Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Identification of VAT1 as a regulator of lipid metabolism at mitochondria endoplasmic reticulum contact sites and implications in liver pathology
No full textPrograma de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut de Recerca en Biomedicina (IRB Barcelona)[eng] Lipid homeostasis is of vital importance for cellular health and its disruption is a hallmark of disease. Recently, our lab reported that ablation of Mitofusin 2 (MFN2) leads to liver disease, a phenotype driven by deficient phosphatidylserine (PS) transport at the mitochondria- endoplasmic reticulum (ER) contact sites (MERCs). Despite the capacity of MFN2 to extract PS from membranes and generate PS-rich domains, evidence suggested that it does not possess lipid transport properties. In this study, we propose that Vesicle amine transport protein 1 (VAT1) localises at MERCs, interacts with MFN2 and its PS transport capacity is modulated by MFN2 in vitro. Our results in cells additionally suggest a functional relationship between VAT1 and MFN2. Finally, our study reveals that ablation of hepatic VAT1 in mice leads to sex-dependent metabolic adaptations and has a detrimental effect on the lipid profile of mitochondria-associated membranes, ER and pure mitochondria.[cat] L'homeòstasi lipídica és de vital importància per a la salut cel·lular i la seva interrupció és un segell distintiu de la malaltia. Recentment, el nostre laboratori va reportar que l'ablació de la mitofusina 2 (MFN2) condueix a una malaltia hepàtica, un fenotip impulsat pel transport deficient de fosfatidilserina (PS) als llocs de contacte mitocondri-reticle endoplasmàtic (ER) (MERC). Malgrat la capacitat de MFN2 per extreure PS de les membranes i generar dominis rics en PS, l'evidència experimental suggereix que no posseeix propietats de transport de lípids. En aquest estudi, proposem que la proteïna de transport d'amina de vesícula 1 (VAT1) localitza als MERC, interacciona amb MFN2 i la seva capacitat de transport de PS està modulada per MFN2 in vitro. Els nostres resultats en cèl·lules suggereixen, a més, una relació funcional entre VAT1 i MFN2. Finalment, el nostre estudi revela que l'ablació de VAT1 hepàtic en ratolins condueix a adaptacions metabòliques dependents del sexe i té un efecte perjudicial sobre el perfil lipídic de les membranes associades a mitocondris, ER i mitocondris purs
Development of hybrid adeno-associated viral vectors for enhanced gene delivery in Duchenne muscular dystrophy
No full textLa distròfia muscular de Duchenne (DMD) és un trastorn genètic causat per mutacions en el gen de la distrofina, que provoca una degeneració muscular progressiva, complicacions potencialment mortals i una esperança de vida significativament reduïda. Actualment, no existeix una cura per a aquesta malaltia, i malgrat els avenços, desafiaments com les respostes immunitàries, l’eficiència limitada en l’administració i la manca d’especificitat en les teràpies actuals requereixen estratègies innovadores per millorar els resultats terapèutics.
Aquesta investigació doctoral se centra en el desenvolupament de vectors híbrids que combinen virus adenoassociats (AAV) amb recobriments de poli(β-amino èsters) (pBAE). L’objectiu del recobriment és millorar l’eficiència de transducció dels AAV, augmentar l’especificitat de l’orientació i minimitzar les respostes immunitàries. Un procés sistemàtic avalua aquests vectors híbrids mitjançant estudis in vitro i in vivo.
Primer, es sintetitza una biblioteca de pBAEs modificats amb èsters de N-hidroxisuccinimida (NHS), permetent la seva unió covalent a les càpsides dels AAV. Els experiments inicials in vitro amb gens reporters avaluen l’eficiència de transducció, la biocompatibilitat i l’estabilitat del recobriment. A més, s’explora la incorporació de pèptids de senyalització específics del múscul en els recobriments polimèrics per millorar l’especificitat tissular. Així mateix, s’optimitzen les tècniques de purificació dels vectors híbrids per garantir la funcionalitat de les partícules d’AAV recobertes. Aquests estudis identifiquen el polímer R com el candidat més prometedor per a proves posteriors.
En segon lloc, els vectors AAV recoberts amb polímer R es validen en models in vitro específics de DMD, mostrant una millora en l’eficiència de transducció. En estudis in vivo posteriors amb ratolins mdx, les injeccions intramusculars al tibialis anterior (TA) mostren que aquests vectors híbrids augmenten significativament l’expressió de distrofina als músculs tractats, recolzant el seu potencial terapèutic.
Les futures línies de recerca inclouen optimitzar el recobriment polimèric per millorar la seva durabilitat i evasió immune, estudiar amb més detall les respostes immunitàries i explorar maneres de perfeccionar l’entrega sistèmica. En millorar els mecanismes d’administració gènica, aquesta investigació posa les bases per avançar en tractaments més segurs i eficaços per a la DMD i altres trastorns genètics.La distrofia muscular de Duchenne (DMD) es un trastorno genético causado por mutaciones en el gen de la distrofina, que conduce a una degeneración muscular progressiva, complicaciones potencialmente mortales y una esperanza de vida significativamente reducida. Actualmente, no existe cura para esta enfermedad, y a pesar de los avances, desafíos como las respuestas inmunitarias, la eficiencia limitada de administración y la falta de especificidad en las terapias existentes requieren estrategias innovadoras para mejorar los resultados terapéuticos.
Esta investigación doctoral se centra en el desarrollo de vectores híbridos que combinan virus adenoasociados (AAV) con recubrimientos de poli(β-amino ésteres) (pBAE). El objetivo del recubrimiento es mejorar la eficiencia de transducción del AAV, aumentar la especificidad de la orientación y minimizar las respuestas inmunes. Un proceso sistemático evalúa estos vectores híbridos a través de estudios in vitro e in vivo.
Primero, se sintetiza una biblioteca de pBAEs modificados con ésteres de N-hidroxisuccinimida (NHS), lo que permite su unión covalente a las cápsides del AAV. Los experimentos iniciales in vitro con genes reporteros evalúan la eficiencia de transducción, la biocompatibilidad y la estabilidad del recubrimiento. Además, se explora la incorporación de péptidos de señalización específicos del músculo en los recubrimientos poliméricos para mejorar la especificidad tisular. Asimismo, se optimizan las técnicas de purificación de los vectores híbridos para garantizar la funcionalidad de las partículas de AAV recubiertas. Estos estudios identifican al polímero R como el candidato más prometedor para pruebas adicionales.
En segundo lugar, los vectores AAV recubiertos con polímero R se validan en modelos in vitro específicos de DMD, mostrando una mejora en la eficiencia de transducción. En estudios in vivo posteriores con ratones mdx, las inyecciones intramusculares en el tibialis anterior (TA) muestran que estos vectores híbridos aumentan significativamente la expresión de distrofina en los músculos tratados, respaldando su potencial terapéutico.
Las futuras líneas de investigación incluyen optimizar el recubrimiento polimérico para mejorar su durabilidad y evasión inmune, estudiar las respuestas inmunes con mayor detalle y explorar formas de refinar la entrega sistémica. Al mejorar los mecanismos de administración génica, esta investigación sienta las bases para avanzar en tratamientos más seguros y efectivos para la DMD y otros trastornos genéticos.Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is a genetic disorder caused by mutations in the dystrophin gene, leading to progressive muscle degeneration, life-threatening complications and significantly reduced life expectancy. There is currently no cure for this disease, and despite advancements, challenges such as immune responses, limited delivery efficiency, and lack of specificity in existing therapies necessitate innovative strategies to improve therapeutic outcomes.
This doctoral research focuses on the development of hybrid vectors combining adeno-associated virus (AAV) with poly(β-amino ester) (pBAE) coatings. The coating aims to enhance AAV transduction efficiency, improve targeting specificity, and minimize immune responses. A systematic process evaluates these hybrid vectors through in vitro and in vivo studies.
First, a library of pBAEs modified with N-hydroxysuccinimide (NHS) esters is synthesized, allowing covalent attachment to AAV capsids. Initial in vitro experiments with reporter genes are conducted to assess transduction efficiency, biocompatibility, and coating stability. The study also explores the incorporation of muscle-specific signaling peptides into the polymer coatings to enhance tissue specificity. Furthermore, purification techniques for hybrid vectors are optimized to ensure the functionality of the coated AAV particles. These studies identify R polymer as the most promising candidate for further testing.
Second, R polymer-coated AAV vectors are validated in DMD-specific in vitro models, demonstrating improved transduction efficiency. In subsequent in vivo studies using mdx mice, intramuscular injections into the tibialis anterior (TA) reveal that these hybrid vectors significantly enhance dystrophin expression in treated muscles, supporting their therapeutic potential.
Future directions include optimizing the polymeric coating to enhance durability and immune evasion, studying immune responses in greater detail, and exploring ways to refine systemic delivery. By improving gene delivery mechanisms, this research provides a foundation for advancing safer and more effective treatments for DMD and other genetic disorders
El mundo nos envía basura, nosotros le devolvemos música: Análisis de la incidencia del proyecto Orquesta de Instrumentos Reciclados de Cateura en el desarrollo de habilidades para la vida y la mejora de oportunidades sociales y educativas de sus jóvenes
No full textPrograma de Doctorat en Educació i Societat[spa] La presente tesis doctoral analiza el proyecto “Orquesta de Instrumentos Reciclados de Cateura”, una iniciativa que nació en 2006 en la comunidad del Bañado Sur, una de las zonas más desfavorecidas de Asunción, Paraguay. Ante la falta de recursos económicos para la adquisición de instrumentos musicales, los promotores del proyecto diseñaron y construyeron los suyos propios utilizando materiales rescatados del vertedero de Cateura, dando origen a de una orquesta juvenil única que ofrece educación musical gratuita. Este trabajo busca comprender cómo este proyecto contribuye al desarrollo integral de sus jóvenes músicos, fomentando el desarrollo de habilidades para la vida y mejorando sus oportunidades socioeducativas, convirtiéndose en un motor de cambio social.
Se utiliza el método de estudio de casos desde el enfoque de la metodología comunicativa. Para la obtención de información se emplearon: entrevistas semiestructuradas comunicativas, un grupo de discusión, observaciones comunicativas y un cuestionario.
Los resultados obtenidos demuestran que este proyecto ayuda a la superación de desigualdades sociales, al ampliar el acceso de sus participantes a oportunidades educativas, sanitarias y habitacionales. Además, los hallazgos revelan un impacto positivo en el desarrollo socioemocional, fortaleciendo habilidades como la autoconciencia, el autocontrol, la conciencia social, las habilidades de relacionamiento interpersonal y la toma de decisiones responsables, equipando así a sus jóvenes músicos con herramientas esenciales para enfrentar los desafíos de la vida. El proyecto también ha generado cambios en la comunidad y en la comunicación familiar, contribuyendo al fortalecimiento del tejido social. Estos resultados representan una aportación al conocimiento científico en desarrollo sobre el impacto de proyectos socio-musicales, y es también una contribución en el campo de las intervenciones que, más allá de analizar la pobreza, contribuyen a superarla.[eng] This doctoral dissertation analyzes the Project "Cateura Recycled Instruments Orchestra", an initiative that emerged in 2006 in the community of Bañado Sur, one of the most disadvantaged areas of Asunción, Paraguay. Lacking the financial resources to purchase musical instruments, the project promoters designed and built their own using materials salvaged from the Cateura landfill, giving rise to a unique youth orchestra that offers free musical education. This study seeks to understand how this project contributes to the integral development of its young musicians, fostering the development of life skills and improving their opportunities, becoming a driver of social change.
For this purpose, a case study method is employed with a communicative methodology approach. The techniques used to obtain information were: semi-structured communicative interviews, a focus group, communicative observations, and a questionnaire.
The results obtained demonstrate that this project helps to overcome social inequalities by increasing the access of its participants to educational, health and housing opportunities. Additionally, the findings reveal a positive impact on socioemotional development, strengthening skills such as self-awareness, self-control, social awareness, interpersonal relationship skills and responsible decision-making, equipping its young musicians with essential tools to face life's challenges. The project has also generated changes in the community and in family communication, thus contributing to the strengthening of the social networks. These results represent a contribution to the still developing scientific knowledge on the impact of socio-musical projects, as well as a contribution to the field of interventions that, beyond analyzing poverty, contribute to overcoming it.[cat] La present tesi doctoral analitza el projecte “Orquestra d’Instruments Reciclats de Cateura”, una iniciativa que va néixer el 2006 a la comunitat del Bañado Sur, una de les zones més desfavorides d’Asunción, Paraguai. Davant la manca de recursos econòmics per adquirir instruments musicals, els promotors del projecte van dissenyar i construir els seus propis utilitzant materials rescatats de l’abocador de Cateura, donant origen a una orquestra juvenil única que ofereix educació musical gratuïta. La recerca busca comprendre com aquest projecte contribueix al desenvolupament integral dels seus joves músics, afavorint el desenvolupament d’habilitats per a la vida i millorant les seves oportunitats, convertint-se en un motor de canvi social.
S’utilitza el mètode d’estudi de casos des de l’enfocament de la metodologia comunicativa. Per a l’obtenció d’informació s’han emprat: entrevistes semiestructurades comunicatives, un grup de discussió, observacions comunicatives i un qüestionari.
Els resultats obtinguts demostren que aquest projecte contribueix a la superació de desigualtats socials, en ampliar l’accés dels seus participants a oportunitats educatives, sanitàries i d’habitatge. A més, les dades recollides revelen un impacte positiu en el desenvolupament socioemocional, enfortint habilitats com l’autoconsciència, l’autocontrol, la consciència social, les habilitats de relació interpersonal i la presa de decisions responsables, equipant als seus joves músics amb eines essencials per afrontar els reptes de la vida. El projecte també ha generat canvis en la comunitat i en la comunicació familiar, contribuint així a l’enfortiment del teixit social. Aquests resultats representen una aportació al coneixement científic encara en desenvolupament sobre l’impacte de projectes socio-musicals, i és també una contribució en el camp de les intervencions que, més enllà d’analitzar la pobresa, contribueixen a superar-la
Automatic control for unmanned ground vehicles
No full text(English) This thesis explores advanced control strategies for trajectory tracking, state feedback, disturbance mitigation, and autonomous vehicle guidance across a range of dynamic systems. The research is divided into distinct methodologies and applications, including Takagi-Sugeno-Lipschitz (TSL) systems, linear parameter-varying (LPV) systems, and linear time-invariant (LTI) systems, as well as an unmanned ground vehicle (UGV) with limited sensor input for path-following. The techniques developed provide insight into improving performance, robustness, and control adaptability under varying system conditions and constraints.
Firstly, a trajectory tracking technique for TSL systems is developed. To address cases where the full state vector is unavailable, a proportional observer is integrated into the control design, enabling estimate-feedback control instead of state-feedback. Both the observer and controller gains are derived using a Lyapunov-based quadratic boundedness criterion to enhance robustness against unknown external disturbances. This design ensures convergence within ellipsoidal error bounds through linear matrix inequality (LMI) formulations. Simulation results validate the robustness and tracking capabilities of the approach.
Secondly, a state-feedback controller for LPV systems is introduced, focusing on pole clustering within multiple DR-regions. Utilizing partial pole placement, the design is formulated as LMIs, enabling efficient solution via standard solvers. Additionally, this method supports a shifting approach, allowing real-time modification of closed-loop pole locations based on parameter variations. This adaptability enhances system performance across different operating conditions. Simulations highlight the effectiveness of this approach in achieving desired pole placements.
Furthermore, a state-feedback controller design is presented for LTI systems with disturbances, aiming for partial pole clustering within specific DR-regions using an H-infinity control strategy. The proposed approach leverages LMIs derived from a partial pole clustering theorem to ensure robust performance. The H-infinity technique further mitigates disturbances, enhancing system stability. Simulation results on a benchmark model demonstrate the controller's effectiveness in maintaining performance amidst uncertainties.
Finally, a fuzzy logic controller is designed for guiding an autonomous UGV equipped with three magnetic sensors for detecting ground markers. The fuzzy controller, based on linguistic rules derived from sensor data, provides smoother vehicle guidance with reduced oscillations compared to a rule-based baseline. Simulation results show the fuzzy controller achieving a lower mean square error (MSE) versus the rule-based controller, demonstrating improved accuracy and stability. On the other hand, the reinforcement learning (RL) methods for the same three-sensor vehicle system are designed. These RL-based controllers are developed to interpret sensor data and make steering decisions for autonomous navigation. The discrete nature of sensor signals provides a unique challenge, with SARSA handling discrete actions and DDPG utilizing continuous actions. Comparative analysis with rule-based and fuzzy controllers highlights the advantages and limitations of each approach. Notably, the DDPG agent, trained to handle continuous actions, outperforms SARSA and rule-based strategies but shows a performance gap compared to the fuzzy controller in certain scenarios. Experimental validation demonstrates the potential of RL techniques for autonomous navigation in sensor-limited systems, establishing a foundation for further exploration in this field.(Català) Aquesta tesi explora estratègies de control avançades per al seguiment de trajectòries, el control d'estat, la mitigació de pertorbacions i la guia de vehicles autònoms en una àmplia varietat de sistemes dinàmics. La recerca es divideix en metodologies i aplicacions distintes, incloent-hi sistemes Takagi-Sugeno-Lipschitz (TSL), sistemes lineals amb paràmetres variables (LPV), i sistemes lineals invariants en el temps (LTI), així com un vehicle terrestre no tripulat (UGV) amb una entrada de sensors limitada per al seguiment de trajectòries. Les tècniques desenvolupades proporcionen informació valuosa per millorar el rendiment, la robustesa i l'adaptabilitat del control sota diverses condicions del sistema i restriccions.
Respecte al seguiment de trajectòries per a sistemes TSL, s’aborden els casos en què el vector d'estat complet no està disponible integrant un observador proporcional en el disseny de control. Això permet la retroalimentació d'estimació enlloc de la retroalimentació d'estat. Els guanys tant de l'observador com del controlador s'obtenen mitjançant un criteri de cota quadràtica basat en Lyapunov per millorar la robustesa davant pertorbacions externes desconegudes. Així, s’assegura la convergència dins de límits el·lipsoïdals d'error mitjançant formulacions de desigualtats matricials lineals (LMI). Els resultats de simulació validen la robustesa i les capacitats de seguiment de l'enfocament.
En segon lloc, s'introdueix un nou controlador de retroalimentació d'estat per a sistemes LPV, enfocat a l'aglomeració de pols dins de múltiples DR-regions. Utilitzant teoremes de col·locació parcial de pols, el disseny es formula com a LMI, la qual cosa permet una solució eficient. A més, es permet la modifcació en temps real de les ubicacions dels pols de llaç tancat en funció de les variacions dels paràmetres, millorant el rendiment del sistema en diverses condicions d'operació. Les simulacions mostren l'efectivitat d'aquest enfocament per aconseguir les col·locacions de pols desitjades.
A més, es presenta un disseny de controlador de retroalimentació d'estat per a sistemes LTI amb pertorbacions, amb l'objectiu d'aconseguir una aglomeració parcial de pols dins de regions DR específiques utilitzant una estratègia de control H∞. La tècnica H∞ mitiga addicionalment les pertorbacions, millorant i els resultats de simulació demostren la capacitat per mantenir el rendiment davant d'incerteses.
Finalment, es dissenya un controlador de lògica difusa per guiar un UGV autònom equipat únicament amb sensors limitats. El controlador difús, basat en regles lingüístiques derivades de les dades dels sensors, proporciona una guia amb menys oscil·lacions i un error quadràtic mitjà (MSE) més baix que el controlador de referència basat en regles, demostrant una major precisió i estabilitat.
D'altra banda, s’estudia l’aprenentatge per reforç (RL), específicament agents SARSA i DDPG, per al mateix sistema de vehicle i sensors. La naturalesa discreta dels senyals dels sensors representa una novetat, amb SARSA gestionant accions discretes i DDPG utilitzant accions contínues.
Comparant els controladors basats en regles i els controladors difusos, es destaquen els avantatges i limitacions de cada enfocament: l'agent DDPG, entrenat per manejar accions contínues, supera les estratègies SARSA i basades en regles però mostra un menor rendiment respecte al controlador difús en determinats escenaris. La validació experimental demostra el potencial de les tècniques de RL per a la navegació autònoma en sistemes amb sensors limitats, establint una base per a futures exploracions en aquest camp. En conjunt, aquesta tesi avança en la comprensió de diverses metodologies de control per a sistemes dinàmics complexos, especialment en la guia de vehicles autònoms. Els coneixements adquirits ofereixen orientació valuosa per al desenvolupament de sistemes de control robustos i adaptables, obrint el camí a futures innovacions en estratègies de control autònom.(Español) Esta tesis explora estrategias de control avanzadas para el seguimiento de trayectorias,el control de estado, la mitigación de perturbaciones y la guía de vehículos autónomos en una amplia variedad de sistemas dinámicos. La investigación se divide en metodologías y aplicaciones distintas, incluyendo sistemas Takagi-Sugeno-Lipschitz (TSL), sistemas lineales conparámetros variables (LPV), y sistemas lineales invariantes en el tiempo (LTI), así como unvehículo terrestre no tripulado (UGV) con una entrada de sensores limitada para el seguimiento de trayectorias. Las técnicas desarrolladas proporcionan información valiosa para mejorar el rendimiento, la robustez y la adaptabilidad del control bajo diversas condiciones del sistema y restricciones. Respecto al seguimiento de trayectorias para sistemas TSL, se abordan los casos en los que el vector de estado completo no está disponible integrando un observador proporcional en el diseño de control. Esto permite la retroalimentación de estimación en lugar de la retroalimentación de estado. Las ganancias tanto del observador como del controlador se obtienen mediante un criterio de cota cuadrática basado en Lyapunov para mejorar la robustez frente a perturbaciones externas desconocidas. Así, se asegura la convergencia dentro de límites elipsoidales de error mediante formulaciones de desigualdades matriciales lineales (LMI). Los resultados de simulación validan la robustez y capacidades de seguimiento del enfoque. En segundo lugar, se introduce un nuevo controlador de retroalimentación de estado para sistemas LPV, enfocado a la aglomeración de pulso dentro de múltiples DR-regiones. Utilizando teoremas de colocación parcial de polvo, el diseño se formula como LMI, lo que permite una solución eficiente. Además, se permite la modificación en tiempo real de las ubicaciones de los polos de lazo cerrado en función de las variaciones de los parámetros, mejorando el rendimiento del sistema en diversas condiciones de operación. Las simulaciones muestran la efectividad de este enfoque para conseguir las colocaciones de polvo deseadas. Además, se presenta un diseño de controlador de retroalimentación de estado para sistemas LTI con perturbaciones, con el objetivo de conseguir una colocación parcial de polos dentro de regiones DR específicas utilizando una estrategia de control H∞. La técnica H∞ mitiga adicionalmente las perturbaciones, mejorando y los resultados de simulación demuestran la capacidad para mantener el rendimiento frente a incertidumbres. Por último, se diseña un controlador de lógica difusa para guiar a un UGV autónomo equipado únicamente con sensores limitados. El controlador difuso, basado en reglas lingüísticas derivadas de los datos de los sensores, proporciona una guía con menos oscilaciones y un error cuadrático medio (MSE) menor que el controlador de referencia basado en reglas, demostrando una mayor precisión y estabilidad. Por otra parte, se estudia el aprendizaje por refuerzo (RL), específicamente agentes SARSA y DDPG, para el propio sistema de vehículo y sensores. La naturaleza discreta de las señales de los sensores representa una novedad, con SARSA gestionando acciones discretas y DDPG utilizando acciones continuas. Comparando los controladores basados en reglas y los controladores difusos, se destacan las ventajas y limitaciones de cada enfoque: el agente DDPG,entrenado para manejar acciones continuas, supera las estrategias SARSA y basadas en reglas pero muestra un menor rendimiento respecto al controlador difuso en determinados escenarios. La validación experimental demuestra el potencial de las técnicas de RL para la navegación autónoma en sistemas con sensores limitados, estableciendo una base para futuras exploraciones en ese campo.DOCTORAT EN AUTOMÀTICA, ROBÒTICA I VISIÓ (Pla 2013
Characterization of lysosomal dysfunction in Parkinson’s disease associated with GBA1 mutations and development of new therapeutic strategies using pharmacological chaperones
No full textLa malaltia de Parkinson (MP) és la segona malaltia neurodegenerativa més comuna, amb una rellevància creixent en una societat envellida. Els trets histopatològics característics de la MP inclouen la neurodegeneració de les neurones dopaminèrgiques en la via nigroestriatal i la presència d’inclusions proteiques que contenen α-sinucleïna. Actualment, el factor de risc genètic més alt per desenvolupar la MP és la presència de mutacions en el gen GBA1, que codifica l'enzim lisosomal glucocerebrosidasa (GCase). S'ha demostrat una relació entre la pèrdua d’activitat de GCase i l’acumulació d’α-sinucleïna en diversos models de la MP, tant in vivo com in vitro, així com en mostres obtingudes de pacients amb MP. Tot i que s'han proposat alguns mecanismes per explicar aquesta relació, el coneixement sobre les mutacions en GBA1 i el desenvolupament de la MP encara és incomplet, apuntant cap a efectes deguts tant a la pèrdua de funció de l'enzim com al guany de funció de les proteïnes mutants. Sembla que la disfunció en les vies lisosomals autofàgiques, que també ha estat descrita en el context de la MP, juga un paper clau en el procés de neurodegeneració. La nostra hipòtesi és que la restauració de l'activitat lisosomal la modulació de la GCase podria ser una estratègia terapèutica prometedora en pacients amb MP.
En els darrers anys, la modulació de la GCase en el context de models de MP ha mostrat resultats prometedors a l’hora de revertir l’acumulació d’α-sinucleïna i prevenir la mort de les cèl·lules dopaminèrgiques. Utilitzant un model de MP amb neurones dopaminèrgiques que expressen formes salvatges o mutants de GCase, proposem l'ús de petites molècules com a xaperones al·lostèriques per estabilitzar la GCase mutant retinguda al reticle endoplasmàtic (RE) i ajudar el seu trànsit cap al lisosoma per restaurar l'activitat enzimàtica de la GCase. Això podria ajudar a millorar la funció global dels lisosomes i de l’autofàgia, promovent la eliminació de l’α-sinucleïna i reduint l'estrès del RE causat per la presència de GCase mutant mal plegada.
Un conjunt de xaperones de GCase van ser generades per Gain Therapeutics i avaluades en el nostre model neuronal, en funció de la seva capacitat per restaurar els nivells de proteïna GCase i la seva activitat enzimàtica. Les molècules més prometedores van ser seleccionades per a una caracterització exhaustiva dels seus efectes en l'estat global de les cèl·lules, incloent-hi la funció i localització subcel·lular de la GCase, l'acumulació d’α-sinucleïna i substrats de la GCase, i la funció lisosomal i autofàgica. Es van provar dos compostos in vivo per a la validació dels potencials efectes terapèutics de les molècules.
La caracterització exhaustiva dels dos compostos va identificar una molècula amb resultats prometedors, especialment pel que fa a la restauració de la presència i activitat de la proteïna GCase, així com en la millora de la viabilitat cel·lular. No obstant això, no es van observar millores significatives en la funció lisosomal i autofàgica, l'estrès del RE ni l'estrès oxidatiu. Els estudis preliminars in vivo en un model tòxic de MP van revelar el potencial del compost per augmentar l'activitat enzimàtica de la GCase i reduir l'acumulació dels seus substrats en àrees cerebrals rellevants per a la MP i òrgans perifèrics, alhora que es va observar una protecció lleu contra la neurodegeneració de la via nigroestriatal. Es necessiten estudis addicionals per confirmar el potencial terapèutic del compost en el context de la MP.La enfermedad de Parkinson (EP) es la segunda enfermedad neurodegenerativa más común, con una relevancia creciente en nuestra sociedad envejecida. Las características histopatológicas de la EP incluyen la neurodegeneración de las neuronas dopaminérgicas en la vía nigroestriatal y la presencia de inclusiones proteicas que contienen α-sinucleína. Actualmente, el mayor factor de riesgo genético para desarrollar la EP es la presencia de mutaciones en el gen GBA1, que codifica la enzima lisosomal glucocerebrosidasa (GCase). Se ha demostrado una relación entre la pérdida de actividad de GCase y la acumulación de α-sinucleína en varios modelos de EP, tanto in vivo como in vitro, así como en muestras obtenidas de pacientes con EP. Aunque se han propuesto algunos mecanismos para explicar esta relación, el conocimiento sobre las mutaciones en GBA1 y el desarrollo de la EP sigue siendo incompleto, apuntando a efectos debidos tanto a la pérdida de función de la enzima como al aumento de función de las proteínas mutantes. Parece que la disfunción en las vías autofágicas lisosomales, que también ha sido descrita en el contexto de la EP, desempeña un papel clave en el proceso de neurodegeneración. Nuestra hipótesis es que la restauración de la actividad lisosomal mediante la modulación de GCase podría ser una estrategia terapéutica prometedora en pacientes con EP.
En los últimos años, la modulación de GCase en el contexto de modelos de EP ha mostrado resultados prometedores en términos de revertir la acumulación de α-sinucleína y prevenir la muerte de las células dopaminérgicas. Utilizando un modelo de EP con neuronas dopaminérgicas que expresan formas silvestres o mutantes de GCase, proponemos el uso de pequeñas moléculas con función de chaperonas alostéricas para estabilizar la GCase mutante retenida en el retículo endoplásmico (RE) y ayudar a su tránsito hacia el lisosoma para restaurar la actividad enzimática de GCase. Esto podría ayudar a mejorar la función global de los lisosomas y la autofagia, promoviendo la eliminación de α-sinucleína y reduciendo el estrés del RE causado por la presencia de GCase mutante mal plegada.
Un conjunto de chaperonas de GCase fueron generadas por Gain Therapeutics y evaluadas en nuestro modelo neuronal, según su capacidad para restaurar los niveles de proteína GCase y su actividad enzimática. Las moléculas más prometedoras fueron seleccionadas para una caracterización exhaustiva de sus efectos en el estado global de las células, incluyendo la función y localización subcelular de GCase, la acumulación de α-sinucleína y sustratos de GCase, y la función lisosomal y autofágica. Se probaron dos compuestos in vivo para validar los posibles efectos terapéuticos de las moléculas.
La caracterización exhaustiva de los dos compuestos identificó una molécula con resultados prometedores, especialmente relativo a la restauración de la presencia y actividad de la proteína GCase, así como en la mejora de la viabilidad celular. Sin embargo, no se observaron mejoras significativas en la función lisosomal y autofágica, el estrés del RE ni el estrés oxidativo. Los estudios preliminares in vivo en un modelo tóxico de EP revelaron el potencial del compuesto para aumentar la actividad enzimática de GCase y reducir la acumulación de sus sustratos en áreas cerebrales relevantes y órganos periféricos, al mismo tiempo que se observó una ligera protección contra la neurodegeneración de la vía nigroestriatal. Se necesitan estudios adicionales para confirmar el potencial terapéutico del compuesto en el contexto de la EP.Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease, with an increasing relevance in our aging society. Histopathological hallmarks of PD include neurodegeneration of the dopaminergic neurons in the nigrostriatal pathway and presence of protein inclusions containing α-synuclein. Currently the highest genetic risk factor to develop PD is the presence of mutations in the GBA1 gene, which encodes the lysosomal enzyme glucocerebrosidase (GCase). A relationship between loss of GCase activity and accumulation of α-synuclein has been demonstrated in multiple in vivo and in vitro PD models, as well as samples obtained from PD patients. Although some mechanisms to explain this relationship have been proposed, the knowledge behind GBA1 mutations and development of PD still remains incomplete, pointing towards effects due to both loss-of-function of the enzyme and gain-of-function of the mutant proteins. It seems that impairment in the autophagic lysosomal pathways (ALP), which has also been described in the context of PD, plays a key role in the neurodegeneration process. Our hypothesis is that restoration of lysosomal activity by targeting GCase could be a promising therapeutic strategy in PD patients.
In recent years, modulation of GCase in the context of PD models has shown promising results in terms of reverting accumulation of α-synuclein and preventing dopaminergic cell death. Using a PD model of dopaminergic-like neurons expressing wild type or mutant forms of GCase, we propose the use of small-molecule allosteric chaperones to stabilize mutant GCase retained in the endoplasmic reticulum (ER) and help its transit to the lysosome to restore GCase enzymatic activity. This might help improve global lysosomal and autophagic function, promoting α-synuclein clearance, while reducing the ER stress caused by the presence of misfolded mutant GCase.
A set of GCase chaperones were generated by Gain Therapeutics and screened in our neuronal model, according to their capacity to restore GCase protein levels and enzymatic activity. Selection of the most promising molecules allowed for an exhaustive characterization of their effects in global cell state, including GCase function and subcellular location, accumulation of α-synuclein and GCase substrates, lysosomal and autophagic function. Two compounds were tested in vivo for a validation of the potential therapeutic effects of the molecules.
In-depth characterization of the two compounds identified a molecule with promising results, notably in restoring GCase protein presence and activity as well as improving cell viability. However, no significant improvements on lysosomal and autophagic function, ER stress nor oxidative stress were found. In vivo preliminary studies in a toxic PD model revealed the potential of the compound to increase GCase enzymatic activity and reduce accumulation of its substrates in relevant brain areas and peripheral organs, while mildly protecting against neurodegeneration of the nigrostriatal pathway. Further studies are warranted to confirm the compound's therapeutic potential in the context of PD.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Neurocièncie
From ideology to economy: unveiling the taxonomic origin of animal bone artefacts with palaeoproteomic analysis
No full textLa transició al Neolític va representar un període transcendental en la història humana, marcat per canvis en les estratègies de subsistència, des de la caça i la recol·lecció fins a l'agricultura i la domesticació d'animals. Aquesta transició va anar acompanyada de profunds canvis en les estructures socials, econòmiques i ideològiques, incloent-hi el desenvolupament de la propietat privada i les relacions formalitzades dins de les comunitats. Els artefactes d'os, tant treballats com no treballats, són una evidència material clau per entendre aquests canvis. Aquesta tesi explora la gestió dels recursos i l'estructuració de les pràctiques, amb un enfocament particular en la identificació taxonòmica dels artefactes d'os, facilitada per l'ús innovador de la paleoproteòmica, específicament la Zooarqueologia per Espectrometria de Masses (ZooMS).
ZooMS permet la identificació taxonòmica d'objectes d'os mitjançant l'anàlisi del col·lagen, una proteïna que pot persistir durant llarg temps sota diverses condicions ambientals. Aquest mètode és especialment valuós quan la identificació morfològica és limitada a causa de la degradació o fragmentació dels ossos. Combinant ZooMS amb anàlisis funcionals i tafonòmiques, aquesta investigació ofereix perspectives sobre com les primeres comunitats neolítiques seleccionaven i utilitzaven determinats tàxons animals per a la producció d'eines i ornaments. Aquesta integració no només supera les limitacions en la identificació taxonòmica, sinó que també revela patrons de continuïtat i ruptura entre el període Magdalenià i el Neolític.
L'aplicació de ZooMS a diversos jaciments arqueològics del nord-est de la península Ibèrica, incloent-hi els dos contextos magdalenians de Cova Matutano i Cueva de Chaves i quatre jaciments del Neolític Antic, com la Cova Fosca, La Draga i Coro Trásito, ha permès un estudi detallat de la producció d'objectes d'os al llarg del temps. La investigació destaca una preferència continuada pels ossos de cèrvids en la fabricació de, per exemple, puntes de projectil, des del Magdalenià fins al Neolític antic, reflectint una persistència de tradicions tecnològiques malgrat l'adopció de l'agricultura. A més, durant el Neolític antic s’assisteix a una diversificació en l'elecció de les matèries primeres, amb un ús creixent dels animals domèstics, a més de la fauna salvatge, per a la producció d'eines. No obstant, l’ús dels tàxons salvatges en la producció d'ornaments variava entre els jaciments del Neolític antic. Aquest canvi es pot interpretar com una resposta a la major disponibilitat d'aquests taxons i a les pràctiques econòmiques canviants de les primeres comunitats agrícoles, entre d'altres.
A més del seu paper funcional, la selecció de tàxons per a la producció artefactes d'os podria haver tingut significats simbòlics o ideològics. Per exemple, l'estudi d'objectes del jaciment de la Draga ha revelat l'ús excepcional d'ossos humans i de cetacis, suggerint pràctiques culturals específiques que distingien aquest jaciment d'altres. A més, els cèrvids (Cervidae i Cervinae) es van utilitzar exclusivament en la producció d'anells de dit dins a la Cova de Chaves durant el Neolític antic, en contrast amb l’ús més diversificat de tàxons a La Draga en aquest tipus particular d'objectes. Així, es fan evidents diferències regionals en la selecció de materials.
Els avenços metodològics d'aquesta tesi rauen en el seu enfoc interdisciplinari, que combina arqueozoologia, tafonomia i proteòmica per proporcionar una comprensió més matisada de la producció i l'ús d'artefactes d'os. Aquest marc integrat proporciona noves perspectives sobre les transformacions socioeconòmiques i ideològiques que van caracteritzar la transició al Neolític, destacant la complexa interacció entre continuïtats i adaptació en les pràctiques materials. Examinant tant les propietats tangibles dels materials ossis com els valors intangibles que se'ls atribueixen, aquesta investigació ofereix una perspectiva completa sobre les dinàmiques del canvi cultural durant un dels períodes més significatius de la prehistòria humana.La transición al Neolítico representó un período transcendental en la historia humana, marcado por cambios en las estrategias de subsistencia, pasando de la caza y la recolección a la agricultura y la domesticación de animales. Esta transición fue acompañada de profundos cambios en las estructuras sociales, económicas e ideológicas, incluyendo el desarrollo de la propiedad privada y las relaciones formalizadas dentro de las comunidades. Los artefactos óseos, tanto trabajados como no trabajados, sirven como evidencia material clave para comprender estos cambios. Esta tesis explora la gestión de estos recursos y la estructuración de prácticas, con un enfoque particular en la identificación taxonómica de los artefactos óseos, facilitada por el uso innovador de la paleoproteómica, específicamente la Zooarqueología por Espectrometría de Masas (ZooMS).
ZooMS permite la identificación taxonómica de objetos óseos mediante el análisis del colágeno, una proteína que puede persistir durante largos periodos bajo diversas condiciones ambientales. Este método es especialmente valioso cuando la identificación morfológica es limitada debido a la degradación o fragmentación de los huesos. Al combinar ZooMS con análisis funcionales y tafonómicos, esta investigación ofrece perspectivas sobre cómo las primeras comunidades neolíticas seleccionaron y utilizaron ciertos taxones animales en la producción de herramientas y ornamentos. Esta integración no solo supera las limitaciones en la identificación taxonómica, sino que también revela patrones de continuidad y ruptura entre los períodos Magdaleniense y Neolítico.
La aplicación de ZooMS en varios yacimientos arqueológicos del noreste de la península ibérica, incluidos los dos contextos magdalenienses de las cuevas Matutano y Chaves y cuatro yacimientos del Neolítico Antiguo, como la Cueva Fosca, La Draga y Coro Trásito, permitió un estudio detallado de la producción de objetos óseos a lo largo del tiempo. La investigación destaca una preferencia continuada por los huesos de cérvidos en la fabricación de, por ejemplo, puntas de proyectil, desde el Magdaleniense hasta el Neolítico Antiguo, reflejando una persistencia de tradiciones tecnológicas a pesar de la adopción de la agricultura. Además, durante el Neolítico Antiguo se experimenta una diversificación en la elección de las materias primas, con un mayor uso de animales domesticados además de la fauna salvaje para la producción de herramientas, aunque la implementación de taxones salvajes en la producción de ornamentos varió entre los yacimientos del Neolítico Antiguo. Este cambio puede interpretarse como una respuesta a la mayor disponibilidad de estos animales y a las prácticas económicas cambiantes de las primeras comunidades agrícolas, entre otros factores.
Además de su papel funcional, la selección de taxones para la producción de artefactos óseos podría haber tenido un significado simbólico o ideológico. Por ejemplo, el estudio de objetos de La Draga reveló el uso único de huesos humanos y restos de cetáceos, sugiriendo prácticas culturales específicas que diferenciaban este yacimiento de otros. Además, los cérvidos (Cervidae y Cervinae) se utilizaron exclusivamente en la producción de anillos de dedo en la Cueva de Chaves durante el Neolítico Antiguo, en contraste con el uso de una mayor diversidad de taxones en el yacimiento de la Draga en este tipo particular de objetos. Por lo tanto, se hacen evidentes diferencias regionales en la selección de taxones.
Los avances metodológicos de esta tesis residen en su enfoque interdisciplinario, combinando arqueozoología, tafonomía y proteómica para crear una comprensión más matizada de la producción y uso de artefactos óseos. Este marco integrado proporciona nuevas perspectivas sobre las transformaciones socioeconómicas e ideológicas que caracterizaron la transición al Neolítico, destacando la compleja interacción entre continuidades y adaptación en las prácticas materiales. Al examinar tanto las propiedades tangibles de los materiales óseos como los valores intangibles que se les atribuyen, esta investigación ofrece una perspectiva completa sobre las dinámicas del cambio cultural duranteThe Neolithic transition represented a transformative period in human history, marked by shifts in subsistence strategies from hunting and gathering to agriculture and animal domestication. This transition was accompanied by profound changes in social, economic, and ideological structures, including the development of private property and formalised relations within communities. Bone artefacts, both worked and unworked, serve as key material evidence for understanding these changes. This thesis explores the management of resources and the structuring of practices, with a particular focus on the taxonomic identification of bone artefacts, facilitated by the innovative use of palaeoproteomics, specifically Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS).
ZooMS enables the taxonomic identification of bone objects by analysing collagen, a protein that can persist in deep time under various environmental conditions. This method is especially valuable when morphological identification is limited due to the degradation or fragmentation of bones. By combining ZooMS with functional and taphonomic analyses, this research offers insights into how early Neolithic communities selected and utilised specific animal taxa in the production of tools and ornaments. Such integration not only overcomes limitations in taxonomic identification but also reveals patterns of continuity and rupture between the Magdalenian and Neolithic periods.
The application of ZooMS across several archaeological sites in the northeastern Iberian Peninsula, including the two Magdalenian contexts of the caves Matutano and Chaves and four Early Neolithic sites, namely Fosca Cave, La Draga, and Coro Trasito, allowed for a detailed study of bone object production over time. The research highlights a continued preference for cervid bones in the manufacture of, for instance, projectile points, from the Magdalenian to the Early Neolithic, reflecting a persistence of technological traditions despite the adoption of agriculture. Furthermore, the Early Neolithic period experienced diversification in the choice of raw materials, with an increased use of domesticates in addition to wild fauna for tool production - though the implementation of wild taxa on ornament production varied within Early Neolithic sites. This shift can be interpreted as a response to the greater availability of these animals and the evolving economic practices of early farming communities, amongst others.
In addition to its functional role, the selection of taxa for bone artefacts may have carried symbolic or ideological significance. For example, the study of objects from La Draga revealed the unique use of human bones and cetacean remains, suggesting specific cultural practices that distinguished this site from others. Furthermore, Cervidae and Cervinae was exclusively used in finger ring production within the Early Neolithic Chaves Cave, contrasting the more diversified relation to taxa at La Draga in this particular object type. Regional differences are thus apparent in the raw material selection.
The methodological advances of this thesis lie in its interdisciplinary approach, combining archaeozoology, taphonomy, and proteomics to create a more nuanced understanding of bone artefact production and use. This integrated framework provides new insights into the socio-economic and ideological transformations that characterised the Neolithic transition, highlighting the complex interplay between continuity and adaptation in material practices. By examining both the tangible properties of bone materials and the intangible values attributed to them, this research offers a comprehensive perspective on the dynamics of cultural change during one of the most significant periods in human prehistory.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Arqueologia Prehistòric
Assessing the relationship between public speaking perception, personality traits, and nonverbal behavior
No full textModern public speaking heavily focuses on the delivery and performance of the speaker, and the speaker’s nonverbal behavior plays a key role in shaping the perception about their performance as well as their underlying personality traits. As most of the literature focuses on the speaker, this study sought to assess whether or not the personality traits of the audience and the personality traits with which they judged the speaker also play a role in shaping this perception comprising seven attributes. This quantitative research study that included a sample of 323 respondents from different universities adopted an experimental research design that replicated a virtual and modern public speaking scenario. Four actors, two female and two males, were commissioned to enact a similar speech content while shifting their nonverbal behavior based on pre-defined big five personality traits. It also introduced a revised Brunswik Lens Model that structures accurate personality judgement. The results revealed interesting findings supporting the notion that audience personality traits affect certain perception attributes namely sincerity and dominance of the speaker. While the gender of the audience had no effect, that of the public speaker did along some attributes. The results also showed that the judged public speaker personality traits affected all the selected perception attributes. Many challenges were faced in this study especially because production and many variables were involved; however, in parallel, it introduced theoretical and practical contributions and opened the door to new lines of research that look more closely at the relationship between the three pillars of public speaking, personality traits, and nonverbal behavior from both the speaker and the audience sides.Programa de Doctorat en Comunicaci
Validació de la ciclina D3 com a reguladora clau de l’apoptosi de la cèl·lula beta pancreàtica induïda per estrès de reticle endoplasmàtic en la diabetis de tipus 1 (T1D)
No full textLa diabetis de tipus 1 és una condició autoimmune causada per la destrucció de les cèl·lules beta pancreàtiques productores d’insulina. En el model murí NOD (Non Obese Diabetic) de diabetis autoimmune, s’observa que la ciclina D3 disminueix de manera dependent de la inflamació. Existeix una relació causal entre l’inici de la diabetis i la manca de ciclina D3, la qual, alhora, altera la funcionalitat i viabilitat de les cèl·lules beta sense afectar l’activitat proliferativa d'aquestes. Els estudis precedents del nostre laboratori van desvelar que la ciclina D3 interacciona físicament amb proteïnes implicades en la via UPR (Unfolded Protein Response), metabolisme redox i tràfic vesicular. Els objectius del present estudi han estat caracteritzar aquetes potencials interaccions i estudiar el seu efecte en la viabilitat i funcionalitat de la cèl·lula beta. Com a resultat, validem la interacció de la ciclina D3 amb una xaperona implicada en la via UPR i identifiquem un residu clau de la ciclina D3 per a la interacció. La mutació d’aquest residu compromet la interacció i incrementa l’apoptosi de la cèl·lula beta. A més, observem que la manca de ciclina D3 produeix un desequilibri en l’activació de la via UPR i una major apoptosi de la cèl·lula beta. Aquests resultats demostren que la ciclina D3 exerceix una funció antiapoptòtica en la cèl·lula beta a través de la modulació de la resposta UPR.La diabetes de tipo uno es una condición autoinmune causada por la destrucción de las células beta pancreáticas productoras de insulina. En el modelo murino NOD (Non Obese Diabetic) de diabetes autoinmune, la ciclina D3 disminuye de manera dependiente de la inflamación. Existe una relación causal entre el inicio de la diabetes y la falta de ciclina D3, la cual, además, compromete la correcta funcionalidad y viabilidad de las células beta sin afectar su proliferación. Los estudios precedentes de nuestro laboratorio desvelaron que la ciclina D3 interacciona físicamente con proteínas implicades en la respuesta UPR (Unfolded Protein Response), el metabolismo redox y el tráfico vesicular. Los objetivos del presente estudio han sido caracterizar estas potenciales interacciones y estudiar su efecto en la viabilidad y funcionalidad de la célula beta. Como resultado, confirmamos la interacción entre la ciclina D3 y una chaperona implicada en la respuesta UPR e identificamos un residuo clave de la ciclina D3 para la interacción. La mutación de dicho residuo compromete la interacción e incrementa la apoptosis de la célula beta. Además, la deficiencia de ciclina D3 promueve un desequilibrio en la respuesta UPR y un incremento de la apoptosis de la célula beta. Estos resultados demuestran que la ciclina D3 ejerce una función antiapoptótica en la célula beta a través de la modulación de la respuesta UPR.Type one diabetes is an autoimmune condition caused by the destruction of insulin-producing pancreatic beta cells. In the NOD (Non-Obese Diabetic) murine model of autoimmune diabetes, it is observed that cyclin D3 expression decreases in an inflammation-dependent manner. There is a causal relationship between the onset of diabetes and the lack of cyclin D3, which also compromises the proper functionality and viability of beta cells without affecting their proliferation. Previously, in our laboratory were unveiled potential interactors of cyclin D3 involved in the Unfolded Protein Response (UPR), redox metabolism and vesicular trafficking. The objectives of this study have been to characterize the potential interactions of cyclin D3, and to study the function of cyclin D3 and the effect of its potential interactions on beta cell viability and functionality. As a result, we confirmed that cyclin D3 interacts with a chaperone involved in the UPR, and identified a key residue of cyclin D3 for this interaction. The mutation of this residue disrupts the interaction and increases beta cell apoptosis. Furthermore, cyclin D3 deficiency promotes a UPR imbalance, which induces apoptosis. The results prove that cyclin D3 plays an anti-apoptotic role in beta cells by modulating the UPR
Colloidal quantum dots based bolometers
No full text(English) Bolometer technology, crucial for uncooled thermal detection in thermography, industrial inspection, monitoring, and surveillance applications, relies on thermistors primarily made of VOx, a-Si, and Si/SiGe QWs materials. Sustained growth demands the exploration of new material platforms and continuous improvements in device development strategies. Recently, the scientific community has recognized colloidal quantum dots (CQDs) as a disruptive technology, highlighted by the Nobel Prize in Chemistry. Their tunable properties have led to the creation of cutting-edge devices such as photodetectors, solar cells, and lasers. Furthermore, the COVID-19 outbreak emphasized the urgent need for affordable and compact thermal sensing devices, underscoring the importance of uncooled thermal detectors for the welfare of humankind.
CQDs have been investigated here as a new material platform for infrared (IR) bolometer devices. Following this, the CQD films with varying sizes of the QDs were first examined for their temperature-dependent behaviour, which revealed a size-dependent resistivity and temperature-coefficient of resistance (TCR) and exhibited a sharp rise in these parameters for QDs smaller than ~4.5 nm. The lateral geometry devices thus prepared showed TCR values > 4 %/K but with high resistivity (resistance) values > MΩ (< GΩ). To modulate the activation energy (Ea) and TCR effectively, a potential barrier structure was developed with QDs of different sizes stacked alternatively on top of each other and referred to as a QPBT structure. This configuration allowed precise modulation of the potential energy landscape for the charge carriers. Various geometrical parameters such as barrier height and width, and no. of barrier layers were found to affect its performance. This structure also helped in mitigating the problem of high-pixel resistance with lateral geometry.
For IR absorption, a metal-insulator-metal-based plasmonic metamaterial absorber (MIM-PMA) has been developed by utilizing QDs for the dielectric spacer of the structure. Two types of absorber geometries have been studied and the results from FDTD-based simulations and fabricated structures have been compared. The first type of geometry utilizes one type of QDs as a dielectric layer and is designed to fit on top of the QPBT structure to perform photothermal conversion. The second geometry utilizes the QPBT structure itself as the dielectric layer and thus integrates the absorber and thermistor structures to simplify the fabrication process in addition to other distinct advantages.
Further, the integration of the QPBT and MA structures has been demonstrated. The ease of integration of CQDs-based components allowed the fabrication of fully functional devices. The completed bolometer devices displayed IR sensing properties through thermal detection and the device current exhibited a peak at a wavelength corresponding to the resonant wavelength of the MA structure implying a successful integration. The devices showed fast time response with ~4 ms time response and peak detectivity around ~10^4 Jones. Although the devices showed lower detectivity than commercial bolometer devices, an improvement in the device performance is expected with further optimization of the device geometry.
In summary, this thesis explores the suitability of QDs for bolometer technology, laying the groundwork for expanding QD technology horizons. The work presented here is anticipated to contribute to the continuous advancement and improvement of uncooled IR sensing devices and pave the way for low-cost development and wider dissemination of IR bolometer technology.(Català) Els termistors, principalment formats per VOx, a-Si i Si/Se QWs, constitueixen un dels elements principals de la tecnologia bolomètrica, crucial en el camp de la detecció tèrmica sense refredament aplicada en termografia, inspecció industrial, monitoratge i vigilància. El seu creixement constant requereix la investigació de nous materials i la millora contínua de les estratègies de desenvolupament dels dispositius. Recentment, la comunitat científica, avalada pel premi Nobel de Química, ha reconegut l’ús de punts quàntics en dispersió col·loidal (CQDs) com una tecnologia rupturista. Les seves propietats variables han portat a la creació de dispositius innovadors com ara fotodetectors, cel·les solars i làsers. Addicionalment, el brot de COVID-19 ha realçat la necessitat urgent de disposar de dispositius de detecció tèrmica compactes i econòmics, emfatitzant la importància dels detectors tèrmics sense refredament per al benestar de la humanitat.
Aquesta tesi investiga l’ús de CQDs com a nous materials per a bolòmetres d’infrarojos (IR). Les pel·lícules formades amb CQD de diferents mides van ser examinades pel seu comportament depenent de la temperatura, revelant una dependència entre la mida dels CQDs i la resistivitat i el coeficient tèrmic de resistència (TCR) i exhibint una pujada abrupta d’aquests paràmetres en els QDs més petits ( 4 %/K, però amb valors de resistivitat (resistència) alts > MΩ (< GΩ). Per modular eficientment l’energia d’activació (Ea) i el TCR es va dissenyar una estructura formada a partir de pel·lícules amb QD de diferents mides apilades alternativament unes sobre altres, anomenada estructura QPBT, per actuar com a barrera de potencial. Aquesta configuració va permetre la modulació precisa del panorama d'energia potencial dels transportadors de càrrega. S’ha descobert que diversos paràmetres geomètrics com ara l'altura, l'amplada i el nombre de capes de barrera afecten el seu rendiment. Aquesta estructura també ajuda en la mitigació de la resistència de píxel alta amb la geometria lateral.
Per l’absorció d’IR s’ha desenvolupat un absorbent metamaterial plasmònic de tipus metall-aïllant-metall (MIM-PMA) emprant els QDs com a separadors dielèctric de l’estructura. S'han estudiat dos tipus de geometries absorbents i s'han presentat simulacions basades en FDTD juntament amb els resultats de les estructures fabricades. El primer tipus de geometria utilitza un tipus de QD com a capa dielèctrica i està dissenyat per ajustar-se sobre l'estructura QPBT per realitzar la conversió de llum a calor a través de la ressonància plasmònica. La segona geometria utilitza l'estructura QPBT mateixa com a capa dielèctrica i, per tant, integra les estructures absorbents i termistores per simplificar el procés de fabricació, a més a més d’aportar altres avantatges distintius.
Altrament, s'ha demostrat la integració de les estructures QPBT i MA. La facilitat d'integrar components basats en CQDs va permetre la fabricació de dispositius totalment funcionals. Els dispositius van mostrar una resposta ràpida amb un temps de resposta d'aproximadament ~4 ms i una detectivitat màxima d'aproximadament ~104 Jones. Tot i que els dispositius van presentar una detectivitat més baixa que els bolòmetres comercials, es preveu una millora en el rendiment del dispositiu mitjançant una optimització addicional de la geometria del dispositiu.
En resum, aquesta tesi explora la idoneïtat dels QDs per a la tecnologia bolomètrica, establint les bases per expandir els horitzons de la tecnologia QD. Aquest estudi contribueix en el continu progrés i millora dels dispositius d’escaneig d’IR sense refredament i aplana el camí al desenvolupament de la tecnologia bolomètrica d’IR de baix cost i l’ampliació de la seva divulgació.DOCTORAT EN FOTÒNICA (Pla 2013
Development of dynamic textiles based on shape memory polyurethane (SMPU) for applications in car seat upholstery
No full text(English) In recent years, numerous studies have been carried out on functional textiles due to their ability to adapt and interact with the environment. In particular, special focus has been placed on dynamic textiles incorporating shape memory materials (SMMs). The most advanced studies in this field deal with the use of shape memory alloys (SMAs) or with the use of shape memory polymer finishes (SMPs), thoroughly analyzing the dynamism of shape memory and its benefits, mainly in terms of comfort and protection. However, despite the rapid development experienced by SMPs due to their versatility, low cost and easy transformation into different formats such as foams, gels or films, their integration in the form of monofilament/multifilament yarns in textiles has yet to be studied in depth. This integration presents significant manufacturing challenges on an industrial level, both in obtaining fibers of adequate fineness retaining their physical properties and shape memory effect (SME), as well as in their subsequent integration into textiles. Studies are currently underway to improve their processability and the properties of SMP yarns, based on shape memory polyurethanes (SMPUs), with the aim of achieving optimum performance and industrial production. However, research on the implementation of SMPU yarns in textiles and their potential applications is still rather limited and further investigation in this area is required.
This study focuses on the development of dynamic textiles by integrating SMPU yarns in order to increase comfort in vehicle seats. The research was organized into three phases: the fabrication of the SMPU yarn, the incorporation of the yarns into openwork fabrics and the proposed application.
The first research phase was based on the development and characterization of optimal SMPU yarns for use in textile applications. For this purpose, an industrializable SMPU yarn production system was studied, which included the permanent shape programming and the temporary shape setting in a single process. Different yarn winding speeds were analyzed, as well as pure and composite yarn, which was manufactured using additives, such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and carbon black (CB), from commercial SMPU pellets. These variations in speed and composition provided a wide range of optimal SMPU yarns for use in textiles, allowing the most suitable yarn to be selected according to the requirements of each application. The second research phase focused on the fabrication of dynamic fabrics by integrating different proportions of SMPU yarns and polyester (PES) yarns in openwork fabrics. The objective was to evaluate the impact of SMPU yarn content and its integration in the fabric in terms of thermal comfort, shape memory effect (SME) and mechanical strength.
The third study phase focused on the implementation of dynamic textiles in an innovative application such as vehicle seat upholstery. The dynamism of these textiles, produced by elastic deformation, offers a potential solution to a problem that affects users, causes concern in the automotive sector and thus, has a significant impact on safety. To achieve the objective, three woven fabric structures were developed using a combination of SMPU/PES (25:75) with different ligaments.
The results evidenced the possibility of obtaining SMPU yarns with optimal properties and size for textile use, as well as integrating them properly by weft and warp in the weaving process. In addition, a dynamism was observed in the textile that could considerably increase comfort in upholstery applications for vehicle seats.(Català) Els darrers anys s'han realitzat nombrosos estudis sobre els tèxtils funcionals per la seva capacitat per adaptar-se i interactuar amb l'entorn. En particular, s'ha prestat una atenció especial als tèxtils dinàmics que incorporen materials amb memòria de forma (SMM). Els estudis més avançats en aquest camp aborden l'ús d'aliatges amb memòria de forma (SMA) o l'ús d'acabats polimèrics amb memòria de forma (SMP), analitzant en profunditat el dinamisme de la memòria de forma i els beneficis, principalment en termes de confort i protecció. No obstant això, malgrat el ràpid desenvolupament experimentat pels SMPs a causa de la seva versatilitat, baix cost i fàcil transformació en diferents formats com escumes, gels o films, la seva integració en forma de fils monofilament/multifilament en tèxtils encara no ha estat estudiada en profunditat. Aquesta integració presenta importants reptes de fabricació a nivell industrial, tant en l'obtenció de fibres de finor adequada que conservin les seves propietats físiques i el seu efecte de memòria de forma (SME), com en la seva integració posterior en tèxtils. Actualment s'estan duent a terme estudis per millorar-ne la processabilitat i les propietats dels fils SMP, basats en poliuretans amb memòria de forma (SMPU), amb l'objectiu d'aconseguir un rendiment òptim i una producció industrial. No obstant això, la investigació sobre l'aplicació dels fils de SMPU en tèxtils i les seves possibles aplicacions continua sent força limitada, per la qual cosa cal continuar investigant en aquest àmbit.
Aquest estudi se centra en el desenvolupament de tèxtils dinàmics mitjançant la integració de fils SMPU per tal d'augmentar el confort als seients dels vehicles. La investigació es va organitzar en tres fases: la fabricació del fil SMPU, la incorporació dels fils a teixits calats i l'aplicació proposada.
La primera fase de la investigació es va basar en el desenvolupament i la caracterització de fils de SMPU òptims per al seu ús en aplicacions tèxtils. Per això, es va estudiar un sistema de producció de fils SMPU industrialitzable, que incloïa la programació de la forma permanent i la configuració de la forma temporal en un únic procés. Es van analitzar diferents velocitats de bobinatge del fil, així com el fil pur i el fil compost, que es va fabricar utilitzant additius, com ara nanotubs de carboni de paret múltiple
(MWCNT) i negre de fum (CB), a partir de grànuls comercials de SMPU. Aquestes variacions de velocitat i composició van proporcionar una àmplia gamma de fils de SMPU òptims per al seu ús en tèxtils, cosa que va permetre seleccionar el fil més adequat en funció dels requisits de cada aplicació.
La segona fase de recerca es va centrar en la fabricació de teixits dinàmics mitjançant la integració de diferents proporcions de fils de SMPU i fils de polièster (PES) en teixits calats. L'objectiu va ser avaluar l'impacte del contingut de fil de SMPU i la seva integració al teixit en termes de confort tèrmic, efecte de memòria de forma (SME) i resistència mecànica.
La tercera fase de l’estudi es va centrar en l’aplicació de tèxtils dinàmics en una aplicació innovadora com la tapisseria dels seients dels vehicles. El dinamisme d'aquests tèxtils, produït per deformació elàstica, ofereix una solució potencial a un problema que afecta els usuaris, preocupa el sector de l'automoció i, per tant, té un impacte significatiu en la seguretat. Per assolir l'objectiu, es van desenvolupar tres estructures de teixit calada utilitzant una combinació de SMPU/PES (25:75) amb diferents lligaments.
Els resultats van evidenciar la possibilitat d'obtenir fils de SMPU amb propietats i mida òptims per a ús tèxtil, així com integrar-los adequadament per trama i ordit en el procés de teixit. A més, es va observar un dinamisme al tèxtil que podria augmentar considerablement el confort en aplicacions de tapisseria per a seients de vehicles.(Español) En los últimos años se han realizado numerosos estudios sobre los textiles funcionales por su capacidad para adaptarse e interactuar con el entorno. En particular, se ha prestado especial atención a los textiles dinámicos que incorporan materiales con memoria de forma (SMM). Los estudios más avanzados en este campo abordan el uso de aleaciones con memoria de forma
(SMA) o el empleo de acabados poliméricos con memoria de forma (SMP), analizando en profundidad el dinamismo de la memoria de forma y sus beneficios, principalmente en términos de confort y protección. Sin embargo, a pesar del rápido desarrollo experimentado por los SMPs debido a su versatilidad, bajo coste y fácil transformación en diferentes formatos como espumas, geles o films, su integración en forma de hilos monofilamento/multifilamento en textiles aún no ha sido estudiada en profundidad. Esta integración presenta importantes retos de fabricación a nivel industrial, tanto en la obtención de fibras de finura adecuada que conserven sus propiedades físicas y su efecto de memoria de forma (SME), como en su posterior integración en textiles. Actualmente se están llevando a cabo estudios para mejorar su procesabilidad y las propiedades de los hilos SMP, basados en poliuretanos con memoria de forma (SMPU), con el objetivo de conseguir un rendimiento óptimo y una producción industrial. Sin embargo, la investigación sobre la aplicación de los hilos de SMPU en textiles y sus posibles aplicaciones sigue siendo bastante limitada, por lo que es necesario seguir investigando en este ámbito.
Este estudio se centra en el desarrollo de textiles dinámicos mediante la integración de hilos SMPU con el fin de aumentar el confort en los asientos de los vehículos. La investigación se organizó en tres fases: la fabricación del hilo SMPU, la incorporación de los hilos en tejidos calados y la aplicación propuesta.
La primera fase de la investigación se basó en el desarrollo y la caracterización de hilos de SMPU óptimos para su uso en aplicaciones textiles. Para ello, se estudió un sistema de producción de hilos SMPU industrializable, que incluía la programación de la forma permanente y la configuración de la forma temporal en un único proceso. Se analizaron diferentes velocidades de bobinado del hilo, así como el hilo puro y el hilo compuesto, que se fabricó utilizando aditivos, como nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) y negro de humo (CB), a partir de gránulos comerciales de SMPU. Estas variaciones de velocidad y composición proporcionaron una amplia gama de hilos de SMPU óptimos para su uso en textiles, lo que permitió seleccionar el hilo más adecuado en función de los requisitos de cada aplicación.
La segunda fase de investigación se centró en la fabricación de tejidos dinámicos mediante la integración de diferentes proporciones de hilos de SMPU e hilos de poliéster (PES) en tejidos calados. El objetivo fue evaluar el impacto del contenido de hilo de SMPU y su integración en el tejido en términos de confort térmico, efecto de memoria de forma (SME) y resistencia mecánica.
La tercera fase del estudio se centró en la aplicación de textiles dinámicos en una aplicación innovadora como la tapicería de los asientos de los vehículos. El dinamismo de estos textiles, producido por deformación elástica, ofrece una solución potencial a un problema que afecta a los usuarios, preocupa en el sector de la automoción y, por tanto, tiene un impacto significativo en la seguridad. Para lograr el objetivo, se desarrollaron tres estructuras de tejido calada utilizando una combinación de SMPU/PES (25:75) con diferentes ligamentos.
Los resultados evidenciaron la posibilidad de obtener hilos de SMPU con propiedades y tamaño óptimos para uso textil, así como de integrarlos adecuadamente por trama y urdimbre en el proceso de tejido. Además, se observó un dinamismo en el textil que podría aumentar considerablemente el confort en aplicaciones de tapicería para asientos de vehículos.DOCTORAT EN ENGINYERIA TÈXTIL I PAPERERA (Pla 2013