Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Performance analysis of molecular docking tools for the study of protein-peptide interactions
No full textEl proceso de identificación de un fármaco eficaz para el tratamiento de una determinada enfermedad tiene un alto costo en tiempo y recursos. El principal objetivo en el diseño de fármacos es encontrar aquellas moléculas que puedan interactuar de manera efectiva en un determinado blanco terapéutico. Muchos de los tratamientos para las enfermedades actuales tienen como blancos terapéuticos a las proteínas que se reconocen en el proceso de la enfermedad, por lo que es necesario inhibir o modificar el funcionamiento de dichas moléculas. Los fármacos más eficientes son los que su unión en el sitio activo de su proteína objetivo, genera la pose más estable. En las últimas décadas los péptidos han sido reconocidos como una nueva clase de fármacos potenciales. Son moléculas altamente selectivas, optimizadas por millones de años de selección natural por lo que, en general, solo interactuarían con su proteína objetivo. En la actualidad contamos con procedimientos computacionales que exploran la acción de un determinado fármaco en su blanco terapéutico. Estos procedimientos computacionales son capaces de evaluar varias poses, de más de un candidato a fármaco, en la cavidad activa de la proteína blanco. Para encontrar las poses moleculares que contribuyan a la obtención de un complejo molecular estable se emplean los llamados métodos de Acoplamiento Molecular. En el presente trabajo de investigación se comparó el desempeño de cuatro herramientas de acoplamiento molecular en cuanto a su capacidad de predicción de las poses proteína-péptido. Se evaluaron las herramientas sobre 249 complejos proteína-péptido obteniendo hasta 20 poses por complejo, por herramienta. Como medida de comparación se utilizó la desviación cuadrática media entre los átomos del péptido de la pose en el cristal y los átomos del péptido en las poses obtenidas por las herramientas de acoplamiento molecular. Los resultados experimentales mostraron que el AutoDock Vina logra, en su pose de menor energía, un 96 % de casos con un error menor a 2Å. Esto se da cuando, tanto la proteína como el péptido tienen una configuración rígida. Sin embargo, este resultado cae al 17 % cuando se considera al péptido como una estructura flexible. Además, el cálculo de descriptores moleculares sencillos para las poses, no permitió a un conjunto importante de modelos de aprendizaje de máquina mejorar esta situación.The process of identifying an effective drug for the treatment of a certain disease has a high cost in time and resources. The main objective in the design of drugs is to find those molecules that can interact effectively in a certain therapeutic target. Many of the treatments for current diseases have as therapeutic targets the proteins that are recognized in the disease process, so it is necessary to inhibit or modify the function of said molecules. The most efficient drugs are those that their union to the active site of their target protein, generate the most stable pose. In recent decades, peptides have been recognized as a new class of potential drugs. They are highly selective molecules, optimized for millions of years of natural selection so they would, in general, only interact with their target protein. Currently, we have computational procedures that explore the action of a certain drug in its therapeutic target. These computational procedures are capable of evaluating the docking, of more than one drug candidate, in the active cavity of the target protein. To find the molecular docking that contribute to obtaining a stable molecular complex, the so-called Molecular Docking methods are used. In the present research work, the performance of four molecular docking tolos was assesed in terms of their ability to predict protein-peptide docking. The tools were evaluated on 249 protein-peptide complexes obtaining up to 20 poses per complex, per tool. The average quadratic deviation between the peptide atoms of the pose in the crystal and the peptide atoms in the docking obtained by the molecular docking tools was used as a comparison measure. Experimental results showed that AutoDock Vina achieves, in its lowest energy pose, 96 % of cases with an error less than 2Å. This is when both, the protein and the peptide have a rigid configuration. However, this result falls to 17 % when the peptide is considered a flexible structure. In addition, the calculation of simple molecular descriptors for docking did not allow an important set of machine learning models to improve this situation
Análisis de desempeño de protocolos broadcast multi-salto para aplicaciones de control distribuido de formaciones UAV
No full textMulti-unmanned aerial vehicle (multi-UAV) systems have become popular in applications such as precision agriculture, remote sensing, and pollution monitoring. Commonly, multi-UAV systems require to reach and maintain a specific flight formation during mission execution. This can be achieved by using a distributed UAV formation control strategy in which each UAV has a flight controller whose function is to calculate the control actions for the UAV actuators such that the UAV formation is maintained. To perform this task, the control strategy requires the reliable and timely exchange of information within the UAV formation. The information that is needed by the controller is commonly referred to as state information (SI). It has been assumed that SI can be properly disseminated by means of multi-hop communications, i.e., by deploying a flying ad-hoc network (FANET). In this sense, multi-hop broadcast protocols (MBPs) that were previously proposed for mobile and vehicular ad-hoc networks seem to be suited for this task. However, previous work dealing with distributed UAV formation control has made communication and networking assumptions that would be hard to fulfill in actual FANET deployments. Moreover, the efficiency of the MBPs to disseminate SI within an FANET remains unexplored. The goal of this thesis work is to analyze how the network performance offered by different MBPs impacts the effectiveness of distributed UAV formation control to maintain UAV formation. An evaluation framework to perform this task is proposed in this thesis work. The simulation results demonstrate the relevance of MBP performance in SI message dissemination and thus in the ability of the controller to maintain a formation.Los sistemas de múltiples vehiculos aéreos no tripulados (multi-UAV, por sus siglas en inglés) se han vuelto populares en aplicaciones como agricultura de precisión, sensado remoto, y monitoreo de contaminación. Comunmente, los sistemas multi-UAV requieren alcanzar y mantener un vuelo en formación específico durante la ejecución de una misión. Esto puede ser logrado mediante el uso de una estrategia de control de formación UAV distribuida en la cual cada UAV tiene un controlador de vuelo cuya función es calcular las consignas de control para los actuadores, y así mantener el vuelo en formación. Para llevar a cabo esta tarea, la estrategia de control requiere el intercambio confiable y oportuno de información dentro de la formación. La información requerida por el controlador es comúnmente refererida como información de estado (SI, por sus siglas en inglés). Se ha asumido que la SI puede ser diseminada correctamente por medio de comunicaciones multi-salto, i.e., mediante el desplege de una red ad hoc aérea (FANET, por sus siglas en inglés). En este sentido, los protocolos broadcast multi-salto (MBPs, por sus siglas en inglés) que fueron previamente propuestos para redes ad hoc móviles y vehiculares parecen ser factibles de usarse para esta tarea. Sin embargo, trabajos previos en control de formación UAV distribuido han hecho suposiciones en aspectos de comunicaciones y de redes que son difíciles de cumplir en escenarios de FANETs reales. Además, la eficiencia de los MBPs para diseminar la SI dentro de una FANET es un aspecto aún inexplorado. El objetivo de este trabajo de tesis es analizar como el desempeño de red ofrecido por diferentes MBPs impacta la efectividad de un sistema de control de formación UAV distribuido. Un marco de evaluación para llevar a cabo esta tarea se ha propuesto en este trabajo de tesis. Los resultados de simulación demuestran la relevancia del desempeño de los MBPs en la diseminación de mensajes SI, y por ende en la capacidad del controlador para mantener la formación
Spatio temporal distribution, richness and abundance of the Family Calliphoridae (Diptera) in Baja California, Mexico
No full textLa familia Calliphoridae (Diptera: Calyptratae: Oestroidea), con más de 1,500 especies descritas en 150 géneros, presenta una gran diversidad de forma, ecología y comportamiento. Principalmente necrófagas, estas moscas ocasionan miasis en aves y mamíferos incluyendo humanos. Son bioindicadores del estado de conservación de los ecosistemas, y la mayoría de los adultos son polinizadores. Su aplicación en ciencias forenses y larvoterapia sigue aumentando. El estado de Baja California presenta una gran singularidad biogeográfica y la falta de estudios entomológicos prevalece. Por estas razones, se presenta el primer estudio para la región que tuvo como objetivo conocer la distribución, abundancia y riqueza de la familia Calliphoridae en el estado e identificar los factores que contribuyen a estos patrones. La recolecta de califóridos se hizo durante dos años de agosto 2017 a junio 2019 en tres temporadas: verano, invierno y primavera. Se recolectaron 30,307 califóridos distribuidos en seis géneros y 13 especies. La especie nativa Cochliomyia macellaria fue la más abundante con 77.11%, seguida de Phormia regina, 16.37% y la especie invasora Chrysomya rufifacies, 2.95%. La especie menos abundante fue Compsomyiops callipes con dos ejemplares recolectados. No se encontraron diferencias significativas en la abundancia absoluta entre años (Z=0.124, P=0.901) ni entre cada temporada de los dos años: Z= -0.313, P=0754 para verano, Z= 0.940, P=347 para invierno y Z=-0.105, P=0.917 para primavera. Sin embargo, hubo diferencia en la abundancia relativa de las especies entre las tres temporadas de cada año. La mayor abundancia de califóridos se presentó durante las dos primaveras de cada año. La ecorregión con la mayor riqueza de especies (S) registrada para los dos años de muestro 2017-2019 fue Sierra Juárez y Sierra San Pedro Mártir donde se encontraron las 13 especies. Las especies que se encontraron en las cinco ecorregiones son Calliphora latifrons, Chrysomya rufifacies, Cochliomyia macellaria y Lucilia sericata. Sin embargo, su presencia y abundancia fluctuó entre las estaciones. De las 13 especies del género Calliphora registradas para la región Neártica, se encontraron seis especies: C. coloradensis, C. lívida, C. grahami, C. latifrons, C. vomitoria y C. terraenovae. La mayor riqueza y abundancia de este género fue encontrada en la ecorregión de la Sierra Juárez y Sierra San Pedro Mártir. Con base en los análisis de similitud (ANOSIM), hubo diferencias en la ...The family Calliphoridae (Diptera: Calyptratae: Oestroidea), with more than 1,500 species described in 150 genera, displays great diversity with regards to morphology, ecology, and behavior. Of mainly ghoul habits, these flies are known to cause myiasis in birds and mammals, including humans. They are bioindicators of the state of conservation of ecosystems, the adults of most species are pollinators and currently, their use in forensic sciences and larval therapy has been increasing. The state of Baja California presents a great biogeographic singularity and a lack of entomological studies prevails. For this reason, this is a first study for the region aimed at uncovering the distribution, abundance and richness of calliphorids, also known as blow flies, in the state. Collections in the field were carried out between August 2017 and June 2019 during summer, winter and spring. A total of 30,307 individual blow flies distributed in six genera and 13 species were collected. The native species Cochliomyia macellaria was the most abundant with 77.11%, followed by Phormia regina, 16.37% and the invasive species Chrysomya rufifacies with 2.95%. The least abundant species was Compsomyiops callipes with only two specimens collected. No significant differences were in abundance between the first and second year (Z=0.124, P=0.901) or between each season of both years: Z= -0.313, P=0754 for summer, Z= 0.940, P=347 for winter and Z=-0.105, P=0.917 for spring. However, there was a difference in the relative abundance of species between years and seasons. The highest abundance of blow flies occurred during the two springs of each year. The ecoregion with the highest species richness (S) recorded for the two years of 2017-2019 sampling was Sierra Juárez and Sierra San Pedro Mártir where all 13 species were found. The species found in all of the five sampled ecoregions are Calliphora latifrons, Chrysomya rufifacies, Cochliomyia macellaria and Lucilia sericata. However, their presence and abundance fluctuated between seasons. Of the 13 species of the genus Calliphora registered for the Nearctic region, six species were found: C. coloradensis, C. livid, C. grahami, C. latifrons, C. vomitoria and C. terraenovae. The highest levels of species richness and abundance for this genus were found in the ecoregion of Sierra Juárez and Sierra San Pedro Mártir. Analyses of Similarity (ANOSIM), carried out to assess the composition between the ecoregions showed significant ..
Effect of the wind waves in the momentum transfer over the ocean atmosphere Interface
No full textEl océano y la atmósfera evolucionan de manera simultánea, por tanto para entender y modelar ambos sistemas y sus procesos, es necesario conocer su interacción. El esfuerzo superficial del viento es relevante en procesos de diversas escalas de espacio y tiempo como el intercambio de gases (CO2) y calor, corrientes superficiales y dispersión de contaminantes en el mar, la profundidad de la capa mezclada, la inyección de turbulencia al océano, el clima y sus cambios. El oleaje es el componente clave en el acoplamiento de la capa inferior atmósferica y la capa superficial del océano; y diversos estudios han evidenciado que tiene efectos directos e indirectos sobre el esfuerzo superficial del viento. En el presente estudio se presentan mediciones del flujo de momento y variables meteorológicas en la interfase entre el océano y la atmósfera empleando una Boya Oceanográfica y de Meteorología Marina (BOMM1) entre noviembre de 2017 y febrero de 2018. El análisis de los resultados indica que en condiciones de viento débil (U10N < 8 ms−1) cuando el campo de oleaje dominante es el generado por tormentas lejanas, se presentan desviaciones de la dirección del esfuerzo del viento respecto al viento promedio de hasta 150◦ y coeficientes de arrastre entre 4 y 5 veces mayores a los calculados por otras relaciones paramétricas. Se sugiere que este incremento del esfuerzo del viento se debe a que el proceso dominante durante estas condiciones es la interacción directa del swell con el flujo de aire. En contraste, en condiciones de vientos moderados (U10N ≥ 8 ms−1) donde se presentan condiciones de estado de mar mixtas (swell que interactúa con el oleaje generado localmente), se presenta una disminución de la rugosidad asociada al oleaje local de mayor pendiente, los datos sugieren que la presencia de swell ocasiona una disminución del arrastre superficial al modificar la rugosidad asociada al oleaje libre a través de la atenuación del oleaje local. Simultáneamente se presenta un mayor esfuerzo del viento que el correspondiente oleaje local puro (Drennan et al., 2003), por interacción directa del swell con el flujo de aire. Los datos sugieren que durante estas condiciones el proceso de reducción de la rugosidad asociada al oleaje local por la presencia de swell es de igual magnitud que el incremento del esfuerzo del viento por interacción directa del swell con el viento, esto ocasiona que el campo de oleaje se comporte como se esperaría en condiciones de oleaje local puro y parece...The ocean and the atmosphere evolve in a bilateral manner, therefore to understand and to model both systems and their processes it is necessary to know its interaction. The sea surface wind stress is relevant in processes of different scales of space and time such as the exchange of gases(CO2)and heat, the surface currents and its relation with the dispersion of pollutants in the sea, the depth of the mixed layer, the turbulence injection into the ocean, and the climate and its changes. The wind waves are the key component in the coupling of the lower layer of the the atmosphere and the surface layer of the ocean, and various studies have shown the direct and indirect effects on the surface wind stress. In the present study, we present the measurements of the momentum flux and the results meteorological variables at the interface between the ocean and the atmosphere, by using and Oceanographic and Marine Meteorology Buoy (BOMM1) between November 2017 and February 2018. The analysis of the results shows that in weak wind conditions (U10N < 8 ms−1) in which the dominant wave field is generated by distant storms, caused deviations of the direction of the wind stress with respect to the mean wind speed (up to 150 ◦) and drag coefficients between 4 and 5 times higher than those calculated by other proposed parametric relationships. In contrast, during moderate wind conditions (U10N ≥ 8 ms−1) in which mixed sea state conditions occur (swell that interactswith locally generated waves) we found a decrease of the roughness length related to wind sea of higher slope, the data suggest that the presence of swell alters the windsea part of the spectrum, which leads to a change in the aerodynamic roughness of the sea surface. It can induce a reduction of the energy level of the wind-generated waves, hence reducing the wind sea associated roughness. During well developed waves conditions, there is and increase of the surface stress due to direct interaction of the wind flow and swell with higher slope, being greater than the parametrization proposed by (Drennan et al., 2003) for pure wind sea conditions. The data of this work suggests that during these conditions, the mechanism of reduction of the roughness of the windsea due to the presence of swell is of the same magnitude that the increase of the wind stress by direct interaction, so both processes are the same magnitude and the wavefield acts as if it were only pure wind sea waves
Inclusion of metal nanoparticles into low density materials
No full textLa detección de moléculas en soluciones gaseosas es de gran relevancia para el monitoreo de sustancias controladas, el control de seguridad de los alimentos y la detección de moléculas altamente tóxicas. En este trabajo se propuso la incorporación de nanopartículas (NPs) metálicas de oro en materiales de baja densidad como posibles candidatos para detectar analitos en soluciones gaseosas. Se buscó explorar el resultado de tres morfologías: esferas, rodillos y cubos, por su diferente respuesta plasmónica, así como la variación en concentración en el material final. El presente estudio incluye desde la síntesis de NPs hasta la obtención del material final. La síntesis de NPs fue llevada a cabo por medio de la síntesis mediada por semillas. Cada morfología está basada en un protocolo ya reportado. Sin embargo, se realizaron modificaciones para sintonizar el tamaño de las NPs. Se sintetizaron esferas de 30, 42, y 80 nm, rodillos con longitud de 31 nm y cubos de 39 nm. Para la obtención de hidrogeles se prepararon mezclas de NPs con acrilamida y bis-acrilamida. Posteriormente se polimerizó para obtener hidrogeles de poliacrilamida (PAam). Fue posible retirar el solvente de los hidrogeles de PAam utilizando el proceso de liofilización. Los criogeles obtenidos mantienen la presencia de NPs con una distribución uniforme de las mismas. Por lo tanto, se obtuvieron materiales de baja densidad con respuesta plasmónica, los cuales tienen características adecuadas para su posterior estudio como sustrato para la detección de señal Raman aumentada por la superficie (SERS).Detection of molecules in gaseous solutions is of great importance for controlled substances monitoring, food safety control and detection of highly toxic molecules. In this work, we proposed the inclusion of metal nanoparticles into low density materials as candidates to detect analytes in gaseous solutions. Three morphologies: spheres, rods and cubes are explored due to its different plasmonic response and their final concentration was modified in the material. This work covered since NPs synthesis to final material manufacture, but not its performance as SERS substrate. NPs synthesis was performed by seed mediated growth method. Each morphology is based in a previously reported protocol. Nevertheless, small modifications were required in order to tune NPs size. 30, 42 and 80 nm spheres, 31 nm length rods and 39 nm concave cubes were synthesized. In order to obtain polyacrylamide hidrogels, NPs with acrylamide and bis-acrylamide mixtures were prepared. Then a polymerization reaction was needed. It was possible to remove the solvent of the polyacrylamide (PAam) hydrogels by freeze-drying method. The obtained cryogels contain the NPs with an even distribution. The low-density materials obtained possess plasmonic properties as evidenced by their coloration and the light absorption spectra
Serious videogame to support the emotional education of teenagers and young adults with Down Syndrome
No full textEn México, aproximadamente 1 de cada 650 nacimientos sufren Síndrome de Down, el cual es ocasionado por un trastorno genético. Esta población se caracteriza por presentar discapacidad intelectual, así como una deficiencia para identificar y expresar emociones, que los puede llevar a manifestar conductas que afecten su salud física y mental, tal como cuadros de ansiedad y depresión. Existen intervenciones enfocadas al apoyo de la enseñanza de las emociones, que han sido adaptadas para esta población. Dentro de estas se trabaja la auto-conciencia emocional, cuyo objetivo es el desarrollo del reconocimiento de emociones. Existen trabajos en donde se sugiere trabajar esta habilidad con esta población, por medio de actividades lúdicas como juegos, ya que estos apoyan en la mejora de su atención y motivación desde pequeños. En este sentido, en la literatura existen trabajos que usan videojuegos serios con el objetivo de apoyar distintas habilidades en niños con Síndrome de Down, sin embargo en el apoyo al reconocimiento de emociones es casi nulo, estos se han enfocado principalmente en otras poblaciones. Dada esta necesidad, en este trabajo se definieron características de diseño para el desarrollo de un videojuego serio en apoyo a la educación emocional de adolescentes y adultos jóvenes con Síndrome de Down, a través del diseño, implementación y evaluación del mismo. Para esto, se siguió la metodología Design Thinking: se realizó un estudio contextual para conocer las características de aprendizaje de esta población y de su proceso de educación emocional, se analizaron estos datos para identificar los requerimientos necesarios para el desarrollo del videojuego, y se llevaron a cabo sesiones de diseño con maestras, psicólogas, personas con Síndrome de Down y expertos en Interacción Humano-Computadora para obtener las características de diseño del videojuego. Una vez implementado, se llevó a cabo una evaluación formativa con personas con discapacidad intelectual y con Síndrome de Down para evaluar la usabilidad del mismo. Con base a esta se terminaron de establecer características básicas para el diseño de videojuegos para el reconocimiento de emociones en esta población y que permiten que este se adapte mejor a sus necesidades.In Mexico, approximately 1 in 650 births have Down syndrome, which is caused by a genetic disorder. This population is characterized by presenting intellectual disability, as well as a deficiency in identifying and expressing emotions, which can take them to present behaviors, such as anxiety and depression, that can affect their physical and mental health. There are interventions for supporting the teaching of emotions, which have been adapted for this population. In these interventions, an important aspect that is address is the emotional self-awareness, which main aim is the development of the recognition of emotions. There are some works that suggest to work this skill with this population through recreational activities such as games, since they support the improvement of their attention and motivation from an early age. In this sense, there are some works in the literature, that use serious videogames with the aim of supporting different skills in children with Down Syndrome; however, the work to support the recognition of emotions for this population is almost null, the main focus for the recognition of emotions has been on other populations. Given this need, in this work we defined design features for the development of a serious videogame to support the emotional education of adolescents and young adults with Down Syndrome, this was carried out through its design, implementation, and evaluation. In order to do the later, we used the Design Thinking methodology as followed: a contextual study was carried out to establish the learning characteristics of this population, and to identify the characteristics of their emotional education process, these data were analyzed to identify the main requirements for the development of the videogame, and design sessions were held with teachers, psychologists, people with Down Syndrome, and experts in Human-Computer Interaction to obtain the design features of the videogame. A formative evaluation was carried out with the implemented videogame (Emotion4Down) with people with intellectual disabilities, and Down Syndrome, to assess its usability. Based on this, more characteristics for the design of videogames for the recognition of emotions in this population were established, providing better adaptation to their needs
Extraction, in vivo absorption and monitoring of pico and nano plankton culture containing phycobiliproteins conditioned to different light spectrums
No full textLas cianobacterias marinas son un grupo abundante de fitoplancton importante ecológicamente en el océano debido a su contribución fototrófica. El rasgo característico de este organismo procarionte son las ficobiliproteínas (FBP), pigmentos fotosintéticos poco comunes en el océano. La importancia de FBP como pigmentos accesorios fotosintéticos, es su carácter espectral, dado que cubre un nicho espectral poco ocupado por pigmentos apolares. Asimismo, confieren una ventaja ecológica ya que las cianobacterias tienen la habilidad de cambiar la composición de FBP para adaptarse cromáticamente. Existen varios métodos que han sido reportados para la cuantificación y análisis de las FBP de cultivos en laboratorio, sin embargo, todos difieren entre sí y no hay un protocolo publicado para la medición fotométrica de FBP de cianobacterias en el océano. En este trabajo se ha buscado documentar cambios en la composición de FBP de cultivos de la cianobacteria Synechococcus mediante diferentes condiciones de crecimiento, luz de distintos colores e intensidades, utilizando diferentes métodos de medición de espectros fotométricos in vivo e in vitro. Asimismo, se ha estudiado como optimizar la eficiencia de extracción de FBP, lo que resulto en un método que aún requiere investigación para su optimización. Los experimentos con cultivos bajo diferentes irradiancias (µmol m-2 s-1) mostraron tasas de crecimiento similares entre intensidades Radiación Fotosintéticamente activa (PAR) semejantes pero distintos colores: azul (510 nm) y verde (520 nm). El color naranja no favoreció el crecimiento de manera eficiente. Los espectros de extractos de FBP (in vitro) presentaron un coeficiente de absorción menor que los espectros in vivo. Una posible interpretación de la diferencia entre espectros in vivo e in vitro es que la extracción aún no es suficientemente eficiente, en consecuencia, el método aún requiere trabajo experimental para ser utilizado en muestras oceánicas.Cyanobacteria are an abundant group of ocean phytoplankton that contribute strongly to marine phototrophic production. The characteristic trait of this prokaryote organism are its photosynthetic accessory pigments, the phycobiliproteins (PBPs). PBPs are polar photosynthetic accessory pigments that are restricted to only a couple of phytoplankton groups, and their spectral character cover a spectral niche scarcely included by nonpolar pigments. PBPs also confer an ecological advantage since cyanobacteria have the ability to adapt chromatically by changing the cellular composition of PBPs. There are several methods that have been reported for the quantification and analysis of PBPs from laboratory cultures, however, they all differ from each other and there is no published protocol for the photometric measurement of PBPs of cyanobacteria in the ocean. This project has sought to document changes in the composition of PBPs in cultures of the cyanobacteria Synechococcus spec. through different growing conditions, light of different colors and intensities, utilizing different measurement methods of in vivo and in vitro photometric spectra. I intended to optimize the PBPs extraction efficiency, but the method still needs further development to optimize extraction efficiency. The cultures under different irradiances growth conditions showed similar growth rates for different colors (blue and green) and the same photosynthetic active radiation (PAR, µmol m-2 s-1) except for orange irradiance that did not support growth. The spectra of PBP extracts (in vitro) had a lower absorption coefficient than in vivo spectra. A possible interpretation of the difference between in vivo and in vitro spectra is that extraction is not yet sufficiently efficient, but other explanations are possible however they need further research
Simulation of a Triage Network using intelligent agents
No full textEl incremento apresurado de los usuarios que se conectan a Internet, y la gran cantidad de actividades que se realizan a través de éste, han provocado preguntarse si toda la información que viaja a través de Internet tiene la misma importancia. Suponiendo el caso de una red donde toda la información que se transmite es de pacientes que se encuentran en hospitales, es importante conocer qué información es más urgente de transmitir, manteniendo la calidad que requieren las redes de telemedicina. En la presente tesis se simula una red de telemedicina la cual, apoyada por nuevas tecnologías como son los “Agentes Inteligentes” y “Servicios Diferenciados”, se convierte en una Red Triage. Una red triage es una red que tiene la finalidad de clasificar y otorgar servicios especiales a los pacientes que se encuentran dentro de ésta, clasificándolos por la gravedad de su estado de salud. En el desarrollo de la tesis se logró clasificar a los pacientes por el estado en que se encuentran sus signos vitales, y la cantidad de pacientes dentro de la red, además de entregar un tipo de servicio a los pacientes de los disponibles en Servicios Diferenciados, basado en esta clasificación. La metodología utilizada para diseñar la red es la de abstraer la idea de red inteligente en una pila, lo que permite diferenciar las partes del sistema. Se creó un proceso para identificar a los pacientes que pueden ser considerados en estado crítico, debido a su valor representativo de la gravedad. Una vez identificados se les otorgaron recursos de la red, priorizando la transmisión de estos pacientes sin necesidad a que entren en la negociación de recursos. Se logró diferenciar a los pacientes que no tienen solución de los que se encuentren en estado crítico y puedan preservar su vida a través de acciones y negociación de recursos. Se hizo un protocolo de negociación que imitara de cierta forma la repartición de recursos que se llevan a cabo en los hospitales, otorgando los recursos que requerían los pacientes según fueran siendo atendidos, cuyo orden de atención es la lista de los pacientes ordenados por gravedad para el protocolo expuesto en la tesis.The rapid increase of users who connect to the Internet, and the large number of activities carried out through it, have led to wondering if all the information that travels through the Internet has the same importance. Assuming the case of a network where all the information that is transmitted is from patients who are in hospitals, it is important to know what information is most urgent to transmit, maintaining the quality that telemedicine networks require. In this thesis a telemedicine network is simulated which, supported by new technologies such as Ïntelligent Agents.and "Differentiated Services", becomes a Triage Network. A triage network is a network that aims to classify and provide special services to patients within it, classifying them by the severity of their health status status. In the development of the thesis, patients were classified by the state of their vital signs, and the number of patients within the network, in addition to providing a type of service to patients of those available in Differentiated Services, based on this classification. The methodology used to design the network is to abstract the idea of smart grid in a stack, which allows to differentiate parts of the system. A process was created to identify patients that can be considered in critical condition, due to their representative value of severity. Once identified, they were granted resources from the network, prioritizing the transmission of these patients without the need to enter into the negotiation of resources. It was possible to differentiate patients who have no solution from those who are in critical condition and can preserve their lives through actions and negotiation of resources. It was possible to make a negotiation protocol that imitates in a certain way the distribution of resources that are carried out in hospitals, granting the resources that patients required as they are being attended, whose order of care for the list of patients is specified by severity for the protocol exposed in this thesis
Study by numerical simulation of plasmonic nanostructures based on DNA Origami
No full textEn este trabajo se estudió la interacción de luz visible con un arreglo de tres nanopartículas metálicas colocados en los vértices de un triángulo equilátero de tamaño nanométrico por medio de cálculos teóricos y por simulación numérica. Para esto se analizaron varios casos para lograr el objetivo general. Primero se analizó el caso de una sola partícula esférica utilizando un modelo de COMSOL Multiphysics e implementando la teoría de Mie, que proporciona una solución exacta para el campo eléctrico de la onda dispersada, con el fin de comparar ambos resultados. Con esto es posible tener una idea de cómo se lleva a cabo la interacción con arreglos de varias nanopartículas. Para encontrar la solución en los distintos arreglos que se analizaron, se utilizó COMSOL Multiphysics y los resultados obtenidos se compararon con el método de la Matriz T. Este método consiste en que el campo dispersado del arreglo se escribe como la suma de los campos dispersados por cada una de las partículas que lo componen y, además, al analizar la dispersión de cada una de las partículas, se deben considerar los campos dispersados por cada una de las partículas restantes del arreglo (Daniel W. Mackowski, 1994). Finalmente, una vez comprobada la fiabilidad del modelo, se investigó la configuración óptima que maximiza la intensidad total del campo dispersado variando el tamaño, la separación y la composición de las nanopartículas.In this work, the interaction of visible light with an array of three metal nanoparticles placed at the vertices of an equilateral triangle of nanometric size was studied by means of theoretical calculations and numerical simulation. For this, several cases were analyzed to achieve the general objective. First, the case of a single spherical particle was analyzed using a COMSOL Multiphysics model and implementing the Mie theory, which provides an exact solution for the electric field of the scattered wave, in order to compare both results. With this it is possible to have an idea of how the interaction with arrays of several nanoparticles is carried out. To find the solution in the different arrangements we analyzed, COMSOL Multiphysics was used and the results obtained were compared with the T-Matrix method. This method is that the scattered field of the array is written as the sum of the scattered fields of each of the particles that compose it and, in addition, when analyzing the scattering of each of the particles, the fields scattered by each of the remaining particles of the array must be considered (Daniel W. Mackowski, 1994). Finally, once the reliability of the model was checked, the optimal configuration was found which maximizes the total intensity of the dispersed field by varying the size, separation and composition of the nanoparticles
Emission de nanoémetteurs exaltée par plasmon de surface en photonique silicium : vers des sources intégrées
No full textThis work was conducted under the Agreement for double doctoral degree program between Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) and Université de Technologie de Troyes (UTT). In particular, the co-directors of this thesis are with the Nonlinear Interactions and Quantum Optics group (LINOC in Spanish) of the Deparment of Optics at CICESE, and with the nanophotonics topic L2n/ICD at UTT, respectively. Over the four years duration of the doctoral program, the academic (courses) and research activities were equally distributed between both institutions. The quest for highly-efficient, integrated single-photon sources in the telecommunications frequency band is an increasing research topic towards the development of quantum information technologies. In this doctoral project, a set of complementary integrated nanophotonic devices was proposed and experimentally demonstrated as a contribution towards the development of integrated quantum nanophotonics. They were designed based on the fundamental physical concepts of reciprocity theorem and Babinet’s principle. The results show that the integrated structures successfully confine and enhance the electric and magnetic fields and reciprocally, they modify the electric and magnetic local density of states by Purcell effect and therefore, enhance the spontaneous emission rate of electric and magnetic transition of emitters placed close to the structures.The complementary integrated structures were fabricated with electron beam lithography and experimentally characterized in the far field, with lifetime measurements, as well as in the near-field with the use of a near-field scanning optical microscope (NSOM). These NSOM measurements correspond to the first step towards the experimental validation of the integrated single-photon sources based on quantum emitters. Future work involves exploring the use of these devices as the basis for the implementation of on-chip integrated single-photon sources that are: deterministic, highly efficient, with broadband operation in the telecommunications window, and integrated on Si photonics for low-loss transport over long distances, hence suitable for quantum information processing applications.Esta investigación se realizó bajo el marco del programa de doble grado, celebrado entre el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y la Universidad de Tecnología de Troyes (UTT). Durante los cuatro años de este doctorado, tanto las actividades curriculares como de investigación se distribuyeron equitativamente entre ambas instituciones. La fabricación de fuentes de fotones integradas, altamente eficientes, operando en la banda de las telecomunicaciones, es una creciente área de investigación hacia el desarrollo de tecnologías de información cuántica. En este proyecto, se propone y se demuestra experimentalmente el principio de operación de un conjunto de dispositivos nanofotónicos integrados, como una contribución hacia el desarrollo de la nanofotónica cuántica integrada. El diseño de los dispositivos está basado en los conceptos físicos fundamentales de teorema de reciprocidad y principio de Babinet. Los resultados muestran que las estructuras integradas confinan y exaltan los campos eléctricos y magnéticos y, recíprocamente, modifican la densidad local de estados por efecto Purcell; incrementando así la tasa de decaimiento de las transiciones eléctricas y magnéticas de emisores colocados en la cercanía de las estructuras diseñadas. Dichas estructuras complementarias se fabricaron por litografía de haz de electrones y se caracterizaron experimentalmente, en campo lejano, con mediciones de tiempos de vida y en campo cercano, mediante microscopía óptica de barrido en campo cecano (NSOM por sus siglas en inglés). Las medidas NSOM representan el primer paso hacia la validación experimental de fuentes de fotones individuales integradas, basadas en emisores cuánticos. El trabajo futuro involucra la utilización de estos dispositivos como base para la implementación de fuentes de fotones individuales integradas en un chip, con las siguientes características: determinísticas, altamente eficientes, con ancho de banda amplio en la ventana de las comunicaciones ópticas e integrados en fotónica de silicio para su transporte a largas distancias, con bajas pérdidas; por tanto, adecuadas para su uso en aplicaciones de procesamiento cuántico de información.Le développement de sources intégrées de photon unique efficaces dans les longueurs d’ondes des télécommunications est en train de jouer un rôle majeur pour le développement des technologies quantiques. Ce projet de recherche doctoral montre une contribution au développement de ces sources en proposant et démontrant expérimentalement la réalisation d’une paire de dispositifs nanophotoniques intégrés complémentaires. Deux principes fondamentaux de l’optique électromagnétique ont été utilisés pour leur conception, le théorème de réciprocité et le principe de Babinet. Les résultats montrent que les structures intégrées permettent un confinement extrême de la lumière et par conséquence, un renforcement des champs électrique et magnétique. Réciproquement, l’émission spontanée d’émetteurs électriques et magnétiques localisés à la place des champs confinés est accélérée sélectivement dans les modes du champ par effet Purcell électrique et magnétique. Les dispositifs complémentaires ont été fabriqués à l’aide de techniques avancées de lithographie électronique et caractérisés expérimentalement en champ lointain, via des mesures de durée de vie, ainsi qu’en champ proche à l’aide d’un microscope optique en champ proche. Ces mesures représentent une première étape de validation expérimentale vers la réalisation de sources intégrées de photon unique à base d’émetteurs quantiques. Les perspectives des travaux portent sur la réalisation de sources intégrées déterministes et efficaces et les combiner avec de circuits photonique sur silicium plus complexes