Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Biosynthesis and characterization of gold nanoparticles and their evaluation in surface enhanced Raman spectroscopy (SERS)
No full textLa espectroscopía Raman reforzada por efectos de superficie (SERS) es una técnica sensible a la superficie, que utiliza superficies metálicas rugosas o nanoestructuras para mejorar el esparcimiento Raman de las moléculas. Las nanopartículas de oro (AuNPs) presentan propiedades SERS, por lo que surge la necesidad de desarrollar alternativas de síntesis por métodos más amigables con el ambiente. Una alternativa es utilizar AuNPs sintetizadas mediante el uso de los hongos, ya que se ha demostrado que podrían utilizarse para SERS. El objetivo principal del proyecto es determinar la capacidad de las AuNPs sintetizadas mediante diferentes especies de hongos filamentosos, para mejorar la medición del espectro Raman. Para ello, se sintetizaron AuNPs a diferentes parámetros de temperatura, pH y tiempos de reacción y se analizaron sus propiedades SERS. Las AuNPs se sintetizaron utilizando el sobrenadante de diferentes hongos: Botrytis cinerea, Trichoderma atroviride, Trichoderma asperellum, Alternaria alternata y Ganoderma sessile. Se corroboró la producción de AuNPs mediante espectroscopía ultravioleta-visible (UV-Visible). El plasmón de superficie de las AuNPs se localizó entre los 525 nm a 580 nm. Mediante dispersión de luz dinámica (DLS) se analizó el tamaño y potencial Z. Las AuNPs sintetizadas presentaron tamaños promedio de 73 nm a 905 nm. La carga eléctrica fue de -1.95 mV a -29.9 mV. Por último, se analizó el tamaño y la morfología mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM). Las AuNPs presentaron diferentes morfologías (esféricas, semi-esféricas, triangulares, hexagonales e irregulares) con un rango de tamaño de 10 a 180 nm. Para la evaluación de las propiedades SERS se utilizó un sistema micro Raman a una longitud de onda de 532 nm. En general, las AuNPs sintetizadas por diferentes hongos presentaron excelentes propiedades SERS. Las AuNPs sintetizadas con el sobrenadante de T. asperellum, A. alternata y G. sessile presentaron un mayor incremento en la intensidad Raman del azul de metileno con un factor de mejora de 11.25, 12.71 y 13.06, respectivamente. En conclusión, se observó que a una longitud de onda de 532 nm, las AuNPs con mayor distribución de formas esféricas y tamaños menores a 50 nm presentaron mayor capacidad para aumentar el efecto SERS del azul de metileno.Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a surface-sensitive technique that uses rough metallic surfaces or nanostructures to enhance the Raman scattering of molecules. Gold nanoparticles exhibit SERS properties. Therefore, an environmentally friendly alternative to use gold nanoparticles is their production using biological methods. Fungi have been shown to be excellent candidates for the synthesis of metallic nanoparticles, and it has been demonstrated that they could be used for SERS. For that reason, the main objective of the project is to determine the ability of AuNPs synthesized by different species of filamentous fungi to improve the measurement of Raman spectra. For this purpose, the SERS properties of AuNPs synthesized at different temperatures and pH were analyzed. AuNPs were synthesized using the supernatant of different fungi: Botrytis cinerea, Trichoderma atroviride, Trichoderma asperellum, Alternaria alternata and Ganoderma sessile. The production of AuNPs was corroborated by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Visible) and by dynamic light scattering (DLS), the size and Z-potential of the AuNPs were analyzed. AuNPs synthesized presented average sizes from 73 nm to 685 nm and 107 to 905 nm, respectively. The superficial electrical charge of the AuNPs determined the stability of the AuNPs presenting values from -1.95 mV to -29.9 mV, approximately. Finally, the size and shape of the AuNPs were analyzed by transmission electron microscopy (TEM). The AuNPs synthesized using different fungi presented spherical, quasi-spherical, and triangular and some different shapes with a size range from 10 to 180 nm. The obtained AuNPs were purified at 400 °C. A micro Raman system at a wavelength of 532 nm was used for the evaluation of SERS properties. The AuNPs synthesized by different fungi presented excellent SERS properties. AuNPs synthesized with the supernatant of T. asperellum, A. alternata and G. sessile presented a higher increase in the Raman intensity of methylene blue with an enhancement factor of 11.25, 12.71 y 13.06, respectively. In conclusion, it was observed that at a wavelength of 532 nm, the AuNPs with a greater distribution of spherical shapes and sizes smaller than 50 nm presented a greater capacity to increase the SERS effect of methylene blue
Binary sequence generator based on neuronal impulses
No full textLas interfaces cerebro-computadora (ICC) convierten señales cerebrales en comandos, los cuales se utilizan para controlar algún dispositivo de interés, por ejemplo, un sistema electromecánico. Algunas de las áreas de aplicación de las ICC son: robótica, entretenimiento, neurociencias, por mencionar algunas. Por tanto, no sorprende que el estudio y diseño de nuevas ICC sea un tema de relevancia actual. Una aplicación que ha generado interés en los últimos años es la identificación de los niveles de atención en usuarios a través de una ICC. Por eso, en esta tesis, se propone una metodología para el diseño, caracterización y construcción de un tipo particular de ICC, a saber, un conmutador neuronal, capaz de diferenciar niveles de atención en un sujeto de estudio. En el sistema propuesto, la señal cerebral se adquiere por medio de una diadema comercial que tiene integrado un sensor de electroencefalografía (EEG por sus siglas en inglés). Posteriormente, se realiza un procesamiento de la señal EEG y se calcula el factor de cresta de la señal resultante. Dicho factor de cresta, es un índice que se obtiene al dividir el voltaje pico entre el voltaje eficaz de la señal EEG. A continuación, este índice se adapta para que emule la corriente sináptica que excita a una neurona electrónica tipo Hindmarsh-Rose, la cual, en función del nivel de excitación, exhibe tres comportamientos dinámicos: espigas, ráfagas de espigas periódicas y ráfagas de espigas caóticas. La etapa final del conmutador neuronal es un circuito generador de secuencias binarias, el cual convierte las espigas en pulsos digitales. Dependiendo del número de espigas contenidas dentro de una ventana de tiempo determinada, el sistema conmuta entre tres tareas distintas. Finalmente, el funcionamiento del conmutador neuronal se valida, de manera experimental, en 15 sujetos de estudio. Los resultados muestran que es posible identificar cambios en los niveles de la señal EEG, los cuales se producen cuando el sujeto de prueba cambia de una actividad de relajación a una tarea que requiere que incremente sus niveles de atención. Como aplicación particular, se usa el conmutador neuronal para modificar la velocidad de un motor de corriente directa.Brain-computer-interfaces (BCI) convert cerebral signals into commands that can be used for controlling some device, like for example, an electromechanical system. The BCIs can be applied in robotics, entertainment and neurosciences, just to mention a few. For this reason, the study and design of new BCIs is an ongoing research topic. An application that has generated interest in recent years is the identification of attention levels through a BCI. For this reason, this thesis presents the design, characterization and construction of a particular type of BCI, namely, a neuronal switch, which identifies different levels of attention in a human subject. In the study, the brain signals are measured, in a noninvasive way, by using a commercial headset for encephalography (EEG). Next, the measured EEG signal is processed and the crest factor of the resulting signal is computed. The crest factor, is the index obtained by dividing the peak voltage over the rms voltage of the EEG signal. This index is adapted to mimic a synaptic current and is applied to an electronic neuron, which design is based on the well-known Hindmarsh-Rose neuronal model. Depending on the level of excitation, the electronic neuron may exhibit three different behaviors: spikes, bursting, and chaotic bursting. The last stage of the neuronal switch is a binary sequence generator, which converts the spikes obtained from the electronic neuron into digital pulses. The number of pulses, in a given time window, is different for each dynamic behavior of the electronic neuron. This fact is exploited such that, depending on the number of pulses, the system can switch between three different tasks. Finally, the performance of the neuronal switch is experimentally validated in 15 human subjects. The obtained results show that it is possible to identify changes in the levels of the EEG signal. These changes are produced when the human subject is asked to change from a relaxing activity to a task that requires the full attention of the subject. In the study, the variation of the velocity of a direct current motor is considered as particular application
Diversity of the assemblage of polychaeta in port areas of Baja California
No full textLas zonas portuarias representan una fuente importante de desarrollo económico local, regional y nacional. Las diversas actividades antropogénicas en zonas portuarias causan perturbaciones impactando negativamente a la biota local, favoreciendo el establecimiento de taxa oportunistas o más resistentes, capaces de alterar la estructura de las comunidades. Los poliquetos son uno de los grupos de invertebrados más importantes en el bentos marino, en cuanto a su abundancia, diversidad y biomasa. Debido a la gran variabilidad de estrategias alimenticias y reproductivas que presentan, los poliquetos han sido capaces de introducirse en diversas áreas del mundo, por medio de agua de lastre, incrustándose en el casco de los barcos y hasta por canales. Baja California es un estado con un alto riesgo de invasión debido a que cuentan con cinco puertos, siendo el puerto de Ensenada y El Sauzal los más dinámicos, los cuales no cuentan con registros o publicaciones sobre la composición y estructura de los ensamblajes de poliquetos que lo habitan. Por lo tanto, este proyecto ha generado una base de datos de referencia de la biodiversidad de poliquetos en estos ambientes. El objetivo fue caracterizar la composición y estructura de la fauna poliquetógica esclerobionte presente en los puertos de Ensenada y El Sauzal. Para ello se colectaron muestras de tres andadores, tres boyas y dos sitios selectivos en el puerto de Ensenada y una boya, dos andadores y dos sitios selectivos en El Sauzal. Se colectaron un total de 18 familias y 22 especies en el puerto de Ensenada y 18 familias y 24 especies en El Sauzal. Los andadores y boyas presentaron diferente composición y estructura, debido a la diferencia de exposición a factores hidrodinámicos como el oleaje. La familia dominante en andadores fue Syllidae y en boyas fue Nereididae. En este trabajo no se encontraron especies invasoras. Este es el primer trabajo, sobre la diversidad de poliquetos, realizado dentro de los puertos de Ensenada y El Sauzal. Se espera que este estudio siente las bases para comenzar un programa de monitoreo que permita la identificación temprana de especies exóticas invasoras.Port areas represent an important source of local, regional and national economic development. The various anthropogenic activities in port areas cause disturbances, negatively impacting the local biota, favoring the establishment of opportunistic or more resistant taxa, capable of altering the structure of the communities. Polychaetes are one of the most important groups of invertebrates in the marine benthos, in terms of their abundance, diversity and biomass. Due to the large number of feeding and reproductive strategies that polychaetes present, they have been able to enter various areas of the world, through ballast water, embedding themselves in the hull of ships and even through canals. Baja California is a state with a high risk of invasion because it has five ports, being the port of Ensenada and El Sauzal the most dynamic, which do not have records or publications on the composition and structure of the polychaete assemblages that they inhabit it. Therefore, this project has generated a reference database of polychaete biodiversity in these environments. The objective was to characterize the composition and structure of the sclerobiont polychaete present in the ports of Ensenada and El Sauzal. For this, samples were collected from three marina docks, three buoys and two selective sites in the port of Ensenada and one buoy, two docks and two selective sites in the port El Sauzal. A total of 18 polychaete families and 22 species were collected in the port of Ensenada and 18 families and 24 species in El Sauzal. The docks and buoys presented different composition and structure, due to the difference in exposure to hydrodynamic factors such as waves. The dominant family collected in docks was Syllidae and in buoys it was Nereididae. In this work no invasive species were found. This is the first study dealing with polychaete diversity in the ports of Ensenada and El Sauzal. We hope this study establishes the baseline to start a monitoring program that will allow early identification of invasive alien species
Vehicle routing problem with green approach and mixed fleet
No full textEl transporte de mercancía generó el 37% de la emisión global de CO2 en 2021, del cual el 76% correspondió a vehículos terrestres. Uno de los esfuerzos para contrarrestar esta situación es la integración de vehículos eléctricos en tareas de distribución. Sin embargo, las restricciones asociadas a la batería de estos vehículos afectan su rápida adopción. El problema de enrutamiento de vehículos (VRP) está directamente relacionado con el transporte de mercancía. Éste consiste en definir las rutas para una flota de vehículos que parten de una central y deben visitar un conjunto de clientes para entregar mercancías. Recientemente, el VRP ha incorporado vehículos eléctricos en su formulación con sus variantes con flota eléctrica o flota mixta (vehículos convencionales y eléctricos). En este proyecto se propone analizar el impacto que tiene incluir vehículos eléctricos en tareas de distribución al comparar su desempeño con una flota de vehículos convencionales. Para ello, se resolvió el VRP con ventanas de tiempo con un enfoque multiobjetivo, minimizando simultáneamente distancia y tiempo de espera. Se utilizó el algoritmo NSGA-2 y se diseñaron cinco algoritmos para la construcción de rutas, uno para flota convencional y cuatro para flota mixta. De los frentes no dominados obtenidos, se realizó una comparación entre la flota convencional y la flota mixta para determinar la diferencia de calidad entre ambos tipos de flota. Se encontró que una flota mixta aumenta en promedio de 2.94% a 44.92% la distancia, mientras que el tiempo de espera se ve reducido en la mayoría de los casos. Posteriormente, se comparó el desempeño de cada flota mixta, encontrando mejores resultados al emplear una flota equilibrada. Además, se calculó la emisión total de CO2 de las soluciones con menor distancia de cada frente, considerando emisiones directas de vehículos convencionales y emisiones indirectas de vehículos eléctricos, basadas en recarga y consumo de energía. Esto permitió determinar la reducción de emisiones al considerar una flota mixta, encontrando una disminución promedio entre 0.58% y 16.14 %, al compararlo con la emisión de una flota convencional. También, se encontraron casos donde la inclusión de vehículos eléctricos provocó un aumento en emisiones, debido a una mayor emisión de vehículos convencionales.The transportation of goods accounted for 37% of global CO2 emissions in 2021, of which 76% corresponded to land vehicles. One of the efforts to counteract this situation is the integration of electric vehicles in distribution tasks. However, the restrictions associated with the battery of these vehicles affect their rapid adoption. The vehicle routing problem (VRP) is directly related to transportation of goods. This problem consists of defining routes for a fleet of vehicles that depart from a depot and must visit a set of customers to deliver goods. Recently, the VRP has incorporated electric vehicles in its formulation with the electric fleet or mixed fleet (conventional and electric vehicles) variants. This project proposes to analyze the impact of including electric vehicles in distribution tasks by comparing their performance with a fleet of conventional vehicles. To this aim, the VRP with time windows was solved with a multiobjective approach, simultaneously minimizing distance and waiting time. The NSGA-2 algorithm was used and five route construction algorithms were designed, one for conventional fleet and four for mixed fleet. From the non-dominated fronts obtained, a comparison was made between the conventional fleet and the mixed fleet to determine the difference in quality between both fleet types. It was found that a mixed fleet gets an average increase in distance from 2.94% to 44.92 %, while the waiting time is reduced in most cases. Then, the performance of each mixed fleet was compared, finding better results when using a balanced fleet. In addition, the total CO2 emission of the solutions with the shortest distance from each front was calculated, considering direct emissions from conventional vehicles and indirect emissions from electric vehicles, based on energy recharging and consumption. This allowed to determine the reduction of emissions when considering a mixed fleet, finding an average decrease between 0.58% and 16.14 %, when compared to the emission of a conventional fleet. Also, cases were found where the inclusion of electric vehicles caused an increase in emissions, due to a higher emission from conventional vehicles
A proposal for node aggregation based on Choquet discrete integral for graph classification using GNNs
No full textLos grafos son estructuras matemáticas que se utilizan para modelar redes sociales, sistemas de transporte, sistemas biológicos, fármacos, entre otros. Una tarea relevante en estas áreas es poder, por ejemplo, discriminar un fármaco tóxico de otros que no lo son, distinguir un sistema biológico de otro, un grupo de red social de otro, etcétera. Esta tarea de clasificación se extiende de manera natural a un gran número de situaciones del mundo real que pueden ser modelados como grafos. Las redes neuronales en grafos se están consolidando como la primera opción para estos retos de clasificación. Un elemento crucial en la construcción de clasificadores basados en redes neuronales tiene que ver con la forma en la que se agrega la información contenida en cada nodo del grafo. En este contexto, los modelos de redes neuronales en grafos comúnmente adoptan el promedio como mecanismo de agregación. Este enfoque, aunque combina la información de los nodos, no toma en consideración la posible sinergia que puede existir entre las características de los nodos. Además, carece de un sistema que establezca una jerarquía de prioridad durante el proceso de agregación. En el presente trabajo se propone un nuevo método de agregación basado en la integral discreta de Choquet, el cual permite tener en cuenta la sinergia que podría existir entre las características de los nodos al momento de combinar la información y generar una jerarquía de estos. El algoritmo y el código para su implementación práctica se desarrollaron en PyTorch. Para evaluar el desempeño de este nuevo método de agregación se comparó contra el promedio, una forma de agregación ampliamente usada. Para esto se seleccionaron cinco conjuntos de casos de prueba y los modelos conocidos como GCN, GAT y GIN para comparar el rendimiento de ambos métodos. Los hallazgos sugieren que, si bien es posible integrar la integral discreta de Choquet en una red neuronal y facilitar el aprendizaje automático de los pesos en el método de agregación propuesto, no se observaron diferencias en los resultados en comparación con el uso del promedio como método de agregación.Graphs are mathematical structures used to model social networks, transport systems, biological systems, drugs, and more. A relevant task in these areas is, for example, to distinguish a toxic drug from those that are not, differentiate one biological system from another, one social network group from another, and so forth. This classification task naturally extends to a large number of real-world situations that can be modeled as graphs. Graph neural networks are emerging as the first choice for these classification challenges. A crucial element in building classifiers based on neural networks has to do with how the information contained in each node of the graph is aggregated. In this context, graph neural network models commonly adopt averaging as an aggregation mechanism. This approach, although combining the information from the nodes, does not take into account the potential synergy that may exist among the node features. Moreover, it lacks a system that establishes a hierarchy of priority during the aggregation process. This study proposes a new aggregation method based on the Choquet discrete integral, which allows taking into account the synergy that could exist among the node features when combining the information and generating a hierarchy of them. The algorithm and code for its practical implementation were developed in PyTorch. To evaluate the performance of this new aggregation method, it was compared against averaging. Five test case sets and known models such as GCN, GAT, and GIN were selected to compare the performance of both methods. The findings suggest that, while it is possible to integrate the Choquet discrete integral into a neural network and facilitate the automatic learning of the weights in the proposed aggregation method, no differences were observed in the results compared to using averaging as an aggregation method
Biochemical composition of diatoms Phaeodactylum tricornutum and Thalassiosira weissflogii in batch and semi-continuous culture
No full textLas microalgas se caracterizan por tener una alta tasa de división, además de una adecuada composición bioquímica (proteínas, lípidos y carbohidratos) por lo que son utilizadas como alimento vivo para moluscos bivalvos, en la etapa larval de crustáceos y algunos peces y para enriquecer zooplancton. En este trabajo se realizó un cultivo semicontinuo (15L) de las microalgas Phaeodactylum tricornutum y Thalassiosira weissflogii, con el objetivo de evaluar el efecto de las tasas de dilución del 20, 30 y 40% sobre la producción de biomasa (densidad celular) y la composición bioquímica (proteínas, lípidos, carbohidratos y clorofila a) de estas microalgas. En P. tricornutum y T. weissflogii, las mayores densidades celulares se obtuvieron en los tratamientos del 20 y 30%. No se encontraron diferencias en la concentración de proteínas y clorofila a, en las tres tasas de dilución del sistema semicontinuo de P. tricornutum. Mientras que, para T. weissflogii, el mayor contenido de lípidos y carbohidratos se obtuvo en la tasa de dilución del 20%. En conclusión, la tasa de dilución del 20% es la más viable económicamente ya que mostró resultados similares a la tasa de dilución del 30 y superiores a la del 40% para la producción de biomasa en ambas especies de microalgas.The microalgae are characterized by a high division rate, further a good biochemical composition (protein, lipids, and carbohydrates). Therefore, they are used as feed for the larval stage of bivalve mollusks, crustaceans, and some fish. Also, microalgae are used to enrich zooplankton. In this investigation, a semicontinuous culture (15L) of the microalgae P. tricornutum and T. weissflogii was carried out to evaluate the effect of 20, 30 and 40% dilution rates on biomass production (cell density) and biochemical composition (proteins, lipids, carbohydrates, and chlorophyll a). For P. tricornutum and T. weissflogii, the highest cell densities were obtained in the 20 and 30% (p>0.05). There were no significant differences in proteins, and chlorophyll a (p>0.01) in the three dilution rates of the semicontinuous system of P. tricornutum. While, for T. weissflogii, the highest lipid and carbohydrate content was obtained in the 20 % (p<0.05) dilution rate. In conclusion, the 20% dilution rates is the most economically since it showed results similar to the dilution rate of 30% and higher than that of 40% for biomass production in both microalga species
Effect of nanoencapsulated resveratrol on the viability of monolayer and spheroidal adipocyte cultures
No full textLa obesidad es una enfermedad de alta prevalencia en México y a nivel mundial que se caracteriza por el aumento de tejido adiposo provocando daños en el organismo. La farmacoterapia contra este padecimiento es escasa por ello se han estudiado fitoquímicos que pueden afectar la adipogénesis; como el resveratrol (RES), compuesto polifenólico presente en algunas plantas y frutos como: arándanos, uvas, moras, etc. El RES ha demostrado inhibir la lipogénesis y la diferenciación de adipocitos. El conocimiento de diferenciación del adipocito es esencial para comprender la obesidad. Proceso que se ha estudiado ampliamente en la línea celular 3T3-L1 en modelos de cultivo celular bidimensionales (2D) en forma de monocapa. Sin embargo, éste no logra imitar el microambiente nativo tridimensional (3D). Por tanto, en el presente trabajo se evalúo el efecto en la viabilidad de preadipocitos 3T3-L1 cultivados en monocapa (2D) y esferoides (3D) con nanopartículas de quitosano cargadas con resveratrol (NPs-QR) y tratadas con lisina (NPs-QRL). Además, la capacidad del quitosano como nanoportador de resveratrol. Se logró sintetizar nanopartículas (NPs-QR) con morfología esférica. En solución las NPs-QR presentaron un diámetro hidrodinámico de 295 ±332 nm, con un potencial zeta de 34 ±9 mV; mientras que para las NPs-QRL fue de 944 ±98 nm y 17 ±4 mV, respectivamente. Las NPs presentaron una eficiencia de encapsulamiento del RES del 92%. Posteriormente, el porcentaje de liberación de RES para las NPs-QRL en condiciones fisiológicas simuladas, fue del 100% en fluido gástrico y un 29% en fluido intestinal. Se estableció un método para la cuantificación de quitosano en la suspensión de nanopartículas por medio de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Por otro lado, las NPs-QR y NPs-QRL exhibieron una concentración media inhibitoria (IC50) para los preadipocitos 3T3-L1 en 2D de 118 ±12 y 112 ±13 µg/mL y en 3D de 26 ±11 y 71 ±16 µg/mL, respectivamente. La citotoxicidad de las NPs también fue evaluada en hepatocitos de la línea celular AML-12. Por tanto, nuestros resultados demuestran la capacidad del quitosano como nanoportador y la capacidad del RES como agente citotóxico.Obesity is a highly prevalent disease in Mexico and is worldwide is characterized by increased adipose tissue, causing health problems. Pharmacotherapy against this condition is scarce; therefore, phytochemicals that can affect adipogenesis have been studied, such as resveratrol (RES), a polyphenolic compound in some plants and fruits such as blueberries, grapes, and blackberries, among others. RES has been shown to inhibit lipogenesis and adipocyte differentiation. Knowledge of adipocyte differentiation is essential to understanding obesity. This process has been extensively studied in the 3T3-L1 cell line in two-dimensional (2D) cell culture models in monolayer form, but this fails to mimic the native three-dimensional (3D) microenvironment. Therefore, in the present work, we evaluated the effect of chitosan nanoparticles loaded with resveratrol (NPs-QR) and treated with lysine (NPs- QRL) on the viability of preadipocytes cultured in monolayer (2D) and spheroids (3D) of 3T3-L1 cells. In addition, the capacity of chitosan as a resveratrol nanocarrier. It was possible to synthesize nanoparticles (NPs-QR) with spherical morphology. In solution, the NPs-QR presented a hydrodynamic diameter of 295 ±332 nm, with a zeta potential of 34 ±9 mV, while for the NPs-QRL, it was 944 ±98 nm and 17 ±4 mV, respectively. The NPs presented a RES encapsulation efficiency of 92%. Subsequently, the percentage of RES release for NPs-QRL under simulated physiological conditions was 100% in gastric fluid and 29% in intestinal fluid. A method has been established to determine the chitosan concentration in the nanoparticle suspension using high-performance liquid chromatography (HPLC). On the other hand, NPs-QR and NPs-QRL exhibited a mean inhibitory concentration (IC50) for 3T3-L1 of 118 ±12 and 112 ±13 µg/mL in 2D and 26 ±11 and 71 ±16 µg/mL in 3Drespectively. The cytotoxicity of the NPs was compared with the AML-12 cell line. Therefore, our results demonstrate the capacity of chitosan as a nanocarrier and the capacity of RES as a cytotoxic agent
Development of nanostructured materials based on titanium oxide decorated with Au, Ag, and Cu for photocatalytic applications
No full textEl óxido de titanio es un material con propiedades fotocatalíticas interesantes que lo hacen adecuado para aplicaciones en la purificación del agua y el aire. Sin embargo, su capacidad fotocatalítica puede mejorarse mediante la adición de nanopartículas de oro, plata y cobre. En esta tesis, se presenta el desarrollo de materiales nanoestructurados a base de óxido de titanio decorados con estos metales, con el objetivo de investigar su fotoactividad y su aplicabilidad en diferentes escenarios. Se llevaron a cabo pruebas de laboratorio para evaluar las propiedades fotocatalíticas de los materiales sintetizados y se analizaron los resultados obtenidos para determinar su eficiencia y viabilidad en el tratamiento de agua y generación de hidrógeno.Titanium oxide is a material with interesting photocatalytic properties that make it suitable for applications in water and air purification. However, its photocatalytic capacity can be enhanced by adding gold, silver, and copper nanoparticles. In the thesis, the development of nanostructured materials based on titanium oxide decorated with these metals is presented, with the aim of investigating their photocatalytic capacity and applicability in different scenarios. Laboratory tests were conducted to evaluate the photocatalytic properties of the developed materials, and the results obtained were analyzed to determine their efficiency and viability in water treatment and hydrogen generation
Indoor mobile robot localization using machine learning
No full textUno de los problemas fundamentales en el área de la robótica móvil es el de la localización, siendo la base de la navegación autónoma y planificación de trayectorias. Mientras que en ambientes exteriores tecnologías como GPS, trilateración o triangulación son ampliamente utilizadas, en ambientes interiores no son aplicables. Los métodos más comunes para abordar este problema son los algoritmos SLAM basados en sensores visuales, como cámaras RGBD o sensores de rango láser. Sin embargo, estos métodos son susceptibles a fallos en ambientes con iluminación pobre, paredes uniformes, carentes de detalle o transparentes. Es por lo anterior que en este trabajo se propone utilizar un método de aprendizaje de máquina que tome como entrada datos de las señales Wi-Fi cercanas y datos inerciales para estimar la posición de un robot móvil. Se implementó un modelo para simular la intensidad de señales Wi-Fi en el ambiente, así como un simulador robótico para generar los datos de entrenamiento y prueba para los modelos de localización. Los mejores resultados se obtuvieron utilizando la arquitectura MobileNetV3 para estimar el desplazamiento del robot utilizando solamente datos inerciales, teniendo una media de error RMS de 0.9794 a través de 10 trayectorias de prueba en el espacio vacío. Después de un segundo entrenamiento, ResNet-18 obtuvo los mejores resultados en dos recorridos de prueba en un ambiente con obstáculos, con una media de error RMS de 0.4571.Localization is one of the fundamental problems in mobile robotics, being the basis of autonomous navigation and trajectory planning. While in outdoor environments, technologies such as GPS, trilateration, or triangulation are widely used, they are not applicable in indoor environments. The most common methods to address this problem are SLAM algorithms based on visual sensors, such as RGBD cameras or laser ranging sensors. However, these methods are susceptible to failure in environments with poor lighting and regions without texture or transparent walls. For this reason, in this work, it is proposed to use a machine learning method that takes nearby Wi-Fi signals and inertial data to estimate the position of a mobile robot. A model was implemented to simulate the intensity of Wi-Fi signals in the environment, as well as a robotic simulator to generate training and test data for the location models. The best results were obtained using the MobileNetV3 architecture to estimate the robot’s displacement using only inertial data, having a mean RMS error of 0.9794 through 10 test trajectories in an empty space. After a second training, ResNet-18 obtained the best results in two test runs in an environment with obstacles, with a mean RMS error of 0.4571
Integration of a robotic assistant to improve the mobility of visually impaired people
No full textEl sentido de la vista juega un papel primordial en la capacidad de orientación, desplazamiento y autonomía de una persona. Es por ello que para las personas ciegas o invidentes, desplazarse en un ambiente desconocido puede ser una experiencia poco placentera, insegura e incluso traumática. Existen distintas herramientas y sistemas de apoyo para ayudar a las personas invidentes a desplazarse con cierto grado de autonomía. Una de ellas y que es la más comúnmente usada debido a su bajo costo, es el llamado bastón blanco, el cual consiste de una varilla ligera plegable que les sirve de guía para desplazarse de manera autónoma. A pesar de que en ciertos ambientes el bastón puede ser de mucha utilidad, presenta varias desventajas. Por ejemplo, la persona tiene que explorar constantemente áreas pequeñas enfrente de él (ella), solo puede detectar obstáculos a nivel del piso y se requiere de muchas horas de entrenamiento para poder beneficiarse de su uso. Por otra parte, existen los perros guía, que son animales altamente entrenados, pero en general es muy costoso adquirirlos, además de que requieren de mucho cuidado, algo que las personas invidentes quizás no estén en condición de realizar. Por lo tanto, será útil poder crear desarrollos tecnológicos accesibles que permitan a las personas ciegas orientarse y desplazarse a través de ambientes conocidos y desconocidos de forma rápida y segura, y con ello contribuir a mejorar su calidad de vida. Es en este contexto que se enmarca esta tesis. En particular, en este trabajo se presenta la integración de un guía robótico para personas invidentes, el cual se construye utilizando un robot móvil comercial, conectado a un bastón blanco convencional por medio de una interfaz mecánica. Para garantizar la navegación autónoma del guía robótico, se implementa una estrategia de control de seguimiento de trayectoria y se diseña una estrategia de evasión de obstáculos tanto estáticos como dinámicos. Dicha estrategia de evasión se basa en modelos neuronales del tipo Hindmarsh-Rose interconectados. La efectividad de los controladores de seguimiento y evasión se ilustra por medio de simulaciones numéricas. Finalmente, se presentan los resultados de un estudio experimental que se realizó en conjunto con un grupo de seis personas ciegas con el fin de determinar la funcionalidad del guía robótico. Este estudio se realizó en la ciudad de Pachuca Hidalgo, con la colaboración de la Universidad...The sense of sight plays a key role in the ability of a person to orientate and to autonomously displace. For this reason, blind or visually impaired people tend to feel uncomfortable, worried and unsafe while walking in unknown environments. In order to improve the mobility of blind people, there exist several tools and support systems like the white cane, which consists of an extensible aluminum rod with a handle on one end and a tip on the other and allows blind people to orientate and to move autonomously in certain environments, like those having tactile paving. Although the white cane is a good option for enhancing mobility, it has certain disadvantages, like for example: the person should constantly scan small areas in order to determine whether the path is free of obstacles or not, the type of obstacles that can be identified is limited, and to master the use of the white case the person has to follow several training programs. On the other hand, there exist guide dogs that are trained to help blind people to navigate and to avoid obstacles. However, buying a guide dog may be costly. Therefore, it may be interesting to create technical developments for allowing blind people to orientated and to displace through known and unknown environments in a safety and confident manner, which ultimately may result in an improvement of their quality of life. For this reason, this thesis aims to integrate a robotic guide by using a commercial mobile robot, which is connected to a white cane through a mechanical interface. In order to guarantee the autonomous navigation of the robotic guide, a tracking controller is implemented and a suitable collision avoidance strategy for static and dynamic obstacles is designed using pairs of Hindmarsh-Rose neuronal models interacting via static and dynamic couplings. The effectiveness of the tracking and collision avoidance controllers is illustrated by means of numerical simulations. Furthermore, an experimental study with a group of blind people is conducted in order to validate the functionality of the robotic guide. The study was conducted at Pachuca, Hidalgo in collaboration with Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo and the Central Library Ricardo Garibay. The obtained results suggest that, in the future, the robotic guide may be a good alternative for improving the mobility of blind people