Biostimulation methods associated with early weaning and reproductive rhythms in primiparous rabbit does

El objetivo general de esta Tesis Doctoral ha sido tratar de mejorar los parámetros reproductivos de las conejas primíparas lactantes, empleando dos métodos de manejo (destete temprano y extensificación del ritmo reproductivo), que están directamente relacionados con su balance energético. Para ello, se diseñaron 2 experimentos en este tipo de hembras. En el primero, se estudió el efecto del destete a 25 días post-parto (dpp) sobre la actividad ovárica y el metabolismo energético de las conejas una semana más tarde (32 dpp). Un total de 34 primíparas lactantes con 8 gazapos fueron distribuidas en tres grupos: 10 conejas se sacrificaron a los 25 dpp (grupo L25), 13 fueron destetadas a los 25 dpp y sacrificadas a los 32 dpp (grupo NL32), y 11 conejas no se destetaron y fueron sacrificadas a los 32 dpp (grupo L32). No se observaron diferencias significativas entre grupos en el peso corporal, el peso del ovario, ni en las concentraciones séricas de ácidos grasos no esterificados y de proteínas totales. A pesar de que el grupo NL32 presentó un bajo consumo de alimento (122 ± 23,5 g / día, p <0,001), su contenido corporal estimado de lípidos (16,9 ± 1,09%, P <0,008), proteínas (19,7 ± 0,07%, P <0,0001), y energía (1147 ± 42,7 MJ / kg, p <0,006) fueron más elevados y las concentraciones séricas de glucosa (158 ± 24,5 mg/dl, p <0,04) más bajas que en los grupos L25 (11,9 ± 1,3%, 18,5 ± 0,08%, 942 ± 51,3 MJ/kg y 212 ± 27,9 mg/dl) y L32 (13,4 ± 1,03%, 18,5 ± 0,1%, 993 ± 40,4 MJ/kg y 259 ± 29,5 mg/dl), respectivamente. En el grupo L25 se observó un menor número medio de folículos ≥ 1 mm en la superficie ovárica en comparación con los grupos NL32 y L32 (12,7 ± 1,5 vs. 18,0 ± 1,45 y 17,6 ± 1,67, p <0,05). La población folicular ovárica en las secciones histológicas y la inmunolocalización de los receptores de prolactina fueron similares en todos los grupos. En el grupo L25, tanto la maduración nuclear de oocitos, medida en términos de tasas alcanzadas de Metafase II (67,0 vs. 79,7 y 78,3%, P <0.05) y la maduración citoplasmática, medida por el porcentaje de gránulos corticales (GC) total o parcialmente migrados en los oocitos, fueron significativamente menores que en los grupos NL32 y L32 (16,0 vs 38,3 y 60,0%, P <0.05). En conclusión, a pesar de que el destete precoz a 25 dpp pareció mejorar las reservas de energía de las conejas primíparas, este hecho no se reflejó claramente a nivel ovárico a los 32 dpp y fue similar independientemente del destete, por lo que éste último podría llevarse a cabo más tarde. En el segundo experimento, se compararon dos ritmos reproductivos. Se utilizaron un total de 48 conejas primíparas lactantes con 8 gazapos que se asignaron al azar en dos grupos experimentales: a) lactantes sacrificadas a comienzos del post-parto (11 dpp) de acuerdo a un ritmo semi-intensivo (n = 24), y b) lactantes sacrificadas al final del período post-parto (25 dpp) de acuerdo con un ritmo más extensivo (n = 24). En ellas, se estudió el peso vivo, la composición corporal estimada, parámetros metabólicos y endocrinos (estradiol y progesterona) y características ováricas como la población folicular y la tasa de atresia, así como la maduración nuclear y citoplásmica de los oocitos. En este estudio, el peso vivo, el contenido de energía corporal, los depósitos grasos y los ácidos grasos no esterificados disminuyeron a lo largo del post-parto con respecto al momento del parto (P <0,05). Las concentraciones séricas de proteínas y glucosa aumentaron en el mismo periodo post-parto (P <0,05). Se observaron similares niveles de estradiol y progesterona en ambos ritmos, así como una población folicular, tasas de maduración nuclear (tasa de oocitos en metafase II) y citoplasmática (porcentaje de oocitos con gránulos corticales migrados), similares en ambos momentos del post-parto. Sin embargo, el número de folículos preovulatorios en la superficie ovárica fue menor (P <0,05) y la tasa de atresia tendió a ser mayor con un porcentaje también menor de folículos sanos (P <0,1) en los ovarios de las hembras sometidas al ritmo extensivo. En conclusión, al final del post-parto (25 días), las conejas primíparas sin destetar muestran un deterioro de sus reservas corporales, de sus parámetros metabólicos séricos y de la calidad de sus oocitos; incluso se ha observado una ligera influencia negativa en el desarrollo de sus folículos ováricos. Por esta razón, se considera que en las conejas primíparas lactantes el manejo reproductivo extensivo (25 dpp) no presenta ninguna ventaja en comparación con el semi-intensivo (11 dpp). A la vista de los resultados de estos dos experimentos, podemos decir que ni el destete temprano, ni la extensificación del ritmo reproductivo han conseguido una mejora en los parámetros reproductivos de una hembra primípara. Por ello, son necesarios más estudios sobre el estado metabólico de la coneja primípara lactante para conseguir métodos o estrategias que lo mejoren y tengan consecuencias directas sobre la actividad reproductiva y sobre su éxito productivo. The general aim of this Thesis was to study two management methods (early weaning and extensive reproductive rhythm) linked to the energy balance of the primiparous rabbit does to improve their reproductive performance. In this sense, 2 experiments were conducted using this kind of females. In the first experiment, the effect of weaning at 25 days post-partum (dpp) on ovarian activity and energetic metabolism one week later (32 dpp) was studied. A total of 34 primiparous lactating rabbit does were used and distributed among three groups: 10 does euthanized at 25 dpp (group L25), 13 does weaned at 25 dpp and euthanized at 32 dpp (group NL32), and 11 non weaned does euthanized at 32 dpp (group L32). No significant differences were observed in live body weight, ovary weight, serum non esterified fatty acids (NEFA) and total protein concentration among groups. Although NL32 does had a low feed intake (122±23.5 g/Day; P < 0.001), their estimated lipids (16.9±1.09%, P < 0.008), protein (19.7±0.07%, P < 0.0001), and energy (1147±42.7 MJ/kg, P < 0.006) body contents were higher and their serum glucose concentrations (158±24.5 mg/dl, P < 0.04) were lower compared to L25 does (11.9±1.3%, 18.5±0.08%, 942±51.3 MJ/kg and 212±27.9 mg/dl) and L32 does (13.4±1.03%, 18.5±0.1%, 993±40.4 MJ/kg and 259±29.5 mg/dl, respectively). A lower number of follicles ≥1mm was observed compared to NL32 and L32 groups (12.7±1.5 vs. 18.0±1.45 and 17.6 ±1.67; P < 0.05) in the ovarian surface of L25 does. Follicular population in the histological ovarian sections and immunolocalization of prolactin receptor were similar in all groups. In group L25, both nuclear maturation of oocytes in terms of Metaphase II rate (67.0 vs. 79.7 and 78.3%; P < 0.05) and cytoplasmic maturation measured by percentage of cortical granules (CG), totally or partially migrated in oocytes were significantly lower than in groups NL32 and L32 (16.0 vs. 38.3 and 60.0%; P < 0.05). Consequently, a higher rate of oocytes with non-migrated CGs was found in group L25 than in groups NL32 and L32 (76.0 vs. 46.8 and 33.3%; P < 0.05). In conclusion, even though early weaning at 25 dpp seemed to improve body energy stored in primiparous does, this fact was not well reflected on the ovarian status at 32 dpp, which was similar regardless of weaning time. In the second experiment, two reproductive rhythms were compared. A total of 48 primiparous Californian x New Zealand White rabbit does suckling 8 kits were randomly allocated in two experimental groups: a) lactating does euthanized at early post-partum period (11 dpp) according to a semi-intensive rhythm (n = 24), and b) lactating does euthanized on later post-partum period (25 dpp) according to a more extensive rhythm (n = 24). Live weight, estimated body composition, serum metabolic and endocrine parameters (oestradiol and progesterone concentrations) and ovarian features like follicle population and atresia rate, and oocyte maturation were studied. Live weight, body energy content, lipid depots and serum non esterified fatty acids (NEFA) concentrations diminished from parturition time to post-partum period (P < 0.05). In addition, serum protein and glucose concentrations increased along postpartum time (P < 0.05). Similar oestradiol and progesterone levels were shown in rhythms as well as similar follicle population and nuclear and cytoplasmic maturation rates measured as metaphase II and cortical granule migration, respectively in both postpartum times. However, number of preovulatory follicles on the ovarian surface was lower (P < 0.05) and atresia rate tended to be higher with also lower percentage of healthy follicles (P < 0.1) in ovaries of females of extensive group. In conclusion, primiparous non-weaned rabbits does at late post-partum time (25 days), Did no show any improvement regarding body reserves, serum metabolic parameters and oocyte quality; even a slight negative influence has been observed in the development of their ovarian follicles. Thus this reproductive management does not present any advantage compared to earlier post-partum (11 days) reproductive rhythm. In summary, according to the obtained results from these two experiments, we can say that the application of early weaning and the extensive rhythms did not achieve an improvement in the reproductive performance of primiparous does. Thus, it is necessary to conduct more studies about the metabolic status of the primiparous lactating doe to achieve strategies in order to improve it and consequently, to improve the reproductive activity and their productive success.

A two-dimensional finite element model of front surface current flow in cells under non-uniform, concentrated illumination

A two-dimensional finite element model of current flow in the front surface of a PV cell is presented. In order to validate this model we perform an experimental test. Later, particular attention is paid to the effects of non-uniform illumination in the finger direction which is typical in a linear concentrator system. Fill factor, open circuit voltage and efficiency are shown to decrease with increasing degree of non-uniform illumination. It is shown that these detrimental effects can be mitigated significantly by reoptimization of the number of front surface metallization fingers to suit the degree of non-uniformity. The behavior of current flow in the front surface of a cell operating at open circuit voltage under non-uniform illumination is discussed in detail.

Advances in the Simultaneous Multiple Surface optical design method for imaging and non-imaging applications

Classical imaging optics has been developed over centuries in many areas, such as its paraxial imaging theory and practical design methods like multi-parametric optimization techniques. Although these imaging optical design methods can provide elegant solutions to many traditional optical problems, there are more and more new design problems, like solar concentrator, illumination system, ultra-compact camera, etc., that require maximum energy transfer efficiency, or ultra-compact optical structure. These problems do not have simple solutions from classical imaging design methods, because not only paraxial rays, but also non-paraxial rays should be well considered in the design process. Non-imaging optics is a newly developed optical discipline, which does not aim to form images, but to maximize energy transfer efficiency. One important concept developed from non-imaging optics is the “edge-ray principle”, which states that the energy flow contained in a bundle of rays will be transferred to the target, if all its edge rays are transferred to the target. Based on that concept, many CPC solar concentrators have been developed with efficiency close to the thermodynamic limit. When more than one bundle of edge-rays needs to be considered in the design, one way to obtain solutions is to use SMS method. SMS stands for Simultaneous Multiple Surface, which means several optical surfaces are constructed simultaneously. The SMS method was developed as a design method in Non-imaging optics during the 90s. The method can be considered as an extension to the Cartesian Oval calculation. In the traditional Cartesian Oval calculation, one optical surface is built to transform an input wave-front to an out-put wave-front. The SMS method however, is dedicated to solve more than 1 wave-fronts transformation problem. In the beginning, only 2 input wave-fronts and 2 output wave-fronts transformation problem was considered in the SMS design process for rotational optical systems or free-form optical systems. Usually “SMS 2D” method stands for the SMS procedure developed for rotational optical system, and “SMS 3D” method for the procedure for free-form optical system. Although the SMS method was originally employed in non-imaging optical system designs, it has been found during this thesis that with the improved capability to design more surfaces and control more input and output wave-fronts, the SMS method can also be applied to imaging system designs and possesses great advantage over traditional design methods. In this thesis, one of the main goals to achieve is to further develop the existing SMS-2D method to design with more surfaces and improve the stability of the SMS-2D and SMS-3D algorithms, so that further optimization process can be combined with SMS algorithms. The benefits of SMS plus optimization strategy over traditional optimization strategy will be explained in details for both rotational and free-form imaging optical system designs. Another main goal is to develop novel design concepts and methods suitable for challenging non-imaging applications, e.g. solar concentrator and solar tracker. This thesis comprises 9 chapters and can be grouped into two parts: the first part (chapter 2-5) contains research works in the imaging field, and the second part (chapter 6-8) contains works in the non-imaging field. In the first chapter, an introduction to basic imaging and non-imaging design concepts and theories is given. Chapter 2 presents a basic SMS-2D imaging design procedure using meridian rays. In this chapter, we will set the imaging design problem from the SMS point of view, and try to solve the problem numerically. The stability of this SMS-2D design procedure will also be discussed. The design concepts and procedures developed in this chapter lay the path for further improvement. Chapter 3 presents two improved SMS 3 surfaces’ design procedures using meridian rays (SMS-3M) and skew rays (SMS-1M2S) respectively. The major improvement has been made to the central segments selections, so that the whole SMS procedures become more stable compared to procedures described in Chapter 2. Since these two algorithms represent two types of phase space sampling, their image forming capabilities are compared in a simple objective design. Chapter 4 deals with an ultra-compact SWIR camera design with the SMS-3M method. The difficulties in this wide band camera design is how to maintain high image quality meanwhile reduce the overall system length. This interesting camera design provides a playground for the classical design method and SMS design methods. We will show designs and optical performance from both classical design method and the SMS design method. Tolerance study is also given as the end of the chapter. Chapter 5 develops a two-stage SMS-3D based optimization strategy for a 2 freeform mirrors imaging system. In the first optimization phase, the SMS-3D method is integrated into the optimization process to construct the two mirrors in an accurate way, drastically reducing the unknown parameters to only few system configuration parameters. In the second optimization phase, previous optimized mirrors are parameterized into Qbfs type polynomials and set up in code V. Code V optimization results demonstrates the effectiveness of this design strategy in this 2-mirror system design. Chapter 6 shows an etendue-squeezing condenser optics, which were prepared for the 2010 IODC illumination contest. This interesting design employs many non-imaging techniques such as the SMS method, etendue-squeezing tessellation, and groove surface design. This device has theoretical efficiency limit as high as 91.9%. Chapter 7 presents a freeform mirror-type solar concentrator with uniform irradiance on the solar cell. Traditional parabolic mirror concentrator has many drawbacks like hot-pot irradiance on the center of the cell, insufficient use of active cell area due to its rotational irradiance pattern and small acceptance angle. In order to conquer these limitations, a novel irradiance homogenization concept is developed, which lead to a free-form mirror design. Simulation results show that the free-form mirror reflector has rectangular irradiance pattern, uniform irradiance distribution and large acceptance angle, which confirm the viability of the design concept. Chapter 8 presents a novel beam-steering array optics design strategy. The goal of the design is to track large angle parallel rays by only moving optical arrays laterally, and convert it to small angle parallel output rays. The design concept is developed as an extended SMS method. Potential applications of this beam-steering device are: skylights to provide steerable natural illumination, building integrated CPV systems, and steerable LED illumination. Conclusion and future lines of work are given in Chapter 9. Resumen La óptica de formación de imagen clásica se ha ido desarrollando durante siglos, dando lugar tanto a la teoría de óptica paraxial y los métodos de diseño prácticos como a técnicas de optimización multiparamétricas. Aunque estos métodos de diseño óptico para formación de imagen puede aportar soluciones elegantes a muchos problemas convencionales, siguen apareciendo nuevos problemas de diseño óptico, concentradores solares, sistemas de iluminación, cámaras ultracompactas, etc. que requieren máxima transferencia de energía o dimensiones ultracompactas. Este tipo de problemas no se pueden resolver fácilmente con métodos clásicos de diseño porque durante el proceso de diseño no solamente se deben considerar los rayos paraxiales sino también los rayos no paraxiales. La óptica anidólica o no formadora de imagen es una disciplina que ha evolucionado en gran medida recientemente. Su objetivo no es formar imagen, es maximazar la eficiencia de transferencia de energía. Un concepto importante de la óptica anidólica son los “rayos marginales”, que se pueden utilizar para el diseño de sistemas ya que si todos los rayos marginales llegan a nuestra área del receptor, todos los rayos interiores también llegarán al receptor. Haciendo uso de este principio, se han diseñado muchos concentradores solares que funcionan cerca del límite teórico que marca la termodinámica. Cuando consideramos más de un haz de rayos marginales en nuestro diseño, una posible solución es usar el método SMS (Simultaneous Multiple Surface), el cuál diseña simultáneamente varias superficies ópticas. El SMS nació como un método de diseño para óptica anidólica durante los años 90. El método puede ser considerado como una extensión del cálculo del óvalo cartesiano. En el método del óvalo cartesiano convencional, se calcula una superficie para transformar un frente de onda entrante a otro frente de onda saliente. El método SMS permite transformar varios frentes de onda de entrada en frentes de onda de salida. Inicialmente, sólo era posible transformar dos frentes de onda con dos superficies con simetría de rotación y sin simetría de rotación, pero esta limitación ha sido superada recientemente. Nos referimos a “SMS 2D” como el método orientado a construir superficies con simetría de rotación y llamamos “SMS 3D” al método para construir superficies sin simetría de rotación o free-form. Aunque el método originalmente fue aplicado en el diseño de sistemas anidólicos, se ha observado que gracias a su capacidad para diseñar más superficies y controlar más frentes de onda de entrada y de salida, el SMS también es posible aplicarlo a sistemas de formación de imagen proporcionando una gran ventaja sobre los métodos de diseño tradicionales. Uno de los principales objetivos de la presente tesis es extender el método SMS-2D para permitir el diseño de sistemas con mayor número de superficies y mejorar la estabilidad de los algoritmos del SMS-2D y SMS-3D, haciendo posible combinar la optimización con los algoritmos. Los beneficios de combinar SMS y optimización comparado con el proceso de optimización tradicional se explican en detalle para sistemas con simetría de rotación y sin simetría de rotación. Otro objetivo importante de la tesis es el desarrollo de nuevos conceptos de diseño y nuevos métodos en el área de la concentración solar fotovoltaica. La tesis está estructurada en 9 capítulos que están agrupados en dos partes: la primera de ellas (capítulos 2-5) se centra en la óptica formadora de imagen mientras que en la segunda parte (capítulos 6-8) se presenta el trabajo del área de la óptica anidólica. El primer capítulo consta de una breve introducción de los conceptos básicos de la óptica anidólica y la óptica en formación de imagen. El capítulo 2 describe un proceso de diseño SMS-2D sencillo basado en los rayos meridianos. En este capítulo se presenta el problema de diseñar un sistema formador de imagen desde el punto de vista del SMS y se intenta obtener una solución de manera numérica. La estabilidad de este proceso se analiza con detalle. Los conceptos de diseño y los algoritmos desarrollados en este capítulo sientan la base sobre la cual se realizarán mejoras. El capítulo 3 presenta dos procedimientos para el diseño de un sistema con 3 superficies SMS, el primero basado en rayos meridianos (SMS-3M) y el segundo basado en rayos oblicuos (SMS-1M2S). La mejora más destacable recae en la selección de los segmentos centrales, que hacen más estable todo el proceso de diseño comparado con el presentado en el capítulo 2. Estos dos algoritmos representan dos tipos de muestreo del espacio de fases, su capacidad para formar imagen se compara diseñando un objetivo simple con cada uno de ellos. En el capítulo 4 se presenta un diseño ultra-compacto de una cámara SWIR diseñada usando el método SMS-3M. La dificultad del diseño de esta cámara de espectro ancho radica en mantener una alta calidad de imagen y al mismo tiempo reducir drásticamente sus dimensiones. Esta cámara es muy interesante para comparar el método de diseño clásico y el método de SMS. En este capítulo se presentan ambos diseños y se analizan sus características ópticas. En el capítulo 5 se describe la estrategia de optimización basada en el método SMS-3D. El método SMS-3D calcula las superficies ópticas de manera precisa, dejando sólo unos pocos parámetros libres para decidir la configuración del sistema. Modificando el valor de estos parámetros se genera cada vez mediante SMS-3D un sistema completo diferente. La optimización se lleva a cabo variando los mencionados parámetros y analizando el sistema generado. Los resultados muestran que esta estrategia de diseño es muy eficaz y eficiente para un sistema formado por dos espejos. En el capítulo 6 se describe un sistema de compresión de la Etendue, que fue presentado en el concurso de iluminación del IODC en 2010. Este interesante diseño hace uso de técnicas propias de la óptica anidólica, como el método SMS, el teselado de las lentes y el diseño mediante grooves. Este dispositivo tiene un límite teórica en la eficiencia del 91.9%. El capítulo 7 presenta un concentrador solar basado en un espejo free-form con irradiancia uniforme sobre la célula. Los concentradores parabólicos tienen numerosas desventajas como los puntos calientes en la zona central de la célula, uso no eficiente del área de la célula al ser ésta cuadrada y además tienen ángulos de aceptancia de reducido. Para poder superar estas limitaciones se propone un novedoso concepto de homogeneización de la irrandancia que se materializa en un diseño con espejo free-form. El análisis mediante simulación demuestra que la irradiancia es homogénea en una región rectangular y con mayor ángulo de aceptancia, lo que confirma la viabilidad del concepto de diseño. En el capítulo 8 se presenta un novedoso concepto para el diseño de sistemas afocales dinámicos. El objetivo del diseño es realizar un sistema cuyo haz de rayos de entrada pueda llegar con ángulos entre ±45º mientras que el haz de rayos a la salida sea siempre perpendicular al sistema, variando únicamente la posición de los elementos ópticos lateralmente. Las aplicaciones potenciales de este dispositivo son varias: tragaluces que proporcionan iluminación natural, sistemas de concentración fotovoltaica integrados en los edificios o iluminación direccionable con LEDs. Finalmente, el último capítulo contiene las conclusiones y las líneas de investigación futura.

Non contact inspection of the fatigue damage state of carbon fiber reinforced polymer by optical surface roughness measurements

This work presents the evaluation of a new non-contact technique to assess the fatigue damage state of CFRP structures by measuring surface roughness parameters. Surface roughness and stiffness degradation have been measured in CFRP coupons cycled with constant amplitude loads, and a Pearson?s correlation of 0.79 was obtained between both variables. Results suggest that changes on the surface roughness measured in strategic zones of components made of the evaluated CFRP, could be indicative of the level of damage due to fatigue loads. This methodology could be useful for other FRP due to similarities in the fatigue damage process.