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Educación Física de Calidad: una mirada reflexiva para su desarrollo en la enseñanza secundaria
No full textL’Educació Física de Qualitat (EFC) és una preocupació clau d’organismes internacionals com la UNESCO, vinculada a l’Agenda 2030 i l’ODS 4. Aquesta tesi analitza com es configura una EFC mitjançant una investigació en quatre fases: revisió de literatura, estudi de cas en una escola innovadora, consulta a experts amb el mètode Delphi i desenvolupament de la plataforma digital EFCool. Els resultats indica que la qualitat a l’EF és un procés reflexiu sobre diferents elements com els propòsits i la programació de la matèria, el procés metodològic i avaluatiu, sense oblidar el paper de la gestió institucional. Els elements de qualitat de l'EFCool, juntament amb els resultats trobats als articles i produccions tècniques, indiquen que la qualitat va més enllà del que suggereixen les organitzacions. Es proposa vincular-la amb un conjunt d'elements relacionats tant amb el procés com amb els resultats: les competències del professorat a l'aula, la interacció amb els factors institucionals, els components de lògica interna en el disseny, el desenvolupament i l'avaluació de les activitats, així com la forma en què es gestiona l'ambient social de la classe.La Educación Física de Calidad (EFC) es una preocupación clave de organismos internacionales como la UNESCO, vinculada a la Agenda 2030 y el ODS 4. Esta tesis analiza cómo se configura una EFC mediante una investigación en cuatro fases: revisión de literatura, estudio de caso en una escuela innovadora, consulta expertos con el método Delphi. Los resultados indica que la calidad en la EF es un proceso reflexivo sobre diferentes elementos como los propósitos y la programación de la materia, el proceso metodológico y evaluativo, sin olvidar el papel de la gestión institucional. Los elementos de calidad de EFCool, junto con los resultados encontrados en los artículos y producciones técnicas, indican que la calidad va más allá de lo que sugieren las organizaciones. Se propone vincularla con un conjunto de elementos relacionados tanto con el proceso como con los resultados: las competencias del profesorado en el aula, la interacción con los factores institucionales, los componentes de lógica interna en el diseño, el desarrollo y la evaluación de las actividades, así como la forma en que se gestiona el ambiente social de la clase.Quality Physical Education (QPE) is a key concern of international organizations such as UNESCO, linked to the 2030 Agenda and SDG 4. This thesis analyzes how a QPE is configured through a four-phase research: literature review, case study in an innovative school, expert consultation with the Delphi method. The results indicate that quality in PE is a reflective process on different elements such as the purposes and programming of the subject, the methodological and evaluative process, without forgetting the role of institutional management. The quality elements of the EFCool, together with the results found in the articles and technical productions, indicate that quality goes beyond what organizations suggest. It is proposed to link it with a set of elements related to both the process and the results: the skills of the teaching staff in the classroom, the interaction with institutional factors, the internal logic components in the design, development and evaluation of activities, as well as the way in which the social environment of the class is managed
Gadolinia-doped UO2 reactivity and redox-sensitive radionuclides mobility: implications for long-term safety of deep geological repositories
No full textTesi amb menció de Doctorat InternacionalTesi en modalitat de compendi de publicacions(English) High-level radioactive waste, such as spent nuclear fuel (SNF) from nuclear power plants, remains dangerous for hundreds of thousands of years. To manage them properly and avoid harm to human health and the environment, deep geological repository (DGR) is considered the internationally accepted management option. The DGR is based on a multi-barrier system that isolates waste from the biosphere until its radioactivity drops to safe levels. Understanding the processes that affect the SNF is essential to ensure the long-term safety of the DGR.
The release of radionuclides upon contact with groundwater depends on their chemical state and location. While some are released instantaneously, the majority remain retained in the UO2 matrix, being their release controlled by the oxidative dissolution of UO2. The composition of groundwater, rich in bicarbonate ions, can change after interacting with the different barriers. Due to the presence of cement in the DGR design, its interaction with water can produce a very alkaline leachate (pH>13) rich in calcium and silicate ions. The addition of fly ash to cement can also introduce sulphur ions to the medium, which may affect the retention of radionuclides.
Gadolinia (Gd2O3) is used as a neutron absorber in light water reactors to extend the life of the fuel cycle. The incorporation of Gd into the crystalline structure of UO2 could affect the oxidation of uranium. In this work, three different approaches have been studied to evaluate this effect:
Gd2O3-doped UO2 samples with different levels of porosity (to simulate the microstructure of highly burned fuel) were exposed to different atmospheres in the presence of humidity. Porosity turned out to be a critical factor in oxidation, since, in its absence, Gd inhibited oxidation, while porous samples showed a dependence on the atmosphere present, with a reactivity: synthetic air>Ar>H2. Electrochemical experiments in the presence of silicate and calcium recorded lower values of current density and corrosion potentials as Gd content increased, indicating less surface oxidation. Finally, the dissolution rate was evaluated in bicarbonate solutions at pH>9. While bicarbonate influences the dissolution rate of UO2, samples doped with Gd2O3 showed very low and constant dissolution rates. XPS analysis of the samples suggests that Gd retards the oxidation of U(V) to U(VI) and, therefore, the dissolution of UO2. In summary, these studies determined a retarding effect of gadolinium on the oxidation/dissolution of UO2.
Regarding the release and migration of radionuclides, those sensitive to redox potential, such as Mo and Tc, were studied. Leaching experiments demonstrated that Mo release increases at high pH through a surface complexation mechanism promoted by OH- and the oxidation of Mo(s) to Mo(VI), with a high contribution to the instantaneous release fraction. Since Mo could buffer the oxidation of UO2, knowing the chemical state of Mo in CNG would help predict the oxidation state of UO2, and therefore the release of radionuclides.
The interaction of radionuclides with minerals, such as alumina, can affect their migration. Tc is a radionuclide of great environmental concern due to its long half-life, high toxicity and mobility under oxidizing conditions. The reductive immobilization of Tc(VII) to Tc(IV) by pre-adsorbed sulphide on alumina under anoxic conditions was studied. Although the presence of alumina did not improve the retention of Tc(VII), XAS analysis determined Tc(IV), and re-oxidation experiments suggested that the Tc species obtained are stable in the presence of oxygen.(Català) Els residus radioactius d'alt nivell, com ara el combustible nuclear gastat (CNG) de les centrals nuclears, continuen sent perillosos durant centenars de milers d'anys. Per gestionar-los adequadament i evitar danys a la salut humana i al medi ambient, l'emmagatzematge geològic profund (EGP) es considera l'opció de gestió acceptada internacionalment. L'EGP es basa en un sistema de múltiples barreres que aïlla els residus de la biosfera fins que la seva radiactivitat baixa a nivells segurs. Comprendre els processos que afecten el CNG és essencial per garantir la seguretat a llarg termini de l'EGP.
L'alliberament de radionuclids en entrar en contacte amb les aigües subterrànies depén del seu estat químic i localització. Mentre que alguns s'alliberen instantàniament, la majoria es mantenen retinguts a la matriu d'UO2, sent el seu alliberament controlat per la dissolució oxidativa de l'UO2. La composició de l'aigua subterrània, rica en ions bicarbonat, pot canviar després d'interactuar amb les diferents barreres. A causa de la presència de ciment en el disseny de l'EGP, la seva interacció amb l'aigua pot produir un lixiviat molt alcalí (pH>13) ric en ions calci i silicat. L'addició de cendres volants al ciment també pot introduir ions sulfur al medi, podent afectar la retenció de radionuclids.
Gadolínia (Gd2O3) s'utilitza com a absorbent de neutrons en reactors d'aigua lleugera per prolongar la durada del cicle del combustible. La incorporació de Gd a l'estructura cristal·lina de l'UO2 podria afectar l'oxidació de l'urani. En aquest treball s'han estudiat tres diferents enfocaments per avaluar aquest efecte:
Mostres d'UO2 dopades amb Gd2O3 amb diferents nivells de porositat (per simular la microestructura del combustible altament cremat) es van exposar a diferents atmosferes en presència d'humitat. La porositat va resultar ser un factor crític en l'oxidació, ja que, en absència d’aquesta, el Gd va inhibir l'oxidació, mentre que les mostres poroses van mostrar una dependència de l’atmosfera present, amb una reactivitat: aire sintètic>Ar>H2. Els experiments electroquímics en presència de silicat i calci van registrar valors més baixos de densitat de corrent i potencials de corrosió a mesura que augmentava el contingut de Gd, cosa que indica una menor oxidació superficial. Finalment, la velocitat de dissolució es va avaluar en solucions de bicarbonat a pH>9. Mentre que el bicarbonat influeix en la velocitat de dissolució de l'UO2, les mostres dopades amb Gd2O3 van mostrar velocitats de dissolució molt baixes i constants. L'anàlisi XPS a les mostres suggereix que el Gd retarda l'oxidació de U(V) a U(VI) i, per tant, la dissolució de UO2. En resum, aquests estudis van determinar un efecte retardador del gadolini a l'oxidació/dissolució de l'UO2.
Pel que fa a l'alliberament i la migració de radionuclids, es van estudiar aquells sensibles al potencial redox, com Mo i Tc. Experiments de lixiviació van demostrar que l'alliberament de Mo augmenta a alt pH a través d'un mecanisme de complexació superficial promogut per OH- i l'oxidació de Mo(s) a Mo(VI), amb una alta contribució a la fracció d'alliberament instantània. Ja que el Mo podria esmorteir l'oxidació de l'UO2, conéixer l'estat químic del Mo al CNG ajudaria a predir l'estat d’oxidació de l'UO2, i per tant l'alliberament dels radionuclids.
La interacció de radionuclids amb minerals, com l'alúmina, pot afectar-ne la migració. Tc és un radionuclid de gran preocupació ambiental a causa de la seva llarga vida mitjana, alta toxicitat i mobilitat en condicions oxidants. Es va estudiar la immobilització reductora de Tc(VII) a Tc(IV) mitjançant sulfur preadsorbit en al·lumina en condicions anòxiques. Tot i que la preséncia d'alumina no va millorar la retenció de Tc(VII), l'anàlisi XAS va determinar Tc(IV), i els experiments de re-oxidació van suggerir que les espécies de Tc obtingudes són estables en presència d'oxigen.(Español) Los residuos radiactivos de alto nivel, como el combustible nuclear gastado (CNG) de las centrales nucleares, siguen siendo peligrosos durante cientos de miles de años. Para gestionarlos adecuadamente y evitar daños a la salud humana y al medio ambiente, el almacenamiento geológico profundo (AGP) se considera la opción de gestión aceptada internacionalmente. El AGP se basa en un sistema de múltiples barreras que aísla los residuos de la biosfera hasta que su radiactividad desciende a niveles seguros. Comprender los procesos que afectan al CNG es esencial para garantizar la seguridad a largo plazo del AGP.
La liberación de radionucleidos al entrar en contacto con las aguas subterráneas depende de su estado químico y localización. Mientras que algunos se liberan instantáneamente, la mayoría se mantienen retenidos en la matriz de UO2, estando su liberación controlada por la disolución oxidativa del UO2. La composición del agua subterránea, rica en iones bicarbonato, puede cambiar despues de interactuar con las diferentes barreras. Debido a la presencia de cemento en el diseño del AGP, su interacción con el agua puede producir un lixiviado muy alcalino (pH>13) rico en iones calcio y silicato. La adición de cenizas volantes al cemento también puede introducir iones sulfuro al medio, pudiendo afectar a la retención de radionucleidos.
Gadolinia (Gd2O3) se utiliza como absorbente de neutrones en reactores de agua ligera para prolongar la duración del ciclo del combustible. La incorporación de Gd en la estructura cristalina del UO2 podría afectar a la oxidación del uranio. En este trabajo se han estudiado tres diferentes enfoques para evaluar este efecto:
Muestras de UO2 dopadas con Gd2O3 con diferentes niveles de porosidad (para simular la microestructura del combustible altamente quemado) se expusieron a diferentes atmósferas en presencia de humedad. La porosidad resultó ser un factor crítico en la oxidación, ya que, en ausencia de ella, el Gd inhibió la oxidación, mientras que las muestras porosas mostraron una dependencia de la atmósfera presente, con una reactividad: aire sintético>Ar>H2. Los experimentos electroquímicos en presencia de silicato y calcio registraron valores más bajos de densidad de corriente y potenciales de corrosión a medida que aumentaba el contenido de Gd, lo que indica una menor oxidación superficial. Por último, la velocidad de disolución se evaluó en soluciones de bicarbonato a pH>9. Mientras que el bicarbonato influye en la velocidad de disolución de UO2, las muestras dopadas con Gd2O3 mostraron velocidades de disolución muy bajas y constantes. El análisis XPS a las muestras sugiere que el Gd retarda la oxidación de U(V) a U(VI) y, por lo tanto, la disolución del UO2. En resumen, estos estudios determinaron un efecto retardador del gadolinio en la oxidación/disolución del UO2.
Respecto a la liberación y migración de radionucleidos, se estudiaron aquellos sensibles al potencial redox, como Mo y Tc. Experimentos de lixiviación demostraron que la liberación de Mo aumenta a alto pH a través de un mecanismo de complejación superficial promovido por OH- y la oxidación de Mo(s) a Mo(VI), con una alta contribución a la fracción de liberación instantánea. Ya que el Mo podría amortiguar la oxidación del UO2, conocer el estado químico del Mo en el CNG ayudaría a predecir el estado de oxidación del UO2, y por tanto la liberación de los radionucleidos.
La interacción de radionucleidos con minerales, como la alœmina, puede afectar a su migración. Tc es un radionucleido de gran preocupación ambiental debido a su larga vida media, alta toxicidad y movilidad en condiciones oxidantes. Se estudió la inmovilización reductora de Tc(VII) a Tc(IV) mediante sulfuro preadsorbido en alœmina en condiciones anóxicas. Aunque la presencia de alumina no mejoró la retención de Tc(VII), el anÆlisis XAS determinó Tc(IV), y los experimentos de re-oxidación sugirieron que las especies de Tc obtenidas son estables en presencia de oxígeno.DOCTORAT EN ENGINYERIA DE PROCESSOS QUÍMICS (Pla 2012
Assessment of bacterial nanocellulose on Caenorhabditis elegans
No full textLa vida accelerada de la societat actual ha transformat les nostres dietes, substituint verdures i fruites per un consum excessiu de carn i aliments processats. Al mateix temps, hem reduït l'activitat física, la qual cosa ha portat a un augment en la taxa de sobrealimentació i obesitat als països desenvolupats. A més, les persones amb obesitat també tenen un risc major de patir diabetis, càncer i malalties cardíaques i pulmonars.
Les indústries es veuen desafiades a elaborar productes més saludables per demanda del públic i els governs. Així doncs l'OMS recomana augmentar la quantitat de fibra a la nostra dieta per reduir l'impacte de dietes altament calòriques. Amb aquest objectiu d'incrementar el contingut de fibra, s'està considerant enriquir els productes amb fibres dietètiques. Aquestes fibres són polisacàrids que no són digerits ni absorbits pel cos, però tenen un impacte positiu en ell. La cel·lulosa és el polisacàrid més abundant a la terra i pot ser utilitzada com a additiu alimentari. Tradicionalment, s'ha extret de productes vegetals, però ara s'estan investigant noves fonts, com ara bacteris o algues.
La nanocel·lulosa bacteriana (BNC) és un exopolisacàrid produït principalment per bacteris gramnegatius. Malgrat ser químicament idèntica a la cel·lulosa produïda per les plantes, la nanocel·lulosa bacteriana presenta propietats úniques de nanoestructura, major capacitat de retenció d'aigua i cristal·linitat. Aquestes característiques han impulsat l'aplicació de la nanocel·lulosa bacteriana en molts camps, com la medicina, l'alimentació, els dispositius electrònics i molts altres. La nanocel·lulosa bacteriana ha estat consumida pels éssers humans durant molt de temps, la qual cosa confirma la seva bioseguretat. A més, se li han atribuït molts efectes beneficiosos, com l'augment de la motilitat intestinal, la reducció de lípids i la regulació de la microbiota intestinal en ratolins.
De manera general, la BNC s'incorpora als productes alimentaris en forma de fibres, nanocristalls o pols. La seva escala nanomètrica podria canviar la interacció amb l'organisme en termes de seguretat, però també en termes dels efectes beneficiosos que podria induir. Inicialment, la BNC es va avaluar in vitro en reactors que recreaven la digestió gàstrica i l'entorn intestinal. En aquesta etapa es va detectar la interacció amb molècules específiques en la llum intestinal. En models de rosegadors, la BNC indueix la motilitat intestinal, redueix lípids i modula la microbiota intestinal. S'ha utilitzat amb èxit per bloquejar el dany intestinal causat per dietes altes en calories. No obstant això, la indústria l'utilitza principalment com a substitut de greix, espessidor i reforç d'hidrogels, perquè la interacció amb l'organisme no s'entén completament.
En aquesta tesi, avaluem les fibres de BNC (BNCf) a l'organisme model Caenorhabditis elegans per obtenir informació sobre la interacció biològica d'aquesta fibra a nivell d'organisme, teixit i cèl·lules. L'intestí d'aquest nematode s'assembla al de l'esser humà en estructura i funció. A més, aquest model conserva vies metabòliques rellevants que són afectades per les fibres dietètiques, com el metabolisme lipídic. També ampliem l'ús de la plataforma de C. elegans per avaluar nous nanomaterials.La vida acelerada de la sociedad moderna ha transformado nuestras dietas, cambiando verduras y frutas por un consumo excesivo de carne y alimentos procesados. También hemos reducido la actividad física, lo que ha llevado a un aumento en la tasa de sobrealimentación y obesidad en los países desarrollados. Las personas con obesidad también tienen un riesgo mayor de sufrir diabetes, cáncer y enfermedades cardíacas y pulmonares.
Las industrias se ven desafiadas a elaborar productos más saludables por la demanda del público y los gobiernos. La OMS recomienda aumentar la cantidad de fibra en nuestra dieta, para reducir el impacto de dietas altamente calóricas. Para ello, se está considerando enriquecer los productos con fibras dietéticas. Estas fibras son polisacáridos que benefician al organismo sin ser digeridas ni absorbidas por el organismo. La celulosa, es el polisacárido más abundante de la tierra y puede ser utilizado como aditivo alimenticio. Tradicionalmente, se han extraído de productos vegetales, pero ahora se están investigando nuevas fuentes, como bacterias o algas.
La nanocelulosa bacteriana (BNC) es un exopolisacárido producido principalmente por bacterias gramnegativas. A pesar de ser químicamente idéntica a la celulosa vegetal, la BNC presenta propiedades únicas. Tiene una nanoestructura diferente, mayor porcentaje de cristalinidad y mayor capacidad de retención de agua que la celulosa vegetal. Estas características han impulsado la aplicación de la BNC en muchos campos, como la medicina, la alimentación, los dispositivos eléctricos y muchos otros. Además, la BNC ha sido consumida por los seres humanos durante mucho tiempo, lo que confirma su bioseguridad. Además, se le han atribuido muchos beneficios, como el aumento de la motilidad intestinal, reducción de lípidos y la regulación del microbioma intestinal en ratones.
Por lo general, la BNC se incorpora a los productos alimenticios en forma de fibras, nanocristales o polvo. Su escala nanométrica podría cambiar la interacción con el organismo en términos de seguridad, pero también en términos de los efectos beneficiosos que podría inducir. La BNC se ha evaluado in vitro en reactores que recrean la digestión gástrica y el entorno intestinal. Estos experimentos detectaron la interacción con moléculas específicas en el lumen intestinal. En modelos de roedores, se ha visto que la BNC induce la motilidad intestinal, reduce lípidos y modula el microbiota intestinal. Se ha utilizado con éxito para bloquear el daño intestinal causado por dietas altas en calorías en estos modelos. A pesar de estos efectos beneficiosos, la industria la utiliza principalmente como sustituto de grasa, espesante y refuerzo de hidrogeles porque la interacción con el organismo no se comprende completamente.
En esta tesis, evaluamos las fibras de BNC (BNCf) en el modelo Caenorhabditis elegans para obtener información sobre la interacción biológica de esta fibra a nivel de organismo, tejido y células. El intestino de este nematodo se asemeja al de los humanos en estructura y función. Además, este modelo conserva vías metabólicas relevantes que son afectadas por las fibras dietéticas, como el metabolismo lipídico. También extendemos el uso de la plataforma de C. elegans para evaluar nuevos nanomaterialesThe fast-paced life of our modern age has reshaped our diets, shifting them from vegetables and fruits to an overconsumption of meat and processed food. At the same time, we reduced physical activity, leading to an increased rate of overnutrition and obesity in developed countries. People who have obesity also have a higher risk of suffering from diabetes, cardiac and pulmonary disease, and developing cancer.
Industries are challenged to produce healthier products due to the requests by the public and governments. The WHO recommends raising the amount of fiber in our diet. Therefore, many sources of dietary fibers are being investigated. Dietary fibers are polysaccharides that are not digested nor absorbed by the organism but positively impact it. Cellulose is the most abundant polysaccharide in the world and could be used as an additive in the food industry. Traditionally, cellulose has been extracted from vegetal products, but new sources, such as bacteria or algae, are now being investigated.
Bacterial nanocellulose is an exopolysaccharide mainly produced by gram-negative bacteria. Despite being chemically identical to cellulose produced by plants, bacterial nanocellulose presents unique nanostructure, water-holding capacity, and crystallinity properties. These characteristics have propelled the application of bacterial nanocellulose in many fields, such as medicine, food, energy devices, and many others. Bacterial nanocellulose has been consumed by humans for an extended period, confirming its biosafety. In addition, many beneficial effects have been related to this polysaccharide, for example, increasing intestinal motility, lipid-lowering effect, and regulation of mice microbiome.
Usually, bacterial nanocellulose is incorporated into food products in fibers, nanocrystals, or powder. Their nanoscale could change the interaction with the organism in terms of safety but also in terms of the beneficial effects that it could induce. Therefore, the nanoscale is the main problem in reaching the market. Bacterial nanocellulose was initially evaluated in vitro in reactors that recreate gastric digestion and the intestinal environment. Interaction with specific molecules in the intestinal lumen was detected at this step. In rodent models, bacterial nanocellulose induces intestinal motility, produces a lipid-lowering effect, and modulates the intestinal gut microbiota. It has been successfully used to block the intestinal damage produced by high-caloric diets. However, the industry uses bacterial nanocellulose mainly as a fat replacement, thickener, and reinforcement of current hydrogels in the food. Their beneficial impact on the diet is not entirely exploited, partly because the interaction with the organism is not completely understood.
In this thesis, we evaluated bacterial nanocellulose fibers (BNCf) in the model organism Caenorhabditis elegans to give insights into the biological interaction of this fiber at the organism, tissue, and cellular level. The intestine of this nematode resembles the human in structure and function. In addition, relevant metabolic pathways that are affected by dietary fibers are conserved in this model, such as lipid metabolic routes. We also extended the use of the C. elegans platform to evaluate newly designed nanomaterials for nanomedicine.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biotecnologi
Tailoring the superconducting properties of YBa2Cu3O7−δ thin films by microstructure engineering and local oxygen doping
No full textEls avenços en la ciència de la superconductivitat tenen nombrosos reptes per millorar les velles i crear noves tecnologies capaces d'afrontar alguns dels grans reptes del món; des d'aplicacions energètiques (emmagatzematge i transport d'energia neta, sostenible i fiable) fins a nous dispositius electrònics (tecnologies de la informació energèticament eficients i sistemes d'emmagatzematge de dades).
El comportament individual i col·lectiu dels vòrtexs (nano-tubs de flux magnètic) en un superconductor representa un dels aspectes físics més rellevants d'aquests materials i és d'enorme importància pràctica per a les aplicacions. Això ha sustentat l'estudi de diferents mètodes per a l'enginyeria del paisatge de fixació de vòrtexs per tal d'inferir en la dinàmica de vòrtexs de superconductors. Dins d'aquesta tesi, hem examinat l'impacte de la temperatura de creixement en la formació de defectes de fixació intrínsecs en capes de YBa2Cu3O7-[Delta] (YBCO), crescudes mitjançant deposició de solucions químiques amb solucions deficients de bari. S'ha obtingut una clara correlació entre la microestructura de les capes i el seu rendiment superconductor. Un paisatge de fixació eficient que consisteix en falles d'apilament i nanoestrès associats, naturalment induïdes simplement afinant la temperatura de creixement sense la necessitat d'afegir llocs de pinning artificials. Les mostres crescudes a temperatura òptima, exhibien valors de Jc d'autocamp excepcionalment alts i rendiments millorats de Jc(T, H,θ).
A més, els superconductors d'alta temperatura, en particular els cuprats YBCO, ofereixen oportunitats úniques per afinar les seves propietats físiques amb múltiples entrades externes, proporcionant així la base per a realitzar dispositius electrònics energèticament eficients per a les tecnologies de la informació i la comunicació (sensors, dispositius lògics i de memòria). En aquesta direcció, hem investigat el dopatge d'oxigen induït pel camp per obtenir una modulació reversible d'una transició aïllant de metalls. L'objectiu és estudiar l'impacte de la difusió d'oxigen induïda pel camp magnètic i la dependència angular de la densitat de corrent crítica, discernint el paper dels defectes induïts en el rendiment del commutador. Els resultats de les mesures de microscòpia electrònica de transmissió revelen que la transició a estats irreversibles d'alta resistència es produeix a través de la formació d'intercreixements YBa2Cu4O7 (Y124) caracteritzats per una presència significativa de vacants d'oxigen.
Finalment, aquest treball també se centra en un enfocament innovador per afinar les propietats superconductores de les capes conegudes com a nanoenginyeria de fase. Aquest mètode utilitza una font d'energia localitzada aplicada a la superfície del material mitjançant l'escriptura directa amb làser per induir canvis de propietat. El mecanisme físic observat darrere d'això s'atribueix a la migració tèrmicament activa d'oxigen dins de les regions escrites. Les mesures conductives de l'AFM demostren una conductivitat elèctrica de superfície millorada consistent amb l'enriquiment d'oxigen a les regions modelades. A més, s'obté una millora de la reflectivitat, una reducció de la temperatura crítica i la densitat de corrent crítica en els dispositius modelats, així com la densitat de portadors, indicativa de les vacants d'oxigen generades en el volum.Los adelantos en la ciencia de la superconductividad tienen numerosos retos para mejorar las viejas y crear nuevas tecnologías capaces de afrontar algunos de los grandes retos del mundo; desde aplicaciones energéticas (almacenamiento y transporte de energía limpia, sostenible y fiable) hasta nuevos dispositivos electrónicos (tecnologías de la información energéticamente eficientes y sistemas de almacenamiento de datos).
El comportamiento individual y colectivo de los vórtices (nano-tubos de flujo magnético) en un superconductor representa uno de los aspectos físicos más relevantes de estos materiales y es de enorme importancia práctica para las aplicaciones. Esto ha sustentado el estudio de diferentes métodos para la ingeniería del paisaje de fijación de vórtices para inferir en la dinámica de vórtices de superconductores. Dentro de esta tesis, hemos examinado el impacto de la temperatura de crecimiento en la formación de defectos de fijación intrínsecos en capas de YBa2Cu3O7-[Delta] (YBCO), crecidas mediante deposición de soluciones químicas con soluciones deficientes de bario. Se ha obtenido una clara correlación entre la microestructura de las capas y su rendimiento superconductor. Un paisaje de fijación eficiente que consiste en fallas de acoplamiento y nanoestrés asociados, naturalmente inducidos simplemente afinando la temperatura de crecimiento sin la necesidad de añadir lugares de fijación artificiales. Las muestras crecidas a temperatura optima, exhibían valores de Jc de autocampo excepcionalmente altos y rendimientos mejorados de Jc(T, H,θ).
Además, los superconductores de alta temperatura, en particular los cupratos YBCO, ofrecen oportunidades únicas para afinar sus propiedades físicas con múltiplos entradas externas, proporcionando así la base para realizar dispositivos electrónicos energéticamente eficientes para las tecnologías de la información y la comunicación (sensores, dispositivos lógicos y de memoria). En esta dirección, hemos investigado el dopaje de oxígeno inducido por el campo para obtener una modulación reversible de una transición aislante de metales. El objetivo es estudiar el impacto de la difusión de oxígeno inducida por el campo magnético y la dependencia angular de la densidad de corriente crítica, discerniendo el papel de los defectos inducidos en el rendimiento del conmutador. Los resultados de las medidas de microscopia electrónica de transmisión revelan que la transición a estados irreversibles de alta resistencia se produce a través de la formación de intercrecimientos YBa2Cu4O7 (Y124) caracterizados por una presencia significativa de vacantes de oxígeno.
Finalmente, este trabajo también se centra en un enfoque innovador para afinar las propiedades superconductoras de las capas conocidas como nanoingenieria de fase. Este método utiliza una fuente de energía localizada aplicada a la superficie del material mediante la escritura directa con láser para inducir cambios de propiedad. El mecanismo físico observado detrás de esto se atribuye a la migración térmicamente activa de oxígeno dentro de las regiones escritas. Las medidas conductivas de la AFM demuestran una conductividad eléctrica de superficie mejorada consistente con el enriquecimiento de oxígeno en las regiones modeladas. Además, se obtiene una mejora de la reflectividad, una reducción de la temperatura crítica y la densidad de corriente crítica en los dispositivos modelados, así como la densidad de portadores, indicativa de las vacantes de oxígeno generadas en el volumen.Advances in the science of superconductivity have numerous challenges to improve old and create new technologies able to fulfil some of world the big challenges; ranging from power applications (storage and transport of clean, sustainable and reliable energy) to novel electronic devices (energy-efficient information technologies and data storage systems).
The individual and collective behavior of vortices (nano-tubes of magnetic flux) in a superconductor represents one of the most relevant physical aspects of these materials and it is of enormous practical significance for applications. This has sustained the study of different methods for engineering the vortex pinning landscape in order to infer in vortex dynamics of superconductors. Within this thesis, we have examined the impact of growth temperature on the formation of intrinsic pinning defects in YBa2Cu3O7-[Delta] (YBCO) films, grown by chemical solution deposition with Barium-deficient solutions. A clear correlation between the microstructure of the films and their superconducting performance have been obtained. An efficient pinning landscape consisting of stacking faults and associated nanostrain, naturally induced by simply tuning the growth temperature without the need to add artificial pinning sites. Samples grown at optimized temperature exhibited exceptionally high self-field Jc values and improved Jc(T, H,θ) performances.
Moreover, high-temperature superconductors, in particular YBCO cuprates, offer unique opportunities to tune their physical properties with multiple external inputs, thus providing the basis for realizing energy-efficient electronic devices for information and communication technologies (sensors, logic and memory devices). In this direction, we have investigated field-induced oxygen doping to obtain reversible modulation of a metal-insulating transitions. The aim is to study the impact of field-induced oxygen diffusion on the magnetic field and angular dependence of critical current density, discerning the role of induced defects in the switching performance. Results from transmission electron microscopy measurements reveal that the transition to irreversible high resistance states occurs through the formation of YBa2Cu4O7 (Y124) intergrowths characterized by a significant presence of oxygen vacancies.
Finally, this work also focuses on pioneering a novel approach for tuning the superconducting properties of the films known as phase nano-engineering. This method utilizes a localized energy source applied to the material's surface through direct laser writing to induce property changes. The observed physical mechanism behind this is attributed to thermally activated oxygen migration within the written regions. Conductive AFM measurements demonstrate enhanced surface electric conductivity consistent with oxygen enrichment in the patterned regions. Furthermore, an enhancement of the reflectivity, reduced critical temperature, and critical current density in the patterned devices is obtained, as well as carrier density, indicative of oxygen vacancies generated in the bulk.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència de Material
Temas y motivos en la ciencia ficción andina escrita por mujeres (2010-2020)
No full textAquesta investigació té per objectiu general determinar i analitzar els cinc temes i motius més freqüents als relats de ciència ficció andina escrita per dones publicats entre 2010 i 2020. Els temes i motius del corpus d'anàlisi es representen des d'una perspectiva d'otratat a la monstruositat respecte al discurs hegemònic capitalista, patriarcal i colonial. No obstant això, aquests personatges «altres» no aconsegueixen subvertir el sistema, i en molts casos acaben absorbits pel mateix, sent recurrent la forma distòpica. Així, tret de comptades excepcions, l'otretat «no pressuposa cap subversió davant de la norma, ja que ha estat produït pel propi sistema per reforçar-lo, per la qual cosa la dissidència que representa la monstruositat com a lloc des d'on convertir-se en un element de resistència per a la transformació social desapareix» (López-Pellisa, 2022a: 410). Els monstres contrahegemònics, per la seva banda, aconsegueixen la subversió a través del seu propi agenciament com a «un altre inadequat/ble» (Haraway, 1999). L'alteritat dels relats estaran marcades per raça, classe, gènere, edat (infantesa o vellesa davant de l'adultesa) i espècie.Esta investigación tiene por objetivo general determinar y analizar los cinco temas y motivos más frecuentes en los relatos de ciencia ficción andina escrita por mujeres publicados entre 2010 y 2020. Los temas y motivos del corpus de análisis se representan desde una perspectiva de otredad, que tiende a la monstruosidad respecto al discurso hegemónico capitalista, patriarcal y colonial. Sin embargo, estos personajes «otros» no logran subvertir el sistema, y en muchos casos terminan absorbidos por el mismo, siendo recurrente la forma distópica. Así, salvo contadas excepciones, la otredad «no presupone ninguna subversión frente a la norma, ya que ha sido producido por el propio sistema para reforzarlo, por lo que la disidencia que representa la monstruosidad como lugar desde el que convertirse en un elemento de resistencia para la transformación social desaparece» (López-Pellisa, 2022a: 410). Los monstruos contrahegemónicos, por su parte, logran la subversión a través de su propio agenciamiento como «otro inapropiado/ble» (Haraway, 1999). La alteridad de los relatos estarán marcadas por raza, clase, género, edad (niñez o vejez frente a la adultez) y especie.The primary objective of this research is to identify and analyze the five most frequent themes and motifs in Andean science fiction stories written by women and published between 2010 and 2020. The themes and motifs within the corpus are represented from a perspective of otherness, which often veers towards monstrosity in relation to hegemonic capitalist, patriarchal, and colonial discourses. However, these "other" characters frequently fail to subvert the system, often becoming absorbed by it, with dystopian elements recurring. Thus, with few exceptions, otherness "does not presuppose any subversion of the norm, since it has been produced by the system itself to reinforce it, so that the dissidence represented by monstrosity as a place from which to become an element of resistance for social transformation disappears" (López-Pellisa, 2022a: 410). Conversely, counter-hegemonic monsters achieve subversion through their own agency as "inappropriate/d others" (Haraway, 1999). The otherness in these narratives is marked by race, class, gender, age (childhood or old age versus adulthood), and species.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Teoria de la Literatura i Literatura Comparad
Evaluación de la calidad de los agregadores de noticias chinos: propuesta de un nuevo instrumento de evaluación con patrones de diseño centrados en el usuario
No full textEsta tesis se centra en el estudio de una de las aplicaciones más utilizadas por la ciudadanía en China para informarse, los agregadores de noticias. Tiene como objetivo general la identificación de las características que dotan de calidad a estos agregadores, y su posterior formalización en un instrumento de análisis para la evaluación de su calidad. De este modo, se espera que el instrumento propuesto pueda servir: 1) como guía para el desarrollo de agregadores de noticias; 2) como instrumento de autoevaluación, útil para los propietarios y responsables de estas aplicaciones; y 3) como herramienta para la realización de análisis y estudios comparativos de estas aplicaciones.
Para el desarrollo de esta investigación se han utilizado diferentes metodologías. Entre ellas, destacan las técnicas de análisis experto y estudio de casos, que han sido usadas en el diseño y la validación del instrumento. También la encuesta, utilizada para conocer la experiencia de uso y las preferencias de los usuarios reales de estas aplicaciones, y que ha servido para la propuesta de patrones de diseño centrados en estos usuarios. Como resultado, esta tesis presenta un nuevo instrumento para la evaluación de la calidad de los agregadores de noticias chinos, que agrupa en torno a tres dimensiones, ocho parámetros y setenta y tres indicadores. Además, este instrumento se completa con la propuesta de tres patrones de diseño centrados en sus usuarios. De este modo, en su conjunto, esta tesis permite profundizar en el conocimiento de una de las principales fuentes utilizadas por la ciudadanía china para informarse. Además, el instrumento propuesto puede ser útil para futuros desarrollos y estudios procedentes tanto del sector profesional como académico.This thesis focuses on the study of one of the most widely used applications by citizens in China for obtaining information: news aggregators. Its main objective is to identify the features that grant quality to these aggregators and then formalize them into an analysis instrument for evaluating their quality. Thus, it is expected that the proposed instrument can serve: 1) as a guide for the development of news aggregators; 2) as a self-assessment instrument, useful for the owners and managers of these applications; and 3) as an instrument for conducting analyses and comparative studies of these applications.
For the development of this research, various methodologies have been used. Among them, expert analysis techniques and case studies stand out, which have been employed in the design and validation of the instrument. Surveys were also utilized to understand the usage experience and preferences of the actual users of these applications, serving as the basis for the proposal of user-centered design patterns. As a result, this thesis introduces a new instrument for evaluating the quality of Chinese news aggregators, which encompasses three dimensions, eight parameters, and seventy-three indicators. Additionally, this instrument is complemented with the proposal of three user-centered design patterns. In this way, as a whole, this thesis provides deeper insight into one of the primary sources used by the Chinese public to obtain information. Furthermore, the proposed instrument can be beneficial for future developments and studies both from the professional and academic sectors.Programa de Doctorat en Comunicaci
Patentabilidad y protección de los segundos usos médicos
No full textEste trabajo tiene como primer objetivo analizar la patentabilidad de las segundas indicaciones médicas. A tal efecto, estudia la redacción que deberían tener para recibir menos objeciones, los problemas de novedad, su diferencia con los tratamientos médicos y las particularidades de la Comunidad Andina, que no las admite. El segundo objetivo responde al interrogante de qué medidas se pueden adoptar para protegerlas sin impedir, al mismo tiempo, la comercialización lícita de medicamentos genéricos que implementen el uso de la sustancia o producto conocidos para los primeros usos y que ya no están patentados. Para ello, investiga cómo influye la legislación farmacéutica en dicha protección y cómo se infringe (directa e indirectamente) una patente de segundo uso médico. Los dos objetivos se abordan desde la legislación nacional junto con las particularidades del Derecho alemán, británico y norteamericano, utilizando los principales casos jurisprudenciales, especialmente, el asunto Pregabalina. La tesis termina con algunas propuestas para solventar o aliviar en parte los problemas de protección.The first objective of this work is to analyse the patentability of second medical indications. To this end, it studies the wording they should have to receive fewer objections, the problems of novelty and its difference with medical treatments and the particularities of the Andean Community that does not admit them. The second objective answers the question of what measures can be adopted to protect them without preventing, at the same time, the licit marketing of generic medicines that implement the use of the substance or product known for the first uses and that are no longer patented. To do this, it investigates how pharmaceutical legislation influences said protection and how a second medical use patent is infringed (directly and indirectly). The two objectives are addressed from national legislation together with the particularities of German, British and North American Law, using the main jurisprudential cases, mainly the Pregabalina case. The thesis ends with some proposals to partially solve or alleviate protection problemsPrograma de Doctorat en Dre
A Reformulation Proposal of the Mutual Agreement Procedure: The Inclusion of Meditation as Alternative Dispute Resolution Mechanism of Transfer Pricing Conflicts
No full textTransfer pricing disputes have significantly increased, requiring efficient and effective dispute resolution procedures. Despite the availability of domestic remedies and the MAP, due to the features of the procedure and transfer pricing disputes, the latter is more suitable. Nevertheless, according to the carried investigations, the MAP has crucial failures for dispute settlement, which urge to be addressed, as some disputes remain unresolved or pending resolution. After assessing ADR mechanisms to be included in the MAP considering features of transfer pricing disputes, mediation demonstrated to be more inclusive, transparent, more acceptable among jurisdictions, while able to deliver fairer and more satisfactory settlements quickly and effectively. Given the importance of legal certainty, efficiency and effectiveness in dispute resolution when performing transfer pricing transactions, the main contribution of this research is a reformulation of the MAP with the inclusion of mediation, besides the framework proposal to better conduct the MAP with mediation.Los litigios en materia de precios de transferencia han aumentado significativamente, lo que exige contar con mecanismos de resolución de conflictos eficientes y eficaces. A pesar de la disponibilidad de recursos internos y del procedimiento amistoso, este último resulta ser el método más adecuado. Sin embargo, según las investigaciones realizadas, este procedimiento presenta fallos cruciales para la resolución de dichos conflictos, que requieren ser abordados con urgencia (pues algunos de ellos no llegan a resolverse nunca o quedan pendientes de resolución). Tras evaluar los mecanismos alternativos de resolución de conflictos que pueden incluirse en el MAP, en atención a las características de los conflictos en materia de precios de transferencia, la mediación demostró ser más inclusiva, transparente y aceptable entre jurisdicciones, al tiempo que permite alcanzar acuerdos más justos y satisfactorios de forma rápida y eficaz. Dada la importancia de la seguridad jurídica, la eficiencia y la eficacia en la resolución de conflictos en materia de precios de transferencia, la principal contribución de esta investigación consiste en presentar una reformulación del MAP con la inclusión de la mediación, así como una propuesta marco para mejorar la aplicación del MAP a través de la mediación.Programa de Doctorat en Dre
Aplicació de l'enzim piruvat descarboxilasa en un sistema multienzimàtic de captura i conversió del co2 per a la síntesi d'àcid làctic i en un sistema multienzimàtic per a la síntesi d'acetoïna com a producte bio-basat
No full textLa biocatàlisi és una tecnologia que permet la biotransformació de substrats a productes de forma sostenible i respectuosa amb el medi ambient. Aquest fet és reconegut per la conformitat en 10 dels 12 principis de la química verda, que busca la implantació de processos sostenibles i menys contaminants. En la present tesi doctoral s'utilitza un enzim anomenat piruvat descarboxilasa, aprofitant la peculiaritat d'aquest enzim de catalitzar tant una reacció de carboxilació com una reacció de carbolligació, per al desenvolupament de dos sistemes multienzimàtics: Un sistema multienzimàtic com a tecnologia CCU per a la síntesi d'àcid làctic a partir de CO2, mitjançant una carboxilació catalitzada per la PDC i ii) un sistema multienzimàtic per a la síntesi d'un compost bio-basat, l'acetoïna, a partir d'etanol mitjançant una carbolligació catalitzada per la PDC.
En la primera part de la tesi es duu a terme la producció dels enzims necessaris per als estudis de les reaccions (alcohol deshidrogenasa de S. cerevisiae (ScADH), piruvat descarboxilasa de S. cerevisiae (ScPDC) i lactat deshidrogenasa de T. maritima (TmLDH)) a través d'un cultiu fed-batch assolint altes densitats cel·lulars. Posteriorment, es duu a terme la purificació dels enzims piruvat descarboxilasa de Z. palmae (ZpPDC), ScADH, ScPDC, TmLDH i NADH oxidasa de S. pyogenes (SpNOX), aplicant millores al procés de purificació per cromatografia d'afinitat o d'intercanvi aniònic per tal d'incrementar el rendiment de purificació. La liofilització dels enzims s'aconsegueix amb un rendiment suficient per satisfer les necessitats d'enzims, i la qual permet l'emmagatzematge a llarg termini dels biocatalitzadors.
En la segona part d'aquesta tesi, es desenvolupa el sistema multienzimàtic com a estratègia de captura i conversió del CO2 (CCU) per a la síntesi d'àcid làctic a partir de CO2 i etanol en el marc del projecte europeu BIOCON-CO2. Aquest sistema, el qual incorpora un sistema intern de regeneració del cofactor, està format pels enzims alcohol deshidrogenasa, piruvat descarboxilasa i lactat deshidrogenasa, en el qual la PDC catalitza la carboxilació de l'acetaldehid a àcid pirúvic. Aquest sistema presenta una limitació important en el pas de carboxilació, de tal manera que s'estudien diferents estratègies des de l'optimització de les quantitats i proporcions dels enzims, fins a l'enginyeria del medi de reacció, aconseguint obtenir 250 [Mu]M d'àcid làctic, la concentració més alta obtinguda per aquest sistema fins al moment. I, per primera vegada, també es posa a prova el sistema utilitzant un gas sintètic que imita la composició d'un gas de sortida dels alts forns de la indústria metal·lúrgica, assolint una concentració d'àcid làctic de 69 [Mu]M. La immobilització dels enzims en diferents suports indica que el millor suport és la Ni2+-IDA-agarosa, amb el qual es duu a terme la reacció en cicles, obtenint un rendiment similar a quan s'utilitzen els enzims solubles.
En la tercera part d'aquesta tesi es desenvolupa el segon sistema multienzimàtic plantejat com a estratègia de síntesi d'un producte bio-basat, l'acetoïna, a partir d'etanol. En aquest cas el sistema consta d'alcohol deshidrogenasa, piruvat descarboxilasa i NADH oxidasa, on la PDC catalitza la reacció de carbolligació de dues molècules d'acetaldehid. A més, la NADH oxidasa permet la regeneració del cofactor. Els estudis de les reaccions involucrades permeten determinar les millors condicions de reacció, mitjançant l'ajust en les proporcions dels enzims, i determinant que la purificació dels enzims és essencial per evitar reaccions secundàries que provoquen el consum del intermedis de reacció, aconseguint la conversió completa (100%) a partir de 50 mM d'etanol en les
millors condicions estudiades. Finalment, s'aconsegueix millorar l'eficiència de la regeneració del cofactor mitjançant l'ajust de la concentració de cofactor, millorant el nombre de recanvi de 5 a 38 mols de producte per mol de cofactor.La biocatálisis es una tecnología que permite la biotransformación sostenible de sustratos en productos. Este hecho es reconocido por la conformidad con 10 de los 12 principios de la química verde, que busca la implementación de procesos sostenibles y menos contaminantes. En la presente tesis doctoral se utiliza una enzima llamada piruvato descarboxilasa, aprovechando la peculiaridad de esta enzima para catalizar tanto una reacción de carboxilación como una reacción de carboligación, para el desarrollo de dos sistemas multienzimáticos: i) un sistema multienzimático como tecnología CCU para la síntesis de ácido láctico a partir de CO2, mediante una carboxilación catalizada por la PDC, y ii) un sistema multienzimático para la síntesis de un compuesto bio-basado, la acetoína, a partir de etanol mediante una carboligación catalizada por la PDC.
En la primera parte de la tesis se lleva a cabo la producción de las enzimas necesarias para los estudios de las reacciones (alcohol deshidrogenasa de S. cerevisiae (ScADH), piruvato descarboxilasa de S. cerevisiae (ScPDC) y lactato deshidrogenasa de T. maritima (TmLDH)) a través de un cultivo fed-batch logrando altas densidades celulares. Posteriormente, se realiza la purificación de las enzimas piruvato descarboxilasa de Z. palmae (ZpPDC), ScADH, ScPDC, TmLDH y NADH oxidasa de S. pyogenes (SpNOX), aplicando mejoras al proceso de purificación para aumentar el rendimiento de purificación. La liofilización de las enzimas se logra con un rendimiento suficiente para satisfacer las necesidades de enzimas, lo que permite el almacenamiento a largo plazo de los biocatalizadores.
En la segunda parte de esta tesis, se desarrolla el sistema multienzimático como estrategia de captura y conversión del CO2 (CCU) para la síntesis de ácido láctico a partir de CO2 y etanol en el marco del proyecto europeo BIOCON-CO2. Este sistema, que incorpora una regeneración interna de cofactor, está formado por las enzimas alcohol deshidrogenasa, piruvato descarboxilasa y lactato deshidrogenasa, en el cual la PDC cataliza la carboxilación del acetaldehído a ácido pirúvico. Este sistema presenta una limitación en el paso de carboxilación, por lo que se estudian diferentes estrategias desde la optimización de las cantidades y proporciones de enzimas hasta la ingeniería del medio de reacción, logrando obtener 250 [Mu]M de ácido láctico, la concentración más alta obtenida por este sistema hasta el momento. Y, por primera vez, se pone a prueba el sistema utilizando un gas sintético que imita la composición de un gas de salida de los altos hornos de la industria metalúrgica, logrando una concentración de ácido láctico de 69 [Mu]M. La inmovilización de las enzimas en diferentes soportes indica que el mejor soporte es la Ni2+-IDA-agarosa, con el cual se lleva a cabo la reacción en ciclos, obteniendo un rendimiento similar al de los enzimas solubles.
En la tercera parte de esta tesis se desarrolla el segundo sistema multienzimático planteado como estrategia de síntesis de un producto bio-basado, la acetoína, a partir de etanol. En este caso, el sistema consta de alcohol deshidrogenasa, piruvato descarboxilasa y NADH oxidasa, donde la PDC cataliza la reacción de carboligación de dos moléculas de acetaldehído. Además, la NADH oxidasa permite la regeneración del cofactor. Los estudios de las reacciones involucradas permiten determinar las mejores condiciones de reacción, mediante el ajuste en las proporciones de los enzimas, y determinando que la purificación de los enzimas evita las reacciones secundarias que provocan el consumo de los intermediarios de reacción, logrando la conversión completa (100%) a partir de 50 mM de etanol en las mejores condiciones estudiadas. Finalmente, se mejora la eficiencia de la regeneración del cofactor mediante el ajuste de su concentración, mejorando el número de recambio de 5 a 38 moles de producto por mol de cofactor.Biocatalysis is a technology that allows the biotransformation of substrates into products in a sustainable and environmentally friendly manner. This fact is recognized by the compliance with 10 out of the 12 principles of green chemistry, which aims to the implementation of sustainable and less contaminating processes. In this doctoral thesis, an enzyme called pyruvate decarboxylase is used, taking advantage of its ability to catalyze both carboxylation and carboligation reactions, for the development of two multienzymatic systems: i) a multienzymatic system as a Carbon Capture and Utilization (CCU) technology for the synthesis of lactic acid from CO2, through PDC-catalyzed carboxylation, and ii) a multienzymatic system for the synthesis of a bio-based compound, acetoin, from ethanol through PDC-catalyzed carboligation.
In the first part of the thesis, the production of the necessary enzymes for the reaction studies (S. cerevisiae alcohol dehydrogenase (ScADH), S. cerevisiae pyruvate decarboxylase (ScPDC), and T. maritima lactate dehydrogenase (TmLDH)) is carried out through a fed-batch culture achieving high cell densities. Then, the purification of enzymes such as Z. palmae pyruvate decarboxylase (ZpPDC), ScADH, ScPDC, TmLDH, and S. pyogenes NADH oxidase (SpNOX) is performed, applying improvements to the purification process through affinity or anion exchange chromatography to increase purification yield. Enzyme lyophilization is achieved with sufficient yield to meet enzyme requirements, allowing long-term storage of the biocatalysts.
In the second part of this thesis, a multienzymatic system is developed as a Carbon Capture and Utilization (CCU) strategy for the synthesis of lactic acid from CO2 and ethanol within the framework of the European project BIOCON-CO2. This system, which incorporates an internal cofactor regeneration system, consists of alcohol dehydrogenase, pyruvate decarboxylase, and lactate dehydrogenase, where PDC catalyzes the carboxylation of acetaldehyde to pyruvic acid. This system has a significant limitation in the carboxylation step, so various strategies are studied, from optimizing enzyme quantities and proportions to reaction media engineering, achieving a concentration of 250 [Mu]M lactic acid, the highest concentration obtained by this system to date. For the first time, the system is also tested using a synthetic gas that mimics the composition of an off-gas from iron&steel industry blast furnaces, achieving a lactic acid concentration of 69 [Mu]M. Enzyme immobilization on different supports indicates that Ni2+-IDA-agarose is the best support, and the reaction is carried out in cycles, achieving a similar yield to when soluble enzymes are used.
In the third part of this thesis, the second multienzymatic system is developed as a strategy for the synthesis of a bio-based product, acetoin, from ethanol. In this case, the system consists of alcohol dehydrogenase, pyruvate decarboxylase, and NADH oxidase, where PDC catalyzes the carboligation reaction of two acetaldehyde molecules. Additionally, NADH oxidase allows cofactor regeneration. Studies of the involved reactions helped to determine the best reaction conditions through enzyme proportions adjustments. It is found that enzyme purification is essential to avoid secondary reactions that consume reaction intermediates, achieving complete conversion (100%) from 50 mM ethanol under the best studied conditions. Finally, the cofactor regeneration efficiency is improved by adjusting the cofactor concentration, increasing the turnover from 5 to 38 moles of product per mole of cofactor.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biotecnologi
Wearable platform for real-time monitoring of biomarkers in sweat
No full textEl camp de la medicina esportiva exigeix tecnologies avançades per a monitorar paràmetres fisiològics i prevenir lesions, deshidratació, enrampades i hiponatrèmia entre els atletes. Recentment s'ha prestat especial atenció a la detecció de biomarcadors mitjançant mètodes analítics no invasius, sent la suor un fluid biològic molt adequat per la seva fàcil accessibilitat i el seu ric contingut en biomarcadors. L'ús de plataformes analítiques portàtils que integren sensors electroquímics i components fluídics basats en capil·laritat permet el monitoratge continu i en temps real de la composició de la suor, amb diversos electròlits com Na+, Cl- i K+, metabòlits com a glucosa i lactat, i hormones com el cortisol com a objectiu principal. S'ha demostrat que el contingut de la suor està relacionat amb la deshidratació, l'estrès, la intensitat de l'exercici i la fatiga.
No obstant això, en el desenvolupament de dispositius portàtils persisteixen problemes com la les adsorcions no específiques i problemes de brutícia a causa de la mostra, la sensibilitat, la flexibilitat, l'estabilitat i la recollida de mostra. Factors com l'evaporació de la suor, la contaminació de la pell i la variabilitat en la composició compliquen encara més la precisió de les anàlisis.
En aquest context, aquesta tesi se centra en el desenvolupament d'una plataforma portàtil flexible per al monitoratge continu de diversos biomarcadores de la suor. Inclou el desenvolupament i la caracterització exhaustiva de sensors potenciométricos basats en transistors d'efecte de camp sensibles a ions (ISFET) per a la mesura de pH, Na+, K+ i Cl-. A més, es produeix un elèctrode de referència d'estat sòlid, clau per a la integració d'aquests sensors en la plataforma portàtil, en un xip que conté un elèctrode de platí de pel·lícula prima. S'avalua la integració del sensor i l'elèctrode de referència juntament amb un sensor de temperatura i components fluídics en una petita plataforma flexible. S'exploren diferents arquitectures fluídiques per a permetre el monitoratge de mostres en temps real i a baixa velocitat de flux, avaluant diferents materials i dissenys geomètrics en condicions que s'assemblen a l'ús pràctic.
Finalment, el prototip de sensor portàtil s'avalua en estudis clínics realitzats amb subjectes que realitzen sessions de ciclisme d'alta intensitat en un entorn controlat de l'Hospital Universitari de Lausana. El rendiment els sensors basats en ISFET en el cos es compara amb el d'elèctrodes selectius d'ions (ISE) comercials utilitzant mostres discretes recollides periòdicament durant les sessions de ciclisme. S'eluciden algunes tendències que poden correlacionar-se amb les condicions de l'atleta i que evidencien l'aplicació pràctica de la plataforma presentada per al monitoratge de biomarcadors en el cos.El campo de la medicina deportiva exige tecnologías avanzadas para monitorizar parámetros fisiológicos y prevenir lesiones, deshidratación, calambres e hiponatremia entre los atletas. Recientemente se ha prestado especial atención a la detección de biomarcadores mediante métodos analíticos no invasivos, siendo el sudor un fluido biológico muy adecuado por su fácil accesibilidad y su rico contenido en biomarcadores. El uso de plataformas analíticas portátiles que integran sensores electroquímicos y componentes fluídicos basados en capilaridad permite la monitorización continua y en tiempo real de la composición del sudor, con varios electrolitos como Na+, Cl- y K+, metabolitos como glucosa y lactato, y hormonas como el cortisol como objetivo principal. Se ha demostrado que el contenido del sudor está relacionado con la deshidratación, el estrés, la intensidad del ejercicio y la fatiga.
Sin embargo, en el desarrollo de dispositivos portátiles persisten problemas como las adsorciones no específicas y problemas de ensuciamiento debido a la muestra, la sensibilidad, la flexibilidad, la estabilidad y la recogida de muestra. Factores como la evaporación del sudor, la contaminación de la piel y la variabilidad en la composición complican aún más la precisión de los análisis.
En este contexto, esta tesis se centra en el desarrollo de una plataforma portátil flexible para la monitorización continua de varios biomarcadores del sudor. Incluye el desarrollo y la caracterización exhaustiva de sensores potenciométricos basados en transistores de efecto de campo sensibles a iones (ISFET) para la medida de pH, Na+, K+ y Cl-. Además, se produce un electrodo de referencia de estado sólido, clave para la integración de estos sensores en la plataforma portátil, en un chip que contiene un electrodo de platino de película delgada. Se evalúa la integración del sensor y el electrodo de referencia junto con un sensor de temperatura y componentes fluídicos en una pequeña plataforma flexible. Se exploran diferentes arquitecturas fluídicas para permitir la monitorización de muestras en tiempo real y a baja velocidad de flujo, evaluando diferentes materiales y diseños geométricos en condiciones que se asemejan al uso práctico.
Por último, el prototipo de sensor portátil se evalúa en estudios clínicos realizados con sujetos que realizan sesiones de ciclismo de alta intensidad en un entorno controlado del Hospital Universitario de Lausana. El rendimiento los sensores basados en ISFET en el cuerpo se compara con el de electrodos selectivos de iones (ISE) comerciales utilizando muestras discretas recogidas periódicamente durante las sesiones de ciclismo. Se elucidan algunas tendencias que pueden correlacionarse con las condiciones del atleta y que evidencian la aplicación práctica de la plataforma presentada para la monitorización de biomarcadores en el cuerpo.The field of sports medicine demands advanced technologies to monitor physiological parameters, prevent injuries, dehydration, cramping, and hyponatremia among athletes. Recent focus has been put on the detection of biomarker using non-invasive analytical approaches, with sweat being a highly suitable biological fluid due to its easy accessibility and rich biomarker content. The use of wearable analytical platforms integrating electrochemical sensors and capillary-driven fluidic components enables continuous, real-time monitoring of sweat composition, with several electrolytes such as Na+, Cl-, and K+, metabolites such as glucose, lactate, and hormones such as cortisol being primarily targeted. Their sweat content has been show to related to dehydration, stress, exercise intensity, and fatigue events.
However, challenges like biofouling, sensitivity, flexibility, stability, and sample collection persist in wearable device development. Factors such as sweat evaporation, skin contamination, and variability in composition further complicate accurate analysis.
In this context, this thesis focuses on the development of a flexible wearable platform for continuous monitoring of various sweat biomarkers. It involves the development and comprehensive characterization of Ion-Sensitive Field-Effect Transistors (ISFETs) potentiometric sensors for pH, Na+, K+ and Cl- concentrations. Additionally, a solid-state reference electrode, key for the integration of such sensors onto the wearable platform, is successfully fabricated onto a thin-film platinum electrode chip. The sensor and reference electrode integration along with a temperature sensor and capillary-driven fluidic components into a small flexible platform, is assessed. Different fluidic architectures are explored to enable real-time, low-flow-rate sample monitoring, evaluating different materials and geometric designs under conditions resembling practical use.
Finally, the wearable sensing prototype is evaluated on-body in clinical studies carried out with subjects performing high-intensity cycling sessions in a controlled environment in Lausanne University Hospital. The ISFET sensor on-body performance is compared to that of commercial Ion Selective Electrodes (ISEs) using with discrete samples periodically collected during the cycling sessions. Some trends are elucidated that can be correlated with the athlete's conditions and that evidence the practical application of the presented platform for on-body monitoring of biomarkers.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic