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Resultados en pacientes intervenidos de glaucoma mediante esclerectomía profunda con implante uveoescleral y análisis morfológico del área quirúrgica con tomografía óptica de segmento anterior /

  • Romera Romero, Pau,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia
Propósito: La esclerectomía profunda no perforante es una de las cirugías de glaucoma más realizadas en nuestro medio. El propósito de esta tesis doctoral ha sido describer los resultados de los primeros pacientes intervenidos de esclerectomía profunda no perforante (EPNP) con mitomicina C e implante uveoescleral no reabsorvible de HEMA (Esnoper-Clip®) diseñado para aumentar la filtración trabecular y supraciliar. Incluimos 2 artículos pubicados en la revista Journal of Glaucoma, el primero con los resultados al año y el segundo a los dos años con un análisis del área quirúrgica mediante tomografía óptica de segmento anterior. Métodos: Hasta 41 ojos de 41 pacientes con glaucoma de ángulo abierto no controlado médicamente que recibieron cirugía de glaucoma mediante EPNP con implante uveoescleral fueron incluidos de forma prospectiva en esta tesis doctoral. En el segundo artículo también se incluyen cirugías combinadas con catarata. Resultados: Se observa una reducción significativa de la presión intraocular, pasando de 27.3±6.3 a 14.9±4.4 mm Hg a los 12 meses y 15.3±5.2 mm Hg a los 24 meses (P 0.001). También existe una reducción significativa de la tasa de medicación, pasando de 2.5 a 0.28 de media al año y de 0.36 a los dos años de la operación (P 0.001). No ocurrieron complicaciones intraoperatorias. La mayoría de complicaciones postoperatorias fueron: 4 ojos con seidel a las 24 horas (10.3%), 3 con hiphema (7.7%) y 1 con desprendimiento coroideo (2.6%). Todos se resovieron con éxito. En 25 (61%) se les realizó goniopuntura con láser Nd YAG antes del año. Conclusiones: La EPNP es una técnica segura y efectiva para el manejo del glaucoma de ángulo abierto, con resultados similares a la trabeculectomía. El implante uveoescleral es útil para mantener el espacio intraescleral y supraciliar con el paso de los años, e incrementar tanto la filtración uveoescleral y subconjuntival.
Proyecto:


Design of new ionic liquid-based electrolytes for lithium-oxygen battery /

  • Knipping, Etienne,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química
Las baterías de litio-oxigeno (Li-O2 o litio-aire) son un campo de gran interés y reciente actualidad ya que su densidad energética es teóricamente similar a la de la gasolina. Esta tecnología es potencialmente una de las mejores soluciones para el diseño y la construcción de vehículos eléctricos. Sin embargo, esta nueva tecnología seguirá sujeta a investigación al menos durante los próximos 20 años, debido a su baja ciclabilidad, su eficiencia eléctrica limitada y la dificultad para montar una celda real, segura, y capaz de funcionar en condiciones atmosféricas tan bien como a escala de laboratorio donde las condiciones son controladas. Recientemente, el uso de líquidos iónicos como disolventes verdes está captando la atención de muchos investigadores por características físico-químicas, tales como su casi nula inflamabilidad, su baja presión de vapor y su amplia ventana de potencial. En este sentido los líquidos iónicos ofrecen una alternativa interesante a los disolventes orgánicos tradicionales utilizados para los electrolitos de baterías de Li-O2. En la presente tesis doctoral, se determinan las propiedades químico-físicas de varios líquidos iónicos para diseñar un electrolito adecuado basado en los mismos. El estudio de estos parámetros, comparados con las prestaciones electroquímicas de la batería, permite encontrar una correlación entre la viscosidad, la solvatación de litio en el electrolito y la capacidad de la batería. Dado que la viscosidad de los líquidos iónicos es demasiado alta para tener una cinética de reacción adecuada en la batería, se estudian mezclas con disolventes orgánicos. Posteriormente, se caracterizan estos electrolitos compuestos de dimetilsulfóxido (DMSO), 1-etil-3-metilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)imida (EMI TFSI) y LiClO4, evaluando la idoneidad de cada formulación. La concentración óptima de EMI TFSI permite reducir el sobrepotencial de 1.43 V a 1.06 V, con una ciclabilidad de 69 ciclos, con una capacidad limitada a 200 mAh g-1. Con estos resultados, se utiliza la difracción de rayos X en tiempo real con un sincrotrón, con el objetivo de analizar la oxidación/reducción de los derivados de óxidos de litio en una batería en funcionamiento. Este estudio demuestra que el litio utilizado como material anódico, reacciona con el líquido iónico, formando LiOH en continuo, independientemente del estado de carga. La comparación entre los diferentes electrolitos, permite incrementar el conocimiento sobre el funcionamiento interno de la batería, para futuras investigaciones sobre el desarrollo de electrolitos para baterías de Li‑O2., The lithium-oxygen (Li-O2) battery has received much interest in the last few years as global energy demand is growing and availability of fossil energies becomes limited. With its high theoretical energy density approaching that of gasoline, this technology is potentially one of the best solutions for electric vehicles (EV). However, this new technology will remain a research topic for at least the next 20 following years, due to the low cyclability, the limited electrical efficiency, the low rate capability and the difficulty of assembling a safe practical cell working in ambient atmosphere as good as at the laboratory scale under well-controlled conditions. Recently, Room Temperature Ionic Liquids (RTILs) attracted much attention. Indeed, their high thermal stability, non-flammability, low vapor pressure and wide potential window can offer an interesting alternative to the traditional organic solvents for Li-O2 battery electrolyte. In this context, the chemical and physical properties of RTILs are determined in order to design a suitable RTIL-based electrolyte. The study of these parameters, compared to the electrochemical performance of the battery, enables to find a correlation between the viscosity, the lithium solvation of the electrolyte and the capacity of the battery. Given that RTILs viscosity is too high for adequate battery reaction kinetics, a mixture of an organic solvent and a RTIL is then studied. Electrolytes composed by dimethylsulfoxide (DMSO), 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMI TFSI) and LiClO4 are characterized, evaluating the suitability of such electrolyte. The optimum concentration of EMI TFSI enables to reduce the overpotential from 1.43 V to 1.06 V, with a cyclability of 69 cycles with 200 mAh g-1 of limited capacity. Thereafter, a real-time synchrotron X-ray diffraction technique is applied to analyze the oxidation/reduction of lithium oxide derivatives in an operating battery cell. Four different electrolytes composed of DMSO, a RTIL and LiClO4 are tested. This study proves that the lithium used as anode material is reacting with the RTIL, forming continuously LiOH, independently of the cycling stage. The comparisons between the different electrolytes provide insights for future investigation on the improvement of electrolyte design of this technology.
Proyecto:


María Dolores Arana : el exilio literario republicano español de 1939 desde una perspectiva feminista /

  • Trallero, Mar,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Filologia Espanyola
Departament responsable de la tesi: Departament de Filologia Espanyola., La historia del exilio literario republicano español de 1939 ha construido, a lo largo de estos casi ochenta años, un discurso con protagonistas destacados, con personajes en un segundo plano, y con otras figuras más escondidas. A las mujeres se las ha situado, de manera predominante, en este tercer espacio, prácticamente en la invisibilidad. Sin embargo, la crítica feminista se ha propuesto rescatar el papel de este colectivo con una serie de herramientas tomadas de otras corrientes críticas, como la Sociología de la Literatura. María Dolores Arana publicó su primer libro de poemas, Canciones en azul, en 1935, tenía un empleo como funcionaria del cuerpo auxiliar de aduanas, una prometedora carrera intelectual y un proyecto de vida en el que creía. La guerra civil la llevó a adquirir un compromiso con la República, que se traduciría en la participación como secretaria en el Segundo Congreso Internacional de Escritores para la Defensa de la Cultura, y a conocer a su compañero, José Ramón Arana (José Ruiz Borau). No obstante, la victoria de Franco en 1939 supuso el exilio para los Arana, primero unos meses en la República Dominicana y luego en México, donde se instalarían definitivamente. Las dificultades del exilio se agudizaron en el caso de Arana. Los apuros para conseguir un trabajo remunerado dignamente y el cuidado de su familia postergaron la continuación de una carrera truncada por el golpe militar de 1936. No obstante, en 1953 consiguió publicar su segundo libro de poesía, Árbol de sueños, antes había colaborado en revistas del exilio, como Aragón o Las Españas, y a partir de 1961 escribió para la revista española fundada por Camilo José Cela, Papeles de Son Armadans. A pesar de la complejidad de la vida cotidiana, agravada por la separación de José Ramón Arana, el anhelo intelectual no disminuyó en absoluto. Por el contrario, Arana persiguió siempre poder retomar su carrera como escritora, y por esta razón se mantuvo en constante contacto con intelectuales tanto mexicanos como españoles refugiados como ella, entre los cuales destacan, por el fuerte vínculo establecido, Guadalupe Dueñas y Fausto Vega, y Luis Cernuda y Concha Méndez. Todo ello desembocó, finalmente, en su aparición como crítica literaria de distintos periódicos y revistas mexicanos, en la publicación de dos libros divulgativos -Arrio y su querella (1966) y Zombies. El misterio de los muertos vivientes (1987)-, y en un empleo en la Secretaría de Gobernación de la República de los Estados Unidos Mexicanos. María Dolores Arana, por su trayectoria personal y literaria, constituye un ejemplo paradigmático de las mujeres españolas refugiadas en México a partir de 1939, y más concretamente las intelectuales. Poetas, dramaturgas, escritoras debieron invertir un esfuerzo mucho mayor que sus colegas hombres en retomar sus carreras profesionales, aunque no siempre les sería reconocido y sus obras valoradas en su justa medida. Sin embargo, la recuperación de estas mujeres y su producción literaria es fundamental para una mejor comprensión de la compleja y rica historia del exilio literario republicano español de 1939., The history of the Spanish republican literary exile of 1939 has built, throughout these almost eighty years, a discourse with prominent protagonists, with characters in the background, and with other more hidden figures. Women have been placed, predominantly, in this third space, practically invisibility. However, the feminist critique has proposed to rescue the role of this collective with a series of tools taken from other critical currents, such as the Sociology of Literature. María Dolores Arana published her first book of poems, Canciones en azul, in 1935, had a job as an assistant customs officer, a promising intellectual career and a life project in which she believed. The civil war led her to acquire a commitment to the Republic, which would result in her participation as secretary in the Second International Conference of Writers for the Defense of Culture, and to meet her colleague, José Ramón Arana (José Ruiz Borau). However, the victory of Franco in 1939 meant exile for the Arana, first a few months in the Dominican Republic and then in Mexico, where they would definitely settle. The difficulties of exile were exacerbated in the case of Arana. The difficulties to get a decently paid job and the care of his family delayed the continuation of a career cut short by the military coup of 1936. However, in 1953 he managed to publish his second book of poetry, Árbol de sueños, before he had collaborated in magazines of exile, such as Aragón or Las Españas, and from 1961 he wrote for the Spanish magazine founded by Camilo José Cela, Papeles de Son Armadans. Despite the complexity of everyday life, aggravated by the separation of José Ramón Arana, the intellectual yearning did not diminish at all. On the contrary, Arana persecuted always to be able to resume her career as a writer, and for this reason she remained in constant contact with both Mexican and Spanish intellectuals like her, among whom, due to the strong bond established, Guadalupe Dueñas and Fausto Vega, and Luis Cernuda and Concha Méndez. All of this culminated, finally, in his appearance as a literary critic of various Mexican newspapers and magazines, in the publication of two informative books -Arrio y su querella (1966) and Zombies. El misterio de los muertos vivientes (1987)-, and in a job in the Ministry of the Interior of the Republic of the United Mexican States. María Dolores Arana, for her personal and literary career, is a paradigmatic example of Spanish women who have taken refuge in Mexico since 1939, and more specifically, intellectuals. Poets, playwrights, writers had to invest a much greater effort than their male colleagues to resume their professional careers, although they would not always be recognized and their works valued in their proper measure. However, the recovery of these women and their literary production is fundamental to a better understanding of the complex and rich history of the Spanish Republican literary exile of 1939.
Proyecto:


Growth and characterization of nanocomposite YBa₂Cu₃O₇-[delta] - BaMO₃ (M = Zr, Hf) thin films from colloidal solutions /

  • Li, Ziliang,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Institut de Ciència de Materials de Barcelona
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
El YBa2Cu3O7-δ es el superconductor de alta temperatura con mayor potencial tecnológico para aplicaciones de potencia e imanes que trabajan bajo campos magnéticos elevados. Sin embargo, todavía es un reto mejorar sus prestaciones en forma de película delgada epitaxial con un coste bajo de fabricación. La deposición de soluciones químicas ha surgido como una técnica muy competitiva para obtener láminas delgadas epitaxiales y multicapas de alta calidad con nanoestructuras controladas. Hemos desarrollado un proceso novedoso de crecimiento mediante Calentamiento Flash que muestra un excelente potencial para la producción industrial en continuo de conductores epitaxiales de YBa2Cu3O7-δ. En esta tesis hemos establecido, por primera vez, una imagen completa que describe las fases intermedias y la evolución de la microestructura durante el calentamiento. Hemos extendido la ventana de la temperatura de crecimiento sin ninguna degradación de las propiedades superconductoras, por lo que la deposición de conductores epitaxiales de YBa2Cu3O7-δ es compatible con el uso de sustratos de cinta metálica con capas tampón de CeO2. Además, también hemos encontrado que este proceso de crecimiento promueve la formación de una alta concentración de defectos de apilamiento y, por lo tanto, de tensiones a escala nanométrica. Las láminas ultrafinas de YBa2Cu3O7-δ y nanocompuestos, en el rango de 5-50 nm, se prepararon después de una optimización de los parámetros de crecimiento. La reducción de la energía interfacial induce una alta densidad de defectos de apilamiento, lo que conduce a una matriz de YBa2Cu3O7-δ altamente distorsionada. Esta modificación microestructural se vuelve extremadamente grave cuando el grosor de la lámina delgada disminuye por debajo de 25 nm, degradando significativamente las propiedades superconductoras. También hemos estudiado la evolución de las características de las nanopartículas segregadas espontáneamente con el espesor de las láminas delgadas y su influencia en la eficiencia del anclaje de vórtices. La preparación de nanocompuestos de YBa2Cu3O7-δ a partir de nanopartículas de óxido preformadas y no reactivas que forman soluciones coloidales ha demostrado ser una estrategia muy exitosa para lograr un estricto control de las características de las nanopartículas y la optimización de la nanoestructura de las láminas delgadas superconductoras. Las perovskitas BaMO3 (M = Zr, Hf) son las composiciones más prometedoras de nanopartículas preformadas que hasta ahora han conducido a láminas delgadas de nanocompuestos de alta calidad con altas concentraciones de nanopartículas (20-25% molar). La composición y el tamaño de las nanopartículas han demostrado ser factores cruciales para adaptar el rendimiento del anclaje de vórtices bajo campos magnéticos aplicados. La aplicación del proceso de crecimiento de calentamiento flash al crecimiento de láminas delgadas nanocompuestas permite la preservación del tamaño de las nanopartículas y la generación de una alta densidad de defectos de apilamiento de pequeña longitud, que desempeñan un efecto sinérgico para aumentar la eficiencia de los centros de anclaje de vórtices artificiales y mejorar así las propiedades de los conductores. La técnica de multideposición es efectiva para aumentar aún más el espesor de la lámina delgada, mientras que la eficacia del anclaje de vórtices se conserva y la capacidad de transporte de corriente eléctrica de las láminas delgadas nanocompuestas aumenta., YBa2Cu3O7-δ (YBCO) is the best material choice to address the performances required in power applications and magnets working under high magnetic fields. However, it is still challenging to achieve low manufacturing costs and high superconducting performances of coated conductors (CCs) for large scale power applications. Chemical Solution Deposition has emerged as a very competitive technique to obtain epitaxial films and multi-layers of high quality with controlled nanostructures. We have developed a novel Flash Heating growth process that shows high potential to be compatible with the industrial reel-to-reel production of YBCO CCs. Here we have set up, for the first time, a full image describing the intermediate phase and microstructure evolution during this heating process. We extend the growth temperature window down to 750 ºC without any degradation of superconducting properties, making it being compatible with the deposition of YBCO CCs on CeO2-caped metallic tape substrates. In addition, we have also found that this growth process promotes the formation of a high concentration of stacking faults and so of nanostrain. YBCO and nanocomposite ultrathin films, in the range of 5-50 nm, have been prepared after a series optimization of growth parameters. The relief of the interfacial energy induces a high density of stacking faults, leading to a highly distorted YBCO matrix. Such microstructural disorder becomes extremely serious when the film thicknesses decrease below 25 nm, significantly degrading the superconductivity. We have also studied the evolution of the characteristics of spontaneous segregated nanoparticles with nanocomposite film thicknesses and their influence on the vortex pinning efficiency. The preparation of YBCO nanocomposites from non-reactive preformed oxide nanoparticles forming colloidal solutions has demonstrated to be a very successful strategy to achieve a tight control of the nanoparticle characteristics and the optimized nanostructural landscape on the superconducting films. BaMO3 (M=Zr, Hf) perovskites are shown to be the most promising compositions of preformed nanoparticles up to now that led to high quality nanocomposite films at high nanoparticle concentrations (20-25 mol%). The composition and size of nanoparticles have demonstrated to be crucial factors for tailoring vortex pinning performance in applied magnetic field. The application of the Flash Heating growth process in the growth of nanocomposite films allows both the preservation of nanoparticle size and the generation of a high density of short stacking faults, which play a synergistic effect to increase the artificial pinning centers and enhance the strong pinning contribution. Multi-deposition technique is proved effective to further enhance the film thickness while vortex pinning efficiency is preserved and current-carrying capacity of the nanocomposite films is increased.
Proyecto:


Estructura poblacional y mecanismos de resistencia a antibióticos en Campylobacter jejuni aislados en humanos y aves /

  • Iglesias Torrens, Yaidelys,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Genètica i de Microbiologia
Campylobacter jejuni es considerado uno de los principales patógenos entéricos a nivel mundial. Nuestro estudio, realizado con cepas aisladas de muestras de humanos, pollos de engorde y aves salvajes, mostró que existe una elevada variabilidad genética en las tres poblaciones. La población de aves salvajes fue la que mayores rasgos distintivos mostró en relación a las poblaciones de humanos y de pollos. Mediante la técnica del campo pulsado, sólo se identificaron 4 clones, los cuales se componían de entre 2 y 6 cepas aisladas de muestras de aves salvajes en tres clones y en un clon de cepas aisladas de muestras de pollos. No fue identificado ningún clon conformado por cepas aisladas de muestras de humanos pues se escogieron pacientes no relacionados con ningún brote. Mediante la técnica del MLST, se identificaron 64 secuencias tipos (ST); de las cuales sólo 3 se compartían entre todas las poblaciones de estudio, 10 entre la población humana y de pollos, y ninguna entre aves salvajes y humanos o aves salvajes y pollos. Por otra parte, se observó un elevado porcentaje de resistencia a tetraciclina (71.3%), ciprofloxacina (67.3%), ácido nalidíxico (64.6%) y ampicilina (63.3%), mientras que en menor medida a aminoglucósidos (7.3%). La población que mostró mayores valores de resistencia frente a estos antimicrobianos fueron las cepas aisladas de muestras de pollos, seguidas por las cepas aisladas de muestras de humanos y menor medida en la población de cepas aisladas de muestras de aves salvajes. Más de la mitad de las cepas estudiadas (58.2%) presentaron multiresistencia, principalmente, a ampicilina, ciprofloxacina y tetraciclina. Los mecanismos involucrados en la resistencia a ampicilina y tetraciclina no fueron exclusivamente debido a la presencia de los genes blaOXA, tetO/tetA, sino que la mutación en Thr86Ile en el gen gyrA, fue la responsable de la resistencia a ciprofloxacina. Además la presencia de las enzimas que modifican aminoglucósidos fueron las responsables, en la mayoría de los casos, de la resistencia a gentamicina, kanamicina y estreptomicina. Mediante el análisis de algunas cepas Whole Genome Sequencing y la determinación del cgMLST y wgMLST, se logró establecer un punto de corte que definió de una manera más exacta, las relaciones epidemiológicas. Además, con el uso de esta herramienta y mediante el análisis con diferentes softwares, se lograron identificar los genes y las mutaciones puntuales responsables de la resistencia a antibióticos, lo cual permitió comprobar o corroborar la información obtenida mediante las técnicas convencionales anteriormente utilizadas en el estudio. Con todos los datos obtenidos en este estudio se confirma que la campilobacteriosis es causada en humanos por el consumo de carne de pollo contaminada, y que esta contaminación puede ocurrir más allá de las granjas de cría, donde juega un papel importante la transportación y el manejo en los mataderos. También pudimos observar que la presencia de C. jejuni en aves salvajes presenta una elevada especificidad hospedador-patógeno, y que la presencia de estas aves en zonas urbanas propicia la diseminación del patógeno, lo cual representa un riesgo potencial de contaminación para los humanos., Campylobacter jejuni is considered one of the main enteric pathogens worldwide. In our study, a high genetic variability was observed in C. jejuni strains isolated from human, broiler and wild bird samples. Comparatively wild birds showed the most distinctive features among the three populations. Using pulsed field gel electrophoresis, only 4 clones were identified, each consisting of between 2 and 6 strains; 3 clones included wild bird strains and 1 clone included broiler strains. No clone was identified from strains isolated from human samples because the patients selected for this study were not associated with any outbreak. Using the MLST technique, 64 sequence types (ST) were identified, only 3 of which were found in all three study populations, 10 in both human and broiler samples, and no ST was shared between wild birds and humans, or wild birds and broilers. Among the strains, a high percentage of resistance was observed to tetracycline (71.3%), ciprofloxacin (67.3%), nalidixic acid (64.6%) and ampicillin (63.3%), and to a lesser extent to aminoglycosides (7.3%). Strains isolated from broiler samples showed the highest resistance to these antimicrobials, followed by those isolated from humans and finally from wild bird samples. More than half of the strains studied (58.2%) presented multidrug resistance, principally, to ampicillin, ciprofloxacin and tetracycline. The mechanisms involved in ampicillin and tetracycline resistance were not exclusively due to the presence of the blaOXA, tetO / tetA genes, but the Thr86Ile mutation in the gyrA gene was responsible for the resistance to ciprofloxacin. Also, in most cases, enzymes that modify aminoglycosides were responsible for the resistance observed to gentamicin, kanamycin and streptomycin. Strains analysis by Whole Genome Sequencing and the determination of cgMLST and wgMLST, enabled the establishment of a cut-off point to define the epidemiological relationships between strains more precisely. Moreover, the use of this tool together with analysis with different software allowed genes and point mutations responsible for antimicrobial resistance to be identified, which permitted the information obtained by more conventional techniques in this study to be verified or corroborated. The data obtained in this study, confirms that campylobacteriosis in humans is caused by the consumption of contaminated broiler meat, and that this contamination can occur outside of breeding farms, and is associated with transportation and slaughterhouse management. We also observed that C. jejuni in wild birds has high host-pathogen specificity, and that the presence of these birds in urban areas favors the dissemination of the pathogen, which represents a potential contamination risk for humans.
Proyecto:


La Impulsividad en adultos sanos : rasgos antropométricos y exploración estructural de la corteza cerebral /

  • Guerrero Apolo, Jesús David,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Psiquiatria i de Medicina Legal
La historia de la Psicología refleja el interés por las formas y estructura del ser humano, siendo cráneo y rostro las más estudiadas para discernir aspectos de la personalidad. Por su relevancia en numerosos trastornos psiquiátricos una conducta que ha sido objeto de numerosas investigaciones es la impulsiva, de la que han surgido distintas conceptualizaciones con cierta controversia etiológica. En este sentido, nada se ha investigado sobre la relación entre este constructo y la estructura craneofacial. No obstante, el psiquiatra francés Louis Corman (1901-1995) en sus observaciones sobre la estructura craneofacial, afirmaba que una mayor inclinación de la frente hacia atrás se relacionaba con rasgos impulsivos, observación que no ha recibido atención hasta la fecha. Por otro lado, las técnicas de neuroimagen están ayudando a clarificar que tipo de variaciones se producen en las regiones cerebrales implicadas en la impulsividad. Y aunque la investigación se ha centrado mayoritariamente en población clínica, los estudios con población sana parecen estar recibiendo mayor atención en la última década. Así, está investigación se constituyó sobre tres objetivos y cuatro hipótesis. En el primer objetivo se investigó la asociación entre la impulsividad y el grado de inclinación de la frente hacia atrás (GIF), bajo la primera hipótesis que a mayor GIF mayor impulsividad. El segundo objetivo estudió la asociación entre la impulsividad y el volumen de la materia gris (VMG) de toda la corteza cerebral. Se formuló una segunda hipótesis que a menor VMG en regiones fronto-temporales mayor impulsividad. El tercer objetivo investigó la asociación entre GIF y VMG de toda la corteza cerebral y se planteó la tercera hipótesis que a mayor GIF menor VMG en regiones fronto-temporales. Asimismo, sobre la hipótesis anterior, surgió una cuarta hipótesis para observar si un hipotético mayor GIF y menor VMG en regiones fronto-temporales, se asociaría a mayor impulsividad. Los resultados confirman ampliamente la primera hipótesis, al obtener una alta asociación positiva entre 16 de 17 factores de impulsividad analizados y GIF. La segunda hipótesis confirma disminuciones en el VMG de regiones de los lóbulos fronto-temporales, aunque también se han hallado incrementos en estos lóbulos y en regiones del lóbulo occipital. En la tercera hipótesis, mayor GIF se asoció con tres regiones cerebrales. Se halló una disminución del VMG en el lóbulo frontal (giro caudal medio frontal derecho) y en el temporal (corteza transversal temporal derecha). También hallamos disminuciones de VMG en una región parietal (giro post-central derecho). Ello confirma nuestra hipótesis aunque se esperaba un mayor número de asociaciones negativas en regiones frontales. Finalmente, en la cuarta hipótesis y en el factor de impulsividad no planeada, se confirma una asociación positiva con GIF a la vez que disminuciones de VMG en la región de la corteza transversal derecha (lóbulo temporal). En conclusión, a mayor GIF mayor impulsividad autoinformada en sujetos sanos. También deducimos que numerosas regiones cerebrales parecen estar implicadas en este constructo. Asimismo, en regiones posteriores del encéfalo, como el lóbulo occipital, no se han hallado correlaciones entre GIF y VMG, lo que parece indicar que GIF puede relacionarse con el tejido cerebral subyacente de regiones anteriores del encéfalo. En esta línea, confirmamos que GIF se asocia a un menor VMG en regiones temporales que influyen en la impulsividad no planeada, y aunque este factor también se ha relacionado con áreas frontales, en esta región no se ha encontrado una asociación conjunta con GIF. Finalmente, aunque se trata de unos resultados iniciales, abren una incipiente línea de investigación sobre la relación conjunta entre la estructura craneofacial, el tejido cerebral subyacente y aspectos de la personalidad., The history of Psychology reflects the interest in the forms and structure of the human being, being skull and face the most studied to discern aspects of personality. Due to its relevance in numerous psychiatric disorders, a behavior that has been the objective of numerous investigations is impulsiveness, from which different conceptualizations with a certain etiological controversy have emerged. In this sense, nothing has been investigated on the relationship between this construct and the craniofacial structure. However, the French psychiatrist Louis Corman (1901-1995), in his observations on the craniofacial structure, stated that a greater slant of the forehead backwards was related to impulsive features, an observation that has not received attention to date. On the other hand, neuroimaging techniques are helping to clarify what type of variations occur in the brain regions involved in impulsiveness. And while research has focused largely on the clinical population, studies of healthy populations appear to be receiving more attention in the last decade. Thus, this research was based on three objectives and four hypotheses. In the first objective, the association between impulsivity and the degree of backward slanted forehead (GIF) was investigated, under the first hypothesis that the greater the GIF the greater the impulsiveness. The second objective studied the association between impulsiveness and gray matter volume (GMV) of the entire cerebral cortex. A second hypothesis was formulated: the lower the GMV in front-temporal regions, the greater the impulsiveness. The third objective investigated the association between GIF and GMV of the entire cerebral cortex and the third hypothesis was that the higher the GIF the lower the GMV in front-temporal regions. Also, on the previous hypothesis, a fourth hypothesis emerged to observe whether a hypothetical higher GIF and lower GMV in front-temporal regions would be associated with higher impulsiveness. The results broadly confirm the first hypothesis, by obtaining a high positive association between 16 of the 17 impulsivity factors analyzed and GIF. The second hypothesis confirmed decreases in GMV in fronto-temporal lobe regions, although increases have also been found in these lobes and in occipital lobe regions. In the third hypothesis, increased GIF was associated with three brain regions. A decrease in GMV was found in the frontal lobe (right middle frontal caudal rotation) and in the temporal lobe (right temporal cortex). We also found decreases in GMV in a parietal region (right post-central rotation). This supports our hypothesis, although more negative associations were expected in frontal regions. Finally, in the fourth hypothesis and the non-planning impulsiveness factor, a positive association with GIF is confirmed as well as decreases in GMV in the region of the right lateral cortex (temporal lobe). In conclusion, the greater the GIF, the greater the self-reported impulsiveness in healthy subjects. We also infer that numerous brain regions appear to be involved in this construct. Also, in posterior regions of the brain, such as the occipital lobe, no correlations have been found between GIF and GMV, suggesting that GIF may be related to the underlying brain tissue of anterior regions of the brain. In this line, we confirm that GIF is associated with a lower GMV in temporal regions that influence non-planning impulsiveness, and although this factor has also been related to frontal areas, no common association with GIF has been found in this region. Finally, although these are initial results, they open an incipient line of research on the joint relationship between the craniofacial structure, the underlying brain tissue and personality aspects.
Proyecto:


Effects of caloric restriction on brain aging and cognitive decline : behavioral and biochemical analysis /

  • Rojic Becker, Divka Inge,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Institut de Neurociències
La restricción calórica (RC), definida como la reducción en la ingesta calórica sin causar desnutrición, ha demostrado ser una buena intervención para ralentizar el envejecimiento y aumentar la esperanza de vida. Sin embargo, los beneficios de la RC en los procesos cognitivos durante el envejecimiento han sido poco estudiados. Por esta razón, el principal objetivo de esta tesis fue determinar si el uso de la RC a lo largo de la vida puede ralentizar el deterioro cognitivo en el aprendizaje y en la memoria a corto y largo plazo, y además, modificar la expresión de diferentes parámetros moleculares en el cerebro durante el envejecimiento. Para lograrlo, se llevaron a cabo pruebas en ratas macho Wistar envejecidas (24-27 meses) alimentadas en condiciones de disminución del 30% de la ingesta desde el cuarto mes de edad, comparadas con ratas envejecidas (24-27 meses) y jóvenes (3-4 meses) alimentadas Ad libitum. Tareas conductuales: Para analizar el aprendizaje y la memoria se utilizó el laberinto acuático de Morris (MWM), la discriminación simple de olores (ODT) y la memoria de reconocimiento de objetos en un laberinto de Y. Asimismo, para verificar si variables emocionales, motoras y olfativas podían haber afectado los resultados, se utilizó el campo abierto (OF), laberinto elevado (EPM) y el test de percepción olfativa. Tareas bioquímicas: Se evaluó el estado general de salud de los animales a través de los niveles plasmáticos de triglicéridos, colesterol, fosfatasa alcalina (ALP), calcio, glucosa y hormonas como insulina, leptina, corticosterona y factor de crecimiento insulínico 1 (IGF-1). También, se cuantificaron los niveles de transmisión monoaminérgica mediante cromatografía liquida de alta eficacia (HPLC) y se analizó la transmisión glutamatérgica (niveles de receptores ionotrópicos NMDA y AMPA, tirosina hidroxilasa, triptófano hidroxilasa) y sinaptofisina, una proteína relacionada con la plasticidad sináptica, mediante Western Blot (WB). Los principales resultados de esta tesis doctoral demostraron que la RC ralentiza el proceso de envejecimiento en la memoria a largo plazo con el MWM y en la memoria a corto plazo mediante la prueba de laberinto en Y. En contra, los resultados del ODT indicaron que los animales bajo RC no mejoraron los niveles de memoria a largo plazo en tareas reforzadas con comida, ya que esta puede aumentar la capacidad de respuesta a la recompensa y la motivación hacia el rendimiento en animales ya alimentariamente restringidos. Además, la RC mejoró los procesos bioquímicos subyacentes ya que revirtió la disminución de receptores AMPA y de monoaminas en el hipocampo, aunque no se presentaron diferencias entre los niveles de SYP o receptores NMDA, lo que indica que la RC no hizo efecto sobre estas proteínas. También se comprobó que la RC no afectó la locomoción ni causó mayor ansiedad que el propio proceso de envejecimiento analizado con OF y EPM. En general, los animales con RC presentaron un buen estado de salud, sin desnutrición, igual que el grupo control, tal y como indican los niveles de ALP y leptina. Por el contrario, no se encontraron cambios en los niveles de corticosterona, insulina, glucosa e IFG-1 entre los dos grupos de animales envejecidos cuyos niveles siguieron el patrón típico del envejecimiento. En conclusión, la RC puede ser una buena intervención para desacelerar el declive cognitivo relacionado con la edad, aunque la intervención no fue efectiva en tareas con refuerzo alimentario. Además, la intervención dietética mejoró algunos de los parámetros bioquímicos o mantuvo niveles equiparables al proceso de envejecimiento en sí en otros., Caloric restriction (CR) is defined as the reduction of caloric intake, without causing malnutrition. This intervention has been shown to be capable of slowing down the progression of age-related diseases, as well as increasing animals' lifespan. However, the potential benefits of CR for cognitive processes during aging have been scarcely studied. Therefore, the main objective of the present study was to determine whether administering a CR protocol through lifespan may counteract age-induced cognitive impairment seen in short-term and long-term memory tasks, as well as modify the expression of different molecular parameters in the brain. In order to achieve this objective, we evaluated the differences in memory task performance, as well as biochemical parameters, between three groups of animals: 1. Old male Wistar rats (24-27 months) on a 30% CR diet. 2. Old (24-27 months) rats fed Ad libitum. 3. Young control rats (3-4 months) also fed Ad libitum) Behavioral tasks: In order to test learning and memory, a Morris water maze (MWM), an odor discrimination task (ODT) and an object recognition memory task in a Y maze, were carried out. To evaluate whether emotional, motor or olfactory variables affected the outcome, an open field (OF), an elevated maze (EPM) and an olfactory perception test were administered. Biochemical tasks: In order to analyze the general health of the animals, blood plasma levels of triglycerides, cholesterol, alkaline phosphatase (ALP), calcium, glucose and hormones such as insulin, leptin, corticosterone and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) were measured. In addition, in order to quantify changes in monoaminergic transmission, levels of dopamine, noradrenaline, serotonin and their metabolites were obtained from the hippocampus, striatum and frontal cortex, and analyzed using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). Furthermore, in order to explore changes in glutamatergic transmission, levels of ionotropic NMDA and AMPA receptors, tyrosine hydroxylase, tryptophan hydroxylase and synaptophysin, a synaptic plasticity protein, were obtained from the same brain areas by Western Blot (WB). The main results of this doctoral thesis indicate that CR reduces the negative effects of aging on both short-term and long-term memory, as shown by the results obtained in the object recognition task in the Y maze and in the MWM, respectively. In contrast, the results of the ODT indicate that that CR animals' performance did not improve in the long-term memory retention of an olfactory food-reinforced task, since abstaining can increase responsivity to food reward as well as the motivation to perform. Additionally, CR also enhanced the underlying biochemical processes, since it lessened the age-related diminution of AMPAr and monoaminergic levels in the HPC. However, no differences in SYP or NMDAr levels were found between groups, indicating that CR did not affect those proteins. Furthermore, results obtained in OF and EPM reveal that the nutritional intervention does not modify locomotion or anxiety levels any differently than the aging process itself. In general, CR animals were in good health with no signs of malnutrition, as demonstrated by them having the same levels of ALP and leptin in CR as their younger counterparts. Additionally, no differences in plasma levels of hormones, such as corticosterone, insulin, glucose and IFG-1 were found between Ad Libitum aged animals and the CR group, which presented typical old-age levels. In conclusion, CR can be considered to be an effective intervention to slow down age-related cognitive decline, as indicated in this doctoral thesis. However, the intervention is not effective in cognitive tasks that involve food reinforcement. In addition, said dietary intervention improved some of the biochemical parameters, or at least maintained expected levels for animals in their old-age.
Proyecto:


Effects of applying pine and corn cobs biochar on soil organic carbon in a Mediterranean agricultural land /

  • Raya Moreno, Irene,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Centre de Recerca Ecològica i d'Aplicacions Forestals
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Biologia Animal, de Biologia Vegetal i d'Ecologia
El canvi climàtic, produït per l'increment de la concentració de gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera, amenaça la integritat del nostre planeta. En aquestes circumstàncies el biochar, material obtingut a partir de biomassa pirolitzada, s'ha proposat com a una possible mesura per augmentar el segrest de carboni en sòls. L'aplicació de biochar en sòls pot servir com a magatzem de carboni a llarg termini compensant les emissions de CO2. No obstant, l'eficàcia del biochar depèn del tipus de biochar i sòl utilitzats. L'objectiu principal d'aquesta tesi és avaluar els efectes de l'aplicació de biochars de pi (PB) i de blat de moro (ZB) a una dosi de 6.5 g kg-1 en un sòl franco-arenós amb pH neutre i baix contingut de carboni orgànic (CO) en condicions de camp durant dos anys. Els objectius específics són els efectes de l'aplicació de biochar en : 1) la resistència termoquímica del CO del sòl (Capítol 1 i Capítol 2); 2) la disponibilitat del CO pels microorganismes (Capítol 3); 3) la protecció física del CO per oclusió en els agregats (Capítol 4). Els mètodes utilitzats per estudiar els efectes del biochar sobre la resistència del CO van ser: pèrdua de pes per ignició (LOI), combustió-seca (TOC), oxidació forta (sO) i feble (mO) amb dicromat-potàssic, hidròlisis-àcida (AH), oxidació amb peròxid d'hidrogen (PO) i anàlisis-isotòpic. A més, el CO-resistent del sòl i del biochar es va estimar mitjançant un balanç de masses. També, es van dur a terme dos mostrejos de sòl a curt i llarg termini (2 i 26 mesos), i es van incubar durant 250 dies. El dia 30 i 250 d'incubació va ser determinada la quantitat i la senyal isotòpica del CO2-C respirat. Addicionalment, es va mesurar el CO-dissolt en les mostres de sòl mitjançant el mètode d'extracció amb aigua-calenta. Les propietats físiques van ser avaluades quantificant el pes dels agregats estables amb aigua destil·lada i de la fracció en partícules amb hexametafosfat (per la disgregació dels agregats) utilitzant el wet-sieving apparatus. A més, el CO procedent del sòl natiu i del biochar dins i fora dels agregats es va estimar mitjançant un balanç de masses utilitzant el mO i el TOC. També es va estimar la contribució de CO del sòl i del biochar en els sòls esmenats amb ZB utilitzant el anàlisis-isotòpic. Es van trobar quantitats de ROC similars en els sòls controls estimats mitjançant mO i AH (5 g CO kg-1), mentre que més contingut de ROC es va observar en els sòls esmenats (6-12 g CO kg-1). La presencia de biochar es va detectar en els sòls esmenats mitjançant la comparació del δ13C en sòls esmenats i no-esmenats, independentment de l'origen del biochar. D'altra banda, el 35% del CO del biochar de ZB dels sòls esmenats es va perdre en dos anys com a resultat de la dissolució del biochar en el sòl. A curt termini, es va observar un priming-negatiu en sòls esmenats amb PB i el contrari en sòls esmenats amb ZB, en resposta al major contingut de CO-làbil del ZB. No obstant, un lleuger priming negatiu es va observar en els dos sòls esmenats a mig termini ja que augmenta la protecció física del CO. Mentre el PB tendeix a ser incorporat en els agregats, el ZB promou l'oclusió del CO natiu del sòl. Al esgotar-se el CO-làbil, el CO queda protegit dins dels agregats. Per tant, l'aplicació del biochar en sòls agrícoles mediterranis augmenta la persistència del CO en el sòl com a resultat de la resistència innata del CO del biochar i la protecció física augmentant el contingut de CO dins dels agregats., El incremento de gases de efecto invernadero en la atmosfera puede tener consecuencias severas para nuestro planeta. El uso de biochar como enmienda, material obtenido a partir de biomasa pirolizada, se ha propuesto como estrategia para el secuestro de carbono en el suelo. Sin embargo, la efectividad del biochar varía mucho dependiendo del biochar y el tipo de suelo. El objetivo principal de esta tesis es evaluar los efectos de dos biochares, de restos de pino (PB) y mazorca de maíz (ZB), incorporados a una dosis de 6.5 g kg-1 en un suelo de viña franco-arenosa con pH neutro y bajo contenido de carbono orgánico (CO), en condiciones de campo durante dos años. Los objetivos específicos fueron la evaluación de: 1) la resistencia del CO en el suelo a los procesos termoquímicos (Capítulo 1 y Capítulo 2); 2) la disponibilidad de CO a ser mineralizada por microorganismos del suelo (Capítulo 3); y 3) protección física de CO por aumento de agregados (Capítulo 4). Los métodos analíticos utilizados para evaluar los efectos del biochar en el CO resistente del suelo fueron: pérdida de peso por ignición (LOI), combustión-seca (TOC), oxidación fuerte (sO) y suave (mO) con dicromato potásico, hidrólisis-ácida (AH), oxidación con peróxido de hidrogeno (PO) y análisis isotópico. Además, se estimó el CO-resistente del suelo y del biochar a través de un balance de masas. Por otro lado, el suelo se muestreó a corto y medio plazo (2 y 26 meses) y las muestras se incubaron en el laboratorio durante 250 días. Se determinó el CO2-C liberado durante la respiración del suelo y la señal isotópica del día 30 y 250 de incubación. Además, se cuantificó el CO disuelto mediante un extracto con agua caliente. Para evaluar las propiedades físicas, se determinaron los agregados estables en agua destilada y el peso de la fracción particulada con hexametafosfato para la disrupción de los agregados usando el wet-sieving apparatus. El CO oxidable del suelo nativo y del biochar dentro y fuera de los agregados se estimó a través de un balance de masas usando mO y TOC. Por otro lado, mediante el análisis isotópico se estimó la contribución de CO del suelo nativo y del biochar en suelos enmendados con ZB. Se cuantificaron valores similares de ROC en los suelos control mediante AH y mO (5 g C kg-1), mientras que se obtuvieron valores de ROC más altos en los suelos enmendados con biochar (6-12 g C kg-1). Además, la detección cualitativa de biochar se logró comparando δ13C en suelos enmendados y controles, independientemente del origen del biochar. Sin embargo, el 35% de ZB-CO se perdió durante los dos años de experimento por dilución del biochar en el suelo. A corto plazo se observó un priming-negativo en suelos enmendados con PB y al contrario en los suelos con ZB debido al mayor contenido de CO-lábil en ZB comparado con PB. Sin embargo, se encontró un priming ligeramente negativo a medio plazo en ambos suelos enmendados con biochar, como consecuencia de una mayor protección física del CO. Mayores cantidades de TOC y BOC se encontraron en los agregados de los suelos enmendados aunque tuvieron lugar dos procesos diferentes, mientras el PB tiende a incorporarse en agregados el ZB promueve la oclusión del CO del suelo nativo. Al agotarse el CO-lábil, el CO-ocluido queda protegido previniendo las pérdidas adicionales por degradación. Por lo tanto, la aplicación de biochar a un suelo agrícola mediterráneo aumenta la persistencia del CO del suelo debido a la resistencia innata al biochar-CO y la protección física del CO, que previene la degradación biótica o abiótica del CO., The increment of global threats due to climate change, caused by an increase in atmospheric concentration of GHGs, is predicted to have a severe impact on our planet. The use of biochar, obtained from the thermochemical conversion of biomass in an oxygen-limited environment, as a soil amendment has been proposed as one strategy for C-sequestration. Many environmental benefits have been attributed to the application of biochar into soil, including long-term C-sequestration compensating for CO2 emissions. However, biochar effectiveness still remains under debate because effects can vary greatly depending on biochar and soil type. The main objective of this thesis was to assess the effects of two contrasting biochars, from pine wood (PB) and corn cob (ZB) remains, incorporated at a rate of 6.5 g kg-1 on a sandy loam vineyard soil with neutral pH and low organic carbon (OC) content, in field conditions over two years. Specifically, the aims were to evaluate the consequences of the addition of the different biochars on: 1) soil OC resistance to thermochemical processes (Chapter 1 and Chapter 2); 2) the potential OC availability to be mineralized by soil microorganisms (Chapter 3); and 3) physical OC protection by the promotion of aggregates (Chapter 4). The analytical methods used to evaluate the effects of biochar in soil OC-resistance were: weight loss-on-ignition (LOI), dry-combustion (TOC), strong (sO) and mild (mO) acid potassium dichromate oxidations, acid hydrolysis (AH), peroxide-oxidation (PO) and isotope analysis. Moreover, soil and biochar resistant-OC (ROC) was estimated through a mass balance. Also, soil field samples were collected at the short- and the medium-term (2 and 26 months after the application, respectively), and then incubated in the lab for 250 additional days. The CO2-C released as soil respiration and the CO2-C isotopic signature were assessed after 30 and 250 days of the incubation. Additionally, dissolved-OC was assessed in the field soil samples by hot-water extraction. Regarding physical properties, water-stable aggregates and particulate fraction weight were determined using a wet-sieving apparatus, using distilled water or hexametaphosphate for aggregates disruption. Oxidisable and resistant OC (attributed mainly to native soil and biochar, respectively) inside and outside of aggregates was estimated through a mass balance using mO and TOC. On the other hand, native soil and biochar-OC contribution in ZB biochar-amended soil was estimated by isotope analysis. The ROC estimated by AH and mO led to similar values in control soil (5 g C kg-1 soil), whereas higher ROC values were obtained in biochar-amended ones (6-12 g C kg-1 soil). Moreover, qualitative biochar detection was achieved by comparing δ13C in amended and non-amended soils regardless of the biochar feedstock origin. However, 35% of ZB biochar-OC was apparently lost over two years, which was attributed to biochar dilution into soil. In addition, in the short-term, negative-priming was observed in amended-soil with PB (made at high temperature) whereas positive-priming was seen in those amended with ZB (produced at lower temperatures) as a result of the highest labile-OC content in ZB biochar compared to PB. However, in the medium-term, slightly negative-priming effects in both biochar-amended soils were found. This could be explained by promotion of physical protection processes preventing priming. This fact was corroborated as higher TOC and BOC amount was observed inside of aggregates in biochar-amended soils compare to controls. It seems that PB tended to be incorporated into aggregates while ZB promoted native soil-OC occlusion. Then, after labile-OC has been exhausted, the promotion of OC occlusion prevented further losses. Therefore, the application of biochar to a Mediterranean agricultural soil increases soil-OC persistence due to innate biochar-OC resistance and OC physical protection, which decrease OC degradation by abiotic and biotic agents.
Proyecto:


Fruit-like and rose-like aroma production via solid-state fermentation of sugarcane bagasse : process optimization and production strategies /

  • Martínez Ávila, Óscar Mauricio,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental
Aquesta tesi es centra en l'avaluació de la fermentació en estat sòlid (FES) de residus agroindustrials, com alternatiu per a la producció d'aromes de valor afegit. Dos grups de compostos han estat considerats com a objectius. Les aromes de fruita, inclosos alguns compostos volàtils com aldehids, cetones, alcohols i èsters. D'aquests, els èsters alifàtics són aquells amb més valor afegit donat el seu particular olor a fruites. El segon grup són els aromes de roses, constituïts pel 2-feniletil alcohol (2-FA) i el 2-feniletil èster (2-FE); compostos utilitzats com a additius gràcies al seu olor a roses. En tots dos casos, l'objectiu ha estat el desenvolupament de bioprocessos basats en l'ús de residus, emprant com el bagàs de canya i les melasses de remolatxa. Amb aquest objectiu, s'ha utilitzat el llevat Generalment Reconeguda com Segur Kluyveromyces marxianus. La bioproducció de les aromes de fruita s'exposen a la primera secció. Aquesta inclou la selecció del substrat, així com l'avaluació preliminar d'algunes de les variables que afecten al procés. Un cop seleccionat el substrat, la producció d'aquests compostos ha estat avaluada a escala laboratori en bioreactors de 0.5L operats en discontinu. D'aquest apartat es pot indicar que el procés es veu significativament afectat per la temperatura i el cabal d'aire. Es va trobar que la màxima producció de volàtils (incloses totes les espècies quantificades) va ser de 161 mgVol per gram de substrat inicial en base seca (gST), a 40°C, 0.14 Lh-1g-1ST i addicionant un 35% de melasses. D'altra banda, la màxima producció d'èsters va ser obtinguda a 30°C, 0.11 Lh-1g-1ST i addicionant un 25% de melasses, aconseguint-se 47 mgEstg-1ST. Finalment, partint de l'optimització del procés a escala laboratori, el procés va ser avaluat a escales superiors (4.5 i 22L). En aquest cas, l'estudi s'ha enfocat en l'efecte que tenen les estratègies d'operació sobre l'acompliment global del procés. Així, la FES en discontinu s'ha comparat amb el procés emprant barrejat intermitent i operant en fed-batch. Aquesta última estratègia ha resultat ser una eina que afecta positivament la selectivitat cap als èsters, millorant al mateix temps alguns dels índexs de rendiment que descriuen el procés. La bioproducció d'aromes de rosa per FES és el objectiu de la segona secció. Inicialment s'ha fet l'avaluació de la FES en condicions estèrils en bioreactors de 0.5L. En aquest cas, es va desenvolupar un estudi inicial sobre les variables d'operació que afecten el procés, així com de diverses estratègies per millorar la producció. Es va trobar que la producció de 2-FA i 2-FE està associada amb l'activitat microbiològica del K. marxianus, i per tant, allargar aquesta activitat resulta en un factor decisiu per millorar la producció. En aquest sentit, l'addició de fonts addicionals de carboni, o l'ús de fed-batch han resultat ser alternatives eficients per millorar la producció de 2-FA i 2-FE. Partint dels resultats a escala laboratori, el procés va ser estudiat a escales més grans (1.6 i 22L) retirant algunes de les limitacions associades als processos a aquesta escala, com el control de temperatura i l'esterilització dels substrats. L'anàlisi d'aquesta part s'ha enfocat a l'ús d'estratègies d'operació com a eines per millorar l'acompliment global del procés. Així, la fermentació en discontinu ha estat contrastada amb la FES per fed-batch i la discontinua seqüencial. En aquest cas, la producció assolida en el procés en discontinu (17 mg2-FA+2-FE per gram de substrat inicial sec) va ser millorada a l'implementar les estratègies alternatives, aconseguint-se 19.2 mg2-FA+2-FEg-1ST al cas del fed-batch. De manera global, els resultats presentats constitueixen un pas endavant en el desenvolupament de la FES com a alternativa per produir aromes com a compostos de valor afegit a partir de residus agroindustrials., Esta tesis se centra en la evaluación de la fermentación en estado sólido (FES) de residuos agroindustriales, como alternativa para la producción de aromas de valor añadido. Dos grupos de compuestos se consideraron como objetivos a estudiar. Los aromas frutales, que incluyen algunos compuestos volátiles como aldehídos, cetonas, alcoholes y ésteres. De estos, los ésteres alifáticos se consideran los de mayor valor añadido dado el olor a frutas que proveen. El segundo, los denominados aromas de rosas, conformados por el 2-feniletil alcohol (2-FA) y el 2-feniletil éster (2-FE); compuestos empleados como aditivos dado el olor a rosas que proveen. En ambos casos, el objetivo fue el desarrollo de bioprocesos basados en el uso de residuos, empleando como materias primas el bagazo de caña y las melazas de remolacha. Con este objetivo, se utilizó la levadura Generalmente Reconocida como Segura Kluyveromyces marxianus. La bioproducción de los aromas frutales se expone en la primera sección. Esta incluye la selección del sustrato, así como la evaluación preliminar de algunas de las variables que afectan al proceso. Una vez seleccionado el sustrato, la producción de estos compuestos ha sido evaluada a escala laboratorio en bioreactores de 0.5L operados por lotes. De allí se concluye que el proceso es significativamente afectado por la temperatura y el caudal de aire. Se encontró que la máxima producción de volátiles (incluidas todas las especies cuantificadas) fue de 161 mgVol por cada gramo de sustrato inicial en base seca (gST), a 40°C, 0.14 Lh-1g-1ST y adicionando un 35% de melazas. También, la máxima producción de ésteres fue alcanzada a 30°C, 0.11 Lh-1g-1ST y 25% de melazas, con 47 mgEstg-1ST. Finalmente, partiendo de la optimización del proceso por lotes, el proceso fue evaluado en escalas superiores (4.5 y 22L). Allí, la evaluación se enfocó en el efecto que tienen las estrategias de operación sobre el desempeño global del proceso. Así, la FES por lotes se comparó ante el proceso con mezclado intermitente y operando por lotes alimentados. Esta última estrategia resultó ser una herramienta que afecta positivamente la selectividad hacia los ésteres, mejorando además los índices de desempeño que describen el proceso. La bioproducción de aromas de rosa es el objetivo de la segunda sección. Inicialmente se aprecia la evaluación de la FES en bioreactores de 0.5L. Allí, se realizó un barrido inicial sobre las variables de operación que afectan el proceso, así como de algunas estrategias para mejorar la producción. Se encontró que la producción de 2-FA y 2-FE está asociada con la actividad microbiológica del K. marxianus, con lo cual extenderla es un factor que resulta decisivo para mejorar la producción. La adición de fuentes adicionales de carbono, o el uso de una alimentación fraccionada resultaron ser eficientes para mejorar la producción. Partiendo de los resultados a escala laboratorio, el proceso fue valorado a escalas mayores (1.6 y 22L) eliminando algunas de las limitaciones asociadas al trabajo a dicha escala como el control de temperatura y la esterilización de los sustratos. El análisis de esta parte se enfocó en el uso de estrategias de operación como herramientas para mejorar el desempeño global del proceso. Allí, la fermentación por lotes se contrastó ante la FES por lotes alimentados y empleando lotes secuenciales. Así, la producción alcanzada en el proceso por lotes de 17 mg2-FA+2-FE por gramo de sustrato inicial seco fue mejorada al implementar dichas estrategias, alcanzando 19.2 mg2-FA+2-FEg-1ST en el caso de lotes alimentados y 21 mg2-FA+2-FEg-1ST en los lotes secuenciales. De modo global, los resultados presentados constituyen un paso adelante en el desarrollo de la FES como alternativa para producir estos compuestos de valor añadido a partir de residuos agroindustriales., This thesis focuses on the use of solid-state fermentation (SSF) as an alternative approach to the bioproduction of value-added aroma compounds through the valorization of selected agro-industrial residues. Specifically, two groups of objective aroma compounds have been studied. First, the fruit-like compounds, among which could be included a set of volatile scented species such as aldehydes, ketones, alcohols and esters. From these, the straight-chain esters could be catalogued as those more appreciated due to their high fruit-like aroma profile. The second group of species studied here are the semi-volatile compounds known as rose-like compounds, which are constituted by 2-phenethyl alcohol (2-PE) and 2-phenethyl acetate (2-PEA), two value-added species widely used as additives due to the rose-like odor they provide. In both cases, the aim was to develop residue-based bioprocesses using as raw materials the agro-industrial residue sugarcane bagasse (SCB) and the industry by-product sugar beet molasses (SBM). With this aim, the Generally Recognized As Safe (GRAS) yeast Kluyveromyces marxianus was used in the study. Developments related to the bioproduction of fruit-like compounds are exposed in the first section of the thesis. They include the initial substrate screening and an initial assessment of the operational variables affecting the process. Then, the optimization of the fruit-like compounds production in a batch SSF at 0.5 L system is developed. In that sense, it was found that the bioproduction is significantly affected by operational variables like the temperature and the air flow rate. While the maximum volatile production (including all the quantified species) was 161 mgVol per gram of dry substrate (g-1TS) at 40°C, 0.14 L h-1 g-1TS and 35% SBM, the ester species were maximized at 30°C, 0.11 L h-1 g-1TS and 25% SBM up to 47 mgEst g-1TS. Finally, based on the optimization of the batch SSF at lab scale, the evaluation of the process at bench-scale was performed (4.5 and 22 L scales). In this case, the analysis has been focused on the effects of some operational strategies named intermittent mixing and fed-batch SSF in the global performance of the bioprocess. Fed-batch has shown interesting characteristics affecting the selectivity of the ester species and also improving some of the evaluated performance indices. Bioproduction of the rose-like compounds via SSF is the core of the second section of this thesis. In this case, the first part is devoted to the evaluation of the feasibility of the process under sterile conditions in a batch SSF 0.5 L system. It was found that extending the K. marxianus activity is a key factor to increase the 2-PE and 2-PEA production. In this sense, by adding supplementary carbon sources to the media or splitting the substrate load (as a manner of a fed-batch mode) resulted in efficient and consistent ways to promote the biotransformation of these compounds. Based on the results at 0.5 L, the process was further evaluated at bench-scale (1.6 and 22 L scales) by releasing some of the constraints found at lab-scale such as the temperature control and the sterilization of the substrates. Again, the analysis was focused on the assessment of the operational strategies fed-batch and sequential-batch as alternative approaches to enhance the global behavior of the process. Here, strategies have succeeded increasing the 2-PE and 2-PEA production from 17 mg2-PE+2-PEA per gram of dry substrate (g-1TS) in a batch scenario, up to 19.2 mg2-PE+2-PEA g-1TS by using a fed-batch approach, and until 21 mg2-PE+2-PEA g-1TS through a sequential-batch. Overall, the results exposed in this thesis represent a step forward in the development of SSF as an alternative approach for producing valuable aroma compounds from agro-industrial wastes.
Proyecto:


Enhanced magnetoelectric effects in electrolyte-gated nanoporous metallic alloy and dense metal oxide films /

  • Quintana Puebla, Alberto,
  • Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
Esta tesis abarca el estudio de propiedades magnetoeléctricas en aleaciones magnéticas y metálicas nanoporosas, y en capas densas de óxidos de metales de transición. La naturaleza interfacial de los procesos magnetoeléctricos ha hecho que históricamente el estudio de estos fenómenos se abordara en sistemas de elevada relación superficie/volumen, limitándose muchas veces a capas ultradelgadas (1-2 nm). En esta tesis, se postula una nueva forma de afrontar el estudio de estos procesos, basada en el uso de materiales nanoporosos los cuales se caracterizan por tener una relación superficie/volumen muy elevada y una pared de poro o ligamento de pocos nanómetros. De esta forma, se han obtenido efectos magnetoeléctricos en materiales cuyo grosor global supera el centenar de nanometros. La síntesis de los materiales de interés se ha llevado a cabo por métodos de deposición electroquímica. Específicamente, se ha sacado partido de la formación de micelas al disolver copolímeros bloque en soluciones acuosas por encima de la concentración micelar crítica. Estas micelas quedan atrapadas durante el proceso de electrodeposición, actuando como agente moldeador. Usando este enfoque, se han podido sintetizar diferentes muestras de distintas morfologías y composiciones de la aleación cobre-níquel. La aplicación de voltaje se ha realizado haciendo uso de electrolitos, aprovechando la formación de una doble capa eléctrica. Con la intención de obtener efectos magnetoeléctricos puros (acumulación de carga) y evitar procesos oxidativos simultáneos, se ha utilizado un electrolito orgánico aprótico. Con este método, se pueden obtener campos eléctricos del orden de centenares de MV/cm. Gracias a este elevado campo eléctrico, junto con la enrome relación superficie/volumen de los materiales nanoporosos, se ha obtenido una disminución de la coercitividad de una muestra nanoporosa de Cu25Ni75 en un 32 %. Simulaciones ab-initio atribuyen estos cambios a modificaciones en la energía de anisotropía magnética adscritos a la acumulación de cargas electrostáticas en la aleación. En una segunda aproximación, se han realizado estudios de procesos de oxidación-reducción en medios acuosos (1M NaOH) controlados por voltaje, en este tipo de aleaciones. Después de aplicar potenciales positivos, se ha visto una modificación de un 33 % en la magnetización, debido a la oxidación selectiva del cobre en una muestra nanoporosa de Cu20Ni80. La oxidación resulta en una aleación enriquecida en níquel y, por ende, en una aleación con mayor momento magnético. En esta tesis, también se ha demostrado la idoneidad de la técnica de deposición por capas atómicas para producir recubrimientos conformales en materiales nanoporosos. Se ha visto que esta técnica permite preservar la integridad morfológica y estructural de la capa activa, asentando así las bases para aplicaciones en estado sólido. En la última parte de esta tesis, se ha demostrado la posibilidad de inducir ferromagnetismo mediante la aplicación de voltaje eléctrico en capas densas de Co3O4. El campo eléctrico aplicado da lugar a una migración iónica controlada, resultando en regiones ricas en oxígeno y otras en cobalto, estas últimas originando el ferromagnetismo. Este experimento es una de las primeras evidencias de movimiento iónico inducido por voltaje a temperatura ambiente y sin la necesidad de utilizar capas donadoras/aceptores de oxígeno (en otras palabras, sin fuentes o sumideros de oxígeno)., This Thesis covers the study of the magnetoelectric response in nanoporous metallic alloy and transition metal oxide dense films. The interfacial nature of magnetoelectric processes, independently of its origin, has limited its study to ultrathin film configurations (usually 1-2 nm). Here we propose a novel approach to overcome this thickness limitation, thus achieving magnetoelectric response in materials whose overall thickness is larger than 100 nm. To accomplish this, we have employed nanoporous materials, with pore walls and ligands of very few nanometers, which are characterized by a large surface to volume ratio. These materials have been synthesized by micelle assisted electrodeposition. Micelles get trapped during the electrodeposition process thus acting as a soft templating agent, allowing us to synthesize nanoporous copper-nickel alloy films with tunable composition and morphology. Voltage application has been performed through electrolyte-gating, taking advantage of the generation of an electrical double layer in aprotic organic electrolytes which helps to avoid spurious oxidation processes. This method allows for the application of electric fields as high as hundreds of MV/cm. Thanks to the high electric field achieved, together with the ultrahigh surface area of nanoporous materials, a 32 % reduction in the coercivity of a Cu25Ni75 nanoporous film has been achieved. Ab-initio simulations attribute this large effect to changes in the magnetic anisotropy energy due to charge accumulation in the sample $e lectrolyte interface. In a second approach, the voltage control of redox processes has been studied in aqueous electrolytes (1M NaOH). After positive bias application up to a 33 % reduction in the magnetization has been achieved in a Cu20Ni80 nanoporous sample thanks to the selective Cu oxidation. The controlled oxidation process resulted in an enriched Ni alloy which possesses a larger magnetic moment. Moreover, we have demonstrated the suitability of atomic layer deposition to conformally coat the nanoporous alloys, preserving the morphology and structure, thus setting the basis for future solid state applications. In the last part of this Thesis, it has been demonstrated that, upon electric field application, a ferromagnetic response arises in a paramagnetic single Co3O4 layer, at room temperature. The applied voltage promotes the ionic diffusion, resulting in oxygen rich and cobalt rich regions, being the latter the responsible of the induced magnetic signal. This experiment is one of the first evidences of ionic motion at room temperature without the assistance of oxygen buffer layers such as Gd2O3 or HfO2.
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