En el proyecto “Ventanas al Cerebro” se propone el uso de un implante craneal hecho de óxido de zirconio estabilizado con itrio (YSZ), un material cerámico que destaca por su transparencia, biocompatibilidad y resistencia mecánica. Estas propiedades lo convierten en una plataforma ideal para facilitar el diagnóstico y tratamiento del cerebro de una manera muy poco invasiva, evitando de esta manera múltiples craneotomías. Sin embargo, existe el riesgo de que se presente una infección bacteriana en la superficie interna del implante, principalmente por Escherichia coli. Por lo tanto, para combatir esta problemática, se plantea la irradiación del implante cerámico YSZ mediante un láser de femtosegundos de 1030 nm y un diodo-láser de emisión continua de 808 nm, asistida por nanopartículas de Trióxido de Molibdeno (MoO₃) y Nitruro de Titanio (TiN). Estas nanopartículas presentan resonancia plasmónica superficial localizada, la cual puede aprovecharse por su capacidad para inducir, por un lado, efectos fototérmicos, para generar calor que afecte la viabilidad bacteriana, y por otro lado efectos fotodinámicos, que producen Especies Reactivas de Oxígeno (ROS) las cuales tienen la capacidad de dañar a las células bacterianas. Los resultados del proyecto son prometedores: se observó una inhibición bacteriana parcial por medio de irradiación por láser de femtosegundos sin nanopartículas, y una inhibición bacteriana total al implementar las nanopartículas de TiN a la irradiación láser continua, lo que posiciona a esta

estrategia como una alternativa eficaz y sin antibióticos para prevenir y tratar infecciones bacterianas. Los resultados de las nanopartículas de MoO₃ produjeron una inhibición bacteriana parcial, aunque el uso de estas nanopartículas no fue sencillo debido a que la ventana de tiempo en la que presentan su resonancia plasmónica es relativamente corta.

The “Windows to the Brain” research initiative proposes the use of a cranial implant made of Yttria-Stabilized Zirconia (YSZ), a polycrystalline translucent ceramic material known for both its biocompatibility and mechanical strength. These properties make it an ideal platform to enable brain diagnosis and treatment (theranostics) in a highly minimally invasive manner. However, there is a risk of bacterial infection on the implant’s inner surface, mainly caused by E. coli bacteria. To address this issue, our current project explores the irradiation of the YSZ implant using either a direct 1030 nm femtosecond laser treatment or a 808 nm continuous-wave diode laser, assisted by Molybdenum Trioxide (MoO₃) or Titanium Nitride (TiN) nanoparticles. These nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonance at 808 nm, which can be exploited to induce both photothermal and photodynamic effects, thereby damaging bacterial cells. Preliminary results reveal promising: partial bacterial inactivation was observed using femtosecond laser irradiation solely, and total inactivation was achieved when TiN nanoparticles were incorporated to continuous-wave diode laser irradiation. These results position the proposed strategy as an effective, antibiotic-free alternative for preventing and treating bacterial infections. MoO₃ nanoparticles only prove partial bacterial inactivation, mainly because of the shortness of time in which the nanoparticles exhibit the plasmonic resonance.