Síntesi i caracterització de membranes electrolítiques d'oxo-vanadi-sulfats per aplicacions en la reducció d'emissions de SO2

La recerca de nous materials pel desenvolupament de membranes per a la reducció d’emissions de SO2 ha estat en el punt de mira de nombrosos estudis recents, degut al seu gran potencial per a dur a terme aquests processos i pel gran impacte mediambiental causat pel SO2. La temàtica d’aquest projecte consisteix en la síntesi i caracterització de nous materials basats en compostos d’Oxo-Vanadi-Sulfats de metalls alcalins per tal de preparar aquestes membranes supressores de SO2.

Nano-electro-mechanical in dynamical cellular processes

Report for the scientific sojourn carried out at the Department of Structure and Constituents of Matter during 2007.The main focus of the work was on phenomena related to nano-electromechanical processes that take place on a cellular level. Additionally, it has also been performed independent work related to charge and energy transfer in bio molecules, energy transfer in coupled spin systems as well as electrodynamics of nonlinear metamaterials.

Could cell membranes produce acoustic streaming? Making the case for synechococcus self-propulsion

Sir James Lighthill proposed in 1992 that acoustic streaming occurs in the inner ear, as part of the cochlear amplifier mechanism. Here we hypothesize that some of the most ancient organisms use acoustic streaming not only for self-propulsion but also to enhance their nutrient uptake. We focus on a motile strain of Synechococcus, a yanobacteria whose mechanism for self-propulsion is not known. Molecular motors could work like piezoelectric transducers acting on the crystalline structure surrounding the outer cell membrane. Our calculations show that a traveling surface acoustic wave (SAW)could account for the observed velocities. These SAW waves will also produce a non-negligible Stokes layer surrounding the cell: motion within this region being essentially chaotic. Therefore, an AS mechanism would be biologically advantageous, enhancing localized diffusion processes and consequently, chemical reactions. We believe that acoustic streaming, produced by nanometer scale membrane vibrations could be widespread in cell biology. Other possible instances are yeast cells and erythrocytes. Flows generated by acoustic streaming may also be produced by silica coated diatoms along their raphe. We note that microelectromechanical (MEMS) acoustic streaming devices were first introduced in the 1990’s. Nature may have preceded this invention by 2.7 Gyr.

Disseny i optimització de membranes compòsit amb xarxes metal•loorgàniques per a nanofiltració i separacions de gasos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, entre 2007 i 2009. Aquest projecte descriu la síntesi i aplicació de nous tipus de membranes compòsit basades en xarxes metal•loorgàniques (MOFs). Aquestes es van seleccionar tenint en compte les seves propietats estructurals per tal de discriminar les espècies a separar en funció de la seva mida molecular. Les membranes obtingudes s'han aplicat satisfactòriament tant en separacions líquides, concretament en nanofiltració resistent a dissolvents (SRNF), i en separació de parells de gasos com CO2/CH4, CO2/N2 i H2/CO2. Els resultats obtinguts posen de manifest l'obtenció de membranes sense defectes i amb rendiments prometedors, en la majoria dels casos, amb permeabilitats i selectivitats superiors a membranes purament polimèriques. Tanmateix s'ha desenvolupat un nou equipament d'alt rendiment (HT) per a separacions de gasos que inclou un mòdul que permet realitzar 16 experiments simultàniament. Els resultats obtinguts amb el nou equip són comparables amb els obtinguts amb mòduls convencionals, i alhora presenten una millor reproduïbilitat. Finalment, s'ha establert un nou mètode per a obtenir membranes per a SRNF, que han estat aplicades en processos de separació de catalitzadors homogenis en dissolvents polars apròtics i s'han caracteritzat emprant la tècnica d'espectroscòpia d'annihilació de positrons, que ha permès establir per primer cop una relació entre les propietats estructurals de les membranes a nivell molecular i el seu rendiment en les aplicacions anteriors.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Microdiàlisis cerebral aplicada a l'estudi del metabolisme energètic i a la resposta neuroinflamatòria dels pacients amb traumatisme cranioencefàlic

La tècnica de la microdiàlisis cerebral (MDC) és un instrument que proporciona informació rellevant en la monitorització del metabolisme cerebral en els pacients neurocrítics. El lactat i l’índex lactat-piruvat (ILP) són dos marcadors utilitzats per a la detecció de la hipòxia cerebral en pacients que han patit un traumatisme cranioencefàlic (TCE). Aquests dos marcadors poden estar anormalment elevats en circumstàncies que no cursen amb hipòxia tissular. Per una altra banda la recent aparició dels catèters de MDC amb porus de major mida denominats d’”alta resolució”, permet ampliar el rang de molècules que es poden detectar en el dialitzat. Objectius: 1) descriure les característiques del metabolisme energètic cerebral que s’observa en la fase aguda dels pacients que han patit un TCE en base als dos indicadors del metabolisme anaeròbic: lactat i ILP, i 2) determinar la recuperació relativa (RR) de les molècules implicades en la resposta neuroinflamatòria: de IL-1β, IL- 6, IL-8 i IL-10. Material i mètodes: Es van seleccionar 46 pacients d’una cohort de pacients amb TCE moderat o greu ingressats a la Unitat de Cures Intensives de l’Hospital Universitari de la Vall d’Hebron i monitoritzats amb MDC. Es van analitzar els nivells de lactat i ILP i es va correlacionar amb els nivells de PtiO2. Es van realitzar experiments in vitro per estudiar la recuperació de les membranes de 100 KDa per tal de poder interpretar posteriorment els nivells reals de les molècules estudiades en l’espai extracel•lular del teixit cerebral. Resultats: La concordança entre el lactat i l’índex LP per a determinar episodis de disfunció metabòlica va ser dèbil (índex de kappa = 0,36, IC 95%: 0,34-0,39). Més del 80% dels casos en què el lactat i l’índex LP es trobaven incrementats, els valors de la PtiO2 es van trobar dins els rangs de normalitat (PtiO2&15mmHg). La recuperació de les citoquines a través de la membrana de microdiàlisis va ser menor de l’esperat tenint en compte la mida dels porus de la membrana. Conclusions: el lactat i l’índex LP elevats va ser una troballa freqüent després d’un TCE i no es va relacionar, en la majoria de casos, amb episodis d’hipòxia tissular. Per un altra part la mida del porus de la membrana no és l’únic paràmetre indicador de la RR de macromolècules.

Sistema intel•ligent d’ajuda a la decisió pel control remot de tecnologia de membranes per la depuració d’aigües

El principal objectiu del projecte consisteix en desenvolupar l’anàlisi, disseny,desenvolupament i implementació d’un sistema d’ajuda a la decisió (SAD) basat en elconeixement pel control remot i la supervisió de l’operació integrada d’estacionsdepuradores BRM (bioreactor de membranes) pe ra la depuració d’aigües residuals ambexigències de qualitat de reutilització de l’aigua tractada

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

The Molecular Basis for Antimicrobial Activity of Pore-Forming Cyclic Peptides

The mechanism of action of antimicrobial peptides is, to our knowledge, still poorly understood. To probe the biophysical characteristics that confer activity, we present here a molecular-dynamics and biophysical study of a cyclic antimicrobial peptide and its inactive linear analog. In the simulations, the cyclic peptide caused large perturbations in the bilayer and cooperatively opened a disordered toroidal pore, 1–2 nm in diameter. Electrophysiology measurements confirm discrete poration events of comparable size. We also show that lysine residues aligning parallel to each other in the cyclic but not linear peptide are crucial for function. By employing dual-color fluorescence burst analysis, we show that both peptides are able to fuse/aggregate liposomes but only the cyclic peptide is able to porate them. The results provide detailed insight on the molecular basis of activity of cyclic antimicrobial peptides

Spanning tests in return and stochastic discount factor mean-variance frontiers: A unifying approach

We propose new spanning tests that assess if the initial and additional assets share theeconomically meaningful cost and mean representing portfolios. We prove their asymptoticequivalence to existing tests under local alternatives. We also show that unlike two-step oriterated procedures, single-step methods such as continuously updated GMM yield numericallyidentical overidentifyng restrictions tests, so there is arguably a single spanning test.To prove these results, we extend optimal GMM inference to deal with singularities in thelong run second moment matrix of the influence functions. Finally, we test for spanningusing size and book-to-market sorted US stock portfolios.

Clinical picture of the amyloid arthropathy in patients with chronic renal failure maintained on haemodialysis using cellulose membranes.

The clinical picture of 15 patients (10 male, five female) with amyloid arthropathy secondary to chronic renal failure treated with haemodialysis has been studied. The average period of haemodialysis was 10.8 years. Joint symptoms appeared between three and 13 years after starting haemodialysis. No patient had renal amyloidosis. Early symptoms were varied and often overlapped: knee swelling (seven patients), painful and stiff shoulders (seven), and carpal tunnel syndrome (six) were the most prominent. Follow up showed extension to other joints. Joint effusions were generally of the non-inflammatory type. Radiologically, geodes and erosions of variable sizes were seen in the affected joints, which can develop into a destructive arthropathy. Amyloid was found in abdominal fat in three of the 12 patients on whom a needle aspiration was performed. Four of 12 patients showed changes compatible with amyloid infiltration in the echocardiogram. One patient had amyloid in the gastric muscular layer, another in the colon mucus, and two of four in rectal biopsy specimens. Amyloid deposits showed the presence of beta 2 microglobulin in 10 patients. The clinical and radiological picture was similar to the amyloid arthropathy associated with multiple myeloma. These patients can develop systemic amyloidosis.

MYADM regulates Rac1 targeting to ordered membranes required for cell spreading and migration

Membrane organization into condensed domains or rafts provides molecular platforms for selective recruitment of proteins. Cell migration is a general process that requires spatiotemporal targeting of Rac1 to membrane rafts. The protein machinery responsible for making rafts competent to recruit Rac1 remains elusive. Some members of the MAL family of proteins are involved in specialized processes dependent on this type of membrane. Because condensed membrane domains are a general feature of the plasma membrane of all mammalian cells, we hypothesized that MAL family members with ubiquitous expression and plasma membrane distribution could be involved in the organization of membranes for cell migration. We show that myeloid-associated differentiation marker (MYADM), a protein with unique features within the MAL family, colocalizes with Rac1 in membrane protrusions at the cell surface and distributes in condensed membranes. MYADM knockdown (KD) cells had altered membrane condensation and showed deficient incorporation of Rac1 to membrane raft fractions and, similar to Rac1 KD cells, exhibited reduced cell spreading and migration. Results of rescue-of-function experiments by expression of MYADM or active Rac1L61 in cells knocked down for Rac1 or MYADM, respectively, are consistent with the idea that MYADM and Rac1 act on parallel pathways that lead to similar functional outcomes.

Spanning avalanches in the three-dimensional Gaussian random-field Ising model with metastable dynamics: Field dependence and geometrical properties

Spanning avalanches in the 3D Gaussian Random Field Ising Model (3D-GRFIM) with metastable dynamics at T=0 have been studied. Statistical analysis of the field values for which avalanches occur has enabled a Finite-Size Scaling (FSS) study of the avalanche density to be performed. Furthermore, a direct measurement of the geometrical properties of the avalanches has confirmed an earlier hypothesis that several types of spanning avalanches with two different fractal dimensions coexist at the critical point. We finally compare the phase diagram of the 3D-GRFIM with metastable dynamics with the same model in equilibrium at T=0.

Model for curvature-driven pearling instability in membranes

A phase-field model for dealing with dynamic instabilities in membranes is presented. We use it to study curvature-driven pearling instability in vesicles induced by the anchorage of amphiphilic polymers on the membrane. Within this model, we obtain the morphological changes reported in recent experiments. The formation of a homogeneous pearled structure is achieved by consequent pearling of an initial cylindrical tube from the tip. For high enough concentration of anchors, we show theoretically that the homogeneous pearled shape is energetically less favorable than an inhomogeneous one, with a large sphere connected to an array of smaller spheres.

Investigations on doping of amorphous and nano-crystalline silicon films deposited by catalytic chemical vapour deposition

Hydrogenated amorphous and nanocrystalline silicon, deposited by catalytic chemical vapour deposition, have been doped during deposition by the addition of diborane and phosphine in the feed gas, with concentrations in the region of 1%. The crystalline fraction, dopant concentration and electrical properties of the films are studied. The nanocrystalline films exhibited a high doping efficiency, both for n and p doping, and electrical characteristics similar to those of plasma-deposited films. The doping efficiency of n-type amorphous silicon is similar to that obtained for plasma-deposited electronic-grade amorphous silicon, whereas p-type layers show a doping efficiency of one order of magnitude lower. A higher deposition temperature of 450°C was required to achieve p-type films with electrical characteristics similar to those of plasma-deposited films.