Caracterización Dinámica de Partículas Magnéticas y su Uso en Aplicaciones Biomédicas

El uso de las partículas magnéticas ha venido a más durante los últimos 10 años. Lo anterior ha estado condicionado por factores como la amplia investigación en materiales a nivel atómico, los retos propuestos por las diferentes áreas de investigación donde los niveles nanométricos cobran importancia, la inherente innovación tecnológica que pueden aportar a la industria dichas escalas y finalmente, el impacto socioeconómico que pueden tener estos avances tecnológicos. Sin embargo, la traslación a la industria de los avances tecnológicos se ha visto limitada por la falta de estrategias, ya que el 88% del conocimiento se queda en Universidades y Centros de Investigación y el resto, 12%, pasa a la industria o es obtenido en ella. En este trabajo de investigación se ha tratado de completar el círculo de idea, conceptualización, generación de conocimiento, prototipo, prueba in vitro y prueba in vivo; todo ello para dejar el menor espacio posible entre Investigación e Industria. Se ha fabricado un recinto que permite la observación del comportamiento de las partículas magnéticas cuando están inmersas en un medio con viscosidad controlada y con una fuente magnética estática. De la observación experimental se han encontrado fenómenos magnéticos como la aglomeración y la autoorganización, que han sido aprovechados, no solo para ofrecer una solución alternativa a la corrección del desprendimiento de retina, sino también para promover las mejoras de métodos de separación y/o filtrado celular, ayuda en correcciones ortopédicas o en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades degenerativas. Particularizando en la corrección del desprendimiento de retina, se ha desarrollado y patentado un Dispositivo Ocular cuya función es la de tapón del agujero retiniano, ayudando en la cicatrización de la retina. Dicho dispositivo ha sido evaluado en conejos albinos neozelandeses obteniéndose un éxito en la reaplicación de la retina del 80% y resultando su toxicidad en condición difusa tras evaluación anatomopatológica. Así mismo, el ferrofluido diseñado y fabricado se ha localizado en la zona de interacción magnética siempre y su disposición ha sido en el mayor de los casos en forma de placa pero también se han formado anillos; lo anterior no ha afectado en ningún sentido el éxito en la reaplicación de la retina. Por otro lado, no se han encontrado indicios de siderosis en la zona de interacción magnética, sus alrededores o el resto del globo ocular; ni las células han presentado apoptosis inducida por los materiales introducidos en el ojo. Sin embargo, se ha encontrado una fuerte necrosis inducida por la presión ejercida sobre la retina por el dispositivo ocular, evidenciando la necesidad de un mejor control de dicha presión. Tras la caracterización de los copos y la presión que éstos ejercen, se ha podido identificar que el dispositivo ocular se puede sintonizar para inducir una presión entre 0.5 y 2.5 mmHg; por tanto se puede vislumbrar que es posible minimizar la muerte celular causada en las células retinianas. Finalmente, tras la experimentación con conejos se ha observado que el dispositivo ocular resuelve los problemas inducidos por las siliconas o los gases e inclusive aporta ventajas competitivas de alto valor añadido como: no requerir de posiciones incómodas en el post-operatorio, no modifica las propiedades ópticas del ojo ya que no es necesario dejar silicona o gases en el interior del ojo, se pueden sellar múltiples agujeros retinianos, corrección de desprendimiento de retina inferior sin complicaciones asociadas, etc.; en definitiva mejora la calidad de vida domiciliaria del paciente además de solventar los problemas inducidos por las soluciones actuales. The using of magnetic particles has become more important during last 10 years. This event has been conditioned by several factors like a wide researching on materials at atomic level, the challenges proposed by different research areas where nanometric levels became important, the inherent technological innovation to the industry and finally, the socioeconomic impact of these kinds of technologies. However, the nanotechnological advances have not been well addressed to the industry since 88% of the acknowledge keeps on Universities and Research Centers, and the remaining 12% goes through the industry or is obtained in it. In this research work, we have tried to complete the entire process about idea, concept, acknowledge generation, prototyping and in vitro and in vivo testing; all to leave as little space as possible between Research and Industry. We have built an experimental hall which allows us the observation of magnetic particles' behavior when are immersing in a controlled viscous medium and under a static magnetic field. The experimental observation has been useful to identify and use two magnetic phenomena: agglomeration and self-organization; no only for retinal detachment, but also to improve cellular separation and/or filtered methods, orthopedic solutions or the diagnostic and treatment of degenerative diseases. Particularizing on retinal detachment, we have developed and patented an Ocular Device which its function is acting like a tampon of the retinal hole for helping with the scarring retina. The device has been evaluated in animals and the results show that we can achieve a success of 80% before rabbit’s death and non cell apoptosis, only necrosis, over the retina attached by the ocular device after anatomopathological evaluation. Also we have identified a diffuse toxicity after anatomopathological evaluation, so more experimenting must be proposed. Otherwise, the ferrofluid has been localized where the magnetic interaction area is located and its deposition has been in most cases plaque shape like but rings have also been observed; this has not affected in any way the successful reattachment of the retina. On the other hand, we have not found any evidence of siderosis in the magnetic interaction zone, near of or some other place of the ocular globe; and we did not find any apoptosis induced by the materials inserted within the eye. However full necrosis, exactly on the magnetic interaction zone, has been found and induced by the pressure exerted over the retina by the ocular device, evidencing the needing of its better control. After flakes’ characterization and its pressure exerted, we identified that the ocular device can be tuned in order to induce a pressure between 0.5 and 2.5 mmHg; therefore we can perceive that death caused to the retinal cells can be minimized. Finally, the experimentation has shown that the ocular device solves all problems induced by silicone or gases an even contributes with some other competitive advantages of high added value like: no uncomfortable postoperative positions, it does not modify any optical property of the eye because there is no needing of leaving silicone or gases inside the eye, many holes can be sealed, the inferior retinal detachment can be solve without any complications, etc.; definitively the ocular device improves patients’ quality of life.

Estudio sobre métodos de evaluación del paisaje y su potencial en la integración de las autopistas en el paisaje, nueva propuesta metodológica basada en sistemas de información geográfica y aplicación a autopistas en operación

La inclusión de las variables ambientales en el proceso de toma de decisiones relacionado con las grandes infraestructuras de transporte debe estar basada en los resultados obtenidos después de evaluarlas científicamente. El paisaje visual, entendido como el resultado de la interacción entre el observador y su entorno, toma cada vez más importancia como aspecto ambiental a tener en cuenta, tanto para las autoridades como para la sociedad. La evaluación del paisaje permite integrar las variables territoriales y su relación con el observador. Es necesario profundizar en el conocimiento de la relación del paisaje con las infraestructuras de transporte, en concreto con las autopistas, para desarrollar metodologías y herramientas científicas necesarias para su correcta evaluación. El objetivo de esta tesis es aportar una metodología que permita que el paisaje se integre como elemento estructural y funcional en el diseño de las autopistas. La investigación realizada ha permitido analizar en profundidad las variables que influyen en la percepción del paisaje propio de las autopistas, cuantificar en qué grado las intervenciones de integración paisajística mejoran dicha percepción y aportar una metodología que permite evaluar el carácter y la calidad visual del paisaje empleando fotografías e indicadores que se calculan con la ayuda de un sistema de información geográfica.ABSTRACT The inclusion of environmental variables in the decision making process related to major transport infrastructures should be based on the results obtained after scientific evaluation. The visual landscape, understood as the result of the interaction between the observer and the environment, is becoming more important as an environmental aspect to consider, both for the authorities and society. Landscape evaluation integrates territorial variables and their relationship to the viewer. This thesis deepens the knowledge of the relationship between landscape and transport infrastructures, in particular the highways. The objective of this thesis is to provide a methodology that allows the landscape to be integrated as a structural and functional element in the design of highways. This research has allowed to analyze in depth the variables that influence the perception of the highways’ landscape, to quantify the extent to which integration measures improve landscape perception and to provide a methodology to assess the character and visual quality of the landscape using photographs and indicators calculated by geographic information systems.

An evaluation of seismic hazard in La Hispaniola, after the 2010 Haiti earthquake

An evaluation of the seismic hazard in La Hispaniola Island has been carried out, as part of the cooperative project SISMO-HAITI, supported by the Technical University of Madrid (UPM) and developed by several Spanish Universities, the National Observatory of Environment and Vulnerability) ONEV of Haiti, and with contributions from the Puerto Rico Seismic Network (PRSN) and University Seismological Institute of Dominican Republic (ISU). The study was aimed at obtaining results suitable for seismic design purposes. It started with the elaboration of a seismic catalogue for the Hispaniola Island, requiring an exhaustive revision of data reported by more than 20 seismic agencies, apart from these from the PRSN and ISU. The final catalogue contains 96 historical earthquakes and 1690 instrumental events, and it was homogenized to moment magnitude, Mw. Seismotectonic models proposed for the region were revised and a new regional zonation was proposed, taking into account geological andtectonic data, seismicity, focal mechanisms, and GPS observations. In parallel, attenuation models for subduction and crustal zones were revised in previous projects and the most suitable for the Caribbean plate were selected. Then, a seismic hazard analysis was developed in terms of peak ground acceleration, PGA, and spectral accelerations, SA (T), for periods of 0.1, 0.2, 0.5, 1 and 2s, using the Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA) methodology. As a result, different hazard maps were obtained for the quoted parameters, together with Uniform Hazard Spectra for Port au Prince and the main cities in the country. Hazard deaggregation was also carried out in these towns, for the target motion given by the PGA and SA (1s) obtained for return periods of 475, 975 and 2475 years. Therefore, the controlling earthquakes for short- and long-period target motions were derived. This study was started a few months after the 2010 earthquake, as a response to an aid request from the Haitian government to the UPM, and the results are available for the definition of the first building code in Haiti.