Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Design of optical waveguides by laser lithography
No full textEn la actualidad, los circuitos electrónicos forman parte importante de cualquier dispositivo, en el área de telecomunicaciones se utilizan estos circuitos para crear una conexión entre la transferencia de datos proveniente de una fibra óptica y adquirida por un dispositivo electrónico para posteriormente ser transmitida de nuevo por una fibra óptica. Esta conversión de electrones a fotones genera una pérdida en la comunicación, creando un retraso y limitando a esta tecnología. Sin embargo, es posible cambiar los dispositivos electrónicos por fotónicos, creando un sistema de señales ópticas. Por lo que, el objetivo de este proyecto consiste en el diseño de guías de onda ópticas fabricadas por un conjunto de técnicas, permitiendo la aplicación en dispositivos fotónicos para el área de telecomunicaciones. En está tesis se exploró la creación de plantillas mediante la técnica de litografía láser a los cuales se les realizaron un depósito de óxido de aluminio (Al2O3) o bien alúmina por las técnicas de Magnetrón Sputtering D.C. y/o Depósito por capa atómica (ALD). Adicionalmente, se realizaron simulaciones de los datos adquiridos por la experimentación, donde el diseño de las guías de onda permitió evaluar su funcionalidad y optimizar sus dimensiones para cada caso. Por otro lado, se fabricaron plantillas para guías de onda de canal con un ancho de 1 μm con un objetivo de 20x y 375 nm con un objetivo de 100x. También se simularon las constantes ópticas de cada técnica de depósito en conjunto de los parámetros de dimensión obtenidos, donde Magnetrón SputteringD.C. arrojó un coeficiente de extinción de α_w=880 1/cm, así mismo, ALD mostró un coeficiente de extinción de α_w=0.71 1/cm. Los resultados obtenidos en esta tesis establecen que las guías de onda de canal fabricadas por ALD en conjunto con la técnica de litografía láser cuentan con un alto potencial para su aplicación en dispositivos fotónicos.Nowadays, electronic circuits are one of the most important components of any device; in telecommunications they are used to create a connection between the data transfer from an optical fiber and its collection by an electronic device to later be transmitted again by an optical fiber. This conversion of electrons to photons generates a loss in communication, creating a delay and limiting this technology. However, it is possible to exchange electronic devices for photonic ones, creating an optical signals system. Therefore, the objective of this project consists of the design of optical waveguides manufactured by a set of techniques allowing its application in photonic devices in the telecommunications area. In this thesis, the creation of molds is explored by means of the laser lithography technique over which a deposit of Aluminum Oxide (Al2O3) or Alumina were made by the techniques of Magnetron Sputtering D.C. and/or Atomic Layer Deposition (ALD). Additionally, simulations of the data acquired by the experimentation were carried out, where the design of the waveguides allowed to evaluate their functionality and optimize their dimensions in each case. On the other hand, molds for the waveguide channels with widths of 1 μm and 375 nm were manufactured with 20x and 100x objectives respectively. The optical constants of each deposition technique were also simulated in conjunction with the dimension parameters obtained, where Magnetron Sputtering D.C. showed an extinction coefficient of α_w=880 1/cm, whereas, ALD showed an extinction coefficient of α_w=0.71 1/cm. The results obtained in this thesis establish that the channel waveguides manufactured by ALD in conjunction with the laser lithography technique have a high potential for their application in photonic devices
Evaluation of distributed strategies for the deployment of multi-hop LPWAN networks
No full textLos avances en tecnologías de sensores, sistemas embebidos, comunicaciones inalámbricas, computación en la nube, entre otras, propiciaron el surgimiento del “internet de las cosas” (IoT). Con este nuevo modelo de comunicación, también surgieron aplicaciones del IoT que demandan el monitoreo continuo de variables urbanas y/o ambientales dentro de áreas geográficas extensas. Tradicionalmente, este tipo de aplicaciones han sido atendidas mediante arquitecturas de redes de sensores multi-salto (WSN) empleando tecnologías inalámbricas de corto alcance. No obstante, este enfoque, requiere un número considerable de dispositivos IoT para cubrir estas áreas, lo cual incrementa la complejidad, costo y consumo de energía de la red. Las Redes Inalámbricas de Área Amplia y de Baja Potencia (LPWAN) emergen como una tecnología prometedora que busca atender las necesidades de comunicación de largo alcance, baja complejidad y bajo consumo de las aplicaciones IoT. Estas también se caracterizan por emplear en la mayoría de sus implementaciones topologías de red en estrella. Por lo regular, en estas topologías los dispositivos finales transmiten con niveles de potencia elevados para asegurar la entrega de sus datos, esto también provoca un elevado consumo de energía de la red. En los últimos años, se propuso la implementación de topologías de red multisalto en LPWAN para ahorrar energía en los dispositivos finales, no obstante, la formación de las topologías multisalto en LPWAN no es una tarea trivial, por lo que se mantiene como un tema de investigación abierto. En este trabajo se investigaron, implementaron y evaluaron estrategias de control de topología distribuidas para el despliegue de redes LPWAN multisalto. Se diseñó e implementó en OMNET++ una cama de pruebas LPWAN-LoRa multisalto, la cual fue utilizada para evaluar las estrategias de control de topología en términos de consumo de energía y eficiencia de red. Los resultados obtenidos muestran que es factible implementar dichas estrategias en redes LoRa multisalto mostrando un gasto energético menor a la topología tradicional en escenarios con pocos saltos. Sin embargo, existe un compromiso al considerar la cantidad de saltos de los paquetes en este tipo de redes, puesto que un mayor número de retransmisiones incrementa el consumo de energía.Advances in sensor technologies, embedded systems, wireless communications, cloud computing, among others, led to the emergence of the “internet of things” (IoT). With this new communication model, IoT applications that demand the continuous monitoring of urban and/or environmental variables over large geographic areas are also emerged. Traditionally, these types of applications have been covered by multi-hop sensor network (WSN) architectures, which use short-range wireless technologies to establish communication links. However, this approach needs a considerable number of IoT devices to cover these areas, increasing the complexity, costs, and energy consumption of the whole network. Low Power and Wide Area Network (LPWAN) emerge as a promising technology that seeks to fulfill IoT needs such as long-range, low-complexity, and low-power communications. LPWAN are also known for using star network topologies in most of implementations. Typically, in these topologies the end devices transmit with high power levels to ensure the delivery of their data, this also causes a high energy consumption of whole network. In recent years, the implementation of multi-hop network topologies in LPWAN has been proposed to save energy on end devices. However, the topology formation in multi-hop LPWAN is not a trivial task and it remains as open research topic. In this thesis, it has been investigated, implemented, and evaluated distributed topology control strategies for the deployment of multi-hop LPWAN networks. In order to perform our evaluations, a multi-hop LPWAN-LoRa test-bed was designed and implemented in OMNET++. Topology control strategies were evaluated in terms of power consumption and network efficiency. The results obtained show that it is feasible to implement these strategies in multi-hop LoRa networks showing lower energy consumption than traditional topology with few hops. However, there is a trade-off when considering the number of packet hops in this type of network, since a higher number of retransmissions increase the power consumptio
Two-dimensional temperature characterization of a thermal sensor based on up-conversion fluorescence in rare earth polymeric compounds
No full textEl dopaje de materiales con elementos de tierras raras como el Erbio (Er3+) y el Yterbio (Yb3+), mejora las propiedades de luminiscencia de los materiales, como consecuencia de la fluorescencia inducida por un proceso de conversión ascendente. Para el caso de materiales co-dopados con Er3+ /Yb3+ la eficiencia en la excitación de la fluorescencia se incrementa considerablemente y, además, el espectro de emisión fluorescente posee bandas de energía térmicamente acopladas, por lo que dichos materiales se pueden utilizar como sensores de temperatura. Esto es posible mediante la medición de la razón de intensidades de fluorescencia (FIR, por sus siglas en inglés) de dichas bandas acopladas. La FIR ha sido utilizada exitosamente para medir la temperatura en células de una manera remota o bien para la fabricación de sensores de temperatura. No obstante, la obtención de la FIR radica en una medición puntual del espectro de fluorescencia mediante el uso de espectrómetros, con los cuales se obtiene la intensidad de cada una de las bandas acopladas. Esto inevitablemente imposibilita una medición bidimensional de la temperatura, a menos que se escanee la muestra. En esta tesis se proponen dos metodologías experimentales para medir la distribución bidimensional de la temperatura en medios sensores compuestos por polidimetilsiloxano dopado con Er3+ e Yb3+ (PDMS-Yb3+/Er3)). Se demuestra que esto es posible mediante la adquisición de imágenes de la fluorescencia de conversión ascendente (FCA) para medir directamente, o mediante un cálculo aritmético, la razón de intensidades (FIR); esto es, empleando únicamente una cámara (monocromática o a color) sin la necesidad de utilizar un espectrómetro.Rare earth elements doping, such as Erbium (Er3+) and Ytterbium (Yb3+), improves materials' luminescence properties. In particular, the fluorescence excitation efficiency, induced by an up-conversion process in materials co-doped with Er3+ / Yb3+, increases considerably. Since the fluorescent emission spectrum of Er3+ has thermally coupled energy bands, such co-doped with Er3+ / Yb3 materials can be used as temperature sensors. This is possible by measuring the Fluorescence Intensity Ratio (FIR) of such coupled bands. FIR measurement has proven to be a successful way to measure the temperature in cells remotely and to manufacture temperature sensors. However, FIR measurements are commonly performed pointwise, i.e. measured over a small spatial region, using spectrometers to obtain each corresponding coupled band's intensity. Such a pointwise measurements makes impossible the rapid acquisition of a two-dimensional temperature measurements unless the sample is scanned. This thesis proposes two experimental methodologies to measure the two-dimensional temperature distribution in a sensor composed of polydimethylsiloxane doped with Er3+ and Yb3+ (PDMS-Yb3+ / Er3+). We demonstrate that the FIR measurement is possible directly via either the image acquisition and processing of the up-conversion fluorescence (UC) signal on the specific coupled band or by an arithmetic calculation over a single image taken over the hyperspectral UC image, using a single (monochrome or color) camera instead of a spectrometer
Photosynthetic physiology and toxic potencial of Chattonella species isolated from the mexican Pacific and California Gulf.
No full textChattonella es un género de rafidofitas que produce metabolitos que ocasionan la muerte de organismos marinos con repercusiones sobre la maricultura. La afinidad a irradiancias altas y la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés: reactive oxigen species) son características del género; sin embargo, se desconoce la fisiología asociada a la producción de ROS. Se propone que la producción de los metabolitos tóxicos está relacionada con la regulación de la cantidad de luz que reciben, por lo que se estableció como objetivo general la caracterización de la relación entre la producción de estos metabolitos y los mecanismos de fotoprotección y características fotosintéticas de Chattonella subsalsa aislada de la Bahía de La Paz, y de dos cepas de Chattonella (CBTSA y CBTSB) aisladas de la Bahía de Todos Santos (BTS). Para esto, se evaluaron las características fotosintéticas, la disipación térmica de la energía independiente de la fotoquímica (NPQ, por sus siglas en inglés: Nonphotoquemical energy quenching), la interconversión de pigmentos del ciclo de las xantofilas (CX) y se relacionó con la producción de metabolitos potencialmente nocivos. Las tres cepas se aclimataron a dos condiciones contrastantes de luz (43 y 300, µmol quanta m2 s-1; denominadas LB y LA, respectivamente). Las mediciones se realizaron al exponer a las células a una condición de estrés por luz saturante (1400 µmol quanta m2 s-1) durante 30 minutos. Las cepas CBTSA y CBTSB se identificaron mediante la caracterización del gen Citocromo c oxidasa subunidad 1 (COI) como Chattonella marina var. antiqua y Chattonella sp., respectivamente. Las tres especies crecieron en ambas condiciones de luz, pero las cepas de la BTS presentaron una tasa de crecimiento menor en LB. La tasa de crecimiento en C. subsalsa fue similar en ambos tratamientos. Se evaluaron las características fotosintéticas mediante las relaciones fotosíntesis-irradiancia (P-E). Se detectó que la fotosíntesis neta máxima (Pmax) y la eficiencia fotosintética (α) normalizadas por la concentración de clorofila a fue similar entre las diferentes aclimataciones. La irradiancia de saturación (Ek) fue alta para las tres especies. En promedio presentaron un Ek de 551 ± 90 y 785 ± 110 µmol quanta m2s-1 a LB y LA, respectivamente. El perfil pigmentario y el de ácidos grasos (AG) identificado en este trabajo corresponden a lo reportado para el género. Los ácidos palmítico (C16:0), palmitoleico (C16:1) y ...Chattonella species are raphydophytes frequently associated with massive mortalities of marine organism worldwide. The main characteristics of this group of microalgae is their tolerance to high light and the production of extraordinary levels of reactive oxygen species (ROS). The physiology associated with the production of these metabolites is unknown. We propose that there is a relation between the production of toxic metabolites and the regulation of light received by cells. The objective of this work was to identify the relationship between the production of noxius metabolites and photoprotection mechanisms and photosynthetic characteristics of Chattonella subsalsa isolated from Bahía de La Paz, and two strains of Chattonella (CBTSA and CBTSB) isolated from Todos Santos Bay (BTS). The photosynthetic performance, pigment composition, thermal dissipation (measured as the nonphotochemical quenching of chlorophyll a florescence; NPQ) and the relation with production of the superoxide anion (O2-) and fatty acids were evaluated in cells maintained at low light (LL, 43 µmol quanta m2 s-1) and high light (HL,190 µmol quanta m2 s-1). Measurements were taken during 30 minutes of exposure to saturating light (1400 µmol quanta m2 s-1). CBTSA and CBTSB strains were identified by sequencing the Cytochrome c oxidase subunid 1 gene (COI), as Chattonella marina var. antiqua y Chattonella sp, respectively. All three species grew in both acclimatization light conditions, but in LL the BTS strains presented a lower growth rate. C. subsalsa growth characteristics were similar between treatments. Photosynthetic characteristics were evaluated by the photosynthesis-irradiance relationship (PE) curve. Maximum net photosynthesis (Pmax) and photosynthetic efficiency (α) were similar in cells acclimated to both light conditions when the data were normalized per chlorophyll a concentration. All three species have an unusually high saturation irradiance (Ek of 551 ± 90 and 785 ± 110 µmol quanta m2s-1 for LL y HL, respectively).The pigment and fatty acids profiles were similar with those reported before. Palmitic (16:0), eicosapentaenoic (EPA, 20:5 ω3) and palmitoleic (16:1) were the more abundant fatty acids, with no differences between light acclimation conditions. The photosystem II (PSII) maximum quantum yield, Fv/Fm in cells exposed to saturating light decreased up to 80% of initial value. Also, in saturating light NPQ was induced in the three species, and was associated ..
System for the detection of pain through facial expressions
No full textLa detección de dolor es un punto muy importante durante el diagnóstico de las enfermedades, la detección de dolor tradicionalmente se realiza mediante informes subjetivos, que presentan algunos limitaciones con algunos pacientes. Existen trabajos en donde se utilizan las expresiones del rostro para la detección automática del dolor, sin embargo estos tienen un gran procesamiento de los datos, lo que puede provocar un alto costo computacional. Adicionalmente, estos trabajos no han sido evaluados en un ambiente real, por lo que no se conoce si son útiles en este tipo de escenarios. Debido a lo anterior, el objetivo del presente trabajo es realizar un sistema para el reconocimiento automático del dolor usando expresiones faciales, el sistema desarrollado utiliza el algoritmo de Viola-Jones para la detección del rostro, el método de histograma de patrones binarios locales (LBPH por sus siglas en ingles Local Binary Pattern Histogram) para la extracción de características de las imágenes de personas con dolor y un clasificador de vecino cercano para obtener la intensidad de dolor. Se realizaron diversas evaluaciones con el sistema para conocer la precisión y utilidad, la evaluación de la precisión fueron realizados con la base de datos Painful UNBC-McMaster obteniendo resultados de hasta un 85 % de exactitud en la clasificación, mientras que para probar su utilidad se realizaron evaluaciones en un ambiente no controlado donde el sistema mostró ser robusto a cambios de iluminación, objetos alrededor que pudieran interferir en la detección del rostro y las distancias que hubiera entre el sujeto y el sistema, además de comentarios positivos de expertos en el área de la salud.Pain detection is a very important issue during disease diagnostics, traditionally done through subjective reports, which present some limitations with some patients. Automatic pain detection has been doing considering facial expressions by some authors. However, those works usually require great data processing steps, which can cause a high computational cost. Additionally, these works have not been evaluated in a real environment, so it is not known if they are useful in these types of scenarios. Due to the above, the objective of this work is to develop a system for automatic recognition of pain using facial expressions. The system is based on Viola-Jones algorithm for face detection, Local Binary Pattern Histogram method for the extraction of image characteristics of people in pain and a near neighbor classifier to obtain the intensity of pain. Various evaluations were performed to assess the system’s accuracy and usefulness. Those evaluations were performed applying the system to Painful UNBC-McMaster database, obtaining results of up to 85 % of accuracy in the classification. Usefulness evaluations were carried out in an uncontrolled environment where the system proved to be robust to lighting changes, surrounding objects that could interfere with the detection of the face and the distances between the subject and the system. Also, positive comments from experts in the health sciences were obtained
Three-dimensional modeling of electric field in the time domain
No full textLos métodos de exploración geofísica basados en la difusión de ondas electromagnéticas son utilizados para determinar la distribución de conductividad en el subsuelo. Por su capacidad de detección de contrastes entre materiales de diversas conductividades y por la versatilidad de obtención de datos en campo, los métodos en el dominio del tiempo tales como Corriente Directa, Transitorio Electromagnético y Electromagnético de Fuente Controlada (DC, TDEM y CSEM por sus siglas en inglés) son íºtiles para determinar la estructura de conductividades a profundidades de interés para prospecciones mineras, hidrológicas, petroleras, geotérmicas, entre otras. Sin embargo, la identificación de pequeí±as variaciones en los campos electromagnéticos atribuibles a la presencia de fluidos en el subsuelo requiere de métodos sofisticados de simulación o modelado numérico que reproduzcan de manera exacta y precisa el comportamiento de los campos y su respuesta en superficie. Mientras que las técnicas de exploración que emplean fuentes controladas en el dominio del tiempo han evolucionado significativamente, la mayoría de las técnicas de modelado numérico computacional han sido desarrolladas en el dominio de la frecuencia. Ante esta evolución, resulta pertinente preguntarse si las ventajas que se tienen en los levantamientos electromagnéticos transitorios no pueden también reflejarse en las técnicas de modelado numérico computacional en el dominio del tiempo. En este trabajo se plantean las ventajas de implementar estas técnicas y se propone el desarrollo de un algoritmo de modelado directo de campos electromagnéticos. Para esto se desarrolló un algoritmo para simular el carí¡cter difusivo de las ondas electromagnéticas en su transito por medios geológicos, a partir de técnicas de modelado numérico basadas en esquemas implícitos de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD). Este algoritmo trae como resultado volíºmenes de series de tiempo que pueden compararse fí¡cilmente con las series de tiempo adquiridas por una diversidad de dispositivos de prospección electromagnética disponibles en la actualidad. El esquema desarrollado ha demostrado reproducir fielmente los valores de campos electromagnéticos sin la necesidad de muestreos temporales restrictivos ya que carece de las limitaciones que los esquemas explícitos de modelado poseen; lo que a la vez se podría traducir en mayor eficiencia computacional.Geophysical exploration methods based on the propagation of electromagnetic waves are used to determine the distribution of conductivity in the subsurface. Due to their capacity to detect contrasts between materials of various conductivities and their versatility on the field data acquisition, time-domain methods such as Direct Current (DC), Time-Domain Electromagnetics (TDEM) and Controlled Source Electromagnetics (CSEM), are useful to determine the conductivity structure at depths relevant for mining, hydrological, petroleum and geothermal prospecting. However, the identification of small variations on the electromagnetic fields due to the presence of fluids in the subsoil requires sophisticated methods of simulation or numerical modeling that can accurately and precisely reproduce the behavior of the fields and their response in the surface. While prospection methods that use controlled sources in time domain have evolved significantly, most computational numerical modeling techniques have been developed in the frequency domain. Given this evolution, it is pertinent to ask whether the advantages of transient electromagnetic surveys can also be reflected in computational numerical modeling in time domain. In this work the advantages of implementing these techniques are explored and the development of a direct modeling scheme of electromagnetic fields is proposed. For this it was developed a computational algorithm with the capacity to simulate the diffusive character of electromagnetic waves in their transit through geological media, using numerical modeling techniques based on implicit schemes of Finite Differences in Time Domain (FDTD). This scheme results in volumes of time series that can be easily adapted to time series acquired by a variety of currently available electromagnetic prospecting devices. The developed method reproduces accurately the values of electromagnetic fields without the need of restrictive temporal sampling since it lacks the limitations existent in explicit modeling techniques; which at the same may translate into greater computational efficiency
Chemical elements and its relationship with stable isotopes (13C y 15N), using the Harbor seal (Phoca vitulina richardii) as bioindicator in Baja California, México
No full textLa liberación de elementos químicos al ambiente ha incrementado a escala global en últimas décadas, cuyas fuentes pueden ser antropogénicas o naturales. Estos elementos, al llegar al mar, alteran las concentraciones en el medio, dejando expuestos a organismos que pueden bioacumularlos y biomagnificarlos, posiblemente alcanzando niveles tóxicos. El presente trabajo se centró en la foca de puerto del Pacífico (Phoca vitulina richardii), al considerarla una especie bioindicadora debido a que ocupa un alto nivel trófico, es filopátrica, no migratoria, y longeva (20-35 años); por tanto permite documentar procesos biogeoquímicos y evidenciar sitios contaminados en su hábitat. Para conocer estos aspectos en el hábitat de la foca en México colecté pelo de crías en cinco sitios ubicados a lo largo de la costa oeste de la Península de Baja California representativos de su distribución en México: Isla Todos Santos, Estero de Punta Banda, así como las islas San Jerónimo, Natividad y San Roque, en temporada de cría (febrero a abril) de 2015. Posteriormente, analicé sus concentraciones de Ag, As, B, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, Mg, Pb, Sb, Se, V y Zn así como de sus composiciones isotópicas de C y N. Encontré diferencias tanto en las concentraciones de elementos químicos como en los valores de sus composiciones isotópicas en ambos elementos entre colonias, reflejo de la variación en dieta, procesos biogeoquímicos y aportes antropogénicos locales por sitio. Los resultados del análisis isotópico indicaron que las crías son un buen indicador de hábitos alimentarios de las madres, los valores 15N revelaron el enriquecimiento en 15N de norte a sur de la línea base de la red trófica de esta región y los valores de 13C y Cd indicaron que las hembras adultas prefieren alimentarse en áreas béntico-demersales, con ligeras variaciones entre colonias debido al consumo de presas diferentes, además de ser indicativos de eventos de surgencia. Los elementos As, Co, Cu, Se, Pb y V resultaron ser los mejores trazadores para evidenciar sitios contaminados. Mis resultados demuestran que el uso de herramientas indirectas es útil para afrontar el reto de estudiar la ecología de especies marinas en vida libre, pues permite conocer los hábitos alimentarios, determinar relaciones tróficas, entender los procesos biogeoquímicos e identificar las amenazas a la salud de los organismos marinos.The releasing of chemical elements into the environment has increased globally in recent decades, resulting from both anthropogenic activities, and natural sources. When these elements reach the ocean, they can modify their natural concentrations, posteriorly being exponed to the organisms, which tend to bioaccumulate and biomagnify them, even reaching toxic levels. The present work focused on the Pacific harbor seal (Phoca vitulina richardii), because it occupies a high trophic level, is a philopatric species, is a non-migratory species, and is long-lived (20-35 years); therefore it allows to document biogeochemical processes and reveal polluted sites in its habitat. To know these aspects in the harbor seal habitat in Mexico, I collected pup’s fur from five sites located along of the west coast of the Baja California Peninsula representative of its distribution in Mexico: Punta Banda Estuary and Todos Santos, San Jerónimo, Natividad and San Roque islands, during breeding season (from February to April) of 2015. Then, I analyzed the concentrations of Ag, As, B, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, Mg, Pb, Sb, Se, V and Zn, as well as the isotopic composition of C and N (δ13C and δ15N). I found differences both in the concentrations of chemical elements and in the δ13C and δ15N values among colonies, this is a reflection of the variation in diet, biogeochemical processes and local anthropogenic contributions inherent per site. The results of the isotopic analysis highlight that the pups’ fur is a good indicator of their mothers’ feeding habits, the δ15N values revealed the enrichment in 15N from north to south of the foodweb baseline in this región, and the δ13C values and Cd concentrations indicated that adult females prefer to feed in benthic-demersal areas, with slight variations among colonies due to the consumption of different prey species; in additon, they indicated upwelling events. The As, Co, Cu, Se, Pb and V elements were the best indicators to reveal polluted sites. My results demostrate that the use of indirect tool is useful to face the callenge of studying wildlife marine species, thus allow us to learn about their feeding habits, determine their trophic relationships, understand the biogeochemical processes and identify threats to the health of marine organism
Preparation and characterization of polyethylene terephthalate (PET) nanoparticles and the evaluation of their in vitro toxicity
No full textLa contaminación generada por los deshechos de plásticos sintéticos representa un problema para el ambiente y la salud pública, siendo el tereftalato de polietileno (PET) uno de los plásticos más producidos y dispersados en el ambiente. Existe una gran preocupación en el ámbito internacional debido a su presencia en todo tipo de cuerpos de agua, costas y sedimentos, además de su interacción con la biota marina. El PET, a pesar de ser considerado un material resistente, puede ser degradado en ambientes dinámicos como el océano hasta el tamaño de nanopartículas (NPs de PET). El impacto de las NPs de PET sobre organismos complejos ha sido poco explorado y no se conocen sus efectos en células de mamíferos. En la presente investigación, se ha buscado mimetizar la interacción de nanoplásticos con células al lograr preparar y caracterizar exitosamente NPs de PET y determinar los posibles efectos toxicológicos utilizando un modelo de línea celular de macrófagos de ratón (RAW264.7). Las NPs de PET tienen una distribución de tamaño entre 80 y 250nm, con formas y tamaños heterogéneos. Sus propiedades químicas y policristalinidad fueron confirmadas mediante FTIR, XRD y TEM. En los ensayos in vitro, se ha demostrado la transición hacía la polarización M1 de macrófagos al interactuar con las NPs de PET en tiempos cortos y a bajas concentraciones, en donde se destaca un aumento de viabilidad que disminuye con el tiempo, el aumento de la producción de ROS, la internalización de las NPs de PET mediante fagocitosis vía TLRs, la producción de citocinas pro-inflamatorias y quimiotaxis en tiempos cortos y una posible activación de la apoptosis en tiempos más largos. Estos resultados sugieren que las NPs de PET podrían afectar los procesos de inflamación mediante la acción directa en los macrófagos.The presence of micro- and nanoplastics in marine environments has been considered a significant health global problem in recent years. Polyethylene terephthalate (PET) waste is one of the most common ocean plastic pollutants, and it has been demonstrated his degradation capacity in these dynamic environments. We try to mimic the interaction of these environmental nanopollutants producing PET NPs by top-down acid hydrolysis. PET NPs were carefully characterized in terms of chemical/physical properties. The nanoplastics obtained had a size of 50-250nm dimension, with significant size and shape heterogeneity. FTIR, XRD, and TEM confirmed the PET NPs chemistry and polycrystallinity. In vitro assays with a low concentration of PET NPs, we demonstrated M1 macrophage polarization in short times, with high viability ratio that decreases at the time, increases in ROS production, internalization by phagocytosis via TLRs, cytokine proinflammatory production, and chemotaxis. Moreover, in the case of extended times of PET NPs cell exposition, we confirm the evidence of initial apoptosis activation. These results suggested that PET NPs could affect inflammation processes through direct action on macrophages
Historical growth parameters recontruction of Porites panamensis (Scleractinia: Poritidae) at Bahía de los Ángeles, Baja California
No full textLos arrecifes coralinos son ecosistemas de gran importancia ambiental y económica debido a los bienes y servicios ecosistémicos que generan a los seres vivos. Estos ecosistemas son construidos por corales hermatípicos que son organismos marinos coloniales que depositan un exoesqueleto de carbonato de calcio mediante un proceso de calcificación. Porites panamensis genera un patrón de bandas de crecimiento en su esqueleto que puede ser utilizado para estimar los cambios en la calcificación a través del tiempo como respuesta a los cambios ambientales. De esta forma, en las últimas dos décadas se ha observado que la calcificación ha disminuido en distintas regiones del mundo, lo cual ha sido asociado a los efectos del incremento del dióxido de carbono antropogénico. Por lo anterior, se han propuesto zonas de refugio para los corales, como por ejemplo, Bahía de los Ángeles, en donde hay desarrollo de comunidades coralinas. El presente estudio tiene como objetivo analizar la tendencia temporal los parámetros de crecimiento y porosidad del esqueleto de P. panamensis utilizando la técnica de esclerocronología e imágenes petrográficas digitales, respectivamente. Los resultados indican una reducción del 69% en tasa de calcificación del 10% en la densidad del esqueleto, del 39% en la tasa de extensión y del 21% en la porosidad del esqueleto durante los 16 años analizados. Asimismo, se observó que esta reducción en los parámetros de crecimiento puede ser consecuencia del evento El Niño 2014-2017 que generó anomalías positivas en temperatura de la superficie del mar en BLA. Finalmente, se observó que la tasa de extensión y la porosidad tienen una relación lineal positiva, lo cual sugiere que P. panamensis sufrió un cambio estructural en el esqueleto como respuesta al evento El Niño 2014 – 2017. Este estudio muestra que eventos El Niño tiene efectos negativos en el crecimiento de P. panamensis y se propone un método para poder cuantificar la porosidad del esqueleto para estudios posteriores.Coral reefs are ecosystems of great environmental and economic importance due to the ecosystem goods and services that they generate for living beings. These ecosystems are built by hermatypic corals that are colonial marine organisms that deposit a calcium carbonate exoskeleton through a calcification process. Porites panamensis generates a pattern of growth bands on its skeleton that can be used to estimate changes in calcification over time in response to environmental changes. In this way, in the last two decades, it has been observed that calcification has decreased in different regions of the world, which has been associated with the effects of the increase in anthropogenic carbon dioxide. Therefore, refuge areas for corals have been proposed, such as Bahía de los Ángeles, where there is a development of coral communities. The present study aims to analyze the temporal trend of the growth and porosity parameters of the P. panamensis skeleton using the sclerochronology technique and digital petrographic images, respectively. The results indicate a 69% reduction in the calcification rate of 10% in the density of the skeleton, of 39% in the extension rate, and 21% in the porosity of the skeleton during the 16 years analyzed. Likewise, it was observed that this reduction in growth parameters may be a consequence of the 2014-2017 El Niño event that generated positive anomalies in sea surface temperature in BLA. Finally, it was observed that the extension rate and porosity have a positive linear relationship, which suggests that P. panamensis underwent a structural change in the skeleton in response to the El Niño event 2014 - 2017. This study shows that El Niño events have negative effects on the growth of P. panamensis and a method is proposed to be able to quantify the porosity of the skeleton for later studies
Growth and biochemical composition of Scenedesmus acuminatus cultivated with different nitrogen source and irradiance
No full textLa composición bioquímica de las microalgas se ve afectada por las condiciones de cultivo y las fases de crecimiento. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del aporte químico del nitrógeno y de la irradiancia respecto al crecimiento, la composición proximal, pigmentos, fotosíntesis y el perfil de ácidos grasos de Scenedesmus acuminatus. Se utilizaron dos aportes químicos de nitrógeno (nitratos y amonio) y tres irradiancias (50, 100 y 200 μmol m-2 s-1). La tasa de crecimiento presentó diferencias significativas por efecto del aporte químico de nitrógeno y por el nivel de irradiancia utilizado, donde la mayor tasa de crecimiento se presentó en cultivos con amonio a 50 μmol m-2 s-1. La composición proximal exhibió diferencias significativas por efecto del aporte químico de nitrógeno y por la irradiancia, favoreciendo la producción de proteínas en cultivos con amonio a 50 μmol m-2 s-1 en fase estacionaria. La mayor producción de lípidos se presentó en cultivos con amonio a 50 μmol m-2 s-1 en fase exponencial, mientras que la mayor concentración de carbohidratos se obtuvo con amonio a 200 μmol m-2 s-1 en fase exponencial. El contenido de clorofila presentó diferencias por efecto del aporte de nitrógeno y la irradiancia, obteniendo los mayores valores de clorofila a en los cultivos a 50 y 100 μmol m-2 s-1 suministrados con amonio en fase estacionaria. La tasa máxima de transporte de electrones (ETRmax) no mostró diferencias significativas durante las fases de crecimiento. Sin embargo, los valores mayores de ETRmax fueron para los cultivos con amonio como aporte de nitrógeno y con la mayor irradiancia (200 μmol m-2 s-1). Scenedesmus acuminatus mostró cambios en el contenido de ácidos grasos por efecto de la forma de nitrógeno y del nivel de irradiancia utilizado. La mayor producción de ácidos grasos poliinsaturados se obtuvo con aporte de amonio y con los tres niveles de irradiancia utilizados. En conclusión, el uso de amonio como forma química de nitrógeno en el medio de cultivo produce un incremento en la tasa de crecimiento, la síntesis de proteínas, el contenido de pigmentos, la eficiencia fotosintética y el contenido de ácidos grasos poliinsaturados en Scenedesmus acuminatus. La tasa de crecimiento, el contenido de proteínas y la eficiencia fotosintética aumentan con la menor irradiancia utilizada (50 μmol m-2 s-1) mientras que con el aporte de nitrato se promueve un incremento en el contenido de ácidos grasos saturados y monoinsaturados.The biochemical composition of microalgae is affected by the culture conditions and the growth phases. The aim of this work was to evaluate the effect of nitrogen source and irradiance on growth, proximal composition, pigments, photosynthesis, and the fatty acid profile of Scenedesmus acuminatus. Two nitrogen sources (nitrates and ammonium) and three irradiances (50, 100, and 200 μmol m-2 s-1) were used. The growth rate presented significant differences due to the effect of the chemical supply of nitrogen and the level of irradiance used, were the highest growth rate occurred in cultures with ammonium at 50 μmol m-2 s-1. The proximal composition exhibited significant differences due to the effect of nitrogen source and irradiance, favoring the production of proteins in cultures with ammonium at 50 μmol m-2 s-1 in the stationary phase. The highest lipid production occurred in cultures with ammonium at 50 μmol m-2 s-1 in the exponential phase, while the highest concentration of carbohydrates was obtained with ammonium at 200 μmol m-2 s-1 in the exponential phase. The chlorophyll content presented differences due to the effect of nitrogen source and irradiance, obtaining the highest values of chlorophyll a in the cultures at 50 and 100 μmol m-2 s-1 supplied with ammonium in the stationary phase. The maximum electron transport rate (ETRmax) did not show significant differences during the growth phases. However, the highest ETRmax values were for cultures with ammonium as a nitrogen source and with the highest irradiance (200 μmol m-2 s-1). Scenedesmus acuminatus showed changes in the content of fatty acids due to the effect of the nitrogen source and the level of irradiance used. The highest production of polyunsaturated fatty acids was obtain with the ammonium and with the three levels of irradiance used. In conclusion, the use of ammonium as a nitrogen source in the culture medium produces an increase in the growth rate, protein synthesis, pigment content, photosynthetic efficiency, and the content of polyunsaturated fatty acids in Scenedesmus acuminatus. The effect of irradiance used in Scenedesmus acuminatus cultures, the growth rate, protein content, and photosynthetic efficiency increase with the lower irradiance used (50 μmol m-2 s-1), with the contribution of nitrate an increase in the content of saturated and monounsaturated fatty acids