Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Impact of climate change in Mexican wine regions
No full textEl objetivo de esta tesis fue analizar el clima presente de México y el sur de Estados Unidos y los posibles cambios durante el siglo 21, con énfasis en las principales regiones vitivinícolas de México y California. Se usaron diversos índices a partir de observaciones y de simulaciones de dos modelos climáticos regionales (RegCM4.7 y RCA4) para un periodo histórico (1981-2010) y bajo dos escenarios de emisiones de gases de invernadero (RCP2.6 y RCP8.5) para un futuro cercano (2021-2050) y uno lejano (2070-2099). Ambos modelos reprodujeron las características principales de los climas mediterráneo y semiárido de las regiones analizadas; sin embargo, el RegCM4.7 mostró un sesgo cálido en Baja California y California, mientras que el RCA4 fue más frío que las observaciones en el altiplano Mexicano; los dos modelos presentaron sesgos húmedos en las regiones de topografía compleja. A pesar de estos sesgos, los dos modelos sugieren rangos de cambio muy similares en las regiones vitivinícolas. Para mediados de siglo se esperan incrementos de temperatura (~1.2°C) en dichas regiones y la temporada de crecimiento de la uva (Abr-Oct) podría adelantarse medio mes, pero seguirían siendo aptas para la viticultura. Los cambios más relevantes se esperan hacia finales del siglo 21 con el escenario de altas emisiones (RCP8.5); las unidades de calor y la temperatura mínima podrían incrementarse significativamente (~800°D y 4.5°C, respectivamente), especialmente en Coahuila. Bajo este mismo escenario, la precipitación anual podría disminuir hasta ~200 mm en el altiplano central y la temporada de crecimiento podría adelantarse hasta un mes; así mismo la cobertura de área para cultivar la vid en México y Estados Unidos podría reducirse entre 46.5% (según el RCA) y 53.2% (RegCM), con un impacto mayor en el Altiplano y el noreste de México. Por lo tanto, la viticultura y la industria vitivinícola de estas regiones podrían verse afectadas bajo el escenario RCP8.5 y a finales del siglo 21, por lo que sería necesario tomar medidas de adaptación y mitigación para que las zonas aptas en la actualidad continúen siendo productivas en este sector.The objective of this thesis was to analyze the current climate of Mexico and the southern United States and the possible changes during the 21st century, with an emphasis on the wine growing regions of Mexico and California. Various indices were used based on observations and simulations of two regional climate models (RegCM4.7 and RCA4) for a historical period (1981-2010) and for the near future (2021-2050) and a far-future (2070-2099) period under two greenhouse gas emission scenarios (RCP2.6 and RCP8.5). Both models reproduced the main characteristics of the Mediterranean and semiarid climates of the regions analyzed; however, RegCM4.7 showed a warm bias in Baja California and California, while RCA4 was colder than the observations in the Mexican high plateau; both models presented wet biases in regions of complex topography. Despite these biases, the two models suggest very similar ranges of change in wine regions. Increases in temperature (~ 1.2 ° C) are expected in these regions by the middle of the century, which could produce an early start of the grape season (from April to mid-March), but they would still be suitable for viticulture. The most relevant changes are expected towards the end of the 21st century under the high emissions scenario (RCP8.5); heat units and minimum temperature could increase significantly (~ 800 °D and 4.5 °C, respectively), especially in Coahuila. Under this same scenario, annual precipitation could decrease to ~ 200 mm in the central high plateau, and the onset of the growing season could be advanced by up to a month. Likewise, the area coverage to cultivate the vine in Mexico and the United States could be reduced between 46.5% (according to RCA) and 53.2% (RegCM), with a more significant
impact on the high plateau and northeastern Mexico. Therefore, viticulture and the wine industry could be affected in these regions under the RCP8.5 scenario and at the end of the 21st century. It would be necessary to implement adaptation and mitigation strategies so that the current wine producing regions continue to be productive in this sector
Photocatalytic decomposition of methylene blue and methylene red in the Fe2O3-Fe3O4 system supported in mordenite
No full textLos colorantes sintéticos son ampliamente utilizados en una gran variedad de procesos industriales, entre ellos la industria textil, cosmética y alimenticia. La descarga de los efluentes de estas industrias resulta perjudicial para los cuerpos de agua de recepción, constituyendo un serio problema de contaminación. Los colorantes absorben fuertemente la luz solar, lo que disminuye la intensidad de la luz absorbida por las plantas de agua, reduciendo su capacidad de fotosíntesis y la oxigenación de los reservorios de agua. En respuesta a esto, se buscan se ha comenzado a buscar mejores alternativas para el tratamiento previo de dichas aguas a su liberación al medio ambiente. La fotocatálisis heterogénea ha emergido como un candidato fuerte y económicamente viable en comparación con otras técnicas para aplicaciones de tratamiento de aguas. Los óxidos metálicos, como el Fe2O3 y Fe3O4, han destacado como fotocatalizadores por sus propiedades de absorción de luz (hasta 600 nm) y disposición electrónica, posicionándose como excelentes candidatos para su uso en la remediación ambiental. Así mismo, la efectividad del tratamiento de contaminantes por los fotocatalizadores puede ser incrementada utilizando un soporte como la zeolita mordenita que posee un sistema definido de microporos con propiedades únicas como presencia de sitios ácidos, capacidad de intercambio iónico y una alta estabilidad térmica. Es por eso que el planteamiento de este trabajo es el de preparar materiales híbridos del tipo Fe2O3-Fe3O4 soportados en mordenita sintética que tengan actividad y selectividad en la zona del visible en sus propiedades fotocatalíticas para la descomposición del azul de metileno.Synthetic colorants are widely used in a variety of industrial processes, including the textile, cosmetic and food industries. The discharge of effluents from these industries is detrimental to the receiving water bodies, constituting a serious pollution problem. Dyes strongly absorb sunlight, which decreases the intensity of light absorbed by water plants, reducing their photosynthesis capacity and the oxygenation of water reservoirs. In response to this, they are looking for better alternatives for the treatment of said waters prior to their release into the environment. Heterogeneous photocatalysis has emerged as a strong and economically viable candidate compared to other techniques for water treatment applications. Metal oxides, such as Fe2O3 and Fe3O4, have stood out as photocatalysts due to their light absorption properties (up to 600 nm) and electronic arrangement, positioning themselves as excellent candidates for use in environmental remediation. Likewise, the effectiveness of the treatment of pollutants by photocatalysts can be increased by using a support such as mordenite zeolite, which has a defined system of micropores with unique properties such as the presence of acid sites, ion exchange capacity, and high thermal stability. That is why the approach of this work is to prepare hybrid materials of the Fe2O3-Fe3O4 type supported on synthetic mordenite that have activity and selectivity in the visible area in their photocatalytic properties for the decomposition of methylene blue
Plasmonic colour generation on random surface arrays of nanoparticles: a numerical approach
No full textLos colores plasmónicos son el resultado de resonancias electromagnéticas colectivas que suceden, generalmente, cuando la luz interacciona con superficies metálicas nanoestructuradas. Su tonalidad es dependiente de las propiedades ópticas de la interfaz metal-dieléctrica, así como de la geometría de las nanoestructuras. Un método nuevo y prometedor, para la producción de estos, es el tratamiento superficial usando irradiación láser de pulsos ultracortos. Este método constituye una alternativa de bajo costo para la modificación de materiales mediante el intercambio térmico. Sin embargo, el diseño e implementación de estas investigaciones aún pasa por aspectos de fundamento físico que deben ser estudiados. El objetivo principal de este proyecto es estudiar de manera experimental y teórica la generación de coloreado plasmónico en arreglos aleatorios de nanopartículas y proponer diseños óptimos para su fabricación. Las nanopartículas, de forma esférica, son colocadas sobre una película delgada de oro y su densidad puede ser modificada a través de irradiación láser. Lo anterior permite la generación de distintos colores plasmónicos sobre una misma muestra. Experimentalmente se utilizó un láser pulsado de Titanio Zafiro, incorporado a un microscopio de barrido de luminiscencia de dos fotones (TPL, por las siglas en inglés de Two Photon Luminescense), para establecer el rango óptimo de la potencia incidente en la modificación láser. La caracterización óptica de las estructuras modificadas se llevó a cabo mediante la microscopia TPL. El análisis numérico se realizó usando un modelo vectorial de múltiple esparcimiento para estudiar la excitación y los efectos de esparcimiento del plasmón polaritón de superficie en superficies nanoestructuradas. Se simularon imágenes del primer armónico que toman en cuenta la reflexión de la superficie metálica y la respuesta plasmónica de las nanoestructuras. A partir de los resultados numéricos se generaron espectros de reflectancia de distintitas superficies con variaciones en la densidad y tamaño de las nanopartículas. Los resultados se usaron para calcular las coordenadas cromáticas dentro del espacio de color CIE XY. Finalmente, se asoció un color a la respuesta espectral de las superficies simuladas. Los resultados de esta investigación abren espacio a una nueva técnica de análisis numérico que facilita el diseño de nanoestructuras para impresión de colores plasmónicos por irradiación láser. El estudio realizado cumple con...Plasmonic colors result from collective resonant interactions between light and nanostructured metallic surfaces. Their tonality is highly dependent on the optical properties of the metal-dielectric interface as well as the geometry of the nanostructures where they are generated. A promising novel method for producing them is surface treatment via ultrashort pulse laser irradiation. This method constitutes a lowcost alternative for modifying materials through thermal treatment and avoids contamination by manufacturing process as well as it provides high energy performances. However, both, the design and implementation of such an investigation still go through fundamental aspects that must be studied. The main objective of this project is to experimentally and theoretically study the generation of plasmonic coloration in random arrays of nanoparticles as well as to propose optimal designs for their fabrication. The nanoparticles, which maintain a spherical shape, are placed on a thin gold film and their average density can be modified through laser irradiation. This allows the generation of different plasmonic colors on the same sample. Experimentally, a pulsed Titanium Sapphire laser (750-840 nm, 1.4 W, 80-95 MHz) incorporated into a scanning two-photon luminescence (TPL) microscope was used to establish the optimal range of the incident power for laser modification. The optical characterization of the modified structures was carried out by using TPL microscopy. Numerical analysis was performed using a multiple scattering vectorial model via surface plasmon polariton interactions due to surface nanoparticles to simulate the excitation and scattering effects of Surface Plasmon Polariton on the nanostructured surfaces. First harmonic images were simulated which consider the reflection of the metal surface and the plasmonic response of the nanostructures. From the numerical results, reflectance spectra of different surfaces with variations in the density and size of the nanoparticles were generated. The results were used to calculate the chromatic coordinates within the CIE XY color space. Finally, a color was associated with the spectral response of the simulated surfaces. The results of this research open avenues for a new numerical analysis technique that facilitates the design of nanostructures for printing plasmonic colors by laser irradiation. The study carried out accomplishes relevant aspects of nowadays investigation of plasmonic colors suc
Maximal clique enumeration algorithm in k-outerplanar graphs, using tree decomposition
No full textUn grafo G = (V, E) es una estructura discreta compuesta por el conjunto de vértices V y el de aristas E. Para un grafo G, un clique es un subgrafo para el cual cada par de vértices está conectado por una arista. Un clique maximal en G es aquel que no está contenido en otro clique más grande en G. El problema de enumeración de cliques consiste en enumerar todos los cliques maximales en G. Este problema pertenece a la clase N P-Difícil cuando G es arbitrario, y no se conocen algoritmos eficientes que lo resuelva. En el presente trabajo de investigación se propone el algoritmo DP-CLIQUE, el cual resuelve el problema anterior cuando el grafo de entrada es k-outerplanar. Un grafo k-outerplanar es un grafo plano, que al quitarle los vértices que tocan la región infinita del plano que rodea al grafo, así como sus aristas incidentes, se genera un grafo (k − 1)-outerplanar. El algoritmo DP-CLIQUE se auxilia de dos algoritmos del estado del arte. El primer algoritmo calcula la descomposición de árbol de un grafo kouterplanar. Una descomposición de árbol es una transformación del grafo de entrada a un árbol, en el cual, cada uno de sus nodos tiene atributos especiales. Posteriormente, se utiliza otro algoritmo que genera una descomposición de árbol agradable a partir de la descomposición anterior. La descomposición de árbol agradable tiene restricciones adicionales que facilitan su procesamiento. El tiempo de ejecución del algoritmo DP-CLIQUE es de O (τ + 1) · n · 2 τ+1 unidades de tiempo, donde n es el número de vértices en el grafo de entrada, y τ la anchura de árbol de G. La anchura de árbol de un grafo G es una medida que indica qué tan cercano es G a un árbol. Este tiempo de ejecución es polinomial en n, si τ es una constante. En particular, τ es una constante cuando k es una constante. Este tiempo de ejecución es equivalente al del mejor algoritmo del estado del arte, cuando k es constante, pero usa una técnica alternativa. Hasta donde el autor de este trabajo tiene conocimiento, el algoritmo DP-CLIQUE es el primero en resolver el problema mencionado a través de la descomposición de árbol. Este algoritmo es el primer paso para resolver este problema en otros grafos en tiempo polinomial en n.A graph G = (V, E) is a discrete structure consisting of the vertex set V and the edge set E. For a graph G, a clique is a subgraph for which an edge connects each vertices pair. A maximal clique in G is a clique that is not a subset of a larger clique in G. The maximal clique enumeration problem consists of enumerating all maximal cliques in G. This problem is N P-Hard when G is arbitrary, and there are no known efficient algorithms that solve it. This work proposes the algorithm DP-CLIQUE, which solves the problem above when the input graph is k-outerplanar. A k-outerplanar graph is a plane graph, such that by removing each vertex that touches the infinite region of the plane that surrounds the graph, and its incident edges, generates a (k − 1)-outerplanar graph. The DP-CLIQUE algorithm employs two algorithms from state of the art. The first algorithm calculates the tree decomposition of a k-outerplanar graph. A tree decomposition is a transformation of the input graph to a tree, in which each of its nodes has unique attributes. Then, the second algorithm generates a nice tree decomposition from the previous decomposition. A nice tree decomposition has additional restrictions that make it easier to process. The algorithm DP-CLIQUE requires O (τ + 1) · n · 2 τ+1 units of time, where n is the number of vertices in the input graph, and τ the treewidth in G. The treewidth of a graph G is a measure that indicates how close G is to a tree. This execution time is polynomial in n if τ is a constant. In particular, τ is a constant when k is a constant. This execution time is equivalent to that of the best-known stateof-the-art algorithm when k is a constant, but it uses an alternative technique. As far as the author of this work knows, the DP-CLIQUE algorithm is the first one that solves the problem mentioned above through tree decomposition. This algorithm is the first step for solving this problem in other graphs on polynomial time in n
Exploratory analysis of methanogenic communities of mud volcanoes from the Gulf of Cadiz
No full textEn la Tierra, la tectónica de placas y los procesos fotoquímicos atmosféricos suministran continuamente sustratos y eliminan productos de la corteza terrestre creando los ciclos geoquímicos. El vulcanismo es un fenómeno asociado a zonas de dinamismo geológico. Un tipo particular de vulcanismo son los volcanes de lodo, estructuras geológicas a través de las cuales el material arcilloso se libera desde el interior de la Tierra hacia la superficie. Dichas estructuras existen en ambientes terrestres y marinos y sus erupciones pueden implicar la emisión a la atmósfera de altas cantidades de metano y dióxido de carbono, gases fuertemente relacionados con el calentamiento global. Dada la importancia de las reacciones de intercambio geoquímico en los volcanes de lodo para el balance global de carbono, así como por ser el medio donde ocurre una gran parte de las reacciones redox que permiten la disponibilidad de los elementos utilizados por los diferentes niveles de la cadena trófica, se exploró la diversidad taxonómica y funcional de comunidades metagenómicas de dos volcanes de lodo en el golfo de Cádiz (GC). Este golfo es una zona de especial interés por la alta densidad de este tipo de vulcanismo, pues han sido caracterizadas, hasta la fecha, más de 50 estructuras de este tipo. Para entender el papel de los volcanes de lodo en las emisiones de metano y CO2 a la atmósfera se determinaron, mediante secuenciación del gen 16S del ARNr, los perfiles taxonómicos y las predicciones funcionales de dos núcleos de sedimento tomados de los volcanes Pipoca y Anastasya del GC. El análisis de estas muestras permitió identificar 5448 Amplicon Sequence Variants (ASVs), 623 pertenecientes al dominio Archaea y 4811 al dominio Bacteria. Las inferencias funcionales indicaron la presencia los genes involucrados en la metanogénesis, así como la oxidación anaeróbica del metano (AOM) y la reducción de sulfuro en ambos volcanes.On Earth, plate tectonics and atmospheric photochemical processes are continually supplying substrates and removing products from the Earth's crust, forming the geochemical cycles. Volcanism is a phenomenon associated with areas of high geological dynamism. Mud volcanoes are geological structures emitting clay material that is released from the interior of the Earth to the surface. These kinds of structures exist in terrestrial and marine environments, and their eruptions can release high amounts of methane and carbon dioxide to the atmosphere, which are strongly related with global warming. Due to the relevance of the geochemical interchange reactions for the global balance of atmospheric carbon occurring in mud volcanoes, and also, because are important sites where the redox reactions occurs to allow the resources availability that will be used for the upper trophic levels; we explored the taxonomic and functional diversity of methagenomic communities from two mud volcanoes of the Gulf of Cadiz (GC). This gulf is a particularly interesting area because it harbors a high density of mud volcanoes, presenting more than 50 structures characterized by now. To understand the role of mud volcanoes on the emissions of greenhouse gases, such as methane and CO2, we characterized the taxonomic profiles and their functional predictions using 16S-rRNA massive sequencing of two sediment cores collected at the Pipoca and Anastasya volcanoes in the GC. We found 5448 Amplicon Sequence Variants (ASVs), 623 from the Archaea domain and 4811 Bacteria. Functional inferences from the samples indicated the presence of genes responsible for the superpath of methanogenesis, as well as anaerobic oxidation of methane (AOM) and sulfur reduction in both mud volcanoes
Polarization effects in formation of LIPSS on bismuth
No full textEn este trabajo se presenta un estudio teórico-experimental del efecto de la polarización en la formación de estructuras periódicas superficiales inducidas por láser (LIPSS, por sus siglas en inglés). Para este propósito, se fabricaron LIPSS sobre una película delgada de bismuto, considerando diferentes estados de polarización láser: polarización lineal, elíptica y circular. Las LIPSS se generaron por debajo del umbral de ablación del material, usando un láser pulsado en el régimen de femtosegundos (270 fs) a una frecuencia de repetición de 10 kHz y con una longitud de onda centrada en λ = 1030 nm. Para transformar el estado de polarización del láser, se utilizó una placa retardadora de un cuarto de onda. Las estructuras generadas en los experimentos fueron caracterizadas a través de técnicas de microscopia óptica y microscopia electrónica de barrido, en donde se realizó un análisis de periodicidad y uniformidad de las LIPSS. En los resultados se observó que la morfología de las LIPSS presenta una fuerte correlación con la dirección de polarización del campo electromagnético incidente. Las LIPSS obtenidas con polarización lineal aparecen como líneas quasi-rectas con orientación perpendicular a la polarización incidente, mientras que con polarización elíptica las LIPSS se orientan de manera perpendicular al eje mayor de la elipse. Por otra parte, al usar polarización circular se obtuvieron estructuras más complejas con geometría tipo panal. En el análisis de periodicidad se encontró que las LIPSS presentan periodos cercanos a la longitud de onda incidente. En este sentido, se implementó por primera vez el modelo vectorial de múltiple esparcimiento de plasmones superficiales para estudiar de manera teórica la influencia de la polarización en la formación de las LIPSS. Se demostró que a través de este modelo es posible predecir la orientación y morfología de las LIPSS considerando las condiciones de rugosidad de la muestra.In this work, a theoretical-experimental study of the effect of polarization on the formation of laserinduced periodic surface structures (LIPSS) is presented. For this purpose, LIPSS were fabricated on a bismuth thin film layer, considering different states of laser polarization: linear, elliptical and circular polarization. The LIPSS were generated below the ablation threshold of the material, using femtosecond laser pulses (270 fs) at a repetition frequency of 10 kHz, with a wavelength centered at λ = 1030 nm. A quarter wave plate was used to transform the polarization state of the laser. The experimentally generated structures were characterized through optical microscopy and scanning electron microscopy techniques, where a periodicity and uniformity analysis of the LIPSS was performed. In the results, it was observed that the LIPSS morphology presents a strong correlation with the direction of polarization of the incident electromagnetic field. The LIPSS obtained with linear polarization appear as quasi-straight lines with orientation perpendicular to the incident polarization, while with elliptical polarization the LIPSS are oriented perpendicular to the major axis of the ellipse. On the other hand, when using circular polarization, complex structures with honeycomb geometry were obtained. In the periodicity analysis was found that the LIPSS present periods close to the incident wavelength. In this sense, the vectorial model for multiple scattering of surface plasmon polaritons was implemented for the first time to theoretically study the influence of polarization on the formation of LIPSS. It was shown that through this model it is possible to predict the orientation and morphology of the LIPSS considering the roughness conditions of the sample
Outer synchronization of mobile robots by using dynamic coupling
No full textEn este trabajo de tesis de maestría se aborda el problema de sincronización externa de dos redes dinámicas complejas con robots móviles diferenciales como nodos, empleando acoplamiento dinámico y una configuración de acoplamiento maestro y esclavo con un control por retroalimentación dinámica. Acoplamientos dinámicos son implementados tanto para la sincronización interna de las redes, así como para la sincronización externa entre dichas redes. Lo anterior con la finalidad de analizar ventajas y desventajas del esquema de acoplamiento dinámico propuesto. De los resultados obtenidos en este trabajo de tesis, se observó que una de las principales ventajas del esquema de acoplamiento propuesto al utilizar un sistema intermediario que permite acoplar indirectamente los nodos de las redes (ya sea interna o externamente), es precisamente aislar las señales de control entre los sistemas involucrados, con lo que se puede evitar daño a los nodos por amplitudes de señales de control indeseadas. Además, el error en estado estacionario se ve notablemente disminuido para el esquema de acoplamiento propuesto, con la desventaja de presentar oscilaciones en el estado transitorio.This Master of science thesis addresses the outer synchronization problem of two complex dynamic networks with differential mobile robots as nodes by using dynamic coupling, on a master-slave configuration and a dynamic feedback control law. Dynamic coupling is implemented in order to reach both inner and outer synchronization between the networks. The above with the purpose of analyze advantages and disadvantages of the proposed coupling scheme. From the obtained results, it was observed that one of the main advantages of the proposed coupling scheme when using an intermediary system that allows indirect coupling of the nodes of the networks (either internally or externally), is precisely to isolate the control signals between the involved systems, whereby damage to nodes by unwanted control signal amplitudes can be avoided. Furthermore, the steady-state error is remarkably reduced for the proposed coupling scheme, with the disadvantage of presenting oscillations in the transient state
Optical reflectivity and surface waves in systems with spin-orbit interaction
No full textSe estudian las propiedades ópticas de un gas de electrones bidimensional (GE2D) con interacción espín-órbita (IEO), concretamente la reflectancia (R), transmitancia (T) y absorción (A), así como la propagación de modos electromagnéticos de superficie a partir de su relación de dispersión. Se ha considerado la presencia de los acoplamientos espín-órbita tipo Rashba y tipo Dresselhaus lineal en k para una dirección cristalográfica de crecimiento arbitraria. Se considera primeramente la refracción óptica en un medio bidimensional en la interfase entre dos medios dieléctricos. Se calculan las amplitudes de Fresnel de reflexión y transmisión y la relación de dispersión de plasmones de superficie. A partir del formalismo de Kubo se obtiene el tensor de conductividad óptica que determina la corriente eléctrica inducida en el gas. Se identifican las contribuciones intra e interbanda y se estudian en función de los parámetros espín-órbita y de la orientación cristalina. Los resultados numéricos muestran que los espectros de R, T y A, en función de la frecuencia, nivel de Fermi, ángulos de incidencia y polarización, dependen esencialmente de la componente σxx (ω) cuando la luz incidente tiene polarización p, de σyy (ω) si tiene polarización s y cuando la polarización es mixta, se tiene un resultado híbrido debido a la combinación de ambas polarizaciones. Respecto a la propagación de modos superficiales, la relación de dispersión muestra que es posible la propagación de ondas hibridas cuasi-TE (transversales eléctricos) y cuasi-TM (transversales magnéticos) debido a la presencia conjunta de los acoplamientos Rashba y Dresselhaus. Para las orientaciones [001], [111] y [110], que son las comúnmente estudiadas, la propagación muestra frentes descritos por curvas de isofrecuencia cerradas, típicamente circulares o elípticas. Notablemente sin embargo, se ha encontrado que algunas caras pueden presentar contornos de propagación hiperbólicos en intervalos de frecuencia, más o menos estrechos, según los valores de los parámetros materiales. En este tipo de propagación, a diferencia de los casos con contornos circulares o elípticos, la propagación de energía se encuentra muy localizada en función de la razón de las partes imaginarias de la conductividad, y el confinamiento de campo es idealmente infinito. Esta posibilidad de tener transiciones topológicas en la forma de la propagación de los plasmones de superficie de un gas 2D con IEO no ha sido reportada aún, hasta ...The optical properties of a two-dimensional electron gas (GE2D) with spin-orbit interaction (IEO) are studied, specifically reflectance (R), transmittance (T), and absorption (A), as well as the propagation of surface electromagnetic modes from their dispersion relationship. The presence of Rashba type and linear Dresselhaus type spin-orbit couplings in k has been considered for an arbitrary crystallographic direction of growth. Optical refraction in a two-dimensional medium at the interface between two dielectric media is considered first. Reflection and transmission Fresnel amplitudes and the dispersion relation of surface plasmon are calculated. The optical conductivity tensor is obtained from the Kubo formalism, which determines the electric current induced in the gas. Intra- and interband contributions are identified and studied as a function of spin-orbit parameters and crystalline orientation. The numerical results show that the spectra of R, T, and A, as a function of frequency, Fermi level, incidence angles, and polarization, depend essentially on the component σxx (ω) when the incident light has polarization p, of σyy)ω) if it has s polarization and when the polarization is mixed, we have a hybrid result due to the combination of both polarizations. Regarding the propagation of surface modes, the dispersion relationship shows that the propagation of quasi-TE (electrical transverse) and quasi-TM (magnetic transverse) hybrid waves is possible due to the joint presence of the Rashba and Dresselhaus couplings. For orientations [001], [111], and [110], which are those commonly studied, the propagation shows fronts described by closed isofrequency curves, typically circular or elliptical. Notably, however, it has been found that some faces can exhibit hyperbolic propagation contours in more or less narrow frequency ranges, depending on the values of the material parameters. In this type of propagation, unlike the cases with circular or elliptical contours, the energy propagation is highly localized as a function of the ratio of the imaginary parts of the conductivity, and the field confinement is ideally infinite. This possibility of having topological transitions in the form of surface plasmon propagation of a 2D gas with IEO has not yet been reported, as far as we know. Usually, hyperbolic plasmons are investigated in conveniently designed anisotropic metasurfaces, which can be controlled from doping or the application of voltages
Efectos de las toxinas paralizantes en mamíferos y aves marinas, y en las pesqueríasde almeja generosa del Norte del Golfo de California durante 2015-2019
No full textParalytic Shellfish Toxins (PSTs) are a group of neurotoxins produced by some marine dinoflagellates species. During the harmful algal blooms (HABs) of these species, PSTs accumulate in bivalves which become the main vector of the toxins to humans. Paralytic Shellfish Poisoning (PSP) is the most important shellfish toxin syndrome in Mexico related to HABs and the only one associated with human fatalities. At least four HABs of Gymnodinium catenatum occurred in the Northern Gulf of California (NGC) between 2015 and 2019. In 2015, a G. catenatum HAB caused multispecies mass mortalities of sea mammals and seabirds. More than 1,000 seabirds and 240 marine mammals were affected. Also, the intoxication of at least five people were associated with this HAB. The presence of G. catenatum was registered from January to May. The sardine “bocona” (Cetengraulis mysticetus) was the main vector of the PSTs to animals. Economic activities have been also impacted by HABs in the NGC. Multiple prohibitions (sanitary bans) to the harvesting and exportation of the geoduck clam Panopea globosa have been implemented in the region. The metabolism of the PSTs in the siphon and visceral mass was characterized, this information is necessary when creating management plans for this important fishery. A maximum toxicity of 16,740 µgSTX eq Kg-1 was detected on the visceral mass, with a depuration rate of 4.3% day-1. C1&2 were the most abundant analogues detected in geoduck samples collected during the HAB appearance. The concentration of these analogues decreased in the first weeks, and the more toxic analogues GTX5, dcGTX3 and dcSTX were detected. Five and seven months after the occurrence of the HAB, M-type analogues and STX were detected also in the visceral mass of the clams. This is the first description of the biotransformation of PST in P. globlosa. Monitoring of PSTs levels in bivalves, and particularly during HABs requires reliable results in a short period of time. To meet analytic demands, Mexican Health Authorities implemented the Scotia Rapid Testing (SRT). SRT and HPLC-PCOX, the reference methodology in the US and Canada, were compared with the mouse bioassay (MBA), the reference methodology in Mexico. The good correlation (R2=0.91) between HPLC-PCOX and MBA indicates that HPLC-PCOX is suitable for monitoring PSTs in P. globosa. However, it was found that STR was not an accurate methodology as more than 67% of false positives were registered. G. catenatum HABs have occurrLas toxinas paralizantes (PST) son un grupo de neurotoxinas producidas por algunas especies de dinoflagelados marinos. Durante los Florecimientos Algales Nocivos (FAN) de estas especies, las PST se acumulan en bivalvos, que son el principal vector de las toxinas al hombre. La intoxicación paralizante por consumo de mariscos (PSP) es el síndrome asociado a toxinas en moluscos producidas por FAN más importante en México, y el único relacionado con muertes humanas. Al menos cuatro FANs de Gymnodinium catenatum ocurrieron en el norte del Golfo de California (NGC) entre 2015 y 2019. En 2015, el FAN provocó la mortalidad de más de 1,000 aves y 240 mamíferos marinos de distintas especies. Además, al menos 5 personas presentaron síntomas de intoxicación PSP. G. catenatum se registró de enero a mayo. La sardina “bocona” (Cetengraulis mysticetus) fue el principal vector de las PST hacia los animales. Las actividades económicas también se han visto afectadas por los FAN en el NGC debido a la implementación de vedas a la pesca y exportación de la almeja generosa Panopea globosa. En este trabajo, se caracterizó el metabolismo de las PST en el sifón y la masa visceral de la almeja, esta información es necesaria para la elaboración de planes de manejo para esta importante pesquería. La toxicidad máxima detectada fue 16,740 µg STXeq Kg-1 en la masa visceral, con una tasa de depuración de 4.3% día-1. C1&2 fueron los análogos más abundantes en muestras recolectadas al inicio del FAN, su concentración disminuyó en las primeras semanas y los análogos más tóxicos GTX5, dcGTX3 y dcSTX fueron detectados. Cinco y siete meses después de la aparición del FAN, se detectaron análogos de tipo M y STX. Esta es la primera descripción de la biotransformación de PSTs en P. globlosa. El monitoreo de las toxinas en bivalvos, particularmente durante un FAN, requiere la generación de resultados confiables en poco tiempo. Para satisfacer las demandas analíticas, las autoridades mexicanas implementaron el uso de Scotia Rapid Testing (SRT). En este trabajo, se compararon SRT y HPLC-PCOX, la metodología de referencia en EE.UU. y Canadá, con el bioensayo en ratón (MBA), la metodología de referencia en México. La buena correlación (R2 = 0.91) entre HPLC-PCOX y MBA indica que HPLC-PCOX es adecuado para monitorear PSTs en P. globosa, mientras que STR no es una metodología precisa ya que se registraron más de 67% de falsos positivos. Los FAN de G. catenatum se han producido en el NGC entre enero ..
Effect of acute and subchronic exposure to metal oxide nanoparticles on the antioxidant system of liver cells
No full textEl aumento en los escenarios de exposición de las cada vez más utilizadas nanopartículas de óxido de zinc (NPsZnO), ha despertado el interés por estudiar su posible efecto tóxico en la salud. Diversos estudios han reportado que uno de los principales mecanismos de toxicidad de las NPsZnO es el estrés oxidativo, inducido cuando la célula presenta una producción excesiva de especies de oxígeno altamente reactivas (ROS) y su capacidad antioxidante no es suficiente para contrarrestarlo. En este estudio se evaluó la alteración del sistema antioxidante de hepatocitos a la exposición aguda y subcrónica de las NPsZnO en dos diferentes presentaciones: en polvo (NPsZnOp) y suspensión (NPsZnOd). Las NPsZnO fueron caracterizadas mediante dispersión dinámica de luz (DLS), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectrofotometría UV-VIS. Se evaluó la citotoxicidad de las NPsZnO mediante el ensayo MTT, así como también la producción de ROS y la actividad de las enzimas superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT) de los hepatocitos utilizando métodos fluorimétricos y colorimétricos. Los resultados mostraron que las NPsZnOp usadas presentaron un tamaño promedio de 82±22 nm y son más tóxicas para los hepatocitos que las NPsZnOd con un tamaño promedio de 47±11 nm. La toxicidad superior de las NPsZnOp se asoció con su mayor capacidad para inducir la sobreproducción de ROS y para inhibir la actividad SOD y CAT de los hepatocitos, que a su vez se relacionaron con la internalización de las NPsZnOp. En exposiciones agudas ambas NPs provocaron efectos tóxicos dependientes de la producción de ROS que fueron generados por los iones Zn2+ liberados en el medio de cultivo. Sin embargo, se presentó un efecto hormético a largo plazo en los hepatocitos expuestos a NPsZnOd que se relacionó con la elevada actividad antioxidante de las enzimas SOD y CAT presentada a las 48 h de exposición. Estos resultados demuestran la gran influencia que tiene la actividad antioxidante en el grado de citotoxicidad provocado por las NPs y como las respuestas celulares pueden cambiar aun cuando las NPs evaluadas tengan el mismo compuesto, pero diferente tamaño y presentación.The increment of exposure scenarios of the widely used zinc oxide nanoparticles (NPsZnO) has sparked interest in the study on their possible toxic effect on health. Several studies have reported that one of the main toxicity mechanisms of NPsZnO is the oxidative stress, induced when the cell presents an excessive production of highly reactive oxygen species (ROS), and its antioxidant capacity is not sufficient to contend with. In this study, the alteration of the hepatocyte antioxidant system upon acute and subchronic exposure to NPsZnO in two different presentations: powder (NPsZnOp) and suspension (NPsZnOd) was evaluated. The NPsZnO were characterized by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), and UV-VIS spectrophotometry. The cytotoxicity of NPsZnO was evaluated by MTT assay, ROS production, superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT) enzyme activity in hepatocytes using fluorimetric and colorimetric methods were also evaluated. The results obtained herein showed that NPsZnOp have an average size of 82±22 nm and they are more toxic to hepatocytes than the NPsZnOd showing 47±11 nm in average size. The higher toxicity of NPsZnOp was associated with its ability to induce ROS overproduction and inhibit hepatocyte SOD and CAT enzymatic activities, which were linked to the internalization of NPsZnOp. In acute exposure scenarios, both NPs elicited toxic effects on hepatocytes by the ROS overproduction generated by the Zn2+ ions released in the culture medium. However, a long-term hormetic effect was presented in hepatocytes exposed to NPsZnOd related to the increased antioxidant activity of SOD and CAT enzymes presented at 48 h of exposure. These results demonstrate the significant influence of antioxidant activity on cytotoxicity triggered by NPs from the same chemical composition but different size and commercial presentation