumnos al ver que se requerían muchas sesiones para obtener buenos resultados. Sin embargo, esto logró un acercamiento a lo que es la actividad real de investigación. También en un principio algunos alumnos encontraron frustrante no poder realizar todas las técnicas experimentales que les hubiera gustado hacer, o no contar con todos los reactivos que encontraban descritos en artículos científicos. Sin embrago, esto estimuló su creatividad y su desempeño por encontrar nuevas soluciones. En el caso de los profesores, se incrementó notablemente el tiempo que debieron dedicarle a la materia para trabajar con proyectos, en comparación al dedicado cuando utilizan prácticas tradicionales. Esto inhibió la participación de muchos docentes. Para sortear este obstáculo, se podrían diseñar proyectos acotados en los cuales exista una guía clara para el profesor de como podrían resolverse, siempre y cuidando no limitaran la creatividad de los alumnos ni los desmotivara a encontrar nuevas soluciones. A pesar de los retos que implica la elaboración de proyectos en laboratorios de licenciatura, creemos que vale al pena insistir en su implementación para ir transformando la forma actual de enseñanza en el laboratorio, que consiste muchas veces en solo seguir protocolos preestablecidos. Por el contrario, los proyectos representan experiencias retadoras a los alumnos y les permiten no solo aumentar sus habilidades prácticas, sino también sus habilidades intelectuales.
metadata.dc.description.goalsAchieved:	Durante el primer semestre del proyecto se cumplieron cabalmente todas las metas propuestas: 1) Adquisición de equipos menores: bombas de infusión para jeringas y microscopios digitales. 2 a) Adquisición de reactivos y materiales (jeringas; tubería de diámetro pequeño, portaobjetos, reactivos, etc.). 2 b) Elaboración de los proyectos durante el primer semestre por parte de los alumnos. 3) Reunión de profesores. 4) Elaboración de reportes, presentaciones y posters por parte de los alumnos sobre sus proyectos y sus microchips. 5) Se creó un banco con los diseños y descripción de proyectos para futuros semestres. Para el periodo intersemestral se había propuesto realizar un taller teórico-práctico de 10 h para profesores del Laboratorio Unificado de Fisicoquímica sobre tecnología de microchips y diseño y fabricación de microdispositivos. Sin embrago, esta meta no fue realizada y se encuentra pendiente para llevarse a cabo durante el intersemestre 2017-2/2018-1. De las metas propuestas para el segundo semestre del proyecto se cumplieron cabalmente las siguientes: 1)Adquisición de consumibles (jeringas, reactivos , etc). 2)Desarrollo de proyectos más complejos con duración semestral. 3)Dinámica de lluvia de ideas para escoger el tema. 4)Elaboración de plan de trabajo. 5)Orientación para el diseño y construcción de los microchips. 7)Fabricación y prueba de los microchips. 8)Elaboración de reportes, presentaciones y posters de los microchips y aplicaciones utilizadas. Feria de microchips. 9)Recopilación de los diseños de los microchips y descripción de proyectos para futuros semestres en un banco. La siguiente meta se encuentra en proceso de desarrollo: 10)Elaboración de un artículo sobre el desarrollo y resultados del proyecto. La siguiente meta no se cumplió: 6)Asesorías entre profesores.
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Química
metadata.dc.subject.DGAPA:	Química
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones:	2. Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud

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