Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Modeling and Control of a PV Microinverter Architecture with Active Power Decoupling and Mismatch Mitigation
No full textAquesta tesi explora la nova arquitectura d'un microinversor de dues etapes per a aplicacions fotovoltaiques (PV). La novetat rau en la integració de convertidors integrats de submòduls (subMIC) per a la mitigació de desajustaments i un convertidor de memòria intermèdia apilada en sèrie (SSBC) per al desacoblament de potència activa (APD) dins de l'arquitectura del microinversor. L'arquitectura proposada consta d'un convertidor DC-DC amb un transformador d'alta freqüència per augmentar la tensió i seguiment del punt de màxima potència, un bus DC seguit d'un inversor DC-AC per a la integració de la xarxa o la càrrega de CA per injectar l'energia fotovoltaica disponible, així com els subMIC i el SSBC. A més, aquesta tesi presenta una anàlisi exhaustiva, directrius de disseny, modelització i enfocaments de control nous per garantir el funcionament perfecte de l'SSBC dins del microinversor proposat. Els nous enfocaments de control inclouen el control del mode de corrent de freqüència fixa i un enfocament de control sense sensors proposat. Aquests enfocaments simplifiquen i milloren la robustesa de l'operació SSBC.
A més d'altres avantatges, l'APD permet l'ús de condensadors de pel·lícula de llarga vida útil al circuit, millorant la fiabilitat i la longevitat del microinversor. Mentrestant, els subMIC mitiguen eficaçment les pèrdues de desajust i els punts calents causats per l'ombra o l'envelliment, millorant així el rendiment dels sistemes fotovoltaics. Finalment, s'ha desenvolupat un prototip per validar experimentalment el microinversor proposat mitjançant un mòdul fotovoltaic comercial de 180 W i 72 cel·les.Esta disertación explora la nueva arquitectura de un microinversor de dos etapas para aplicaciones fotovoltaicas (PV). La novedad radica en la integración de convertidores integrados de submódulos (subMIC) para mitigar los desajustes y un convertidor de búfer apilado en serie (SSBC) para el desacoplamiento de potencia activa (APD) dentro de la arquitectura del microinversor. La arquitectura propuesta consta de un convertidor CC-CC con un transformador de alta frecuencia para aumento de voltaje y seguimiento del punto de máxima potencia, un bus de CC seguido de un inversor CC-CA para la integración de la red o de la carga de CA para inyectar la energía generada fotovoltaica disponible, así como los subMIC y el SSBC. Además, esta disertación presenta un análisis integral, pautas de diseño, modelado y enfoques de control novedosos para garantizar el funcionamiento perfecto del SSBC dentro del microinversor propuesto. Los nuevos enfoques de control incluyen control de modo de corriente de frecuencia fija y un enfoque de control sin sensores propuesto. Estos enfoques simplifican y mejoran la solidez de la operación SSBC.
Además de otras ventajas, el APD permite el uso de condensadores de película de larga duración en el circuito, mejorando la confiabilidad y longevidad del microinversor. Mientras tanto, los subMIC mitigan eficazmente las pérdidas por desajuste y los puntos calientes causados por la sombra o el envejecimiento, mejorando así el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos. Finalmente, se ha desarrollado un prototipo para validar experimentalmente el microinversor propuesto utilizando un módulo fotovoltaico comercial de 180 W y 72 células.This dissertation explores the novel architecture of a two-stage microinverter for photovoltaic (PV) applications. The novelty lies in the integration of submodule integrated converters (subMICs) for mismatch mitigation and a series-stacked buffer converter (SSBC) for active power decoupling (APD) within the microinverter architecture. The proposed architecture consists of a DC-DC converter with a high-frequency transformer for voltage boosting and maximum power point tracking, a DC bus followed by a DC-AC inverter for grid or AC load integration to inject the available PV-generated energy, as well as the subMICs and the SSBC. Furthermore, this dissertation presents a comprehensive analysis, design guidelines, modeling, and novel control approaches to ensure the seamless operation of the SSBC within the proposed microinverter. The novel control approaches include fixed-frequency current mode control and a proposed sensorless control approach. These approaches simplify and enhance the robustness of the SSBC operation.
In addition to other advantages, the APD enables the use of long-lifetime film capacitors in the circuit, improving the reliability and longevity of the microinverter. Meanwhile, the subMICs effectively mitigate mismatch losses and hot-spotting caused by shading or aging, thereby enhancing the performance of PV systems. Finally, a prototype has been developed to experimentally validate the proposed microinverter using a 180 W, 72-cell commercial PV module."Universitat Rovira i Virgili. Programa de doctorat en Tecnologies per a Nanosistemes, Bioenginyeria i Energia
A single-cell RNA sequencing approach to understand the mechanisms underlying response and resistance to tofacitinib in ulcerative colitis
No full textPrograma de Doctorat en Biotecnologia / Tesi realitzada a l'Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS)[eng] Ulcerative colitis (UC) is a chronic inflammatory bowel disease that represents a major
health problem worldwide due to its increasing prevalence and the lack of effective
treatments. Tofacitinib is a JAK inhibitor that has been approved for the treatment of
moderate-to-severe UC patients who presented an intolerance, insufficient response or loss
of response to conventional or biological treatments. Despite its proven efficacy,
approximately one-third of patients remain unresponsive, raising the risk of surgery and
long-term disability.
In this thesis, we explored for the first time the mechanisms underlying both response and
resistance to tofacitinib in UC patients, aiming to provide insights into the factors
contributing to treatment failure and to identify potential biomarkers of treatment
response.
To achieve this, we employed single-cell RNA sequencing analysis on colonic biopsies from
UC patients before and after treatment with tofacitinib. Among the recruited patients, 40%
responded to tofacitinib, showing improvement at a clinical, endoscopic and histological
level. This response was also associated with significant changes in the abundance and
inflammatory signatures of most intestinal cells, including neutrophils and inflammatory
fibroblasts and macrophages. In contrast, non-responders experienced a worsening of the
disease following treatment with tofacitinib, characterized by increased histological severity
and increased abundance and enhanced activation of macrophages and fibroblasts.
In vitro experiments confirmed that tofacitinib exerted opposing effects on macrophages
depending on the type of activation. Lipopolysaccharide, but not TNF- or IFNγ-stimulated
macrophages, produced abundant IL-10, which when blocked by tofacitinib, drove the
enhanced activation of macrophages. Interestingly, tofacitinib did not directly induce an
inflammatory effect on fibroblasts; rather, the pro-inflammatory state of fibroblasts
appeared to be a secondary effect of macrophage hyperactivation.
Remarkably, our research revealed that tofacitinib responders had higher baseline JAK-STAT
activity compared to non-responders, suggesting that this pathway is a key driver of
inflammation in these patients. In contrast, non-responders exhibited increased baseline
NF-kB pathway activity and higher IL-10 signaling in macrophages compared to responders.
This confirmed that IL-10 signaling was more prevalent in NR and may potentially assist in a
regulatory control that tofacitinib interferes with, resulting in disease worsening in this
subset of patients.
Overall, we conclude that resistance to tofacitinib is mediated by macrophage
hyperactivation, with IL-10-dependent macrophages identified as a key cellular subset
contributing to this resistance. These findings highlight potential new targets for developing
alternative treatments and offer valuable clinical insights into predicting responses to JAK
inhibition, which could potentially aid in guiding more effective and personalized treatment
strategies for UC patients.[spa] La colitis ulcerosa (CU) es una enfermedad inflamatoria intestinal crónica que representa un
importante problema de salud a nivel mundial debido al aumento de su prevalencia y la falta
de tratamientos efectivos. Tofacitinib es un inhibidor de JAK aprobado para el tratamiento
de pacientes con CU que no responden a tratamientos biológicos. Sin embargo, un tercio de
los pacientes no responden, lo que aumenta el riesgo de cirugía y discapacidad a largo plazo.
En esta tesis, exploramos por primera vez los mecanismos subyacentes tanto a la respuesta
como a la resistencia a tofacitinib en pacientes con CU, con el objetivo de proporcionar
información sobre los factores que contribuyen a la falta de respuesta e identificar
potenciales biomarcadores de respuesta al tratamiento.
Para ello, empleamos análisis de secuenciación de ARN de célula única en biopsias colónicas
de pacientes con CU antes y después del tratamiento con tofacitinib. Un 40% de los
pacientes incluidos en este estudio respondieron a tofacitinib, mostrando mejora a nivel
clínico, endoscópico e histológico. Esta respuesta también se asoció con cambios
significativos en la abundancia y el perfil inflamatorio de la mayoría de las células de la
mucosa intestinal, incluidos fibroblastos y macrófagos inflamatorios. Por el contrario, los
pacientes que no respondieron a tofacitinib experimentaron un empeoramiento de la
enfermedad tras el tratamiento con tofacitinib, caracterizado por un aumento de la
severidad histológica y una mayor abundancia y activación de macrófagos y fibroblastos.
Experimentos in vitro confirmaron que tofacitinib ejercía efectos opuestos en los
macrófagos en función del tipo de activación de estos. Los macrófagos estimulados con
lipopolisacárido, pero no aquellos estimulados con TNF o IFNγ, producían abundante IL-10,
la cual al ser bloqueada por tofacitinib, conducía a una mayor activación de estos. Tofacitinib
no indujo un efecto inflamatorio directo sobre los fibroblastos. El estado proinflamatorio de
estos parece un efecto secundario de la hiperactivación de los macrófagos.
Nuestra investigación revela que los pacientes que responden a tofacitinib tienen una mayor
actividad basal de la vía JAK-STAT. Por el contrario, los pacientes que no responden
presentan una mayor actividad basal de la vía NF-kB y una mayor señalización de IL-10 en
macrófagos en comparación con los pacientes que responden. Esto confirma que la
señalización de IL-10 es más predominante en los no respondedores y podría desempeñar
un papel regulador en la inflamación, con el que tofacitinib interfiere, provocando así el
empeoramiento de la enfermedad en este grupo de pacientes.
En resumen, concluimos que la resistencia a tofacitinib está mediada por la hiperactivación
de los macrófagos de la mucosa intestinal, identificando los macrófagos dependientes de IL-
10 como uno tipo celular clave que contribuye a dicha resistencia. Estos resultados destacan
potenciales nuevas dianas terapéuticas para el desarrollo de tratamientos alternativos y
ofrecen valiosas perspectivas clínicas para predecir la respuesta a la inhibición de JAK
Diseño y validación de una escala para evaluar los cambios en las dimensiones corporal y cognitivo-emocional de la práctica sofrológica
No full textAquesta tesi s'emmarca en l'estudi de la sofrologia, disciplina centrada en la consciència i el benestar, i el seu impacte en la relació entre cervell, cos i ment. S'examina com les tècniques sofrològiques influeixen en la cognició, emocions i somatitzacions, i el seu efecte en la percepció del cos i la ment.
La recerca té com a objectiu el desenvolupament i validació d'un qüestionari específic destinat a mesurar els canvis resultants de la pràctica sofrològica. Es realitza una anàlisi detallada per a demostrar la fiabilitat i validesa del qüestionari, establint la seva utilitat en el camp de la sofrologia.
La part teòrica conté una revisió exhaustiva de la literatura, establint un marc teòric i conceptual per a l'estudi. Es destaca la importància de comprendre la connexió ment-cos i la contribució significativa de la sofrologia a aquest camp.
Per a la construcció dels ítems de l'escala es va procedir de la manera següent: a) Definició de constructes; b) Anàlisi de contingut; c) Revisió de recerques publicades; d) Incidents crítics, e) Observació natural; f) Definició de les variables; g) Judici d'experts nacionals i internacionals; h) Construcció de l'escala; i) Elaboració d'ítems; j) Anàlisi del grau de comprensió; i) Elaboració d'ítems i j) Anàlisi del grau de comprensió.
La part empírica es va desenvolupar en cinc fases. Els participants van ser voluntaris de gènere masculí i femení reclutats per diferents mitjans telemàtics amb edats compreses entre 18 i 70 anys. El nombre de participants de la primera fase va ser de N=563; els participants de la segona fase van ser N=33; en la tercera fase N=508; en quarta fase es va utilitzar la mateixa mostra N=508 i en la cinquena fase es van realitzar dos estudis un no aleatori N=60 i un altre aleatoritzat N=69.
Els resultats obtinguts mostren: a) una bona validesa de contingut avaluada a través d'un grup d'experts internacionals en Sofrologia Caycediana; b) una bona validesa estructural, ja que es va obtenir un model de quatre factors oblics amb una bondat d'ajust acceptable que va ser la base per a la definició de quatre escales de nou ítems cadascuna que van ser denominades: Somatitzacions Positives (SOMPOS), Somatitzacions Negatives (SOMNEG), Cognitiu-Emocional Positiu (COGEMPOS) i Cognitiu-Emocional Negatiu (COGEMNEG); c) una bona fiabilitat de consistència interna (els valors alfa de Cronbach van oscil·lar entre 0,875 i 0,942; d) una bona fiabilitat test-retest a les cinc i vuit setmanes (valors entre 0,758 i 0,895); e) correlacions de mitjanes a moderades entre les escales; f) una bona validesa convergent, ja que les escales es van mostrar associades amb diferents variables que avaluen constructes relacionats; i g) una bona sensibilitat al canvi a partir de dos estudis, un no aleatoritzat i un altre aleatoritzat, que van mostrar que les puntuacions en les quatre escales van quedar modificades després de l'administració d'un tractament sofrològic.
En la discussió i conclusions, es reflexiona sobre la importància dels resultats, la seva aplicació en la sofrologia i la salut mental, i es proposen línies de recerca futures basades en les nostres troballes.
Es conclou que aquesta tesi representa una petita, però significativa aportació en la comprensió de la sofrologia i el seu impacte en la salut mental i el benestar, oferint una eina vàlida i fiable per a la seva avaluació i destacant el potencial d'aquesta disciplina en la cura de la salut.
Paraules clau: Sofrologia, escala, percepció corporal, cognició, emocions, somatitzacions, benestar mental, consciència, consciència, salut mental, validació.Esta tesis se enmarca en el estudio de la sofrología, disciplina centrada en la consciencia y el bienestar, y su impacto en la relación entre cerebro, cuerpo y mente. Se examina cómo las técnicas sofrológicas influyen en la cognición, emociones y somatizaciones, y su efecto en la percepción del cuerpo y la mente.
La investigación tiene como objetivo el desarrollo y validación de un cuestionario específico destinado a medir los cambios resultantes de la práctica sofrológica. Se realiza un análisis detallado para demostrar la fiabilidad y validez del cuestionario, estableciendo su utilidad en el campo de la sofrología.
La parte teórica contiene una revisión exhaustiva de la literatura, estableciendo un marco teórico y conceptual para el estudio. Se destaca la importancia de comprender la conexión mente-cuerpo y la contribución significativa de la sofrología a este campo.
Para la construcción de los ítems de la escala se procedió de la siguiente forma: a) Definición de constructos; b) Análisis de contenido; c) Revisión de investigaciones publicadas; d) Incidentes críticos, e) Observación natural; f) Definición de las variables; g) Juicio de expertos nacionales e internacionales; h) Construcción de la escala; i) Elaboración de ítems; j) Análisis del grado de comprensión; i) Elaboración de ítems y j) Análisis del grado de comprensión.
La parte empírica se desarrolló en cinco fases. Los participantes fueron voluntarios de género masculino y femenino reclutados por diferentes medios telemáticos con edades comprendidas entre 18 y 70 años. El número de participantes de la primera fase fue de N=563; los participantes de la segunda fase fueron N=33; en la tercera fase N=508; en cuarta fase se utilizó la misma muestra N=508 y en la quinta fase se realizaron dos estudios uno no aleatorio N=60 y otro aleatorizado N=69.
Los resultados obtenidos muestran: a) una buena validez de contenido evaluada a través de un grupo de expertos internacionales en Sofrología Caycediana; b) una buena validez estructural, ya que se obtuvo un modelo de cuatro factores oblicuos con una bondad de ajuste aceptable que fue la base para la definición de cuatro escalas de nueve ítems cada una que fueron denominadas: Somatizaciones Positivas (SOMPOS), Somatizaciones Negativas (SOMNEG), Cognitivo-Emocional Positiva (COGEMPOS) y Cognitivo-Emocional Negativa (COGEMNEG); c) una buena fiabilidad de consistencia interna (los valores alfa de Cronbach oscilaron entre 0,875 y 0,942; d) una buena fiabilidad test-retest a las cinco y ocho semanas (valores entre 0,758 y 0,895); e) correlaciones de medias a moderadas entre las escalas; f) una buena validez convergente, ya que las escalas se mostraron asociadas con diferentes variables que evalúan constructos relacionados; y g) una buena sensibilidad al cambio a partir de dos estudios, uno no aleatorizado y otro aleatorizado, que mostraron que las puntuaciones en las cuatro escalas quedaron modificadas tras la administración de un tratamiento sofrológico.
En la discusión y conclusiones, se reflexiona sobre la importancia de los resultados, su aplicación en la sofrología y la salud mental, y se proponen líneas de investigación futuras basadas en nuestros hallazgos.
Se concluye que esta tesis representa una pequeña, pero significativa aportación en la comprensión de la sofrología y su impacto en la salud mental y el bienestar, ofreciendo una herramienta válida y fiable para su evaluación y destacando el potencial de esta disciplina en el cuidado de la salud.
Palabras clave: Sofrología, escala, percepción corporal, cognición, emociones, somatizaciones, bienestar mental, conciencia, consciencia, salud mental, validación.This thesis falls within the study of sophrology, a discipline focused on consciousness and well-being, examining its impact on the relationship between the brain, body, and mind. It investigates how sophrological techniques affect cognition, emotions, and somatizations, and their effect on body and mind perception. The research aims to develop and validate a specific questionnaire to measure changes resulting from sophrological practice, conducting a detailed analysis to demonstrate its reliability and validity, thus establishing its utility in the field of sophrology.
The theoretical part encompasses an exhaustive literature review, establishing a theoretical and conceptual framework for the study. It underscores the importance of understanding the mind-body connection and sophrology's significant contribution to this field. The scale items were constructed through: a) Construct definition; b) Content analysis; c) Review of published research; d) Critical incidents; e) Natural observation; f) Variable definition; g) Judgment of national and international experts; h) Scale construction; i) Item formulation; j) Comprehension analysis.
The empirical part was developed in five phases, involving male and female volunteers aged 18 to 70, recruited through various telematic means. The number of participants was N=563 in the first phase, N=33 in the second, N=508 in the third and fourth phases, and in the fifth phase, two studies were conducted: a non-randomized one with N=60 and a randomized one with N=69.
The results demonstrate: a) good content validity assessed by an international group of Caycedian Sophrology experts; b) good structural validity, with a four-factor oblique model showing acceptable fit, forming the basis for defining four nine-item scales named Positive Somatizations (SOMPOS), Negative Somatizations (SOMNEG), Positive Cognitive-Emotional (COGEMPOS), and Negative Cognitive-Emotional (COGEMNEG); c) good internal consistency reliability (Cronbach's alpha values ranging from 0.875 to 0.942); d) good test-retest reliability at five and eight weeks (values between 0.758 and 0.895); e) average to moderate correlations between scales; f) good convergent validity, as scales were associated with different variables assessing related constructs; and g) good sensitivity to change from two studies, showing scores on all four scales altered after sophrological treatment administration.
The discussion and conclusions reflect on the importance of these results, their application in sophrology and mental health, and propose future research lines based on the findings. It concludes that this thesis represents a small but significant contribution in understanding sophrology and its impact on mental health and well-being, offering a valid and reliable tool for its assessment and highlighting this discipline's potential in health care.
Keywords: Sophrology, scale, body perception, cognition, emotions, somatizations, mental well-being, consciousness, mental health, validation.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Psiquiatri
Light-matter interaction in polar and strongly correlated oxides
No full textLes interaccions entre llum i matèria són omnipresents en la natura i tenen un paper crucial en l'enteniment del funcionament de l'univers. En el context de la física dels estats sòlids, aquestes interaccions són essencials tant per analitzar les propietats dels materials com per utilitzar la llum per modificar l'estructura o les propietats, originant nous fenòmens. Els fotons absorbits poden excitar els electrons a estats d'energia més elevats. El comportament d'aquests electrons fotoexcitats pot ser influenciat pels potencials atòmics periòdics i, al seu torn, aquests electrons poden alterar el comportament del sistema material. En aquesta tesi, m'ocupo de tres materials diferents: el multiferroic BiFeO3, el ferroelèctric BaTiO3 i el material fortament correlacionat VO2, i investigo les diverses interaccions entre el reticle cristal·lí i els electrons fotoexcitats d'aquests materials.
Al Capítol 1, defino els conceptes bàsics de ferroelectricitat i transicions metàl·lica-aislant, introduïsc els materials, les seves estructures cristal·lines i els diagrames de fase. A més, explico els tipus específics d'interacció entre llum i matèria rellevants per a la discussió.
Al Capítol 2, explico amb detall els mètodes experimentals utilitzats en aquesta tesi, especialment tècniques com la interferometria, l'espectroscòpia ultra-ràpida i la difracció de raigs X en femtosegons.
Degut a l'estructura cristal·lina asimètrica dels ferroelèctrics, la dinàmica dels electrons fotoexcitats en la banda depèn dels potencials cristal·lins al llarg de vectors d'ona específics. L'efecte fotovoltaic massiu (BPVE) en ferroelèctrics exemplifica com la simetria cristal·lina afecta la generació i la dinàmica dels portadors. Encara que la comprensió teòrica del BPVE és sòlida, el mecanisme de transport de càrrega microscòpic i l'eficiència intrínseca del BPVE continuen sent poc clars. Al Capítol 3, mitjançant una tècnica de microscòpia espaciotemporal ultra-ràpida en BiFeO3 multiferroic, visualitzo directament el transport espacial dels portadors fotoexcitats que participen en el BPVE. Les observacions experimentals indiquen que la direcció de la polarització ferroelèctrica provoca un desplaçament asimètric dels electrons al llarg de l'eix polar i que el BPVE és inherentment un procés eficient.
Al Capítol 4, en lloc de centrar-me en com l'estructura cristal·lina i la polarització afecten els fotoportadors i el seu moviment, examino com la presència dels fotoportadors influeix en la polarització elèctrica i la deformació espontània, causant fotoestricció. En membranes circulars independents de BaTiO3, demonstro que la deformació induïda per la llum pot induir ressonàncies mecàniques i provocar grans deflexions en les membranes, a diferència del que passa amb el SrTiO3 paraelèctric. Això prova que la ferroelectricitat és essencial per obtenir respostes fotoestrictives significatives.
Els sistemes d'electrons fortament correlacionats, com el VO2, poden alternar entre estats aïllants i metàl·lics. Els fotoportadors que generen deformació en un ferroelèctric també poden induir una transició de fase en aquests materials. Al Capítol 5, exploro la dinàmica de la transició de fase induïda per foto en una pel·lícula fina epitaxial amb quatre fases coexistents. Utilitzo la difracció de raigs X en femtosegons per seguir la dinàmica i l'evolució de les fases coexistents i demostrar com accedir a diferents parts del diagrama de fase en condicions de no equilibri.
Finalment, al Capítol 6, resumisc els descobriments de la tesi. A més, s'ha explorat una pregunta de recerca de seguiment al Capítol 4 i els resultats preliminars es presenten a l'Apèndix A.Las interacciones luz-materia son omnipresentes en la naturaleza y juegan un papel crucial en la comprensión del funcionamiento del universo. En el contexto de la física del estado sólido, estas interacciones son esenciales tanto para analizar las propiedades de los materiales como para utilizar la luz para modificar la estructura o las propiedades, dando lugar a nuevos fenómenos. Los fotones absorbidos pueden excitar a los electrones a estados de energía más altos. El comportamiento de estos electrones fotoexcitados puede ser influenciado por los potenciales atómicos periódicos y, a su vez, estos electrones pueden alterar el comportamiento del sistema material. En esta tesis, me enfoco en tres materiales diferentes: el multiferroico BiFeO3, el ferroeléctrico BaTiO3 y el material fuertemente correlacionado VO2, e investigo las diversas interacciones entre la red cristalina y los electrones fotoexcitados en estos materiales.
En el Capítulo 1, defino los conceptos básicos de ferroelectricidad y transiciones metal-aislante, introduzco los materiales, sus estructuras cristalinas y los diagramas de fase. Además, explico los tipos específicos de interacción luz-materia relevantes para la discusión.
En el Capítulo 2, explico con detalle los métodos experimentales utilizados en esta tesis, especialmente técnicas como la interferometría, la espectroscopía ultra rápida y la difracción de rayos X en femtosegundos.
Debido a la estructura cristalina asimétrica de los ferroeléctricos, la dinámica de los electrones fotoexcitados en la banda depende de los potenciales cristalinos a lo largo de vectores de onda específicos. El efecto fotovoltaico masivo (BPVE) en ferroeléctricos ejemplifica cómo la simetría cristalina afecta la generación y dinámica de portadores. Aunque la comprensión teórica del BPVE es sólida, el mecanismo de transporte de carga microscópico y la eficiencia intrínseca del BPVE siguen siendo poco claros. En el Capítulo 3, mediante una técnica de microscopía espaciotemporal ultra rápida en BiFeO3 multiferroico, visualizo directamente el transporte espacial de portadores fotoexcitados que participan en el BPVE. Las observaciones experimentales indican que la dirección de la polarización ferroeléctrica provoca un desplazamiento asimétrico de los electrones a lo largo del eje polar y que el BPVE es inherentemente un proceso eficiente.
En el Capítulo 4, en lugar de centrarme en cómo la estructura cristalina y la polarización afectan a los fotoportadores y su movimiento, examino cómo la presencia de los fotoportadores influye en la polarización eléctrica y la deformación espontánea, causando fotoestricción. En membranas circulares independientes de BaTiO3, demuestro que la deformación inducida por la luz puede inducir resonancias mecánicas y provocar grandes deflexiones en las membranas, a diferencia de lo que ocurre con el SrTiO3 paraleléctrico. Esto prueba que la ferroelectricidad es esencial para obtener respuestas fotoestrictivas significativas.
Los sistemas de electrones fuertemente correlacionados, como el VO2, pueden alternar entre estados aislantes y metálicos. Los fotoportadores que generan deformación en un ferroeléctrico también pueden inducir una transición de fase en estos materiales. En el Capítulo 5, exploro la dinámica de la transición de fase inducida por foto en una película fina epitaxial con cuatro fases coexistentes. Utilizo la difracción de rayos X en femtosegundos para seguir la dinámica y evolución de las fases coexistentes y demostrar cómo acceder a diferentes partes del diagrama de fase en condiciones de no equilibrio.
Finalmente, en el Capítulo 6, resumo los hallazgos de la tesis. Además, se ha explorado una pregunta de investigación de seguimiento al Capítulo 4 y los hallazgos preliminares se presentan en el Apéndice A.Light-matter interactions are ubiquitous in nature and play a pivotal role in understanding the functioning of the universe. In the context of solid state physics, light-matter interactions are indispensable not only as a probe of material properties but also in using light to modify structure or properties, giving rise to new phenomenon. When absorbed, photons can excite electrons into higher energy states. The behaviour of these photoexcited electrons can be dictated by the periodic atomic potentials and, conversely, the photo-excited electrons can themselves modify
the behaviour of the material system. In this thesis, I focus on three different materials: multiferroic BiFeO3 , ferroelectric BaTiO3 , and strongly correlated material VO2 , and investigate different interplays between the crystal lattice and the photoexcited electrons in these materials.
In Chapter 1, I lay down the basic concepts of ferroelectricity and metal-insulator transitions, introduce the materials and their crystal structures and phase diagrams. Besides, I also explain the specific types of light-matter interaction, relevant for discussion.
I dedicate Chapter 2 in explaining the experimental methods that have been used in this thesis with great detail, specifically the techniques such as interferometry, ultrafast spectroscopy, and femtosecond X-ray diffraction.
Due to asymmetric crystal structure of ferroelectrics, the dynamics and the movement of photoexcited electrons in the band depends on the crystal potentials along specific wavevectors. The Bulk photovoltaic effect (BPVE) in ferroelectrics exemplifies one instance of how crystal symmetry affects carrier generation and dynamics. While the theoretical understanding about BPVE has been sound, the microscopic charge transport mechanism and the intrinsic efficiency of the BPVE still remains elusive. In particular, direct visualization of carrier dynamics in BPVE was still missing. In Chapter 3, using an ultrafast spatiotemporal microscopy technique on multiferroic BiFeO3 , I directly
visualize the spatial transport of photoexcited carriers on ultrafast time scales that take part in the BPVE. From the experimental observations, I conclude that the direction of ferroelectric polarization dictates an asymmetric drift of electrons along the polar axis and that BPVE intrinsically is an efficient process compared to macroscopic efficiencies reported for devices.
In Chapter 4, instead of looking at how crystal structure and polarization affects photocarriers
and their movement, I study how the presence of photocarriers affects the electrical polarization and spontaneous strain, causing photostriction. On freestanding circular membranes of BaTiO3 , I show that photoinduced strain can be used to induce mechanical resonances and extract large deflections from the membranes, in contrast with the case of paraelectric SrTiO3 . Subsequently, I prove that the presence of ferroelectricity is indispensable for extracting large photostrictive responses, and that the photostrictive mechanism is the screening of ferroelectric polarization by photocarriers.
Strongly correlated electron systems, like VO2 , can switch between insulating and metallic states. The same photoexcited carriers that generate strain in a ferroelectric can drive a phase transition in such materials. In Chapter 5, I explore the dynamics of the photoinduced phase transition in an epitaxial thin film that has four co-existing phases. Using femtosecond X-ray diffraction, I track the dynamics and evolution of the coexisting phases and demonstrate how to access different parts of the phase diagram under non-equilibrium conditions. Additionally, in specific fluence regimes, we observe transition pathways that are usually inaccessible in thermal transitions. We also observe relaxation pathways that can be different from the excitation pathways giving rise to metastable states which only exist under delicate geometric/crystallographic constraints in the steady state.
Finally, in Chapter 6, I summarise the findings of the thesis. Additionally, a follow up research question to Chapter 4 has been explored and the preliminary findings are presented in Appendix A.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Físic
Modification strategies based on hybrid nanomaterials of carbon composite sensors for electroanalysis
No full textAvui dia, la química analítica exerceix un paper important en la societat. Aquesta part de la química és present en molts camps, per exemple, en la indústria, en la medicina, o ajuda en el monitoratge mediambiental d'alguns contaminants, com els metalls. Hi ha algunes tècniques que s'utilitzen en la determinació de metalls que tenen un límit de detecció (DL) baix, com l'espectrometria d'emissió atòmica amb plasma acoblat inductivament (ICP-AES), l'espectrometria de masses amb plasma acoblat inductivament (ICP-MS), i l'espectrometria d'absorció atòmica (AAS) però les tècniques electroquímiques són una bona opció a causa de les seves característiques: no requereixen pretractament de la mostra, no necessiten personal especialitzat, són econòmiques i poden ser portàtils. En els últims anys, l'ús de materials compostos basats en diferents formes al·lotròpiques de carboni ha estat una opció interessant per a personalitzar els sensors electroquímics utilitzats en aquestes tècniques i aconseguir un millor rendiment i adaptabilitat. Per a la fabricació d'aquests elèctrodes compostos s'empra una matriu aïllant i materials de carboni. Com a materials de carboni s'han emprat: grafit, nanotubs de carboni, grafè, carboni vitri, ja que són una alternativa viable a causa de les seves propietats elèctriques. Considerant tots aquests materials de carboni, en aquesta tesi es van provar en la determinació de cadmi (Cd), plom (Pb) i coure (Cu) mitjançant voltamperometria de redissolució anòdica d'ona quadrada (SWASV).
Temps enrere, la determinació electroquímica de metalls es realitzava utilitzant polarografia, i en aquesta tècnica com a elèctrode de treball s'emprava un de mercuri. El mercuri (Hg) té algunes propietats interessants, per exemple, l'afinitat amb alguns metalls que porta a la formació d'amalgames amb ells. Això disminueix el potencial de reducció d'ions metàl·lics d'interès, la qual cosa permet a la millora de la detecció electroquímica. Encara que l'ús d'elèctrodes de mercuri no és respectuós amb el medi ambient, es poden trobar algunes alternatives per a aprofitar les seves propietats reduint els riscos associats. Per això, en aquesta tesi es va realitzar la modificació superficial de l'elèctrode compost amb dos tipus de nanopartícules de mercuri (HgNPs). I es va avaluar el rendiment d'aquestes modificacions analitzant Cd, Pb i Cu utilitzant SWASV en aigua de l'aixeta dopada, aigua de la Mar Menor i mostres més complexes (com per exemple, procedents de la digestió àcida de residus de les vinyes).
Una altra propietat dels materials de carboni és que poden ser biocompatibles, per això en aquesta tesi es va proposar una nova modificació superficial per a explorar aquesta propietat. Els polymersomes (Psomes), que són vesícules polimèriques capaces de reaccionar a estímuls externs (com a pH, camps magnètics, canvi de temperatura, etc.) s'han emprat per a desenvolupar biosensors. Els Psomes es van carregar amb Glucosa Oxidasa (GOx), que és un enzim natural capaç de catalitzar la transformació de glucosa en àcid glucònic H2O2, i aquesta últim es va detectar electroquímicament, utilitzant la tècnica de cronoamperometria.
A més, es va proposar una reacció en cascada per a avaluar la comunicació entre les diferents vesícules carregades (compartimentació). L'ús dels Psomes carregats amb GOx per a produir H2O2 i el consum d'aquest es va provar utilitzant dos Psomes amb càrrega diferent: d'una banda, Psomes carregats amb un enzim natural, Catalasa (CAT), i per un altre, Psomes carregats amb Clorur de Hemin, que és una nanozima.Hoy en día, la química analítica desempeña un papel importante en la sociedad. Esta parte de la química está presente en muchos campos, por ejemplo, en la industria, en la medicina, o ayuda en la monitorización medioambiental de algunos contaminantes, como los metales. Hay algunas técnicas que se utilizan en la determinación de metales que tienen un bajo límite de detección (DL), como la espectrometría de emisión atómica con plasma acoplado inductivamente (ICP-AES), la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) y la espectrometría de absorción atómica (AAS) pero las técnicas electroquímicas son una buena opción debido a sus características: no requieren pretratamiento de la muestra, no necesitan personal especializado, son económicas y pueden ser portátiles. En los últimos años, el uso de materiales compuestos basados en distintos alótropos de carbono ha sido una opción interesante para personalizar los sensores electroquímicos utilizados en dichas técnicas y conseguir un mejor rendimiento y adaptabilidad. Para la fabricación de estos electrodos compuestos, se han utilizado una matriz aislante y materiales de carbono. Como materiales de carbono se han usado grafito, nanotubos de carbono, grafeno, carbono vítreo, ya que son una alternativa viable debido a sus propiedades eléctricas. Considerando todos estos materiales de carbono, en esta tesis se probaron en la determinación de cadmio (Cd), plomo (Pb) y cobre (Cu) mediante voltamperometría de redisolución anódica de onda cuadrada (SWASV).
Tiempo atrás, la determinación electroquímica de metales se realizaba utilizando polarografía, y en esta técnica como electrodo de trabajo se empleaba uno de mercurio. El mercurio tiene algunas propiedades interesantes, por ejemplo, la afinidad con algunos metales que lleva a la formación de amalgamas con ellos. Eso disminuye el potencial de reducción de iones metálicos de interés, lo que puede mejorar la detección electroquímica. Aunque el uso de electrodos de mercurio no es respetuoso con el medio ambiente, se pueden encontrar algunas alternativas para aprovechar sus propiedades reduciendo los riesgos asociados. Por ello, en esta tesis se realizó la modificación superficial del electrodo compuesto con dos tipos de nanopartículas de mercurio (HgNPs). Y se evaluó el rendimiento de estas modificaciones analizando Cd, Pb y Cu utilizando SWASV en agua del grifo dopada, agua del Mar Menor y muestras más complejas (por ejemplo, procedentes de la digestión ácida de residuos de los viñedos).
Otra propiedad de los materiales de carbono es que pueden ser biocompatibles, por ello en esta tesis se propuso una nueva modificación superficial para explorar esta propiedad. Los polymersomes (Psomes), que son vesículas poliméricas capaces de reaccionar a estímulos externos (como pH, campo magnético, temperatura, cambio de temperatura, etc.) se utilizaron para desarrollar biosensores. Los Psomes se cargaron con Glucosa Oxidasa (GOx), que es una enzima natural capaz de catalizar la transformación de glucosa en acido glucónico y H2O2, y este último se detectó electroquímicamente, utilizando la técnica de cronoamperometría.
Además, se propuso una reacción en cascada para evaluar la comunicación entre las diferentes vesículas cargadas (compartimentación). El uso de los Psomes cargadas con GOx para producir H2O2 y el consumo de este se probó utilizando dos Psomes con carga diferente: por un lado, Psomes cargados con una enzima natural, Catalasa (CAT), y por otro, Psomes cargados con Cloruro de Hemin, que es una nanozima.Nowadays, analytical chemistry has an important role in society. This part of the chemistry is present in a lot of fields, for example in industry, in medicine, or it helps in the environmental monitoring of some contaminants, such as metals. Among some techniques to use in metals determination with low detection limit (DL), such as inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES), inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS), and atomic absorption spectrometry (AAS), electrochemical techniques are a complementary strategy due to their characteristics: no time-consuming sample pretreatment, no specialize personnel is required, cost-effective and can be portable. In the last years, the use of composite materials based on different carbon allotropes has been an interesting option to customize the electrochemical sensors used in these techniques and achieve a better performance. For the fabrication of these composite electrodes, an isolating matrix and carbon materials are used. As carbon materials: graphite, carbon nanotubes, graphene, and glassy carbon, are viable alternatives because of their electrical properties. Considering all these carbon materials, in this thesis they were tested in cadmium (Cd), lead (Pb) and copper (Cu) determination using square wave anodic stripping voltammetry (SWASV).
Time ago, the electrochemical determination of metals was done using polarography, and as a working electrode one made of mercury was used. Mercury has some interesting properties, for example the affinity with some metals leading to the formation of amalgams with them. That decreases the reduction potential of this metal ion analyte, that can improve the electrochemical detection. Even though the use of mercury electrodes is not environmentally friendly, some alternatives can be found to exploit its properties while reducing related risks. For that reason, in this thesis the superficial modification of the composite electrode was performed with two type of mercury nanoparticles (HgNPs). And the performance of these modifications was evaluated analysing Cd, Pb and Cu using SWASV in spiked tap water, Mar Menor water and more complex samples (as from the acid digestion of vineyards residues).
Another property of the carbon materials is that they can have biocompatibility, for that reason a new surface modification to explore this property was proposed in this thesis. The polymersomes (Psomes), which are polymeric vesicles able to react to some external stimulus (pH, magnetic field, temperature, change in temperature, etc.) are used to develop biosensors. Psomes were loaded with Glucose Oxidase (GOx), which is a natural enzyme that can catalyse the transformation of glucose in H2O2 and gluconic acid, and the hydrogen peroxide was detected electrochemically, using chronoamperometry.
Furthermore, a cascade reaction was proposed to evaluate the communication between different loaded vesicles (compartmentalization). Using the GOx loaded Psomes to produce H2O2 and then the consumption of hydrogen peroxide was tested using two different loaded Psomes: on one hand, Psomes loaded with a natural enzyme, Catalase (CAT), and on the other hand, Hemin Chloride loaded Psomes, which is a nanozyme.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
Limits to Blue Growth: Linking Marine Sustainability and Degrowth in the North-Western Mediterranean
No full textEn la darrera dècada, el decreixement ha emergit com un marc útil per entendre el paper de les economies basades en el creixement en la desestabilització dels sistemes de suport vital del planeta, així com un conjunt d'eines conceptuals per imaginar i planificar futurs socioecològics sostenibles i desitjables. No obstant això, la poca relació entre la sostenibilitat marina i la investigació sobre el decreixement representa un buit significatiu en la literatura, que dificulta l'exploració de vies teòriques i empíriques prometedores. En una situació en què les ciències socials i les humanitats estan prenent lentament un "gir oceànic" i l'economia blava s'està convertint en el paradigma de sostenibilitat dominant en els cercles internacionals de governança oceànica, la investigació sobre el decreixement ha de tornar-se "blava" i abordar problemes clau de sostenibilitat marina. Amb aquesta finalitat, en aquesta dissertació, torno a la vella qüestió dels límits del creixement des d'una perspectiva marina utilitzant una lent crítica situada. Em pregunto, com funciona l'oceà tant com a conducte com a barrera per a nocions i projectes de creixement? A diferència de l'enfocament de modelització de l'informe original Limits to Growth, el meu objectiu és proporcionar una anàlisi en profunditat de les condicions socials, econòmiques i culturals que donen lloc o limiten els imaginaris i projectes de creixement basats en els oceans. Centrant-me en la Mediterrània nord-occidental, un lloc amb una concentració històricament alta d'indústries marítimes i costaneres que s'està convertint en una regió líder en la promoció i el desenvolupament de l'economia blava, intento respondre aquesta pregunta mirant i) com l'oceà ha estat un escenari per a la gran acceleració, ii) com ha alimentat l'imperatiu de créixer, i iii) com ha establert límits al creixement. A partir d'una panoràmica històrica de les nocions i projectes de creixement darrere del desenvolupament de les indústries marítimes a la Mediterrània espanyola, juntament amb el treball etnogràfic realitzat sobre dos casos d'estudi sobre les indústries navilieres i pesqueres contemporànies, mostro com tant la materialitat com la construcció social de l'oceà han generat imaginaris de creixement, així com projectes d'autolimitació col·lectiva particulars. Basant-me en idees i metodologies de l'ecologia política, l'economia ecològica i la història ambiental, en aquest treball vinculo les preocupacions de sostenibilitat marina amb els debats sobre els estudis sobre el decreixement emergent. Els resultats d'aquesta tesi apunten a la necessitat d'abandonar les perspectives terracèntriques en la recerca sobre el decreixement i promoure un paradigma de sostenibilitat contrahegemònica del decreixement blau en la governança oceànica.En la última década, el decrecimiento se ha convertido en un marco útil para comprender el papel de las economías basadas en el crecimiento en la desestabilización de los sistemas de soporte vital del planeta, así como en un conjunto de herramientas conceptuales para imaginar y planificar futuros socioecológicos sostenibles y deseables. Sin embargo, la escasa relación entre la sostenibilidad marina y la investigación sobre el decrecimiento representa una laguna significativa en la literatura, lo que impide la exploración de vías teóricas y empíricas prometedoras. En una situación en la que las ciencias sociales y las humanidades están dando lentamente un "giro oceánico" y la economía azul se está convirtiendo en el paradigma de sostenibilidad dominante en los círculos internacionales de gobernanza de los océanos, la investigación sobre el decrecimiento debe volverse "azul" y abordar los problemas clave de la sostenibilidad marina. Con este fin, en esta tesis, vuelvo a la vieja cuestión de los límites del crecimiento desde una perspectiva marina utilizando una lente crítica situada. Pregunto, ¿cómo funciona el océano como un conducto y una barrera para las nociones y proyectos de crecimiento? A diferencia del enfoque de modelización del informe original de Limits to Growth, mi objetivo es proporcionar un análisis en profundidad de las condiciones sociales, económicas y culturales que dan lugar o limitan los imaginarios y proyectos de crecimiento basados en los océanos. Centrándome en el noroeste del Mediterráneo, un lugar con una concentración históricamente alta de industrias marítimas y costeras que se está convirtiendo en una región líder en la promoción y el desarrollo de la economía azul, intento responder a esta pregunta analizando i) cómo el océano ha sido un escenario para la gran aceleración, ii) cómo ha alimentado el imperativo de crecer, y iii) cómo ha establecido límites al crecimiento. A partir de un recorrido histórico por las nociones y proyectos de crecimiento que sustentan el desarrollo de las industrias marítimas en el Mediterráneo español, junto con el trabajo etnográfico realizado sobre dos estudios de caso sobre las industrias marítimas y pesqueras contemporáneas, muestro cómo tanto la materialidad como la construcción social del Océano han generado imaginarios de crecimiento, así como proyectos colectivos de autolimitación particulares. Basándome en ideas y metodologías de la ecología política, la economía ecológica y la historia ambiental, en este trabajo vinculo las preocupaciones sobre la sostenibilidad marina con los debates sobre los estudios emergentes sobre el decrecimiento. Los resultados de esta tesis apuntan a la necesidad de abandonar las perspectivas terracéntricas en la investigación del decrecimiento y promover un paradigma de sostenibilidad contrahegemónico del decrecimiento azul en la gobernanza de los océanos.In the last decade, degrowth has emerged as a useful framework for understanding the role of growth-based economies in the destabilization of the planet's life-support systems as well as a conceptual toolkit to imagine and plan sustainable and desirable socio-ecological futures. However, little engagement between marine sustainability and degrowth research represents a significant gap in the literature, foreclosing the exploration of promising theoretical and empirical avenues. In a situation where the social sciences and humanities are slowly taking a "oceanic turn" and the blue economy is becoming the dominant sustainability paradigm in international Ocean governance circles, degrowth research must turn "blue" and tackle key marine sustainability problems. To this end, in this dissertation, I return to the old sustainability question of the limits to growth from a marine perspective using a situated critical lens. I ask, how does the Ocean work both as a conduit and a barrier for notions and projects of growth? Unlike the modelling approach of the original Limits to Growth report, my objective is to provide an in-depth analysis of the social, economic, and cultural conditions that give rise to or limit ocean-based growth imaginaries and projects. Focusing on the northwestern Mediterranean, a place with a historically high concentration of maritime and coastal industries that is becoming a leading region in the promotion and development of the blue economy, I attempt to answer this question by looking at i) how the ocean has been a stage for the great acceleration, ii) how it has fueled the imperative to grow, and iii) how it has established limits to growth. Based on a historical overview of the notions and projects of growth behind the development of maritime industries in the Spanish Mediterranean, together with ethnographic work carried out on two case studies on the contemporary shipping and fishing industries, I show how both the materiality and the social construction of the Ocean have generated growth imaginaries, as well as collective self-limitation projects that are distinct from those on land. Drawing on insights and methodologies from political ecology, ecological economics, and environmental history, this thesis links marine sustainability concerns with debates on emerging degrowth scholarship. The results of this dissertation point to the need to abandon terra-centric perspectives in degrowth research and promote a blue degrowth counterhegemonic sustainability paradigm in Ocean governance.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambiental
The role of molecular and supramolecular interactions in metal carboxylates with N-donor ligands. Study of their structure-photophysical properties relationship
No full textLa química de coordinació va ser la base de la ciència de materials i abasta tots els fonaments per a comprendre millor les propietats dels materials i relacionar l'estructura amb les seves propietats. En particular, la comprensió i correlació de les propietats fotofísiques va ser el primer objectiu però encara l'estratègia més fructífera per dissenyar materials amb les propietats desitjades. En aquest sentit, aquest treball de doctorat es dedica a la síntesi i caracterització dels complexos Cu(II), Cu(I), Zn(II), Cd(II), Hg(II), Hg(I) i a la comprensió de si la seva estructura de relació fotofísica-propietats. Dins d'aquesta aportació, es presenten un total de 55 complexos i s'ha elucidat l'estructura cristal·lina de raigs X de tots ells excepte un. S'han identificat i racionalitzat les principals interaccions supramoleculars.
El capítol 1 proporciona una visió general dels principals temes tractats en els següents capítols per establir les bases per a la comprensió dels resultats.
En el capítol 2 s'enuncien els objectius generals d'aquesta tesi.
El capítol 3 presenta una família de complexos Cu(II) resultants de la reactivitat del compost parental [Cu(OAc)(Pip)(MeOH)]2 (OAc ). acetat; Pip ). 1,3-benzodioxol-5-àcid carboxílic, Pip; MeOH ). metanol). Es destaca la importància i la competència de les interaccions intermoleculars, emfatitzant el paper de l'aigua en l'assemblatge de complexos de coordinació, especialment per a ions polaritzadors forts com Cu(II).
El capítol 4 comprèn un conjunt de complexos Zn(II) i Cd(II) i relaciona les seves propietats fotofísiques amb la seva disposició molecular. Aquests resultats van ser recolzats per càlculs DFT i TD-DFT en solució.
El capítol 5 amplia la recerca sobre el capítol 4 amb Hg(II) i dona lloc a l'estudi de mescles polimòrfiques i la capacitat de resposta de les propietats fotofísiques als canvis subtils en l'estructura cristal·lina. Els fonaments d'aquest capítol es basen en un capítol de llibre escrit durant l'elaboració d'aquesta tesi. Aquests estudis es van complementar amb càlculs de DFT i TD-DFT en solució, i càlculs de DFT periòdics en estat sòlid.
El capítol 6 se centra en halurs Hg(II) dissenyats en el marc de perovskites d'halur i iodurs Cu(I) en el marc de materials emissors de llum. Els halurs Hg(II) sintetitzats van demostrar un control estructural millorat que es reflecteix en les propietats fotofísiques resultants. Després, una família de cinc materials iodats Cu(I) van aconseguir l'emissió en tot el rang de l'espectre visible. Tota aquesta contribució està recolzada per càlculs DFT i TD-DFT.
A més, totes les publicacions relacionades amb aquest treball i el seu corresponent material complementari es poden trobar en els annexos 1 i 2.La química de coordinación fue la base de la ciencia de materiales y engloba todos los fundamentos para comprender mejor las propiedades de los materiales y relacionar la estructura con sus propiedades. En particular, la comprensión y correlación de las propiedades fotofísicas fue el primer objetivo, pero sigue siendo la estrategia más fructífera para diseñar materiales con las propiedades deseadas. Este trabajo de doctorado está dedicado a la síntesis y caracterización de complejos de Cu(II), Cu(I), Zn(II), Cd(II), Hg(II), Hg(I) y a la comprensión de la relación entre su estructura y sus propiedades fotofísicas. En esta contribución se presentan un total de 55 complejos y se ha dilucidado la estructura cristalina de rayos X de todos ellos menos uno. Se han identificado y racionalizado las principales interacciones supramoleculares.
El capítulo 1 ofrece una visión general de los principales temas tratados en los capítulos siguientes para sentar las bases de la comprensión de los resultados.
El capítulo 2 expone los objetivos generales de esta tesis.
El capítulo 3 presenta una familia de complejos de Cu(II) resultantes de la reactividad del compuesto padre [Cu(OAc)(Pip)(MeOH)]2 (OAc = acetato; Pip = ácido 1,3-benzodioxol-5-carboxílico, Pip; MeOH = metanol). Se destaca la importancia y competencia de las interacciones intermoleculares, haciendo hincapié en el papel del agua en el ensamblaje de complejos de coordinación, especialmente para iones fuertemente polarizantes como el Cu(II).
El capítulo 4 comprende un conjunto de complejos de Zn(II) y Cd(II) y relaciona sus propiedades fotofísicas con su disposición molecular. Estos resultados se apoyan en cálculos DFT y TD-DFT en disolución.
El capítulo 5 amplía la investigación del capítulo 4 con Hg(II) y da lugar al estudio de las mezclas polimórficas y la capacidad de respuesta de las propiedades fotofísicas a cambios sutiles en la estructura cristalina. Los fundamentos de este capítulo se basan en un capítulo de libro escrito durante la elaboración de esta tesis. Estos estudios se complementaron con cálculos DFT y TD-DFT en disolución, y cálculos periódicos-DFT en estado sólido.
El capítulo 6 se centra en los haluros de Hg(II) diseñados en el marco de las perovskitas de haluro y en los yoduros de Cu(I) en el marco de los materiales emisores de luz. Los haluros de Hg(II) sintetizados demostraron un control estructural mejorado que se refleja en las propiedades fotofísicas resultantes. A continuación, una familia de cinco materiales de yoduro de Cu(I) logró la emisión en todo el rango del espectro visible. Toda esta contribución está respaldada por cálculos DFT y TD-DFT.
Además, todas las publicaciones relacionadas con este trabajo y su correspondiente material suplementario pueden encontrarse en los Anexos 1 y 2.Coordination chemistry was the grounding of material science and encompasses all the basics to further understand the properties of materials and relate the structure to their properties. In particular, the understanding and correlation of photophysical properties was the first aim but still the most fruitful strategy to design materials with the desired properties. Herein, this PhD work is devoted to the synthesis and characterization of Cu(II), Cu(I), Zn(II), Cd(II), Hg(II), Hg(I) complexes and to the understanding if their structure photophysical-properties relationship. Within this contribution, a total of 55 complexes are presented and the X-ray crystal structure of all of them but one, has been elucidated. The main supramolecular interactions have been identified and rationalized.
Chapter 1 provides a general overview of the main topics discussed in the following chapters to set ground to the understanding of the results.
Chapter 2 states the general objectives of this thesis.
Chapter 3 presents a family of Cu(II) complexes resulting from the reactivity of the parent compound [Cu(OAc)(Pip)(MeOH)]2 (OAc = acetate; Pip = 1,3-benzodioxole-5-carboxylic acid, Pip; MeOH = methanol). The importance and competence of intermolecular interactions is highlighted, emphasizing the role of water in the assembly of coordination complexes, especially for strong polarizing ions such as Cu(II).
Chapter 4 comprises a set of Zn(II) and Cd(II) complexes and relates their photophysical properties to their molecular arrangement. These results were supported by DFT and TD-DFT calculations in solution.
Chapter 5 extends the research on Chapter 4 with Hg(II) and gives rise to the study of polymorphic mixtures and the responsiveness of the photophysical properties to subtle changes in the crystal structure. The fundamentals of this chapter are based on a book chapter written during the elaboration of this thesis. These studies were complemented by DFT and TD-DFT calculations in solution, and periodic-DFT calculations in the solid state.
Chapter 6 focuses on Hg(II) halides designed in the framework of halide perovskites and Cu(I)-iodides in the frame of light-emitting materials. The synthesized Hg(II) halides demonstrated an improved structural control which is reflected in the resulting photophysical properties. Then, a family of five Cu(I)-iodide materials achieved emission in the whole range of the visible spectrum. All this contribution is backed by DFT and TD-DFT calculations.
Besides, all the related publications for this work and their corresponding supplementary material can be found in Annexes 1 and 2.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
Essays in Heterogeneous Panel Data Econometrics
No full textThis thesis consists of three essays on identification, estimation, and inference on
distributional features of heterogeneous parameters using panel data. In the first
chapter, Christian Brownlees and I consider the problem of efficiently estimating a
unit-specific parameter in a heterogeneous panel setting using a class of unit averaging
estimators we propose. In the second chapter, I develop a methodology for conducting
inference on extreme quantiles of unobserved individual heterogeneity (heterogeneous
coefficients, heterogeneous treatment effects, etc.) when only noisy estimates are
available in a panel data or meta-analysis setting. The third chapter is dedicated to the
problem of estimation of the moments and the distribution of heterogeneous marginal
effects in nonparametric models with multivariate unobserved heterogeneity.Aquesta tesi consta de tres assajos sobre identificació, estimació i inferència de les
característiques de distribució de paràmetres heterogenis mitjanc¸ant dades de panell.
En el primer capítol, Christian Brownlees i jo considerem el problema d’estimar
eficientment un paràmetre específic d’una unitat en un entorn de panell heterogeni.
Proposem una classe d’estimadors basats en mitjanes ponderades d’unitats transversals
(“unit averaging”). En el segon capítol, desenvolupo una metodologia per
realitzar inferències sobre quantils extrems d’heterogeneïtat individual no observada
(coeficients heterogenis, efectes heterogenis del tractament, etc.) quan només hi ha
estimacions sorolloses disponibles en un entorn de dades de panell o metaanàlisi.
El tercer capítol està dedicat al problema de l’estimació dels moments i la distribució d’efectes marginals heterogenis en models no paramètrics amb heterogeneïtat
multivariant no observada.Programa de Doctorat en Economia, Finances i Empres
Intercultural cities, convivencia and public spaces: Perspectives of policymakers, policy implementers and target groups of Barcelona interculturality plan
Get PDFThis Ph.D. thesis is a compilation of three articles that aim to contribute to a deeper understanding of the intercultural policies by focusing on the perspectives of different actors about urban encounters and public spaces, studying the case of Barcelona Interculturality Plan which is a city-level urban integration policy. The research is based on a qualitative case study conducted between December 2020 and February 2022 in Barcelona, the capital of the autonomous community of Catalonia, of which 27.8% of the total population is foreign-born. This policy analysis provides empirical evidence about how the Intercultural City Programme is implemented on the ground as well as perspectives of different groups in relation to it. The first article explores the policymakers’ perspective dealing with how public spaces are conceived and represented in the Barcelona ICC Programme in relation to solving its inherent problematizations. The second article illuminates how the Barcelona ICC Program is implemented in practice and compares the inherent problem representations of policymakers and policy implementers about convivencia and public spaces. The third article analyses the target groups’ conceptions and experiences of convivencia and public spaces in relation to the initiatives of the ICC Programme as implemented in Barcelona. This thesis was an effort to dig into the black box of the urban integration policy (i.e. Intercultural City Program) and highlight the complex variety among different perspectives on the socio-spatial dynamics.Aquesta tesis està formada per tres articles i té l’objectiu de contribuir a una comprensió més profunda de les polítiques interculturals centrant-se en les perspectives dels diferents actors sobre les trobades urbanes i els espais públics, estudiant el cas del ‘Pla Barcelona Interculturalitat’ que és una política d’integració urbana a nivell de ciutat. La investigació es basa en un estudi de cas qualitatiu realitzat entre desembre de 2020 i febrer de 2022 a Barcelona, capital de la comunitat autònoma de Catalunya, de la qual el 27,8% de la població total és estrangera. Aquesta anàlisi de polítiques proporciona evidència empírica sobre com s'implementa el programa de Ciutat Intercultural (ICC) sobre el terreny, així com les perspectives de diferents col·lectius en relació amb aquest programa. El primer article explora la perspectiva dels responsables polítics sobre com es conceben i representen els espais públics al Programa BCN Interculturalitat en relació a la resolució de les seves problematitzacions inherents. El segon article il·lumina com s'implementa el Programa BCN Interculturalitat a la pràctica i compara les representacions de problemes inherents dels responsables polítics i els que implementen les polítiques sobre la convivència i els espais públics. I el tercer article analitza les concepcions i experiències dels col·lectius destinataris de les polítiques de convivència i d’espais públics en relació a les iniciatives implementades del Programa BCN Interculturalitat. Aquest tesi doctoral va ser un esforç per aprofundir en la caixa negra de la política d'integració urbana (és a dir, el Programa BCN Interculturalitat) i posar de relleu les llacunes i connexions entre diferents perspectives sobre la dinàmica sòcio-espacial.Programa de Doctorat en Economia, Finances i Empres
Exploring predictive biomarkers of response and overcoming resistance to PARP inhibitors and platinum-based chemotherapy in hereditary breast cancer
No full textEl càncer de mama (CM) és un dels càncers més comuns a tot el món i la principal causa de mort relacionada amb el càncer. Tradicionalment, la quimioteràpia convencional ha estat gairebé l'única opció per combatre aquesta malaltia, donant peu a altes taxes de mortalitat. No obstant, en els derrers anys, les teràpies dirigides que aprofiten les característiques moleculars específiques dels tumors per atacar-los, han incrementat la supervivència.
Aproximadament, el 18% dels CM presenta una deficiència en la via de reparació de ruptures de doble cadena (DSB) d’ADN per recombinació homòloga (HR), a causa d'alteracions somàtiques o germinals en gens clau de la via com ara BRCA1 o BRCA2. Tanmateix, aquesta deficiència en la HR (HRD) fa que aquests tumors siguin sensibles a agents que danyen l'ADN, com els inhibidors PARP (PARPi) o a la quimioteràpia basada en platí. Actualment, els PARPi es recomanen principalment per tumors HRD, que s’identifiquen ja sigui per la seva sensibilitat al platí o per la presència de mutacions en BRCA1/2. No obstant, encara hi ha marge per millorar la selecció de pacients que podrien beneficiar-se dels PARPi, ja que i) hi ha tumors amb mutacions en BRCA1/2 que son resistents i ii) hi ha tumors amb mutacions en altres gens.
El nostre laboratori ha desenvolupat el test de RAD51, un assaig d’immunofluorescència que avalua la presència de focus nuclears del RAD51, un efector clau de la via de la HR.
En aquesta tesi, vam avaluar el valor predictiu dels diferents biomarcadors de HRD disponibles, incloent la presència de mutacions en gens de la HR, cicatrius genòmiques i RAD51, en un panell de més de 100 xenoinjerts derivats de pacients (PDXs). En establir un llindar del 10%, el test de RAD51 va mostrar un valor predictiu positiu més alt en comparació amb els tests genètics i genòmics de HRD, suggerint una millor capacitat per identificar tumors sensibles als PARPi.
A més, es va realitzar un anàlisi post hoc del RAD51 en mostres de pacients amb CM primari triple negatiu que van participar en dos assajos clínics. El test va demostrar ser un biomarcador robust per estimar la prevalença de la HRD.
També vam intentar trobar opcions terapèutiques per a tumors que no van respondre als PARPi de primera generació. Específicament, vam avaluar l'activitat antitumoral de l'inhibidor selectiu de PARP1 de nova generació AZD5305, que exhibeix una capacitat millorada per atrapar PARP1 a l'ADN, mentre evita els efectes adversos hematològics quan s'inhibeix PARP2. Vam trobar que l'AZD5305 va exhibir respostes més profundes i prolongades in vivo amb comparació a l'olaparib, en un panell de 13 PDXs amb una alteració en HR.
També vam demostrar que la combinación d’AZD5305 amb agents que indueixen estrès replicatiu supera la resistència als PARPi en monoterapia. També vam demostrar que les combinacions de PARPi amb altres inhibidors que bloquejan la reparació del dany de l'ADN, com inhibidors de POLθ o DNA-PK, van mostrar respostes prolongades en tumors resistents als agents individuals.
Finalment, vam trobar que les mutacions al domini RING de BRCA1 predisposen els tumors a desenvolupar resistència als PARPi, específicament a través de la desregulació de la via de resecció, però prediuen la sensibilitat a aquestes combinacions amb PARPi.
En conclusió, les nostres dades suggereixen que RAD51 és un biomarcador precís i dinàmic que prediu la resposta als PARPi i als platíns. La seva precisió ha estat validada en models preclínics i confirmat en dos assajos clínics. Finalment, les combinacions de PARPi amb altres agents DDR són estratègies efectives per superar la resistència als PARPi en monoterapia, particularment en tumors amb mutacions al domini RING del gen BRCA1.El cáncer de mama (CM) es uno de los cánceres más comunes en todo el mundo y una de la principal causa de muerte relacionada con el cáncer. Tradicionalmente, la quimioterapia convencional ha sido prácticamente la única opción para combatir esta enfermedad, lo que ha llevado a altas tasas de mortalidad. Sin embargo, en los últimos años, las terapias dirigidas, que aprovechan las características moleculares específicas de los tumores para combatirlos, han mejorado la supervivencia del CM.
Aproximadamente el 18% de los CM presenta una deficiencia en la vía de reparación de la recombinación homóloga (HR), un mecanismo de reparación libre de errores del daño de doble cadena (DSB) en el ADN, debido a alteraciones somáticas o germinales en genes clave de la vía como BRCA1 o BRCA2. Es precisamente debido a estas deficiencias en la HR (HRD) que estos tumores son sensibles a agentes que dañan el ADN, como los inhibidores PARP (PARPi) o la quimioterapia basada en platino. Actualmente, los PARPi se recomiendan principalmente en un contexto de HRD, identificado ya sea por previa sensibilidad al platino o por la presencia de mutaciones en BRCA1/2. Sin embargo, aún hay margen para mejorar la selección de pacientes que podrían beneficiarse de los PARPi, ya que i) hay tumores con mutaciones en BRCA1/2 que son resistentes y ii) hay tumores con mutaciones en otros genes.
Nuestro laboratorio ha desarrollado el test de RAD51, un ensayo basado en la inmunofluorescencia que evalúa la presencia de focos nucleares de un efector clave de la vía de HR: RAD51.
En esta tesis, evaluamos el valor predictivo de los diferentes biomarcadores de HRD disponibles, incluyendo la presencia de mutaciones en genes de la HR, cicatrices genómicas y RAD51, en un panel de más de 100 xenoinjertos derivados de pacientes (PDXs). Establecimos que, utilizando un punto de corte del 10%, el test de RAD51 mostró un valor predictivo positivo más alto en comparación con los tests genéticos y genómicos de HRD, lo que indica una mejor capacidad para identificar tumores sensibles a los PARPi.
Además, se realizó un análisis post hoc de RAD51 en muestras de pacientes con CM primario triple negativo que participaron en dos ensayos clínicos. El test demostró ser un biomarcador robusto para estimar la prevalencia de HRD.
Además, intentamos encontrar opciones terapéuticas para tumores que no respondieron a los PARPi de primera generación. Específicamente, evaluamos la actividad antitumoral del inhibidor selectivo de PARP1 AZD5305, que exhibe una capacidad mejorada para atrapar PARP1 en el ADN mientras evita los efectos adversos hematológicos descritos cuando se inhibe PARP2. El AZD5305 exhibió respuestas más profundas y duraderas que olaparib en un panel de 13 PDXs con alteraciones en HR. Además, la combinación de AZD5305 con agentes que inducen estrés replicativo superó la resistencia a PARPi en monoterapia. Consistentemente, también demostramos que las combinaciones de PARPi con otros inhibidores que bloquean la reparación del daño del ADN, como inhibidores de POLθ o de DNA-PK, mostraron respuestas duraderas en tumores que eran resistentes a los agentes en monoterapia.
Finalmente, encontramos que los tumores con mutaciones en el dominio RING de BRCA1 mostraron resistencia a través de la desregulación de la vía de resección del ADN y sensibilidad a estas combinaciones con PARPi.
En conclusión, nuestros datos sugieren que RAD51 es un biomarcador preciso y dinámico que predice la respuesta a los PARPi y las sales de platino. Finalmente, las combinaciones de PARPi con otros agentes que inducen daño en el ADN demostraron ser estrategias efectivas para superar la resistencia a los PARPi en monoterapia, particularmente en tumores con mutaciones en el dominio RING del gen BRCA1.Breast cancer (BC) is one of the most common cancers worldwide and the leading cause of cancer-related deaths among women from industrialised countries. Traditionally, conventional chemotherapy has barely been the only option to combat this aggressive disease, leading to high mortality rates. In recent years, however, targeted therapies, which take advantage of the specific molecular characteristics of tumours to attack them, have accelerated the increase in BC survival. Approximately, 18% of BC exhibits a deficiency in the homologous recombination (HR) repair (HRR) pathway, an error-free mechanism for repairing DNA double-strand breaks (DSBs), due to somatic or germline alterations in key genes of the pathway such as BRCA1 or BRCA2. Nevertheless, it is precisely due to this HR deficiency (HRD) that these tumours are exquisitely sensitive to DNA-damaging agents, like poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi) or platinum-based chemotherapy. Nowadays, PARPi are mostly recommended in a context of HRD, identified either by platinum-sensitivity or by the presence of BRCA1/2 mutations. However, there is still room to improve selection of patients who may benefit from PARPi, as i) a high proportion of BRCA1/2-mutated tumours exhibit resistance to therapy and ii) there are patients with mutations in other genes that may benefit. Accordingly, our laboratory has developed the RAD51 test, an immunofluorescence-based assay that evaluates the presence of nuclear foci of this downstream effector of the HRR pathway.
In this thesis, we firstly assessed the predictive value of the different available HRD biomarkers including the presence of an HRR-related gene mutations, genomic scars, and RAD51 in a panel of more than 100 patient-derived xenografts (PDXs). We established that, by using a 10% cut-off, the RAD51 test showed a higher positive predictive value compared to genetic and genomic HRD tests, suggesting a better ability to identify tumours that are sensitive to PARPi and to discriminate them from those that become PARPi-resistant after restoration of the HRR pathway functionality.
In addition, a post-hoc analysis of RAD51 was conducted in samples from patients with early-stage triple negative breast cancer who participated in the PETREMAC and GeparSixto clinical trials. The test demonstrated to be a robust biomarker to estimate the prevalence of functional HRD.
In addition, we aimed to find therapeutic options for tumours that did not respond to first-generation PARPi. Specifically, we evaluated the antitumour activity of the new-generation PARP1 selective inhibitor AZD5305, which exhibits an enhanced ability to trap PARP1 on DNA while preventing the haematological adverse effects described when PARP2 is inhibited. We found that AZD5305 exhibited more profound and durable responses than olaparib in vivo in a panel of 13 HRR-altered PDXs.
We further showed that the addition of agents inducing replication stress to AZD5305 overcome resistance to PARPi alone. Consistently, we also demonstrated that combinations of PARPi with other inhibitors targeting the DNA damage repair (DDR), such as POLθ or DNA-PK inhibitors, showed durable responses in tumours that were resistant to the single agents.
We finally found that mutations in the RING domain of BRCA1 predispose tumours to develop resistance to PARPi specifically through the dysregulation of the end resection pathway but, unexpectedly, they predict sensitivity to these combinations with PARPi.
In conclusion, our data suggest that RAD51 is an accurate and dynamic biomarker that predicts response to PARPi and platinum salts. Its performance has been validated in preclinical models and further confirmed in two clinical trials. Finally, combinations of PARPi with other DDR agents are effective strategies to overcome resistance to PARPi alone, particularly in tumours with mutations in the RING domain of the BRCA1 gene.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Bioquímica, Biologia Molecular i Biomedicin