Universitat Politècnica de Catalunya
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCNot a member yet
290727 research outputs found
Sort by
Tema 3 (B): Descripció del Compte de Resultats Grup 7
No full textEn aquest vídeo es descriuen els comptes més rellevants del grup 7 del compte de resultats: vendes, ingressos i beneficis
Nano-enabled hydrogel coating for prevention of catheter-associated urinary tract infections
No full textTesi en modalitat de compendi de publicacionsTesi amb menció de Doctorat Internacional(English) Catheter-associated urinary tract infections (CAUTIs) represent a critical healthcare challenge, accounting for a substantial proportion of the nosocomial infections worldwide and imposing significant economic burdens on healthcare systems through prolonged hospitalisation, additional treatments, and increased healthcare costs. These infections are primarily initiated by bacterial adhesion to catheter surfaces, followed by the formation of structured biofilms that protect pathogens against host immune defences and antimicrobial treatments. Biofilm-embedded bacteria exhibit significantly enhanced antibiotic tolerance and facilitate horizontal gene transfer, thereby accelerating the emergence of multidrug-resistant strains. Current clinical strategies, including catheter replacement, systemic antimicrobial therapy, and conventional surface coatings, often prove inadequate due to limited efficacy duration, poor selectivity, or cytotoxicity concerns. This underscores the urgent need for innovative, multifunctional, and biocompatible solutions capable of preventing biofilm establishment whilst maintaining excellent biological compatibility.
The present doctoral thesis addresses these challenges through the design and development of advanced nano-enabled hydrogel-based coatings, specifically engineered to enhance the performance of urinary catheters. Innovative coatings were engineered to incorporate diverse antibacterial and antibiofilm nanomaterials, including lauryl gallate-, silver-, ceragenin-, and lignin-based nanoparticles, employing green and cost-effective methodologies such as sonochemical deposition and enzymatic grafting. These nano-actives were incorporated in bio-based and antifouling polymers including chitosan, catechol-modified gelatine, and polyzwitterions. The resulting hybrid coatings were engineered to combine synergistic contact-killing and sustained-release antimicrobial mechanisms with enhanced surface hydration and superior resistance to bacterial adhesion.
Comprehensive physicochemical characterisation confirmed the successful integration of the nano-enabled coatings onto indwelling urinary catheters, revealing tailored surface morphology, high stability, and controlled release profiles of the active compound. In vitro assays demonstrated potent bactericidal activity and biofilm inhibition against clinically relevant uropathogens, including Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus, under both static and dynamic flow conditions that simulate physiological environments. Cytotoxicity studies revealed high biocompatibility with human fibroblasts and keratinocytes, confirming safety for prolonged medical applications. Importantly, in vivo experiments using a rabbit catheterisation model showed significant reductions in microbial colonisation and excellent biocompatibility in animals fitted with the coated catheters, validating the protective performance of these devices under realistic physiological conditions.
This thesis establishes a framework for the design and implementation of nano-enabled coatings that synergistically combine antimicrobial efficacy, biofilm resistance, and host compatibility. The findings present promising pathways for advancing next-generation urinary catheter technologies and provide a solid foundation for clinical translation, ultimately aiming to minimise CAUTI incidence and reduce the global burden of antimicrobial resistance.(Català) Les infeccions del tracte urinari associades a catèters (CAUTIs) representen un repte crític per a la sanitat, ja que constitueixen una proporció substancial de les infeccions nosocomials arreu del món i imposen càrregues econòmiques significatives als sistemes de salut a causa de l’allargament de les hospitalitzacions, els tractaments addicionals i l’augment dels costos sanitaris. Aquestes infeccions s’inicien principalment amb l’adhesió bacteriana a les superfícies del catèter, seguida de la formació de biofilms estructurats que protegeixen els patògens contra les defenses immunitàries de l’hoste i els tractaments antimicrobians. Els bacteris incrustats en el biofilm presenten una tolerància antibiòtica significativament augmentada i faciliten la transferència horitzontal de gens, accelerant així l’aparició de soques multiresistents. Les estratègies clíniques actuals, que inclouen la substitució del catèter, la teràpia antimicrobiana sistèmica i els recobriments superficials convencionals, sovint resulten inadequades a causa de la seva durada limitada d’eficàcia, la baixa selectivitat o les preocupacions de citotoxicitat. Això posa de manifest la necessitat urgent de solucions innovadores, multifuncionals i biocompatibles capaces de prevenir l’establiment del biofilm alhora que mantenen una excel·lent compatibilitat biològica.
La present tesi doctoral aborda aquests reptes mitjançant el disseny i el desenvolupament de recobriments avançats basats en hidrògels potenciats amb nanotecnologia, específicament concebuts per millorar el rendiment dels catèters urinaris. Es van dissenyar recobriments innovadors que incorporen diversos nanomaterials antibacterians i antibiofilm, incloent nanopartícules basades en galat de lauril, plata, ceragenina i lignina, utilitzant metodologies verdes i econòmiques com la deposició sonoquímica i el grefatge enzimàtic. Aquests nanoactius es van incorporar en polímers d’origen biològic i antifouling, com la quitosana, la gelatina modificada amb catecol i els polizwitterions. Els recobriments híbrids resultants van ser dissenyats per combinar mecanismes antimicrobians sinèrgics de contacte i d’alliberament sostingut amb una hidratació superficial millorada i una resistència superior a l’adhesió bacteriana.
La caracterització fisicoquímica exhaustiva va confirmar la integració amb èxit dels recobriments amb nanotecnologia en catèters urinaris de permanència, revelant una morfologia superficial adaptada, alta estabilitat i perfils d’alliberament controlats del compost actiu. Els assajos in vitro van demostrar una activitat bactericida potent i una inhibició del biofilm contra uropatògens clínicament rellevants, com Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus, tant en condicions estàtiques com en flux dinàmic que simulen entorns fisiològics. Els estudis de citotoxicitat van revelar una alta biocompatibilitat amb fibroblasts i queratinòcits humans, confirmant la seva seguretat per a aplicacions mèdiques prolongades. És important destacar que els experiments in vivo utilitzant un model de cateterització en conills van mostrar reduccions significatives en la colonització microbiana i una excel·lent biocompatibilitat en els animals equipats amb catèters recoberts, validant el rendiment protector d’aquests dispositius en condicions fisiològiques realistes.
Aquesta tesi estableix un marc per al disseny i la implementació de recobriments amb nanotecnologia que combinen sinèrgicament l’eficàcia antimicrobiana, la resistència al biofilm i la compatibilitat amb l’hoste. Els resultats presenten vies prometedores per a l’avanç de les tecnologies de catèters urinaris de nova generació i proporcionen una base sòlida per a la seva translació clínica, amb l’objectiu final de minimitzar la incidència de les CAUTIs i reduir la càrrega global de la resistència antimicrobiana.(Español) Las infecciones del tracto urinario asociadas a catéteres (CAUTI, por sus siglas en inglés) representan un desafío crítico para la salud pública, ya que constituyen una proporción sustancial de las infecciones nosocomiales a nivel mundial e imponen cargas económicas significativas a los sistemas sanitarios mediante hospitalizaciones prolongadas, tratamientos adicionales y mayores costes sanitarios. Estas infecciones se inician principalmente por la adhesión bacteriana a las superficies de los catéteres, seguida de la formación de biofilms estructurados que protegen a los patógenos frente a las defensas inmunitarias del hospedador y los tratamientos antimicrobianos. Las bacterias incluidas en biofilms presentan una tolerancia significativamente aumentada a los antibióticos y facilitan la transferencia horizontal de genes, acelerando así la aparición de cepas multirresistentes. Las estrategias clínicas actuales, incluido el reemplazo de catéteres, la terapia antimicrobiana sistémica y los recubrimientos superficiales convencionales, a menudo resultan inadecuadas debido a su limitada duración de eficacia, baja selectividad o preocupaciones sobre citotoxicidad. Esto subraya la necesidad urgente de soluciones innovadoras, multifuncionales y biocompatibles capaces de prevenir el establecimiento de biofilms manteniendo una excelente compatibilidad biológica.
La presente tesis doctoral aborda estos desafíos mediante el diseño y desarrollo de recubrimientos avanzados basados en hidrogeles nanoestructurados, específicamente diseñados para mejorar el rendimiento de los catéteres urinarios. Se desarrollaron recubrimientos innovadores que incorporan diversos nanomateriales antibacterianos y antibiofilm, incluyendo nanopartículas basadas en galato de laurilo, plata, cerageninina y lignina, empleando metodologías verdes y rentables como la deposición sonocatalítica y el injerto enzimático. Estos nanoactivos se incorporaron en polímeros de base biológica y antiincrustantes, incluyendo quitosano, gelatina modificada con catecol y polizwitteriones. Los recubrimientos híbridos resultantes se diseñaron para combinar mecanismos antimicrobianos sinérgicos de eliminación por contacto y liberación sostenida, con hidratación superficial mejorada y resistencia superior a la adhesión bacteriana.
La caracterización fisicoquímica exhaustiva confirmó la integración exitosa de los recubrimientos nanoestructurados sobre catéteres urinarios, revelando una morfología superficial adaptada, alta estabilidad y perfiles de liberación controlada del compuesto activo. Los ensayos in vitro demostraron una potente actividad bactericida e inhibición de biofilms frente a uropatógenos clínicamente relevantes, incluyendo Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus, tanto en condiciones estáticas como de flujo dinámico que simulan entornos fisiológicos. Los estudios de citotoxicidad revelaron una alta biocompatibilidad con fibroblastos y queratinocitos humanos, confirmando la seguridad para aplicaciones médicas prolongadas. Es importante destacar que los experimentos in vivo utilizando un modelo de cateterización en conejos mostraron reducciones significativas en la colonización microbiana y una excelente biocompatibilidad en animales equipados con los catéteres recubiertos, validando el rendimiento protector de estos dispositivos bajo condiciones fisiológicas realistas.
Esta tesis establece un marco para el diseño e implementación de recubrimientos nanoestructurados que combinan sinérgicamente eficacia antimicrobiana, resistencia a biofilms y compatibilidad con el hospedador. Los hallazgos presentan vías prometedoras para avanzar en las tecnologías de catéteres urinarios de nueva generación y proporcionan una base sólida para la traslación clínica, con el objetivo último de minimizar la incidencia de CAUTI y reducir la carga global de resistencia antimicrobiana.Postprint (published version
D’ANÀlisi satel·litària
No full textEl programa Edusat Challenge ha introduït l’observació de la Terra a les aules d’alguns centres educatius mitjançant imatges de satèl·lit de Copernicus de l’Agència Espacial Europea. L’objectiu ha sigut l’ús de les imatges de satèl·lit per analitzar fenòmens i riscos naturals i observar-ne l’impacte, amb l’objectiu de fomentar l’interès de l’alumnat per les disciplines STEM. A l’aula, s’ha analitzat la DANA d’octubre de 2024 i la seva afectació en el territori a través de la utilització d’imatges de satèl·lit. Es van realitzar grups de treball i es va estudiar la DANA des d’un enfocament mediambiental, meteorològic, geogràfic i d’ordenació del territori. Els resultats del projecte es van recollir i presentar públicament utilitzant l’eina digital StoryMaps. La divulgació científica del projecte va concloure amb la participació en la I Jornada Edusat Challenge on l’alumnat va compartir experiències, multiplicant aprenentatges, amb diferents centres de Catalunya. El projecte ha permès a l’alumnat conèixer noves tecnologies i han après a interpretar i a utilitzar dades resolent problemes des d’una perspectiva STEM i desenvolupant competències que els seran útils pel seu futur. L’objectiu últim és promoure l’interès de l’alumnat per les disciplines científiques, tecnològiques i digitals, i incentivar vocacions científiques i tecnològiques
Alumnat que ensenya: una experiència d’aprenentatge-servei en el context del CFGS d’anatomia patològica i citodiagnòstic
No full textEn el context del mòdul de projecte de segon curs del cicle formatiu de grau superior d’anatomia patològica i citodiagnòstic, es realitza un escenari d’aprenentatge titulat “Positiu per seqüències de HPV, i ara què?” que implica la col·laboració amb alumnat d’altres centres de secundària. Es tracta d’una intervenció educativa d’aprenentatge-servei que té com a objectiu que l’alumnat aprengui la biologia del virus del papil·loma humà (HPV) i la seva relació amb la malaltia. En el procés d’aprenentatge, l’alumnat ha de preparar i realitzar una activitat de divulgació per transmetre aquest coneixement a joves de secundària i batxillerat d’altres instituts. L’escenari s’inicia amb l’anàlisi i discussió d’un testimoni real. A partir d’aquest, l’alumnat identifica la necessitat de fer divulgació científica i selecciona els continguts clau que cal transmetre. El repte plantejat és preparar i portar a terme una activitat de divulgació científica per un grup de joves de 4t d’ESO o primer de batxillerat d’un institut de secundària extern. Per tal d’avaluar l’impacte d’aquesta intervenció, s’ha realitzat un estudi de recerca educativa i els resultats mostren que l’alumnat la valora positivament, destacant un alt grau de satisfacció, motivació i adquisició de coneixements teòrics i competències transversals, com la comunicació, el treball en equip i l’autoregulació de l’aprenentatge
Projecte de descarbonització per mitjà de reduir consum de Gas Natural d’una fàbrica
No full textAquest Treball de Fi d’Estudis es centra en analitzar diverses estratègies de descarbonització aplicables a una planta industrial anònima amb una forta dependència de la calor de procés, avui dia basada principalment en gas natural. L’objectiu del treball és valorar alternatives que siguin tècnicament viables i econòmicament comparables, amb la voluntat de reduir de manera significativa les emissions associades al subministrament energètic sense posar en risc la continuïtat operativa de la instal·lació. I és que, al final, qualsevol canvi només té sentit si pot integrar-se en el dia a dia de la planta. En una primera etapa, s’ha analitzat el context energètic i regulador en què opera la planta, posant el focus en el marc europeu de reducció d’emissions. S’han revisat els principals instruments normatius que condicionen les decisions industrials, com ara el Règim de Comerç de Drets d’Emissió de la Unió Europea (EU ETS) i el mecanisme d’ajust en frontera pel carboni (CBAM), funcionament dels mercats energètics més rellevants,etc. Al mateix temps, s’ha dut a terme una caracterització del consum energètic i dels principals processos tèrmics de la planta, fet que ha permès identificar amb claredat on es concentren els consums més intensius i les emissions associades. A partir d’aquesta base, s’han definit i analitzat tres solucions alternatives de descarbonització amb un abast equivalent pel que fa a la reducció d’emissions, precisament per garantir una comparació justa entre opcions. Per a cadascuna d’aquestes solucions s’ha avaluat la viabilitat tècnica, els costos d’inversió i d’operació, els estalvis potencials en combustible i drets d’emissió, així com els principals riscos i limitacions associats. La idea no ha estat buscar la solució “perfecta”, sinó entendre bé els avantatges i les renúncies de cada alternativa. Els resultats mostren que, sota les hipòtesis de preu i de marc regulador considerades, cap de les solucions analitzades és econòmicament rendible a curt termini. Tot i això, l’opció basada en l’autoconsum de biogàs amb planta pròpia destaca com l’única que acaba mostrant una rendibilitat positiva a mitjà termini, encara que això impliqui una inversió inicial elevada i un nivell de complexitat operativa més gran. Les alternatives basades en biometà via xarxa o en bioGNL, malgrat presentar menys riscos tècnics i una implementació aparentment més senzilla, ofereixen resultats econòmics clarament desfavorables en l’escenari actual. En conjunt, el treball posa de manifest la importància d’analitzar de manera integrada els aspectes tècnics, econòmics i reguladors quan es plantegen processos de descarbonització industrial. Més enllà dels números, queda clar que aquestes decisions s’han de prendre amb una visió a mig i llarg termini, en un context de pressió ambiental i normativa creixent, on anticipar-se pot marcar la diferència entre adaptar-se o quedar enrere
Laser-induced graphene on axially oriented alginate–tannic acid–clay aerogel for energy harvesting and storage applications
No full textIn this work, a bio-based aerogel with axially oriented morphology was used as a substrate for laser induced graphene (LIG) conversion to fabricate carbon-based electrodes for energy harvesting and storage devices. The substrate materials provide intrinsic flame-retardancy and, together with the anisotropic structure, enable facile and controlled laser writing. The resulting LIG preserves the directional anisotropy of the aerogel, guiding heat propagation. Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) including the developed material, achieved a fill factor of 0.72 and photoconversion efficiency of 2.2 % under indoor conditions (1000 lux) using ¿-valerolactone (GVL) as the electrolyte solvent. Supercapacitors (SCs) were also developed employing LIG electrodes, exhibiting typical electrical double layer capacitor (EDLC) behaviour and remarkable rate capabilities under both cyclic voltammetry and galvanostatic cycling tests, with negligible resistive losses. The areal capacitance reached 1.49 mF/cm2, and the Ragone plot showed areal energy and power densities comparable to other sustainable LIG-based SCs. Overall, the aerogel has proven to be a sustainable alternative compatible with laser conversion processes. Remarkably, the aerogel's initial structure is preserved after the laser conversion process, allowing for substrate morphology pre-design to control the final LIG structure. These aerogels' features allow for tailoring carbon-based electrode morphologies toward optimized energy harvesting and storageThis publication was partially funded under the National Recovery and Resilience Plan (NRRP), Mission 4 “Education and Research”—Component 2 “From research to business”—Investment 3.3 "Introduction of innovative doctorates that meet the innovation needs of companies and promote the hiring of researchers by companies", through Ministerial Decree no. 352 of April 9, 2022. This article was also partially funded under the National Recovery and Resilience Plan (NRRP), Mission 4 “Education and Research”—Component 2 “From research to business”— Investment 3.1 “Fund for the realization of an integrated system of research and innovation infrastructures”—Call for tender No. n. 3264 of December 28, 2021 of Italian Ministry of Research funded by the European Union—NextGenerationEU—Project code: IR0000027, Concession Decree No. 128 of June 21, 2022 adopted by the Italian Ministry of Research, CUP: B33C22000710006, Project title: iENTRANCE. This work was partially funded by the project “nuovi Concetti, mAteriali e tecnologie per l'iNtegrazione del fotoVoltAico negli edifici e in uno scenario di generazione diffuSa” (“CANVAS”), funded by the Italian Ministry of the Environment and the Energy Security, through the Research Fund for the Italian Electrical System (type-A call, published on G.U.R.I. n. 192 on 18-08-2022). This result is part of a project that has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union's ERC Starting Grant agreement “CO2CAP” No. 949916. This manuscript reflects only the authors' views and opinions, neither the European Union nor the European Commission can be considered responsible for them. Miguel Sánchez-Soto acknowledges the EcoPolyRub Project: PID2023-151338NB-I00, funded by the Ministry of Science, Innovation and Universities, the State Research Agency, and the European Regional Development Fund (FEDER). Also acknowledges the support received from the Generalitat of Catalonia through the project 2021SGR01042. The authors would also like to acknowledge PRIN CARE - CO2 Advanced, environmental-friendly nano-technology based REduction (CARE)Postprint (published version
Perovskite redox materials for renewable hydrogen generation : exploration and synthesis of perovskite-type oxides for Chemical Looping applications
No full textThe transition towards sustainable energy systems necessitates the development of efficient methods for green hydrogen production. This master's thesis investigates the potential of perovskite-type oxides (ABO3-δ) as oxygen carriers for Chemical Looping systems, specifically for hydrogen generation via the Steam-Iron Process (SIP). Unlike traditional iron oxides, perovskites offer a flexible structure that allows for the tuning of redox properties and thermal stability through ionic substitution. The master thesis focuses on the synthesis and characterization of a series of perovskites based on calcium (Ca), lanthanum (La), iron (Fe), and manganese (Mn). A reproducible synthesis methodology was established to prepare 13 samples with different compositions and stoichiometries between them. The structural integrity and phase purity of the synthesized materials were evaluated using X-ray Diffraction (XRD), while the oxygen exchange capacity and redox kinetics were analysed via Thermogravimetric Analysis (TGA) under isothermal reduction and oxidation cycles with CO and CO2, respectively, at 800 °C. XRD results confirmed that manganate-based perovskites, such as CaMnO3 and LaMnO3, achieved high structural fidelity, whereas pure ferrites exhibited incomplete stabilization and the presence of secondary phases. TGA revealed that iron- containing structures demonstrate a higher capacity for oxygen release (vacancy formation) but lower thermal stability. Conversely, calcium substitution at the A-site enhanced thermal stability but was found to reduce reaction kinetics in certain compositions. The primary conclusion of this study identifies Sample 4 (LaFeO3) and Sample 13 (Ca0.5La0.5FeO3-δ) as the most promising candidates. These specific compositions demonstrated a synergistic effect between iron, lanthanum and calcium, outperforming other compounds due to its exceptional CO2 splitting performance (high Oxygen Exchange Capacity) and rapid oxidation kinetics, validating its suitability for continuous hydrogen production in fluidized bed systems.Outgoin
Kine : interactive Wellness
No full textAquest projecte consisteix en el desenvolupament d’un producte específic per a usuaris de residències a partir del repte plantejat per l’Asociación Solidaria con la Tercera Edad de Barcelona (ASTE Barcelona). Mitjançant la metodologia Design Thinking, a més d’altres tècniques aplicades com l’observació i l’entrevista, s’ha pogut empatitzar amb els usuaris potencials del producte i desenvolupar una proposta tècnica definida. La solució es basa en un
sistema que combina elements tangibles, que requereixen una manipulació física directa, amb interfícies digitals d'intercanvi d'informació. Aquesta dualitat es materialitza en un dispositiu amb una interfície gràfica, botonera i projector, acompanyat de cubs modulars interactius. L'objectiu final és millorar la qualitat de vida de les persones grans en residències, integrant el joc, la tecnologia, l’entrenament cognitiu i la socialització a través d'una experiència sensorial i física completa.2025/202
Physics-Informed Neural Networks for material modelling
No full textSoft self-healing polymers have gained increasing attention due to their potential to enhance durability, sustainability, and safety in applications such as soft robotics, flexible electronics, and adaptive structures. However, modelling their mechanical behaviour it remains challenging because of strong nonlinearities, temperature dependence, and the coupling between molecular design parameters and the macroscopic response. In particular, inferring synthesis-related material parameters from mechanical data constitutes a complex inverse problem that is difficult to address using conventional constitutive modelling alone. This work investigates the use of machine learning techniques, specifically Data-driven Neural Networks and Physics-Informed Neural Networks (PINNs), for the inverse modelling of soft self-healing polymer networks based on Diels–Alder reversible chemistry. An experimental database of uniaxial stress–strain curves is constructed and used to train neural network models aimed at predicting key material parameters, namely the molar mass of the furan-functionalized chains, the stoichiometric ratio between reactive groups, and the furan functionality. A purely Data-driven Neural Network is first developed as a baseline model to assess the feasibility of parameter prediction from mechanical response data alone. To improve robustness, physical consistency, and generalization, a physics-informed approach is subsequently introduced. The PINN framework incorporates established continuum mechanics relations, based on a compressible neo-Hookean formulation and rubber elasticity theory, directly into the training process. This hybrid strategy constrains the learning task using physical laws, reducing ambiguity in parameter identification and mitigating overfitting in data-scarce regimes. The performance of the Data-driven and Physics-informed models is evaluated using quantitative error metrics and qualitative stress–strain curve comparisons. The results demonstrate that PINNs provide improved prediction accuracy, enhanced physical consistency, and greater stability compared to purely data-driven models. Overall, this work highlights the potential of physics-informed machine learning as an effective tool for material characterization and design, offering a promising pathway toward accelerated development of soft and self-healing polymer systems.Outgoin
The M-matrix group inverse problem for star networks
No full textWe study the inverse problem for singular, irreducible, symmetric M-matrices that consists in characterizing those for which the group inverse is again an M-matrix. We solve the problem for a structured class of such matrices arising from star graphs by employing both matrix-theoretic tools and potential theory on networks. Our approach yields explicit criteria for the M-property of the group inverse in terms of conductances and Doob potentials, and provides a constructive procedure to obtain such families of matrices with the desired property.Peer ReviewedPostprint (published version