Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
End-to-End Automation in STEM Imaging and Spectroscopy: Revolutionising the Analysis of Quantum Materials and Beyond
No full textLa miniaturització en ciència de materials, especialment en semiconductors, necessita una caracterització precisa. Aquesta necessitat es fa més evident amb l'aparició de la computació neuromòrfica i quàntica. Correlacionar la qualitat dels materials amb el rendiment dels dispositius miniaturitzats és un repte, destacant la necessitat de nanoscòpia avançada. La microscòpia electrònica de transmissió d'escaneig (STEM) és essencial per vincular arranjaments atòmics amb propietats dels dispositius, tot i que encara hi ha reptes per resoldre.
Entre altres, ens centrarem en els següents reptes clau que acompanyen la tècnica des de la seva creació: (1) la falta de significació estadística a causa d'una àrea d'anàlisi limitada, que requereixen repetició i el seu conseqüent cost, (2) la lentitud inherent del procés global de caracterització, des del dispositiu fins als resultats analitzats, que compromet la significació estadística per a resultats més ràpids, (3) l'existència de molts dominis de coneixement sense dominar, com ara revelar propietats físiques en base a espectroscòpia, i (4) comprendre i mesurar l'impacte del procés de caracterització en com observem la realitat. Abordar aquests reptes és crucial per millorar la precisió i l'eficiència en la caracterització (S)TEM de nanodispositius.
La recerca d'aquesta tesi té com a objectiu abordar aquests reptes de (S)TEM utilitzant eines avançades d'anàlisi de dades i modelització, amb un enfocament particular en l'aprenentatge automàtic/aprenentatge profund (ML/DL) i en algorismes d'intel·ligència artificial (AI). Mentre que els mètodes de càlcul tradicionals han experimentat un desenvolupament significatiu en (S)TEM, ML/DL i AI ofereixen alternatives molt prometedores per automatitzar l'anàlisi i l'adquisició de dades. A més, aquests mètodes avançats també poden revelar patrons ocults en les dades, contribuint a una generació de coneixement sense precedents, inaccessible via intervenció manual.
La nostra motivació científica es basa en els dispositius quàntics, que es beneficiarien immediatament i de manera significativa del fet de superar amb èxit els reptes esmentats. Tanmateix, el focus principal de la tesi doctoral és l'ús de mètodes relacionats amb la IA per abordar aquests reptes, amb la intenció d'assolir un impacte molt més enllà dels dispositius quàntics que motiven el treball. En aquest sentit, la tesi doctoral es divideix en cinc capítols. Els dos primers capítols estableixen la motivació i els fonaments bibliogràfics (Introducció) i descriuen els pilars metodològics que permetran posteriorment les troballes descrites al llarg de la tesi (Metodologia). Tanmateix, la recerca principal es presenta en els tres capítols de resultats clau:
El Capítol 3 es centra en la caracterització estructural de dispositius quàntics basats en Si/Ge. Avalua aquests dispositius i correlaciona la seva estructura amb el seu rendiment. També identifica els requisits per a la microscòpia electrònica de transmissió moderna per entendre aquests dispositius, formant la base per a fluxos de treball automatitzats en capítols posteriors.
El Capítol 4 abraça la revolució de la IA en l'anàlisi de dades de microscòpia electrònica en ciència dels materials. Introdueix un flux de treball d'anàlisi de dades de principi a fi que automatitza i generalitza la caracterització estructural per a dispositius en plataformes de materials i utilitza aquestes dades per crear models de dispositius altament precisos per a simulacions teòriques. La validesa d'aquest flux de treball es demostra a través de diverses configuracions, tipus i aplicacions de dispositius.
El Capítol 5 té com a objectiu caracteritzar la banda prohibida dels semiconductors a alta resolució espacial, una propietat crucial que regeix les seves propietats funcionals. Proposa una metodologia per entendre la seva distribució espacial i el seu impacte en les propietats optoelectròniques del dispositiu. També introdueix una solució semi-automatitzada per a salvar la bretxa entre els buits de banda mesurats experimentalment i els simulats a partir de models.La miniaturización en ciencia de materiales exige precisión en la caracterización de semiconductores. La calidad es crucial para la computación clásica y cuántica. Por eso, correlacionar calidad con rendimiento es desafiante con la miniaturización. La microscopía electrónica de transmisión (STEM) es vital para vincular distribuciones atómicas con propiedades de dispositivos, aunque persisten desafíos.
Entre otros, nos centraremos en los siguientes desafíos clave que acompañan a la técnica desde su creación. (1) La falta de significación estadística debido a un área de análisis limitada, lo que requiere repetición y su consecuente costo, (2) la lentitud inherente del proceso global de caracterización, desde el dispositivo hasta los resultados analizados, lo que compromete la significación y el rendimiento, (3) la existencia de dominios de conocimiento sin dominar, como revelar propiedades físicas en base a espectroscopia, y (4) comprender y medir el impacto del proceso de caracterización en cómo observamos la realidad. Abordar estos desafíos es crucial para mejorar el rendimiento en la caracterización (S)TEM de nanodispositivos.
La investigación de esta tesis tiene como objetivo abordar estos desafíos en (S)TEM utilizando herramientas avanzadas de análisis de datos y modelado, con un enfoque particular en el aprendizaje automático/aprendizaje profundo (ML/DL) y en algoritmos de inteligencia artificial (IA). Mientras que los métodos de cálculo tradicionales han experimentado un desarrollo significativo en (S)TEM, ML/DL y IA ofrecen alternativas muy prometedoras para automatizar el análisis y la adquisición de datos. Además, estos métodos avanzados también pueden revelar patrones ocultos en los datos, contribuyendo a una generación de conocimiento sin precedentes, inaccesible a través de la intervención manual.
Nuestra motivación científica se basa en los dispositivos cuánticos, que se beneficiarían de manera inmediata y significativa de superar con éxito los desafíos mencionados. Sin embargo, el enfoque principal de la tesis doctoral es el uso de métodos relacionados con la IA para abordar estos desafíos, con la intención de lograr un impacto mucho más allá de los dispositivos cuánticos que motivan el trabajo. En este sentido, la tesis doctoral se divide en cinco capítulos. Los dos primeros capítulos establecen la motivación y los fundamentos bibliográficos (Introducción) y describen los pilares metodológicos que permitirán posteriormente los hallazgos descritos a lo largo de la tesis (Metodología). Sin embargo, la investigación principal se presenta en los tres capítulos de resultados clave:
El Capítulo 3 se centra en la caracterización estructural de dispositivos cuánticos basados en Si/Ge. Evalúa estos dispositivos y correlaciona su estructura con su rendimiento. También identifica los requisitos para la microscopía electrónica de transmisión moderna para entender estos dispositivos, formando la base para flujos de trabajo automatizados en capítulos posteriores.
El Capítulo 4 abraza la revolución de la IA en el análisis de datos de microscopía electrónica en ciencia de materiales. Introduce un flujo de trabajo de análisis de datos de principio a fin de que automatiza y generaliza la caracterización estructural para dispositivos en plataformas de materiales y utiliza estos datos para crear modelos de dispositivos altamente precisos para simulaciones teóricas. La validez de este flujo de trabajo se demuestra a través de diversas configuraciones, tipos y aplicaciones de dispositivos.
El Capítulo 5 tiene como objetivo caracterizar la banda prohibida de los semiconductores a alta resolución espacial, una propiedad crucial que rige sus propiedades funcionales. Propone una metodología para entender la distribución espacial de la banda prohibida y su impacto en las propiedades optoelectrónicas del dispositivo. También introduce una solución semi-automatizada para salvar la brecha entre los vacíos de banda medidos experimentalmente y los simulados a partir de modelos.The increasing demand for miniaturisation in various fields of materials science, particularly in semiconductor-based devices, requires higher precision and accuracy in characterization. Miniaturisation within the semiconductor platform is exemplified by both classical computing and emerging paradigms like neuromorphic and quantum computing. Quantum computing devices, in particular, require ultrahigh growth quality despite size constraints. However, as devices shrink, correlating materials quality with performance becomes challenging, emphasising the need for detailed nanoscopic characterization. For instance, structural defects can significantly impact functional properties like coherence times in qubits. Therefore, correlating device measurements with structural properties is crucial in the application-materials development cycle. (Scanning) Transmission Electron Microscopy ((S)TEM) serves as a vital tool for linking atomic arrangements with device properties, but challenges persist in enhancing nanodevice characterization.
Among others, we will target some key hurdles accompanying the technique since its inception: (1) lack of statistical significance due to limited areas of analysis, requiring repeated and costly processes, (2) inherent slowness in the characterization loop, from device to analysed results, compromising statistical significance for faster results, (3) still many unmastered knowledge domains, limiting, for instance, retrieving physical insights from spectroscopy, and (4) understanding and gauging the impact of the characterization process on the captured reality. Addressing these challenges is crucial for improving accuracy and efficiency in (S)TEM characterization of nanodevices.
The research in this thesis aims to address these (S)TEM challenges using advanced data analysis and modelling tools, particularly focusing on Machine Learning/Deep Learning (ML/DL) and Artificial Intelligence (AI) algorithms. While traditional computation methods have entailed significant development in (S)TEM, ML/DL and AI offer promising alternatives to automate data analysis and acquisition. These advanced methods can also unveil intricate patterns within data, contributing to unprecedented knowledge discovery, which would be unrealistic to process manually.
Our scientific motivation lies in quantum devices, which as said, would instantly and significantly benefit from successfully addressing the previous challenges. However, the primary focus of the PhD thesis is the use of AI-related methods to tackle these challenges, and while doing so, reaching an impact much beyond the quantum devices that motivate the work. In that sense, the PhD dissertation is divided into five chapters. The first two chapters settle the motivation and bibliographic foundation (Introduction) and describe the methodological ground which will later enable the findings described throughout (Methodology). However, the gross of the research is presented in the three main results Chapters:
Chapter 3 focuses on the structural characterization of Si/Ge-based quantum devices. It evaluates these devices and correlates their structure with their performance. It also identifies the requirements for modern transmission electron microscopy to understand these devices, forming the foundation for automated workflows in subsequent chapters.
Chapter 4 embraces the AI revolution in electron microscopy data analysis in materials science. It introduces an end-to-end data analysis workflow that automates structural characterization for devices on any material platform and uses this data to create highly accurate device models for theoretical simulations. The validity of this workflow is proven through diverse device configurations, types, and applications.
Chapter 5 aims to characterize semiconductors' band gap at high spatial resolution, a crucial property ruling their functional properties. It proposes a methodology to understand the spatial distribution of band gaps and its impact on device optoelectronic properties. It also introduces a semi-automated solution to bridge the gap between experimentally measured band gaps and those simulated from models.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència de Material
Computational modelling of 2D carbon-based materials with tunable electronic properties
No full textPrograma de Doctorat en Química Teòrica i Modelització Computacional[eng] Organic semiconductors are versatile functional materials that are increasingly used in commercial electronic devices. However, their use in high performance applications is limited due to their low charge/spin carrier mobilities. The discovery of graphene in 2004 represented one of the biggest revolutions to implement carbon-based electronic devices. Its unique electronic properties, such as being a gapless Dirac semimetal with ultrahigh charge mobilities, attracted immediately the attention of the scientific community and promised a new world of possibilities in organic electronics. Nevertheless, the absence of a semiconducting gap implies that currents cannot be easily modulated in graphene, as required in electronic devices (e.g. on/off switching in transistors). Efforts to implement top-down fabrication procedures to induce a gap in graphene have been largely unsuccessful.
With this motivation, and inspired by the initial promises of graphene, new theoretically predicted 2D carbon-based materials have been proposed as potentially viable materials with tuneable electronic properties by means of different mechanisms such as mechanical deformations (e.g., tension and compression) or chemical modifications (e.g., atom vacancies, Si substitution). The aim of the present doctoral thesis is the study of 2D carbon-based materials with tuneable electronic properties through a satisfactory computational modelling approach using suitable hybrid DFT based methods. With this prescription, we studied graphene and graphynes as model systems to understand the electronic structure and properties of this type of 2D carbon-based materials that provided precursor skeletons that have been used to propose new materials described in this thesis.
As a first result, we established graphynes as materials that exhibit electronic ground states that can be modulated by mechanical strain. As an extension of these studies on strained graphynes, we have also analysed distorted buckled solutions by in-plane compression of graphynes as a mechanism for tuning the electronic ground state of graphynes. Another line of research explored possible 2D carbon- based materials with increased chemical stability by inducing defects or atom substitutions/inclusions, showing electronic ground-state solutions easily tuneable by mechanical deformations.
The last two projects are dedicated to 2D, 1D and cluster systems based on silicon carbide. We initially showed how Si-doped graphene systems present a wide range of electronic solutions. This study was extended to Si-substituted graphynes, resulting in the so-called sili-graphynes. Finally, we studied stoichiometric SiC nanoclusters, nanotubes, and 2D systems to rationalize the energy stabilization of small to medium size SiC nanoparticles with configurations showing variable degree of Si/C segregation.[cat] El descobriment del grafè l’any 2004 va representar una de les revolucions més importants en l’àmbit dels dispositius electrònics basats en el carboni. Les seves propietats electròniques úniques van atraure immediatament l’atenció de la comunitat científica i van obrir les portes a un nou món de prometedores possibilitats en l’electrònica orgànica. No obstant així, l’absència d’un gap semiconductor fa que els corrents en el grafè no es puguin modular fàcilment, tal com requereix el disseny de dispositius electrònics (interruptors on/off). Els esforços per implementar una síntesis top- down en el grafè que permeti induir un gap aïllant han estat gairebé tots envà. Amb aquesta motivació, s’han proposat a nivell teòric tot un conjunt de materials 2D basats en el carboni com a materials amb solucions electròniques potencialment modificables mitjançant diferents mecanismes, com poden ser certes deformacions mecàniques (e.g., tensió i compressió) o modificacions químiques (e.g., hidrogenació, vacants atòmiques, substitució d’àtoms de carboni per àtoms de silici).
En aquesta tesi s’ha emprat el grafè i els grafins com a sistemes model per entendre l’estructura electrònica i propietats d’aquesta classe de materials, com a precursores que s’han emprat per proposar nous materials. Primerament, hem establert els grafins com materials que mostren estats electrònics modulables mitjançant tensió isotròpica, així com mitjançant estructures corrugades induïdes per compressió en el pla.
Una altra línia de recerca ha explorat nous materials 2D basats en el carboni que tinguessin una estabilitat química superior als grafins mitjançant la introducció de defectes o substitució/inserció d’altres àtoms, els quals també presenten solucions electròniques modificables mitjançant deformacions mecàniques
Els últims dos projectes que conformen aquesta tesi han estat dedicats als sistemes 2D , 1D i clústers basats en el carbur de silici. Primerament, s’han estudiat el grafè dopat amb Si. Aquest estudi s’ha estès per incloure els grafins, resultant en els anomenats sili-grafins. Finalment, s’han estudiat nanoclústers, nanotubs i sistemes 2D de SiC estequiomètrics per tal de racionalitzar l’estabilitat de nanopartícules de SiC de diferents mides que presenten estructures amb un grau de segregació de Si i C variable
Estandarización de la lectura del verde de indocianina intraoperatoria. Estudio observacional prospectivo para la descripción de los valores de normalidad de fluorescencia colónica mediante el uso de verde de indocianina a través de la aplicación del programa informático sergreen
No full textINTRODUCCIÓ I JUSTIFICACIÓ CIENTÍFICA
La dehiscència de sutura és una de les complicacions postoperatòries més greus de la cirurgia abdominal, amb una incidència de l'1-30% en anastomosis de còlon. Existeixen múltiples factors de risc, d'entre els quals la isquèmia dels marges anastomòtics és un dels més importants.
Uns dels mètodes més utilitzats intraoperatòriament per avaluar la vascularització intestinal és l'aplicació de verd d'indocianina. La seva avaluació normalment es realitza de manera subjectiva. El nostre grup ha desenvolupat el programa SERGREEN, el qual quantifica objectivament la intensitat de fluorescència emesa per un teixit després d'administrar el colorant per via endovenosa. Fins ara no es disposa d'un mètode de quantificació de verd d'indocianina que es correlacioni amb la vascularització del còlon, ni es coneixen els valors de normalitat de referència.
HIPÒTESI
L'ús de verd d'indocianina, aplicant el programa SERGREEN, permet definir uns valors de normalitat de vascularització tissular al còlon.
OBJECTIUS
- Determinar els valors de normalitat de la vascularització als diferents segments del còlon mitjançant la quantificació intraoperatòria de la saturació de fluorescència de verd d'indocianina a través del programa SERGREEN.
- Secundaris:
o Establir el moment òptim per l'anàlisi.
o Determinar la distància òptima entre l'òptica i el teixit.
DISSENY DE L'ESTUDI
Estudi observacional, prospectiu i unicèntric en pacients intervinguts per via laparoscòpica de patologia colorrectal de manera programada.
A la primera fase de l'estudi s'han establert les condicions òptimes per determinar els valors de normalitat al còlon (en una primera etapa s'ha estudiat en quin moment s'ha de realitzar la determinació i en una segona etapa, a quina distància). A la segona fase s'han determinat els valors de normalitat al còlon dret, transvers i esquerre.
S'han analitzat 60 pacients. A la primera fase s'ha utilitzat una mostra de 30 pacients: 20 per determinar el moment òptim (10 còlon dret i 10 còlon esquerre) i 10 per la distància. Es tracta d'una fase 1 dins del marc IDEAL, pel que no es necessari el càlcul de la mida de la mostra. A la segona fase, per determinar els valors de normalitat, donat que no existeixen antecedents previs per realitzar un càlcul aproximat, s'han inclòs 30 pacients, ja que haurien de representar una població normal.
RESULTATS
Determinació del moment òptim
S'ha estudiat la fluorescència, a una distància fixa, des dels 0 als 10 minuts de l'administració del colorant, cada 30 segons. La fluorescència augmenta fins els 1-1,5 minuts, on assoleix la intensitat màxima. Posteriorment, disminueix. El període òptim per la determinació, tant al còlon dret com a l'esquerre, es troba als 2-3 minuts des de l'administració del verd.
Determinació de la distància òptima
S'ha estudiat el còlon a 1, 3 i 5cm de distància entre l'òptica i el teixit (als 2-3 minuts), evidenciant que la distància és inversament proporcional a la fluorescència (seguint y=1,732 - 21,7x + 0,9x2). La distància òptima és de 5cm, on l'IC95% és més estret (IC 86,66-87,53).
Determinació dels valors de normalitat
S'ha estudiat la fluorescència dels diferents segments del còlon en condicions òptimes de mesura. Els valors de normalitat pel còlon dret, transvers i esquerre són: 85,62±29,04, 82,47±26,18 i 90,11±31,72, respectivament. No existeixen diferències significatives entre els diferents segments.
CONCLUSIONS
S'han establert els valors de normalitat de fluorescència en la mostra estudiada pel còlon dret, transvers i esquerre, no existint diferències entre segments. La determinació s'ha de realitzar als 2-3 minuts de la infusió del colorant, a una distància de 5cm.INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN CIENTÍFICA
La dehiscencia de sutura es una de las complicaciones posoperatorias más graves de la cirugía abdominal, con una incidencia del 1-30% en anastomosis de colon. Existen múltiples factores de riesgo, de entre los cuales la isquemia de los bordes anastomóticos es uno de los más importantes.
Uno de los métodos más utilizados intraoperatoriamente para evaluar la vascularización intestinal es la aplicación de verde de indocianina. Su evaluación normalmente se realiza de manera subjetiva. Nuestro grupo ha desarrollado el programa SERGREEN, el cual cuantifica objetivamente la intensidad de fluorescencia emitida por un tejido tras administrar el colorante por vía endovenosa.
Hasta ahora no se dispone de un método de cuantificación de verde de indocianina que se correlacione con la vascularización del colon, ni se conocen los valores de normalidad de referencia.
HIPÓTESIS
El uso de verde de indocianina, aplicando el programa SERGREEN, permite definir unos valores de normalidad de vascularización tisular en el colon.
OBJETIVOS
- Determinar los valores de normalidad de la vascularización en los diferentes segmentos del colon mediante la cuantificación intraoperatoria de la saturación de fluorescencia de verde de indocianina a través del programa SERGREEN.
- Secundarios:
o Establecer el momento óptimo para el análisis.
o Determinar la distancia óptima entre la óptica y el tejido.
DISEÑO DEL ESTUDIO
Estudio observacional, prospectivo y unicéntrico en pacientes intervenidos por vía laparoscópica de patología colorrectal de manera programada.
En la primera fase del estudio se han establecido las condiciones óptimas para determinar los valores de normalidad en el colon (en una primera etapa se ha estudiado en qué momento se debe realizar la determinación y en una segunda etapa, a qué distancia). En la segunda fase se han determinado los valores de normalidad en el colon derecho, transverso e izquierdo.
Se han analizado 60 pacientes. En la primera fase se ha empleado una muestra de 30 pacientes: 20 para determinar el momento óptimo (10 colon derecho y 10 colon izquierdo) y 10 para la distancia. Se trata de una fase 1 dentro del marco IDEAL, por lo que no es necesario el cálculo del tamaño muestral. En la segunda fase, para determinar los valores de normalidad, dado que no existen antecedentes previos para realizar un cálculo aproximado, se han incluido 30 pacientes, ya que deberían representar una población normal.
RESULTADOS
Determinación del momento óptimo
Se ha estudiado la fluorescencia, a una distancia fija, desde los 0 a los 10 minutos de la administración del colorante, cada 30 segundos. La fluorescencia aumenta hasta el 1- 1,5 minutos, alcanzando su intensidad máxima. Posteriormente, decrece. El periodo óptimo para la determinación, tanto en el colon derecho como en el izquierdo, se encuentra a los 2-3 minutos desde la administración del verde.
Determinación de la distancia óptima
Se ha estudiado el colon a 1, 3 y 5cm de distancia entre la óptica y el tejido (a los 2-3 minutos), evidenciando que la distancia es inversamente proporcional a la fluorescencia (siguiendo y=1,732 - 21,7x + 0,9x2). La distancia óptima es de 5cm, donde el IC95% es más estrecho (IC 86,66-87,53).
Determinación de los valores de normalidad
Se ha estudiado la fluorescencia de los diferentes segmentos del colon en condiciones óptimas de medición. Los valores de normalidad para el colon derecho, transverso e izquierdo son: 85,62±29,04, 82,47±26,18 y 90,11±31,72, respectivamente. No existen diferencias significativas entre los distintos segmentos.
CONCLUSIONES
Se han establecido los valores de normalidad de fluorescencia en la muestra estudiada para el colon derecho, transverso e izquierdo, no existiendo diferencias entre segmentos. La determinación se debe realizar a los 2-3 minutos tras la infusión del compuesto, a una distancia de 5cm.INTRODUCTION AND SCIENTIFIC JUSTIFICATION
Suture dehiscence is one of the most serious abdominal surgery postoperative complications, with an incidence of 1-30% in colonic anastomoses. There are multiple dehiscence risk factors, being anastomotic ischemia one of the most important.
Indocyanine green application is one of the most used methods to evaluate intestinal vascularization intraoperatively. Its evaluation is normally carried out subjectively. Our group has developed the SERGREEN program, which objectively quantifies the fluorescence intensity emitted by a tissue after administering the dye intravenously.
To date, there is no method for quantifying indocyanine green that correlates with colon vascularization, nor are reference normal values known.
HYPOTHESIS
The use of indocyanine green together with SERGREEN program allows defining normal values of tissue vascularization in the colon.
OBJECTIVES
- Determine normal values of vascularization in the different segments of the colon by intraoperative quantification of indocyanine green fluorescence saturation by SERGREEN program.
- Secondary:
o Establish the optimal time for analysis.
o Determine the optimal distance between the optic and the tissue.
STUDY DESIGN
Observational, prospective and single-center study in patients undergoing elective laparoscopic surgery for colorectal pathology.
In the first phase of the study, the optimal conditions have been established to determine normal values in the colon (in a first stage it has been studied when the determination should be made and, in a second stage, at what distance). In the second phase, normal values have been determined in the right, transverse and left colon.
Sixty patients have been analyzed. In the first phase, a sample of 30 patients was used: 20 to determine the optimal moment (10 right colon and 10 left colon) and 10 for the distance. This is phase 1 within the IDEAL framework, so sample size calculation is not necessary. In the second phase, to determine normality values, given that there is no previous records to make an approximate calculation, 30 patients have been included, since they should represent a normal population.
RESULTS
Optimal moment determination
Fluorescence has been studied, at a fixed distance, from 0 to 10 minutes after the administration of the dye, every 30 seconds. The fluorescence increases up to 1-1.5 minutes, reaching its maximum intensity. Subsequently, it decreases. The optimal period for determination, both in the right and left colon, is 2-3 minutes from the administration of indocyanine green.
Optimal distance determination
The colon has been studied at a distance of 1, 3 and 5cm between the optic and the tissue (at 2 minutes), showing that the distance is inversely proportional to the fluorescence (following y = 1.732 - 21.7x + 0.9x2). The optimal distance is 5cm, where the IC95% is narrower (CI 86.66-87.53).
Normality values determination
Fluorescence of the different segments of the colon has been studied under optimal measurement conditions. Normal values for the right, transverse and left colon are: 85.62±29.04, 82.47±26.18 and 90.11±31.72, respectively. There are no significant differences between the different segments.
CONCLUSIONS
Normal fluorescence values have been established in the sample studied for the right, transverse and left colon, with no differences between segments. The measurement should be performed 2-3 minutes after the infusion of the compound, at a distance of 5cm.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Cirurgia i Ciències Morfològique
Flexibilidad psicológica: un factor protector ante el estrés académico en estudiantes universitarios de Ecuador
No full textENG- The transition to college presents significant mental health challenges for students due to stress from various demands, impacting academic performance and completion. In Ecuador, while educational institutions offer free health services, students often avoid professional help due to stigma and other concerns. This research aimed to enhance psychological flexibility in the university environment through two studies. Psychological flexibility, the ability to connect with the present moment and adapt behavior based on values, was a key focus. The first study validated the "Workplace Acceptance and Action Questionnaire" (WAAQ) with Ecuadorian students, enabling measurement of psychological flexibility in academic life. The second study developed a psychological flexibility training program for student representatives and mentors. This program aimed to identify and manage psychological inflexibility and academic stress, especially relevant during the COVID-19 lockdown, which emphasized peer support. Results showed improved competence in addressing stress and psychological inflexibility, though no significant improvements in psychological flexibility and mental health were observed, likely due to a small sample size or the need for longer interventionsCAT- La transició a la universitat presenta importants reptes de salut mental pels estudiants a causa de l'estrès generat per diverses demandes, afectant el rendiment acadèmic i la finalització dels estudis. A l'Equador, tot i que les institucions educatives ofereixen serveis de salut gratuïts, els estudiants sovint eviten l'ajuda professional a causa de l'estigma i altres preocupacions. Aquesta recerca va tenir com a objectiu millorar la flexibilitat psicològica en l'entorn universitari a través de dos estudis. El focus clau de la recerca va ser la flexibilitat psicològica, és a dir, la capacitat de connectar amb el moment present i adaptar el comportament en funció dels valors. El primer estudi va validar el "Qüestionari d’Acceptació i Acció en el Lloc de Treball" (WAAQ, per les seves sigles en anglès) amb estudiants equatorians, permetent la mesura de la flexibilitat psicològica en la vida acadèmica. El segon estudi va desenvolupar un programa de formació en flexibilitat psicològica per a representants estudiants i mentors. Aquest programa va tenir com a objectiu identificar i gestionar la inflexibilitat psicològica i l'estrès acadèmic, especialment rellevant durant el tancament per COVID-19, que va posar èmfasi en el suport entre iguals. Els resultats van mostrar una millora en la competència per abordar l'estrès i la inflexibilitat psicològica, tot i que no es van observar millores significatives en la flexibilitat psicològica i la salut mental, probablement a causa d'un nombre reduït de participants o de la necessitat d'intervencions més llarguesPrograma de Doctorat en Psicologia, Salut i Qualitat de Vid
Novel Approaches in Aptamer-Based Diagnostics: Design, Stability, and Targeted SELEX Protocols
No full textDisseny i desenvolupament de biosensors de flux lateral per a la detecció de biomarcadors de molècules petites mitjançant aptàmers i àcids nucleics. Estudi d'estabilitat de conjugats de nanopartícules ADN-or mitjançant diferents mètodes de conjugació i tampons d'emmagatzematge. Desenvolupament d'aptàmers mitjançant l'evolució sistemàtica de lligands per enriquiment exponencial (SELEX) contra molècules petites.Diseño y desarrollo de biosensores de flujo lateral para la detección de biomarcadores de moléculas pequeñas utilizando aptámeros y ácidos nucleicos. Estudio de estabilidad de conjugados de nanopartículas de oro y ADN utilizando diferentes métodos de conjugación y tampones de almacenamiento. Desarrollo de aptámeros mediante evolución sistemática de ligandos mediante enriquecimiento exponencial (SELEX) frente a moléculas pequeñas.Design and development of lateral flow biosensors for the detection of small molecule biomarkers using aptamers and nucleic acids. Stability study of DNA-gold nanoparticle conjugates using different conjugation methods and storage buffers. Development of aptamers using systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) against small molecules.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biotecnologi
Multi-omics exploration in obesity and steatohepatitis: dysfunctional signals in the liver-adipose tissue axis
No full textAntecedents: L’obesitat és un problema de salut global crític, estretament vinculat amb la malaltia hepàtica esteatòsica associada al metabolisme (MASLD) i la seva forma més greu, la esteatohepatitis associada al metabolisme (MASH). Aquesta tesi explora les complexes interaccions entre l’obesitat greu, la disfunció del teixit adipós i la malaltia hepàtica. A través d’una sèrie d’estudis, vam identificar marcadors genètics, vam avaluar el paper de la paraoxonasa-1 (PON1), vam analitzar organoquines i vam explorar perfils metabòlics, centrant-nos en la contribució del teixit adipós visceral (VAT) i la disfunció hepàtica en el desenvolupament de la MASH. Els resultats destaquen el paper central del VAT en la patogènesi de la MASH en individus amb obesitat greu. Malgrat els coneixements obtinguts, la utilitat d’aquests biomarcadors per a un diagnòstic no invasiu continua sent limitada, tot i que els enfocaments multiòmics mostren potencial per a estratègies diagnòstiques més completes.La obesidad es un problema de salud global crítico, estrechamente vinculado con la enfermedad hepática esteatósica asociada al metabolismo (MASLD) y su forma más grave, la esteatohepatitis asociada al metabolismo (MASH). Esta tesis explora las complejas interacciones entre la obesidad grave, la disfunción del tejido adiposo y la enfermedad hepática. A través de una serie de estudios, identificamos marcadores genéticos, evaluamos el papel de la paraoxonasa-1 (PON1), analizamos organocinas y exploramos perfiles metabólicos, enfocándonos en la contribución del tejido adiposo visceral (VAT) y la disfunción hepática en el desarrollo de MASH. Los resultados subrayan el papel crucial del VAT en la patogénesis de MASH en individuos con obesidad grave. A pesar de los conocimientos obtenidos, la utilidad de estos biomarcadores para un diagnóstico no invasivo sigue siendo limitada, aunque los enfoques multi-ómicos muestran potencial para estrategias diagnósticas más completas.Obesity is a critical global health issue, strongly linked to metabolic-associated steatotic liver disease (MASLD) and its more severe form, metabolic-associated steatohepatitis (MASH). This thesis explores the complex interactions between severe obesity, adipose tissue dysfunction, and liver disease. Through a series of studies, we identified genetic markers, evaluated the role of paraoxonase-1 (PON1), analyzed organokines, and investigated metabolic profiles, focusing on the contributions of visceral adipose tissue (VAT) and liver dysfunction in MASH development. The results highlight the pivotal role of VAT in the pathogenesis of MASH in severely obese individuals. Despite the insights gained, the utility of these biomarkers for non-invasive diagnosis remains limited, although multi-omics approaches show promise for more comprehensive diagnostic strategies
Molecular analysis of the human SMC5/6 complex and the NSE1 RING domain in genome integrity
No full textL'estabilitat del genoma durant la replicació i segregació dels cromosomes és essencial per a l'homeòstasi cel·lular i per prevenir la tumorogènesi. El complex SMC5/6, part de la família de proteïnes de manteniment estructural dels cromosomes (SMC), té un paper crític en la replicació i reparació de l'ADN. La subunitat NSE1 dins del complex conté un domini RING típic de les lligases E3 d'ubiquitina, però la seva funció precisa encara no s'ha elucidat. Aquest estudi demostra que el domini RING de NSE1 és crucial per a l'estabilitat del complex SMC5/6, ja que les mutacions en aquest domini redueixen els nivells de proteïna i en perjudiquen la funció. Les cèl·lules mutants mostren una major inestabilitat genòmica i forquilles de replicació més lentes. SMC5/6 regula la progressió de les forquilles i la disjunció cromosòmica de manera independent de FANCM. A més, SMC5/6 interacciona amb altres remodeladors de forquilles per controlar la velocitat de replicació i protegir les forquilles aturades. En conjunt, el complex SMC5/6 col·labora amb els remodeladors de forquilles per regular la progressió d'aquestes protegint contra l'estrès replicatiu i garantint la integritat del genoma. D'altra banda, el domini RING de NSE1 és essencial per al paper del complex SMC5/6 en el manteniment de la integritat del genoma.La estabilidad del genoma durante la replicación y segregación de los cromosomas es esencial para la homeostasis celular y para prevenir la tumorogénesis. El complejo SMC5/6, parte de la familia de proteínas de mantenimiento estructural de los cromosomas (SMC), desempeña un papel crítico en la replicación y reparación del ADN. La subunidad NSE1 dentro del complejo contiene un dominio RING típico de las ligasas de ubiquitina E3, pero su función precisa aún no se ha elucidado. Este estudio muestra que el dominio RING de NSE1 es crucial para la estabilidad del complejo SMC5/6, ya que las mutaciones en este dominio reducen los niveles de proteína y afectan su función. Las células mutantes exhiben una mayor inestabilidad genómica y horquillas de replicación más lentas. Curiosamente, SMC5/6 regula la progresión de las horquillas y la disyunción cromosómica de forma independiente de FANCM. Además, SMC5/6 interactúa con otros remodeladores de horquillas para controlar la velocidad de replicación y proteger las horquillas paradas. En conjunto, el complejo SMC5/6 colabora con los remodeladores de horquillas para regular la progresión de las mismas protegiendo contra el estrés replicative y asegurando la integridad del genoma. Además, el dominio RING de NSE1 es esencial para el papel que desempeña el complejo SMC5/6 en el mantenimiento de la integridad del genoma.Genome stability during chromosome replication and segregation is essential for cellular homeostasis and preventing tumorogenesis. The SMC5/6 complex, part of the structural maintenance of chromosomes (SMC) protein family, plays a critical role in DNA replication and repair. The NSE1 subunit within the complex contains a RING domain typical of E3 ubiquitin ligases, but its precise function remains to be elucidated. This study shows that the NSE1 RING domain is crucial for SMC5/6 complex stability, as mutations in this domain reduce protein levels and impair its function. Mutant cells exhibit increased genomic instability and slower replication forks. Interestingly, SMC5/6 regulates fork progression and chromosome disjunction independently of FANCM. Additionally, SMC5/6 interacts with other fork remodelers to control replication speed and protect stalled forks. Overall, the SMC5/6 complex works with fork remodelers to regulate fork progression, protecting against replication stress and ensuring genome integrity. Moreover, the NSE1 RING domain is essential for SMC5/6's role in maintaining genome integrity
La espiritualidad dentro de la educación para adultos a través del misticismo judío
No full textEl motiu de la tesi va ser demostrar que l'espiritualitat jueva posseeix un important corpus d'ensenyaments que han tingut un efecte benèfic en la pròpia cultura jueva al llarg dels segles, i que aquesta percepció de la realitat es pot aplicar als adults de totes les cultures.
Entre els objectius que la tesi ha aconseguit va ser comprovar la universalitat dels continguts de la càbala hebrea a fi d'arribar a totes aquelles persones que no pertanyen a la tradició jueva i explicar que no existeix una edat límit per a la formació continuada en els adults.
La pedagogia del misticisme jueu s'enquadra dins d'una “pedagogia del sentit”, això és, en el descobriment i el desenvolupament del sentit de la vida de cada alumne.
Els adults majors a través d'aquests canvis de percepció han aconseguit trobar el sentit de les seves vides i han reinterpretat les seves històries de vida a la llum de nous elements que van transformar la seva visió general de la realitat.
El mètode que he aplicat és la “història de vida”, que és una metodologia qualitativa que busca comprendre el procés d'interpretació, veient les coses des de la perspectiva de les persones, els qui estan contínuament interpretant-se i definint-se en diferents situacions.
Hem demostrat que existeix en l'ànima humana un desig d'espiritualitat innat i que si es tenen els elements pedagògics adequats es pot realitzar una important labor de creixement interior.
Els elements pedagògics que aporta el judaisme a través de la seva espiritualitat són claus per a comprendre els canvis substancials que s'han operat a l'interior dels subjectes estudiats.
Aquesta pedagogia ha rebutjat tots els components dogmaticos o religiosos que impedeixen adaptar l'espiritualitat a la modernitat.El motivo de la tesis fue demostrar que la espiritualidad judía posee un importante corpus de enseñanzas que han tenido un efecto benéfico en la propia cultura judía a lo largo de los siglos, y que esta percepción de la realidad se puede aplicar a los adultos de todas las culturas.
Entre los objetivos que la tesis ha alcanzado fue comprobar la universalidad de los contenidos de la cábala hebrea a fin de llegar a todas aquellas personas que no pertenecen a la tradición judía y explicar que no existe una edad límite para la formación continuada en los adultos.
La pedagogía del misticismo judío se encuadra dentro de una “pedagogía del sentido”, esto es, en el descubrimiento y el desarrollo del sentido de la vida de cada alumno.
Los adultos mayores a través de estos cambios de percepción han logrado encontrar el sentido de sus vidas y han reinterpretado sus historias de vida a la luz de nuevos elementos que transformaron su visión general de la realidad.
El método que he aplicado es la “historia de vida”, que es una metodología cualitativa que busca comprender el proceso de interpretación, viendo las cosas desde la perspectiva de las personas, quienes están continuamente interpretándose y definiéndose en diferentes situaciones.
Hemos demostrado que existe en el alma humana un deseo de espiritualidad innato y que si se tienen los elementos pedagógicos adecuados se puede realizar una importante labor de crecimiento interior.
Los elementos pedagógicos que aporta el judaísmo a través de su espiritualidad son claves para comprender los cambios sustanciales que se han operado en el interior de los sujetos estudiados.
Esta pedagogía ha desechado todos los componentes dogmaticos o religiosos que impiden adaptar la espiritualidad a la modernidad.The purpose of the thesis was to demonstrate that Jewish spirituality possesses a significant body of teachings that have had a beneficial effect on Jewish culture over the centuries, and that this perception of reality can be applied to adults of all cultures.
One of the objectives the thesis has achieved was to verify the universality of the contents of Hebrew Kabbalah in order to reach all those who do not belong to the Jewish tradition and to explain that there is no age limit for continued education in adults.
The pedagogy of Jewish mysticism fits within a "pedagogy of meaning," that is, in the discovery and development of each student's sense of life.
Through these changes in perception, older adults have managed to find the meaning of their lives and have reinterpreted their life stories in light of new elements that transformed their general view of reality.
The method I have applied is the "life history" method, which is a qualitative methodology that seeks to understand the process of interpretation, seeing things from the perspective of individuals, who are continuously interpreting and defining themselves in different situations.
We have demonstrated that there is an innate desire for spirituality in the human soul and that with the appropriate pedagogical elements, significant inner growth can be achieved.
The pedagogical elements provided by Judaism through its spirituality are key to understanding the substantial changes that have occurred within the subjects studied.
This pedagogy has discarded all dogmatic or religious components that prevent the adaptation of spirituality to modernity
Applications of Artificial Intelligence for predictive genomics and phenotyping
No full textEn aquesta tesi es proposen diferents formes d’aplicar els models basats en xarxes neuronals a problemes dins de la investigació en genètica vegetal. Per això, se situa el focus en tres tasques diferents i es proposen solucions per a cadascuna. La primera tasca és la mesura i per abordar-la s’ha desenvolupat una eina de codi obert que utilitza un model de segmentació d’instàncies. Aquest model s’ha entrenat per a tres fruits: poma, pera i ametlla, i s’han implementat mesures específiques per a cadascun a fi de facilitar els estudis de forma. Per facilitar l’accés i l’ús per part de la comunitat científica s’ha desenvolupat també una interfície minimalista. La segona tasca és la mesura en sèries temporals. Per això, s’ha utilitzat un model de segmentació d’instàncies i s’ha acoblat juntament amb un nou mètode d’associació. Aquest mètode ha permès un estudi pioner de les diferències en rendiment fotosintètic entre dos genotips d’Arabidopsis thaliana a nivell de fulla. En aquest estudi es mostra com els patrons de rendiment fotosintètic a nivell de fulla no segueixen el patró mitjà en un genotip mentre que en l’altre sí que ho fan. L’última tasca és la predicció de fenotips. En aquest cas, s’ha investigat l’aplicabilitat de la intel·ligència artificial generativa a la predicció del fenotip des de marcadors genètics. La predicció de fenotips relacionats amb la forma i aparença resulta especialment complexa, ja que la selecció de característiques rellevants pot resultar subjectiva. Per tant, en aquesta tesi es demostra un mètode de generació d’imatges del fenotip des de marcadors genètics (GenoDrawing), així com possibles formes d’avançar en aquesta nova línia de recerca.En esta tesis se proponen diferentes formas de aplicar los modelos basados en redes neuronales a diferentes problemas dentro de la investigación en genética vegetal. Para ello se sitúa el foco en tres tareas diferentes y se proponen soluciones para cada una. La primera tarea es la medición y para abordarla se ha desarrollado una herramienta de código abierto que utiliza un modelo de segmentación de instancias. Este modelo se ha entrenado para tres frutos, manzana, pera y almendra y se han implementado medidas específicas para cada uno a fin de facilitar los estudios de forma. Para facilitar el acceso y uso por parte de la comunidad científica se ha desarrollado también una interfaz minimalista. La segunda tarea es la medición en series temporales. Para ello se ha utilizado un modelo de segmentación de instancias y se ha acoplado junto con un nuevo método de asociación. Este método ha permitido un estudio pionero de las diferencias en rendimiento fotosintético entre dos genotipos de Arabidopsis thaliana a nivel de hojas. En este estudio se muestra como los patrones de rendimiento fotosintético a nivel de hoja no siguen el patrón medio en un genotipo mientras que en otro si lo hacen. La última tarea es la predicción de fenotipos. En este caso se ha investigado la aplicabilidad de la inteligencia artificial generativa a la predicción del fenotipo desde marcadores genéticos. La predicción de fenotipos relacionados con la forma y apariencia resulta especialmente compleja dado que la selección de características relevantes puede resultar subjetiva. Por tanto, en esta tesis se demuestra un método de generación de imágenes del fenotipo desde marcadores genéticos (GenoDrawing), así como posibles formas de avanzar esta nueva línea de investigación.This thesis proposes different ways to apply neural network-based models to a range of problems in plant genetics research. The focus is placed on three different tasks, and solutions are proposed for each. The first task is measurement, for which an open-source tool utilizing an instance segmentation model has been developed. This model has been trained for three fruits: apple, pear, and almond, with specific measures implemented for each to facilitate shape studies. To ease access and use by the scientific community, a minimalist interface has also been developed. The second task is time series measurement. For this, an instance segmentation model has been used and coupled with a new association method. This method has enabled a pioneering study of differences in photosynthetic performance between two genotypes of Arabidopsis thaliana at the leaf level. This study shows how leaf-level photosynthetic performance patterns do not follow the average pattern in one genotype, while they do in the other. The final task is phenotype prediction. In this case, the applicability of generative artificial intelligence to phenotype prediction from genetic markers has been investigated. Predicting phenotypes related to shape and appearance is particularly complex since the selection of relevant features can be subjective. Therefore, this thesis demonstrates a method for generating phenotype images from genetic markers (GenoDrawing) and possible ways to advance this new line of research.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biologia i Biotecnologia Vegeta
Essays on political economy
No full textENG- This research explores the diverse and intricate effects of European integration—a process affecting political and economic landscapes across Europe. At its heart, the study investigates how various European Union (EU) policies impact individuals' lives and beliefs, using advanced statistical methods to uncover these relationships.
One key focus is on Germany, particularly the economic disparities that have persisted since the fall of the Berlin Wall. The study examines how historical and geographical factors continue to influence salary differences across regions. It also looks into the economic challenges that German border districts face following the EU’s expansion. Here, the expected benefits of the EU's growth are weighed against actual economic downturns experienced locally.
Additionally, the research turns to Southern Europe, examining attitudes towards the euro in countries like Portugal, Italy, Greece, and Spain—collectively known as the PIGS. It reveals how different age groups and educational backgrounds influence people's preferences for the currency, highlighting the role of generational perspectives in shaping economic views.
The dissertation also delves deeper into how people's economic statuses and their understanding of EU policies affect their attitudes towards European integration. This comprehensive approach not only adds to the ongoing discussion about European integration but also emphasizes how EU policies can have varied impacts on individuals' economic situations and ideological beliefs.
Ultimately, this thesis serves as a foundation for further research into how European policies intertwine with personal outcomes, encouraging a more nuanced view of European integration's complex effects on everyday lives. This work is vital for anyone interested in understanding the personal impacts of broad political and economic strategies within the EUCAT- Aquesta tesi explora els diferents i complexos efectes de la integració europea, un procés que afecta els paisatges polítics i econòmics d'Europa. Més concretament, s'investiga com les diferents polítiques de la Unió Europea (UE) impacten les vides i les actituds dels individus, utilitzant mètodes estadístics avançats per descobrir aquestes relacions.
Un dels focus principals és Alemanya, especialment les disparitats econòmiques que han persistit des de la caiguda del Mur de Berlin. L'estudi examina com els factors històrics i geogràfics continuen influenciant les diferències salarials a les regions. També es consideren els desafiaments econòmics que els districtes fronterers alemanys enfronten després de l'expansió de la UE l'any 2004. Aquí, els beneficis esperats del creixement de la UE es contrasten amb els problemes econòmics experimentats localment.
A més, la tesi es trasllada al sud d'Europa, examinant les actituds cap a l'euro en països com Portugal, Itàlia, Grècia i Espanya, col·lectivament coneguts com els PIGS. Revela com els diferents grups d'edat i els antecedents educatius influeixen en les preferències de les persones per la moneda comuna, destacant el paper de les perspectives generacionals en la configuració de les seves preferències.
La tesi també aprofundeix més en com l'estatus econòmic dels individus i la seva comprensió de les polítiques de la UE afecten les seves actituds cap a la integració europea. Aquest enfocament integral no només aporta a l'actual discussió sobre la integració europea, sinó també subratlla com les polítiques de la UE poden tenir impactes variats en les situacions econòmiques i les postures ideològiques dels individus.
Aquesta tesi serveix com a base per a futures recerques sobre com les polítiques europees s'entrellacen amb les preferències personals, encoratjant una visió més matissada dels efectes complexos de la integració europea en les vides quotidianes. Aquesta tesi és interessant per a qualsevol persona interessada en comprendre els impactes personals de les estratègies polítiques i econòmiques àmplies dins la UEPrograma de Doctorat Interuniversitari en Dret, Economia i Empres