Repositorio Yachay Tech (Univ. Yachay Tech)
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Web application to predict lung diseases from auscultation signals
No full textRespiratory diseases are one of the leading causes of death worldwide, such as COPD, pneumonia, and RTIs in recent years. Despite that a large number of scientific works have been mechanisms of prevention, diagnosis and treatment, many social sectors do not benefit from this research. For this reason, new research works based on computer tools are required, since in this way the scope can be greater. In this sense, a computer tool capable of detecting lung diseases from auscultation signals through the use of neural networks is proposed. To achieve this objective, a package of public auscultation signals was processed using adaptive filters and EEMD signal decomposition; then, the resulting signals were used to generate three types of different datasets (statistical vectors, spectrograms, and MFCC images) that are used for the training of three classifiers destined to predict between five classes: COPD, Pneumonia, RTI, BRON and Healthy. Once the classifiers have been trained, they are capable of generating predictions, which are grouped into an Ensemble Classifier to make a final prediction. The classifier models individually obtained a significant performance since the precision varies from 88% to 93%. However, the Ensemble Classifier achieved an accuracy of 93.4% and specificity of 96.2%, showing that this classifier is a more reliable model. Finally, the classifier algorithm developed was implemented into a web application to be used from anywhere connected to the internet.Las enfermedades respiratorias son una de las principales causas de muerte en todo el mundo, como la EPOC, la neumonía y las ITR en los últimos años. A pesar de que un gran número de trabajos científicos han sido mecanismos de prevención, diagnóstico y tratamiento, muchos sectores sociales no se benefician de esta investigación. Por ello, se requieren nuevos trabajos de investigación basados en herramientas informáticas, ya que de esta manera el alcance puede ser mayor. En este sentido, se propone una herramienta informática capaz de detectar enfermedades pulmonares a partir de señales de auscultación mediante el uso de redes neuronales. Para lograr este objetivo, se procesó un paquete de señales de auscultación pública utilizando filtros adaptativos y descomposición de señales EEMD; luego, las señales resultantes se utilizaron para generar tres tipos de conjuntos de datos diferentes (vectores estadísticos, espectrogramas e imágenes MFCC) que se utilizan para el entrenamiento de tres clasificadores destinados a predecir entre cinco clases: EPOC, Neumonía, RTI, BRON y Saludable. Los clasificadores entrenados son capaces de generar predicciones, las cuales se agrupan en un ensamble de clasificadores para definir una predicción final. Los clasificadores individualmente obtuvieron un desempeño significativo ya que la precisión varía de 88% a 93%. Sin embargo, el ensamble de clasificadores logró una precisión del 93,4 % y una especificidad del 96,2 %, demostrando que es un modelo más confiable. Finalmente, el algoritmo clasificador desarrollado se implementó en una aplicación web para ser utilizada desde la Internet.Ingeniero/a Biomédico/
Characterization of banana pseudo-stem carbon fibers decorated with gold (Au) nanoparticles
No full textNowadays, carbon fibers are produced from expensive and non-renewable petroleum-based polymers through a toxic and polluting process; therefore, the utilization of abundant and renewable biomass resources to replace petroleum-derived raw materials is now an essential issue; in response to this, the synthesis of carbon fibers (CF) from the pyrolysis of organic precursors such as lignocellulosic biomass is emerging as a low environmental impact, biodegradable and renewable solution. Carbon fibers from alternative precursors such as cellulose and lignin are gaining attention due to their biological origin, non-toxicity and low cost. Biomass is a rich source of carbon that can be used to prepare functional carbonaceous nanomaterials by heat treatment, making them materials with high functional value. On the other hand, the decoration of carbon fibers with gold nanoparticles (AuNPs) will improve the properties of carbon fibers since AuNPs have demonstrated physical and chemical properties, as well as excellent biocompatibility and ease of interaction with donor-acceptor species or ligands. The present work proposes the structural characterization by SEM images and Raman spectra of carbon fibers synthesized from banana pseudo-stem and decorated with three different types of gold nanoparticles AuNPs-Pink, AuNPs-Purple and Au/CTAB NPs, to demonstrate the potential of a low-cost, environmentally friendly material for biomedical applications.Hoy en día, las fibras de carbono se producen a partir de polímeros caros y no renovables a base de petróleo mediante un proceso toxico y contaminante. Por lo tanto, la utilización de recursos de biomasa abundantes y renovables para sustituir las materias primas derivadas del petróleo es ahora una cuestión esencial.En respuesta a esto la síntesis de fibras de carbono (CF) a partir de la pirolisis de precursores orgánicos como la biomasa lignocelulósica se instaura como una solucion de bajo impacto ambiental, biodegradable y renovable. Las fibras de carbono de precursores alternativos como la celulosa y lignina están ganando atención debido a su origen biológico, no toxicidad y bajo costo. La biomasa es una fuente rica en carbono que se puede usar para preparar nanomateriales carbonosos funcionales mediante tratamiento térmico, haciendo de ellos materiales con alto valor funcional. Por otro lado, la decoración de las fibras de carbono con nanopartículas de oro (AuNPs) mejorara las propiedades de las fibras de carbono puesto que las AuNPs han demostrado tener propiedades físicas y químicas, además de presentar una excelente biocompatibilidad y facilidad de interacción con especies o ligandos donantes-aceptores. El presente trabajo propone la caracterización estructural mediante imágenes de SEM y espectos Raman de las fibras de carbono sintetizadas del pseudo-stem del banano y decoradas con tres distintos tipos de nanopartículas de oro AuNPs-Pink, AuNPs-Purple y Au/CTAB NPs, para demostrar el potencial de un material de bajo costo, amigable con el medio ambiente en aplicaciones biomédicas.Ingeniero/a Biomédico/
Influence of the magnetic field on the biomineralization of collagen
No full textIn the relatively new field of spintronics the effect of magnetic field is investigated in a chiral molecule, in this investigation, collagen. A triple helical structure constituted of three aminoacidic chains, with the most common ones being Glycine, Proline and Hydroxyproline. The influence of magnetic field has been previously
studied in polymers and DNA, another chiral molecule. But its influence in biomineralization, as far as was known, has not been studied in collagen samples. The importance of this research lies in the insights of the application of low magnetic fields tolerated by the human body to enhance the recovery in osteogenesis and bone formation. The tools to research for an explanation of this influence are: calculations from the area under the peak of phosphate groups with respect to amide 1 peak in collagen in the curves with biomineralization processes. For this, Infrared, Raman and Fluorescence Spectroscopies were employed to
analyses several aspects of biomineralization and collagen structures. With promising results, the area of research about biomineralization in collagen is open to further investigations.En el campo relativamente nuevo de la espintrónica, se investiga el efecto del campo magnético en una molécula quiral, en esta investigación, es el colágeno. Una estructura de triple hélice constituida por tres cadenas de aminoácidos, siendo los más comunes la glicina, la prolina y la hidroxiprolina. La influencia del campo magnético se ha estudiado previamente en polímeros y ADN, otra molécula quiral. Pero la influencia del mismo en la biomineralización, hasta donde se sabe, no ha sido estudiada en muestras de colágeno. La importancia de esta investigación radica en los conocimientos de la aplicación de campos magnéticos bajos,
tolerados por el cuerpo humano, para mejorar la recuperación en la osteogénesis y la formación ósea. Las herramientas para investigar y explicar esta influenciason cálculos del área bajo el pico de los grupos fosfato con respecto al pico de la amida 1 en el colágeno, de las curvas que presentan procesos de biomineralización. Para ello, se emplearon espectroscopias infrarrojas, Raman y de fluorescencia para analizar varios aspectos de la biomineralización y las estructuras de colágeno. Con resultados prometedores, el área de investigación sobre biomineralización en colágeno está abierta a más investigaciones.Ingeniero/a en Nanotecnologí
Semilinear Neutral Differential Equations with non-instantaneous impulses, non-local conditions and infinite delay: Existence of solutions and Controllability
No full textIn this thesis, we study the existence of solutions and controllability for retarded semilinear neutral differential equations with non-instantaneous impulses, non-local conditions, and infinite delay. First, we set the problem in a phase space satisfying the Hale-Kato axiomatic theory for retarded differential equations with infinite delay. Second, we assume that the nonlinear functions are locally Lipschitz, and Karakostas’s fixed point theorem is applied to obtain the existence of solutions. Additionally, under some additional conditions, the uniqueness is proved as well. Next, assuming that the nonlinear terms are globally Lips- chitz, we consider a more simplified system that allows us to apply the Banach contraction theorem to prove the existence of solutions. Subsequently, we study the associated control problem. On the one hand, we investigate the approximate controllability by using the technique employed by Bashirov and Ghahramanlou, which avoids the use of fixed point theorems. On the other hand, we prove the exact controllability of the same system. To this end, we transform the controllability problem into a fixed point problem. Then, under some conditions on the nonlinear terms, we use Rothe’s fixed point theorem to obtain the desired result.En esta tesis se estudia la existencia de soluciones y la controlabilidad de un sistema semi- lineal de ecuaciones diferenciales de tipo neutral con impulsos no instantaneos, condiciones no locales y retardo infinito. Primero, fijamos nuestro problema en un espacio de fase que satisface la teoría axiomática de Hale-Kato para ecuaciones diferenciales con retardo infinito. Luego, asumimos que las funciones no lineales de nuestro sistema son localmente Lipschitz y aplicamos el teorema de punto fijo de Karakostas para obtener la existencia de soluciones. Adicionalmente, bajo nuevas condiciones, probamos la unicidad. Posteriormente, asumiendo que los términos no lineales son globalmente Lipschitz, consideramos un sistema más simple en el cual aplicamos el teorema contractivo de Banach para demostrar la existencia de soluciones. Finalmente, estudiamos la controlabilidad de nuestro sistema. Por un lado, investigamos la controlabilidad aproximada aplicando la técnica desarrollada por Bashirov y Ghahramanlou, la cual no usa teoremas de punto fijo. Por otro lado, demostramos la controlabilidad exacta del mismo sistema. Para ello, transformamos el problema de controlabilidad en un problema de punto fijo. Entonces, bajo ciertas condiciones sobre las funciones no lineales de nuestro sistema, usamos el teorema de punto fijo de Rothe para obtener el resultado deseado.Matemático/
Existence of a ground state solution for a quasilinear Schrödinger-Kirchhoff type equation
No full textIn this thesis, we prove the existence of a ground state solution for the nonlinear Schrödinger- Kirchhoff type integro-differential equation. In order to do this, we consider properties of a functional associated to our main problem and using a Ljusternik- Schnirelman scheme involving the Kranoselskii’s genus. This result extends those obtained by Duang & Huang (2014) and Nie & Wu (2012), which hold only for p = 2.En esta tesis probamos la existencia de una solución no trivial para la ecuación integro diferencial no lineal de tipo Schrödinger-Kirchhoff. Para ello, consideramos propiedades de un funcional asociado a nuestro problema principal y utilizando un esquema Ljusternik-Schnirelman que involucra el género de Kranoselskii. Este resultado amplía los obtenidos por Duang & Huang (2014) y Nie & Wu (2012), que sólo se cumplen para p = 2.Matemático/
Analysis on the structure-acid lability relationship of N-Alkylated α,α-Dialkylglycine obtained via a ugi multi-component reaction
No full textUsing the classical Ugi four-component reaction to fuse an amine, ketone, carboxylic acid, and isocyanide, here a short library of N-alkylated α,α-dialkylglycine derivatives was prepared. Due to the polyfunctionality of the dipeptidic scaffold, this highly steric hindered system shows an attractive acidolytic cleavage of the C-terminal amide. In this regard, we studied the structure-acid lability relationship of the C-terminal amide bond (cyclohexylamide) of N-alkylated α,α-dialkylglycine amides 1a–n in acidic media and, afterward, it was established that the most important structural features related to its cleavage. Then, it was demonstrated that electron-donating effects in the aromatic amines, flexible acyl chains (Gly) at the N-terminal, and the introduction of cyclic compounds into dipeptide scaffolds increased the rate of acidolysis. All these effects are related to the ease with which the oxazolonium ion intermediate forms. They promote the proximity of the central carbonyl group to the C-terminal amide, resulting in C-terminal amide cleavage. Consequently, these findings could be applied for the design of new protecting groups, handles for solid-phase synthesis, and linkers for conjugation, due to its easily modulable and the fact that it allows fine-tuning its acid-lability.La conocida reacción de cuatro componentes de Ugi (4-MCR) nos permite fusionar una amina, una cetona, un ácido carboxílico y un isonitrilo dando lugar a la formación de derivados de α, α-dialquilglicina. En este trabajo, usamos la reacción de Ugi para preparar una biblioteca de derivados N-alquilados de α, α-dialquilglicina. Debido a la polifuncionalidad del esqueleto dipeptídico, este sistema altamente impedido estéricamente, muestra una interesante escisión promovida por medio ácido de la amida C-terminal. En este sentido, se estudió la relación estructura-labilidad ácida del enlace amida C-terminal (ciclohexilamida) de amidas α, α-dialquilglicina N-alquiladas (1a-n) en medio ácido. Este estudio, permitió correlacionar las características estructurales con la capacidad de liberar la amina luego de la escisión del enlace amida C-terminal asistida por el medio ácido. Se demostró que los efectos electrodonores de las aminas aromáticas, las cadenas flexibles de acilo (Gly) en el N-terminal y la introducción de compuestos cíclicos en los esqueletos dipeptídicos, aumentaron la velocidad de la acidólisis. Todos estos efectos están relacionados con la facilidad con la que se forma el intermediario cíclico ión oxazolonio que promueve la proximidad del grupo carbonilo central a la amida C-terminal. Esta cercanía estructural da como resultado la escisión de la amida C-terminal. Estos resultados corroboran que estas estructuras podrían funcionar para el diseño de nuevos grupos protectores, conectores (handles) para síntesis en fase sólida y para conjugación, debido a su polifuncionalidad y a la capacidad de modular su labilidad ácida.Químico/
Contrallability for time varying semi linear systems with impulses, infinite delays and nonlocal conditions
No full textIn this work, first of all, we study the existence and uniqueness of solutions for retarded equations under certain conditions such as nonlocal conditions, impulses, and infinite delay. Secondly, under some conditions on the nonlinear term, the approximate controllability is achieved. Moreover, we prove the exact controllability, proving the conjecture that the exact controllability is preserve under the influence of nonlocal conditions, impulses, and infinite delay if some conditions are assumed. Finally, as an application of our result, we present an example were all the conditions assumed are verified.En este trabajo, en primer lugar, se estudia la existencia y unicidad de soluciones para ecuaciones retardadas bajo ciertas condiciones tales como condiciones no locales, impulsos y retardo infinito. En segundo lugar, bajo algunas condiciones sobre el término no lineal, se consigue la controlabilidad aproximada. Además, probamos la controlabilidad exacta, demostrando la conjetura de que la controlabilidad exacta se preserva bajo la influencia de condiciones no locales, impulsos y retardo infinito si se asumen algunas condiciones. Por último, como aplicación de nuestro resultado, presentamos un ejemplo en el que se verifican todas las condiciones asumidas se verifican.Matemático/
Study of hydrogenic model of dyons with zero spin
No full textThe existence of magnetic monopoles has theoretical importance in Electromagnetism. These new sources of magnetism generalize Maxwell's equations and make them symmetric with respect to fields and its sources. Also, under considerations of Quantum Mechanics, magnetic monopoles allow the quantization of electric charge, an experimental fact. Extending the concept of electric particle, electrically and magnetically charged particles called dyons are introduced.
This thesis project presents the generalization of a zero spin hydrogen atom to a relativistic atomic model of hydrogen with dyons using the Klein-Gordon equation. The derivation of the Klein Gordon equation for the particle of relative motion is shown. In addition, the analytical solutions of the equation are calculated. The discrete spectrum of the energy is obtained, and the charge density of the orbiting dyon. For a system of positive magnetic and electric charges in the nucleus and negative for the orbiting particle, and considering the first allowed values of N y l, it was found that the dyon atom acts with a greater force of interaction between the charges of the nucleus and the secondary particle compared to the standard atom. This was observed by comparing the distance between the nucleus and charge density concentrations from the dyon atom with the relativistic zero spin hydrogen atom.La existencia de monopolos magnéticos tiene importancia teórica en el Electromagnetismo. Estas nuevas fuentes de magnetismo generalizan las ecuaciones de Maxwell y las vuelve simétricas con respecto a los campos y sus fuentes. Además, bajo consideraciones de la Mecánica Cuántica, los monopolos permiten la cuantización de la carga eléctrica, un hecho experimental. Extendiendo el concepto de partícula eléctrica, se introducen las partículas con carga eléctrica y magnética llamadas dyones.
En este proyecto de tesis se presenta la generalización de un átomo de hidrógeno de espín cero a un modelo relativista atómico de hidrógeno con dyones usando la ecuación de Klein-Gordon. Se muestra la derivación de la ecuación de Klein Gordon para la partícula de movimiento relativo. Además, se calculan las soluciones analíticas de la ecuación. Se obtiene el espectro discreto de la energía, y la densidad de carga de la partícula orbitante. Para un sistema de cargas magnéticas y eléctricas positivas en el núcleo y negativas para la partícula orbitante, y considerando los primeros valores permitidos de N y l, se encontró que el átomo de dyon actúa con mayor fuerza de interacción entre las cargas del núcleo y la partícula secundaria a comparación del átomo estándar . Esto se observó al comparar la distancia entre el núcleo y las concentraciones de densidad de carga del átomo de dyon con el átomo de hidrógeno relativista de espín cero.Físico/
Phytochemical study and biological activities of Ecuadorian plants traditionally used in the treatment of skin diseases
No full textIn Ecuador, a megadiverse country, new plant species are discovered every year. This makes it impossible to study many of them, particularly in relation to their secondary metabolites that may be of medical therapeutic interest, as an alternative to synthetic drugs. This thesis studies the phytochemistry and bioactivity of four native plant species from Ecuador based on methanolic extracts: Juglans neotropica, Duranta triacantha, Mikania sp. and Brugmansia aurea. First, a qualitative phytochemical screening was performed to detect phenols, alkaloids and terpenes, as well as their derivatives. Second, for the species with the highest number of positive results in the qualitative tests, the flavonoid and phenol contents were quantified. In addition, antibacterial and antifungal bioactivity tests were performed for the four species.
Among the four species, J. neotropica had the highest extraction yield and the highest presence of secondary metabolites, with the exception of cardiac glycosides and coumarins. Regarding the quantification of flavonoids and phenols of this species, 244.8 mg QE/g extract and 225.8 mg GAE/g extract, respectively, were measured. In addition, it was found to present moderate bioactive against bacterial strains of Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa, as well as against the fungal strain Candida albicans. On the other hand, D. triacantha was positive for most secondary metabolites tested, although neither phenols nor alkaloids were detected. This species also showed antibacterial and antifungal activity, but only against Listeria monocytogenes and Aspergillus niger, respectively. The methanolic extracts of Mikania sp. and B. aurea had secondary metabolites in common, such as phenols, tannins and saponins, but only Mikania sp. had antibacterial bioactivity against Staphylococcus aureus and Listeria monocytogenes and antifungal bioactivity against Aspergillus niger.
In conclusion, all the species studied could have potential medical applications. J. neotropica, having many secondary metabolites and high antibacterial and antifungal activity, could be used to treat skin diseases. D. triacantha possesses an interesting variety of secondary metabolites, so more studies can be done on this area, while Mikania sp. and B. aurea, which presented only a few secondary metabolites, could be the object of hydrogel development because of the mucilage they apparently exhibit.En Ecuador, un país megadiverso, cada año se descubren nuevas especies de plantas. Esto hace imposible estudiar muchas de ellas, en particular lo relacionado a sus metabolitos secundarios que pueden ser de interés médico terapéutico, como una alternativa a las drogas sintéticas. Esta tesis estudia la fitoquímica y la bioactividad de cuatro especies de plantas nativas del Ecuador en base a extractos metanólicos: Juglans neotropica, Duranta triacantha, Mikania sp. y Brugmansia aurea. Primero, se realizó un screening fitoquímico cualitativo para detectar fenoles, alcaloides y terpenos, así como sus derivados. Segundo, para la especie con mayor cantidad de resultados positivos en las pruebas cualitativas, se cuantificó los contenidos de flavonoides y fenoles. Además, se realizaron pruebas de bioactividad antibacteriana y antifúngica para las cuatro especies.
De las cuatro especies, J. neotropica fue la que tuvo mayor rendimiento de extracción y presentó mayor presencia de metabolitos secundarios, a excepción de glicósidos cardiacos y cumarinas. Respecto a la cuantificación de flavonoides y fenoles de esta especie, se midieron 244.8 mg QE/g extracto y 225.8 mg GAE/g extracto, respectivamente. Además, resultó ser moderadamente activa en contra de cepas bacterianas de Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli y Pseudomonas aeroginosa, como también en contra de la cepa fúngica Candida albicans. Por otra parte, D. triacantha dio positivo para la mayoría de metabolitos secundarios probados, aunque no se detectaron ni fenoles ni alcaloides. Esta especie también mostró actividad antibacterial y antifúngica, pero solo en contra de Listeria monocytogenes y Aspergillus niger, respectivamente. Los extractos metanólicos de Mikania sp. y B. aurea presentaron metabolitos secundarios en común, como fenoles, taninos y saponinas, pero solo Mikania sp. tuvo bioactividad antibacteriana en contra de Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes y bioactividad antifúngica contra Aspergillus niger.
En conclusión, todas las especies estudiadas podrían tener potenciales aplicaciones médicas. J. neotropica, por tener muchos metabolitos secundarios y actividad antibacteriana y antifúngica, podría ser utilizada para tratar enfermedades de piel. D. triacantha posee una interesante variedad de metabolitos secundarios, por lo que se pueden hacer más estudios al respecto, mientras que Mikania sp. y B. aurea, que presentaron pocos metabolitos secundarios, podrían ser objeto de desarrollo de hidrogeles por el mucílago que aparentemente presentan.Químico/
A review of the application of polysaccharides-based hydrogels as controlled-release systems of fertilizers
No full textHydrogels are networks of polymers with the ability to retain water when swollen, which allows them to provide an interesting media for controlled release fertilizers. Although the most important advances in this area have been achieved through the use of synthetic polymers, currently there is a trend to include the manufacture of hydrogels from biopolymers, to introduce specific biofunctionalities to hydrogels. Biopolymers are natural polymers that include a wide range of polysaccharides (e.g., sugars).
The following work is focused on recent progress in polysaccharide-based hydrogels designs, fabrication approaches and applications. Special emphasis on chemical modifications that facilitate controlled release and their relationship with other properties. The bibliography was selected based on the experimental content related to eco-friendly hydrogels with a slow release of fertilizers and polysaccharide-based, using different bibliographic databases, including Scopus, SpringerLink, and Google Scholar and covering the period from 2015 to 2021.
This review aims to provide the reader with a current overall view of hydrogels properties related to slow release, biodegradability capacity, and the advantages that offers this kind of material in the agricultural field, at the same time showing the benefits of its application in the soils and environment, to encourage its application and improve agricultural production.Los hidrogeles son redes de polímeros con la capacidad de retener agua cuando se hinchan, lo que les permite proporcionar un medio interesante para la liberación controlada de fertilizantes. Aunque los avances más importantes en esta área se han logrado mediante el uso de polímeros sintéticos, actualmente existe una tendencia a incluir la fabricación de hidrogeles a partir de biopolímeros, para introducir biofuncionalidades específicas a los hidrogeles. Los biopolímeros son polímeros naturales que incluyen una amplia gama de polisacáridos (azúcares).
El siguiente trabajo se centra en los avances recientes en diseños de hidrogeles basados en polisacáridos, los diferentes enfoques de fabricación y sus aplicaciones. Se ha hecho énfasis especial en las modificaciones químicas que faciliten la liberación controlada y su relación con otras propiedades. La bibliografía fue seleccionada en base al contenido experimental relacionado con hidrogeles de polisacáridos eco-amigables, con liberación lenta de fertilizantes. Se utilizaron para ello diferentes bases de datos bibliográficas, incluyendo Scopus, SpringerLink y Google Scholar, cubriendo el período de 2015 a 2021.
Esta revisión tiene como objetivo brindar al lector una visión general actualizada de las propiedades de hidrogeles relacionadas con la liberación lenta, la capacidad de biodegradabilidad y las ventajas que ofrece este tipo de material en el campo agrícola, al mismo tiempo que muestra los beneficios de su aplicación en la conservación de suelos y medio ambiente, esperando incentivar su aplicación y mejorar la producción agrícola.Químico/