Strong solutions for stochastic porous media equations with jumps

We prove global well-posedness in the strong sense for stochastic generalized porous media equations driven by locally square integrable martingales with stationary independent increments.

Statistical similarity between the compression of a porous material and earthquakes

It has been long stated that there are profound analogies between fracture experiments and earthquakes; however, few works attempt a complete characterization of the parallelisms between these so separate phenomena. We study the Acoustic Emission events produced during the compression of Vycor (SiO&sub&2&/sub&). The Gutenberg-Richter law, the modified Omori's law, and the law of aftershock productivity hold for a minimum of 5 decades, are independent of the compression rate, and keep stationary for all the duration of the experiments. The waiting-time distribution fulfills a unified scaling law with a power-law exponent close to 2.45 for long times, which is explained in terms of the temporal variations of the activity rate.

Solubilization of decane into gemini surfactant with a modified Jeffamine backbone: Design of hierarchical porous silica

Herein, we have investigated the solubilization of decane into a novel nonionic gemini surfactant, myristoyl-end capped Jeffamine, synthesized from a polyoxyalkyleneamine (ED900). Starting from this system, porous silica materials have been prepared. Performing the hydrothermal treatment at low temperature, a slight increase of the mesopore diameter is observed in the presence of decane. Increasing the temperature of the hydrothermal treatment, no swelling effect of decane is detected. By contrast, the pore diameter decreases but better mesopore homogeneity and a larger wall thickness are obtained. At high decane concentration the new myristoyl-end capped Jeffamine/decane/water system forms oil-in-water emulsions, which are used as template for the formation of hierarchical porous silica materials.

Resum de la tasca realitzada al Center Biomedical Engineering (CBE) del Massachussets Institute of Technology (MIT). Juliol-Agost 2005

Estudi elaborat a partir d’una estada al Center Biomedical Engineering (CBE) del Massachussets Institute of Technology (MIT), durant els mesos de juliol i agost del 2005. S’investiga una metodologia amb l’objectiu d’obtenir biomaterials que puguin actuar de bastida en la interfície os/cartílag, afavorint la diferenciació i creixement cel·lular de cartílag ossificat que pugui actuar d’unió entre l’articulació i l’os. S’experimenta una metodologia per a establir quins són els péptids afavoridors de la formació de teixit ossi utilitzats en materials d’hidroxiapatita. Es conclou que la tecnologia desenvolupada permet disposar d’una plataforma per assajar l’estudi del signaling sobre cèl·lules embrionàries, que permeti desenvolupar materials amb més capacitat diferenciadora.

Preparació, estudi estructural i aplicabilitat de derivats de Poli-(4R)-hidroxi-L-prolina a la separació d’enantiòmers per tècniques cromatogràfiques o relacionades

La separació d’enantiòmers (isòmers òptics) és molt important en molts diversos camps, com les síntesis quirals, biologia, i en el camp de la farmacologia especialment. És per això, que es fa necessari de disposar de tècniques i mètodes analítics ràpids, fiables i sensibles per a la separació d’enantiòmers. La present tesi s’emmarca en el camp de la separació d’enantiòmers, concretament en la preparació de fases estacionàries quirals per al seu ús en cromatografia liquida. En aquest sentit, s’ha desenvolupat la síntesi i caracterització de molècules polimèriques quirals derivades de l’aminoàcid L-prolina que incorporades en matrius de gel de sílice poden constituïr columnes quirals per a la separació d’enantiòmers per cromatografia liquida. S’han estudiat les característiques enantioselectives d’aquests nous materials en la separació de molècules quirals, trobant-se ésser satisfactòriament enantioselectius. L’interès que suscita l’obtenció d’enantiòmers a gran escala fa que la recerca s’orienti a la recerca de materials amb elevada capacitat de càrrega, és a dir, que puguin donar lloc a la separació d’elevades quantitats d’enantiòmers. Amb aquesta finalitat s’han dut a terme assaigs de capacitat de càrrega, que han posat de manifest la possible aplicació d’aquests materials a la separació preparativa d’enantiòmers. També s’ha parat especial atenció a l’estudi de les característiques de la matriu de gel de sílice, assajant-se altres materials de sílice més porosos i que permeten així treballar amb fluxos més elevats tot reduint-ne el temps d’anàlisi i els costos associats a la separació preparativa d’enantiòmers. L'estudi conformacional d'aquests nous selectors també ha estat contemplat per tal d'explicar l'enantioselectivitat específica que s'observa en certs dissolvents orgànics en els qual es duu a terme la separació dels enantiòmers.

A mixed finite element method for nonlinear diffusion equations

We propose a mixed finite element method for a class of nonlinear diffusion equations, which is based on their interpretation as gradient flows in optimal transportation metrics. We introduce an appropriate linearization of the optimal transport problem, which leads to a mixed symmetric formulation. This formulation preserves the maximum principle in case of the semi-discrete scheme as well as the fully discrete scheme for a certain class of problems. In addition solutions of the mixed formulation maintain exponential convergence in the relative entropy towards the steady state in case of a nonlinear Fokker-Planck equation with uniformly convex potential. We demonstrate the behavior of the proposed scheme with 2D simulations of the porous medium equations and blow-up questions in the Patlak-Keller-Segel model.

Obtenció de matrius poroses d'àcid polilàctic (PDLLA) mitjançant fluids comprimits per a ús en regeneració tissular

En aquest treball es pretén obtenir material porós de PDLLA, amb ús potencial com a bastida en enginyeria tissular, mitjançant l’ús de freó R-134a com a fluid escumant. Per aquest motiu, s’ha realitzat un estudi on es valoren diferents variables com la temperatura de procés, la pressió de treball i l’ús de N2 en la despressurització que poden modificar la microestructura final de la bastida.

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.

Construcció d'un elèctrode d'ió selectiu amb membrana de PVC i marro de cafè com a ionòfor

Els elèctrodes són instruments d’anàlisi molt emprats per la seva gran eficiència, fàcil utilització, de resposta “in situ” i que ocupen poc espai. Tot i això, existeix una problemàtica actual dels elèctrodes, que és la no comercialització d’elèctrodes per tots els metalls que trobem dissolts en solucions d’interès analític. Per aquest motiu s’estudien possibles substàncies dins la formació de la membrana dels elèctrodes, ionòfors, que reaccionin amb espècies iòniques amb inexistència d’elèctrodes comercials. S’han dut a terme estudis amb residus vegetals com a ionòfors. Algunes dels biomaterials estudiats són la rapa i la iohimbe per a la detecció del Cr(VI) i l’Hg(II). Aquestes han sigut les motivacions que han dut a construir un elèctrode de ió selectiu amb membrana de PVC i marro de cafè com a ionòfor, i seguidament avaluar-ne laseva resposta

Adsorció de crom (VI) i crom (III) en solució amb closca de cranc

En l’eliminació del crom en suspensió de les aigües residuals de les indústries es realitzen dos processos: una precipitació en medi àcid on es redueix el crom (VI) a crom (III) en què s’elimina la major part del crom, i el següent tractament es fa per bescanvi iònic o per adsorció. Els adsorbents emprats actualment tenen un elevat cost i s’està estudiant nous adsorbents, com a substituts dels tradicionals, de baix cost. Dins d’aquest adsorbents de baix cost es troben els bioadsorbents, biomaterials amb gran capacitat d’adsorció. L’objectiu del projecte es va centrar en l’estudi de l’adsorció de crom trivalent i hexavalent en solucions aquoses utilitzant com a adsorbent el residu industrial de closca de cranc, provinent d’una indústria alimentària de barretes de cranc

Estudio comparado de la génesis de espeleotemas silíceos en granitoides de climas semiáridos y templados húmedos

Silica speleothems take differenr forms such as cylindrical stems growing from either the floor or the ceiling in granitic caves. Mineralogically they are opal-A and accumulate in successive layers with a whiskery druse tip formed by gypsum crystals. Initially they are porous but progressively become infilled by opal precipitation. This results in formation of solid speleothems. their size is only a few millimetres long. Bacterial activity accelerate quartz dissolution

Pressure-dependent scaling scenarios in experiments of spontaneous imbibition

The scaling properties of the rough liquid-air interface formed in the spontaneous imbibition of a viscous liquid by a model porous medium are found to be very sensitive to the magnitude of the pressure difference applied at the liquid inlet. Interface fluctuations change from obeying intrinsic anomalous scaling at large negative pressure differences, to being super-rough with the same dynamic exponent z¿3 at less negative pressure differences, to finally obeying ordinary Family-Vicsek scaling with z¿2 at large positive pressure differences. This rich scenario reflects the relative importance on different length scales of capillary and permeability disorder, and the role of surface tension and viscous pressure in damping interface fluctuations.

Influence of disorder strength on phase-field models of interfacial growth

We study the influence of disorder strength on the interface roughening process in a phase-field model with locally conserved dynamics. We consider two cases where the mobility coefficient multiplying the locally conserved current is either constant throughout the system (the two-sided model) or becomes zero in the phase into which the interface advances (one-sided model). In the limit of weak disorder, both models are completely equivalent and can reproduce the physical process of a fluid diffusively invading a porous media, where super-rough scaling of the interface fluctuations occurs. On the other hand, increasing disorder causes the scaling properties to change to intrinsic anomalous scaling. In the limit of strong disorder this behavior prevails for the one-sided model, whereas for the two-sided case, nucleation of domains in front of the invading front are observed.

Membrane-destabilizing activity of pH-responsive cationic lysine-based surfactants: role of charge position and alkyl chain length

Many strategies for treating diseases require the delivery of drugs into the cell cytoplasm following internalization within endosomal vesicles. Thus, compounds triggered by low pH to disrupt membranes and release endosomal contents into the cytosol are of particular interest. Here, we report novel cationic lysine-based surfactants (hydrochloride salts of N¿- and N¿-acyl lysine methyl ester) that differ in the position of the positive charge and the length of the alkyl chain. Amino acid-based surfactants could be promising novel biomaterials in drug delivery systems, given their biocompatible properties and low cytotoxic potential. We examined their ability to disrupt the cell membrane in a range of pH values, concentrations and incubation times, using a standard hemolysis assay as a model of endosomal membranes. Furthermore, we addressed the mechanism of surfactant-mediated membrane destabilization, including the effects of each surfactant on erythrocyte morphology as a function of pH. We found that only surfactants with the positive charge on the ¿-amino group of lysine showed pH-sensitive hemolytic activity and improved kinetics within the endosomal pH range, indicating that the positive charge position is critical for pH-responsive behavior. Moreover, our results showed that an increase in the alkyl chain length from 14 to 16 carbon atoms was associated with a lower ability to disrupt cell membranes. Knowledge on modulating surfactant-lipid bilayer interactions may help us to develop more efficient biocompatible amino acid-based drug delivery devices.

Role of structural saturation and geometry in the luminescence of silicon-based nanostructured materials

The structural saturation and stability, the energy gap, and the density of states of a series of small, silicon-based clusters have been studied by means of the PM3 and some ab initio (HF/6-31G* and 6-311++G**, CIS/6-31G* and MP2/6-31G*) calculations. It is shown that in order to maintain a stable nanometric and tetrahedral silicon crystallite and remove the gap states, the saturation atom or species such as H, F, Cl, OH, O, or N is necessary, and that both the cluster size and the surface species affect the energetic distribution of the density of states. This research suggests that the visible luminescence in the silicon-based nanostructured material essentially arises from the nanometric and crystalline silicon domains but is affected and protected by the surface species, and we have thus linked most of the proposed mechanisms of luminescence for the porous silicon, e.g., the quantum confinement effect due to the cluster size and the effect of Si-based surface complexes.