Cianofícies i algues aerofítiques de substrats carbonatats.

Atmophytic Cyanophyta and Algae from limestone substrata. The walls of caves and tombs support an abundant colonization of light-dependent organisms. A total of 4 liverworts, 3 mosses, 7 lichens and 28 cyanophyta and algae are reported from 3 collecting sites. The development and specific composition of these organisms is related to microclimatic parameters. Opportunistic species present in soils are found on the mouth of hypogeal niches. Light attenuation allows the development of calcifying cyanophyta following a succesional pattern, each level having a different dominant species. Communities dominated by Scytonema julianum are replaced by Herpyzonema pulverulentum and, towards the less iluminated area, by Geitleria calcarea and Loriella sp. Key words: Caves, Light attenuation, Non vascular plants, Colonization, Calcifying cyanophyta, Scytonema julianum, Herpyzonema pulverulentum, Geitleria calcarea, Chlorophyta, Diatoms, Microclimatic gradient.

Estudi de viabilitat tecnològica de tags RFID sobre diferents substrats

En aquest projecte s’han dissenyat i simulat diferents models de tags RFID per a la banda UHF sobre diferents classes de substrats i tintes conductores amb l’objectiu d’estudiar la viabilitat de la tecnologia de Printed Electronics per a la seva d’implementació física. A partir de dues configuracions ja existents a la literatura, aquestes etiquetes RFID s’han modelat electromagnèticament mitjançant el software ADS i s’ha simulat la seva resposta freqüencial. En segon terme, a fi d’avaluar el seu rendiment, també s’ha representat el read range d’aquests tags RFID en funció d’aquestes tintes conductores i substrats. Posteriorment, s’han realitzat diferents proves de fabricació mitjançant un mètode basat en la serigrafia, així com d’obtenció experimental de la seva distància de lectura. Finalment, en base als resultats obtinguts s’ha pogut concloure que és viable realitzar tags RFID segons aquesta tècnica d’impressió, però a falta d’una verificació experimental únicament a nivell de simulació.

Mejora de la eficiencia del uso del agua y los fertilizantes en viveros de plantas ornamentales para jardinería y paisajismo

La producción de plantas ornamentales para jardinería y paisajismo ha experimentado una expansión considerable en todo el territorio español en el último decenio y particularmente en Catalunya. Refiriéndonos como ejemplo al viverismo ornamental de la demarcación de Girona en Catalunya, que el grupo proponente conoce con mayor detalle y se trata de la demarcación peninsular con mayor concentración y producción de leñosas ornamentales y forestales. Cabe destacar que la superficie de producción sobrepasaba las 800 ha a finales de 1999 y que el 90% de los viveristas se agrupaban mayoritariamente en la “Associació de Viveristes de Girona” (AVG), que integraba cerca de 50 asociados con un volumen de producción cercano a los 3000 millones de pesetas y una gama cercana a las 500 especies, presentadas en una gran variedad de formatos. Del conocimiento de este colectivo de viveristas, como resultado de actividades I+D+T previas, se conocía antes de iniciar del proyecto que la práctica de la fertirrigación mediante sistemas de riego de alta frecuencia (goteo o microaspersión) estaba relativamente poco difundida, pero el uso de fertilización mediante abonos de lenta liberación era una práctica común. Algunas evaluaciones de las eficiencias en el uso del agua y de los fertilizantes en dicho colectivo de viveristas indicaban que en general eran bajas y que los equipos y sensores para la automatización del riego eran escasos. Por otra parte los sustratos utilizados eran muy diversos y no se daba una cultura común en cuanto al aprovisionamiento, formulación, enmienda, fertilización de fondo de los sustratos y tampoco en el seguimiento y diagnóstico de la fertilidad de los mismos. Con este proyecto se ha pretendido contribuir a la mejora de la eficiencia del uso del agua y de los nutrientes en los viveros haciendo énfasis especial en el cultivo de especies leñosas autóctonas, empleando sustratos autóctonos y contando como herramientas la fertirrigación, su gestión automática (mediante sensores y actuadores apropiados) y el diagnóstico de la fertilidad del sustrato.

Estudi de la reactivitat respecte l'oxigen molecular d'una nova família de complexos dinuclears de coure(I) amb lligands hexaazamacrocíclics. Estudis preliminars d'oxidacions de fenols i sulfurs

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Università degli Studi di Pavia entre setembre i desembre del 2007. Els lligands macrocíclics són sistemes que han estat àmpliament utilitzats per mimetitzar els centres actius de proteïnes dinuclears de coure com ara oxigenases (per exemple la tirosinasa). S’ha observat que la reactivitat del complex model depèn de les característiques del lligand com ara la geometria, la cavitat o la distància intermetàl•lica. En aquest sentit, es van sintetitzar dues noves famílies de lligands hexaazamacrocíclics ditòpics, una amb braços laterals tipus piridil i l’altra amb braços laterals tipus fenol. Dintre de cada família, els lligands es diferencien en la cavitat macrocíclica. En aquest treball s’han realitzat estudis de ractivitat respecte de l’oxigen molecular dels complexos dinuclears de coure(I) amb els lligands sintetitzats. Quan es deixen reaccionar els complexos amb oxigen molecular a baixa temperatura, no s’ha observat l’acumulació de cap espècie intermèdia, però si una diferència de reactivitat entre les dues famílies, essent els complexos amb els lligands fenolics molt més reactius que els complexos amb els lligands piridina. També s’han realitzat estudis per comprovar l’activitat oxigenasa dels complexos amb substrats externs. S’han assajat el para-clorofenol i la tioanisole. En el cas del p-clorofenol no s’ha observat en cap cas el producte d’oxigenació corresponent (p-clorocatecol). Quan s’han realitzat els experiments amb la tioanisole, en tots tres casos s’ha observat l’aparició del producte d’oxigenació corresponent (metilfenilsulfòxid), però amb una marcada diferència en el rendiment, mostrant-se molt més actius de nou els complexos amb el lligand fenòlic que el complex amb el lligand piridina.

Preparació de nous sulfurs quirals i aplicació d’aquests en síntesi asimètrica

Estudi realitzat a partir d’una estada al School of Chemistry de la University of Bristol, Gran Bretanya, entre 2006 i 2008. L’epoxidació asimètrica mediada per ilurs de sofre és actualment un mètode ben establert i complementari a les epoxidacions asimètriques d’alquens. Els ilurs de sofre han estat utilitzats també en reaccions d’aziridinació. Aquestes reaccions es poden dur a terme utilitzant tant quantitats subestequiomètriques d’un sulfur en processos catalítics com en quantitats estequiomètriques en forma de sal de sulfoni. Aquest últim procés permet la utilització d’un ventall més ample de substrats. Des de fa anys, s’han desenvolupat una sèrie de sulfurs quirals per aquest tipus de reaccions, alguns dels quals han permès d’obtenir als nivells d’enantioselectivitat. No obstant, la disponibiltat de sulfurs quirals, especialment en les reaccions estequiomètriques, resta com el taló d’Aquiles del procés i ha fet que la seva utilització en síntesi s’hagi quedat relegada tan sols a aquells grups de recerca que han estat pioners en la seva obtenció. Idealment, els sulfurs quirals s’haurien de poder obtenir en poques etapes sintètiques a partir de reactius barats i fàcilment assequibles del « pool quiral » ( les dues formes enantiomèriques accessibles, preferiblement). La seva arquitectura ben definida hauria de permetre d’obtenir alts nivells d’enantioselectivitat. Seguint aquestes premises, durant els dos anys de gaudi de beca s’han sintetitzat dos nous sulfurs quirals i han estat provats en diverses reaccions d’epoxidació i d’aziridinació. Inicialment la recerca es va centar en la síntesi de tiomorfolines, utilitzant limonè com a reactiu. Es va obtenir una tiomorfolina que dóna bons resultats en reaccions d’epoxidació i que es pot recuperar fàcilment, un cop la reacció ha acabat, mitjançant un rentat àcid/base. A més, el material recuperat pot ser reciclat i utilitzat en noves reaccions. A continuació, s’ha sintetitzat un nou sulfur quiral en una sola etapa de reacció a partir de dos dels reactius més barats: limonè i sofre. Aquest nou sulfur ha donat resultats excel•lents tant en termes de rendiments com d’enantio- i de diastereoselectivitat en reaccions d’epoxidació i d’aziridinació. Aquest sulfur quiral es pot recuperar fàcilment mitjançant una destil.lació i pot tornar a ser utilitzat.

Marine biotoxins in the Catalan littoral: could biosensors be integrated into monitoring programmes?

Aquest article descriu els sensors enzimàtics i immunosensors electroquímics que s’han desenvolupat als nostres grups per a la detecció de la biotoxina marina àcid okadaic (OA), i discuteix la possibilitat d’integrar-los en programes de seguiment. Els sensors enzimàtics per a OA que es presenten es basen en la inhibició de la proteïna fosfatasa (PP2A) per aquesta toxina i la mesura electroquímica de l’activitat enzimàtica mitjançant l’ús de substrats enzimàtics apropiats, electroquímicament actius després de la seva desfosforació per l’enzim. Els immunosensors electroquímics descrits en aquest article es basen en un enzimoimmunoassaig sobre fase sòlida competitiu indirecte (ciELISA), amb fosfatasa alcalina (ALP) o peroxidasa (HRP) com a marcatges, i un sistema de reciclatge enzimàtic amb diaforasa (DI). Els biosensors presentats aquí s’han aplicat a l’anàlisi de dinoflagel·lats, musclos i ostres. Les validacions preliminars amb assaigs colorimètrics i LC-MS/MS han demostrat la possibilitat d’utilitzar les bioeines desenvolupades per al cribratge preliminar de biotoxines marines en mostres de camp o de cultiu, que ofereixen informació complementària a la cromatografia. En conclusió, tot i que encara cal optimitzar alguns paràmetres experimentals, la integració dels biosensors a programes de seguiment és viable i podria proporcionar avantatges respecte a altres tècniques analítiques pel que fa al temps d’anàlisi, la simplicitat, la selectivitat, la sensibilitat, el fet de poder ser d’un sol ús i l’efectivitat de cost. This article describes the electrochemical enzyme sensors and immunosensors that have been developed by our groups for the detection of marine biotoxin okadaic acid (OA), and discusses the possibility of integrating them into monitoring programmes. The enzyme sensors for OA reported herein are based on the inhibition of immobilised protein phosphatase 2A (PP2A) by this toxin and the electrochemical measurement of the enzyme activity through the use of appropriate enzyme substrates, which are electrochemically active after dephosphorylation by the enzyme. The electrochemical immunosensors described in this article are based on a competitive indirect Enzyme- Linked ImmunoSorbent Assay (ciELISA), using alkaline phosphatase (ALP) or horseradish peroxidase (HRP) as labels, and an enzymatic recycling system with diaphorase (DI). The biosensors presented herein have been applied to the analysis of dinoflagellates, mussels and oysters. Preliminary validations with colorimetric assays and LC-MS/MS have demonstrated the possibility of using the developed biotools for the preliminary screening of marine biotoxins in field or cultured samples, offering complementary information to chromatography. In conclusion, although optimisation of some experimental parameters is still required, the integration of biosensors into monitoring programmes is viable and may provide advantages over other analytical techniques in terms of analysis time, simplicity, selectivity, sensitivity, disposability of electrodes and cost effectiveness.

Disseny i caracterització d'estructures RF amb printed electronics per a RFID

En els últims anys printed electronics està aixecant un gran interès entre la indústria electrònica. Aquest tipus de procés consisteix en imprimir circuits amb tècniques d'impressió convencionals utilitzant tintes conductores, resistives, dielèctriques o semiconductores sobre substrats flexibles de baix cost com paper o plàstic. Fer servir aquestes tècniques s'espera que suposi una reducció dels costos de producció degut a que és un procés totalment additiu el que fa que sigui més senzill i es redueixi la quantitat de material emprat. El disseny de dispositius bàsics com resistències, condensadors i bobines per posteriorment veure la relació entre simulacions i valors obtinguts ha ocupat la primera part del projecte. La segona s’ha centrat en fer prototips d’antenes per a RFID (Radio Frequency IDentification) amb la tecnologia que es disposa a CEPHIS (Centre de Prototips i Solucions Hardwre-Software). Tot això ha servit per caracteritzar la tecnologia de la que es disposa i saber en quins apartats s’ha de seguir treballant per aconseguir millors prestacions.

Síntesi i caracterització de complexos polipiridílics de ruteni com a catalitzadors de la reacció d'oxidació de l'aigua

Aquest treball constitueix un estudi sobre els complexos polipiridílics de ruteni i les seves aplicacions en catàlisis oxidativa. Concretament es centren en la reacció d’oxidació de l’aigua per produir oxigen molecular (tot i que també poden ser utilitzats de manera eficient sobre altres substrats). Recull, per tant, la síntesi i caracterització d’alguns lligands nitrogenats tridentats de caràcter facial i/o meridional, així com la seva complexació amb Ru.

Avaluació del creixement del fong ligninolític Trametes versicolor sobre diferents suports sòlids per a l'aplicació en tractaments de bioremediació

Els fongs de podridura blanca (WRF - de l'anglès: White-rot fungi) són de gran interès en l'àmbit de la bioremediació per la seva capacitat de degradar la lignina. La lacasa, un dels enzims extracel·lulars que aquests fongs excreten per degradar la lignina, pot ser utilitzada per degradar els contamiants presents en una matriu donada. Trametes versicolor ha estat estudiat per la seva capacitat de produïr aquest enzim en rersidus agrícoles com a substrats. Un primer triatge basat en la producció de CO2, la mesura de l'activitat lacasa i la quantificació de l'ergosterol han permés seleccionar els substrats on es donava un major poder oxidatiu dels cultius inoculats amb T. versicolor. Els posteriors experiments de colonització de sòls, on es monitoritzava l'activitat lacasa i l'ergosterol, han mostrat que T. vesicolor és capaç de colonitzar sòls i que té una major activitat lacasa en condicions no estèrils. També h'ha provat, mitjançant el test ND24, que T. versicolor és capaç de degradar un contaminant emergent, el naproxè, en sòls estèrils i no estèrils esmenats amb residus agrícoles.

Efecte de l'estrès estructual sobre l'emissió estimulada (laseig) en capes epitaxials de KY0.8Yb0.2(WO4)2 i KLu0.8Yb0.2(WO4)2 crescudes sobre substractes de KY(WO4)2 i KLu(WO4)2

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la State University of New York a Stony Brook, EEUU, a l’agost i setembre del 2008. S’ha demostrat com està relacionada la diferència en el rendiment de lasejat de dos mostres altament dopades amb iterbi (20 at. %) de capes epitaxials de KY(WO4)2 (KYW) dopat amb Yb crescut sobre un substrat de KYW i de KLu(WO4)2 (KLuW) dopat amb Yb crescut sobre un substrat de KLuW, respectivament, amb la presència de estrès estructural en les capes epitaxials, investigat per Topografia de Feix Blanc de Raig X de Sincrotró. A partir dels resultats obtinguts, queda clar que les mostres que mostren una quantitat d'estrés estructural més gran, les epitaxies de KYW dopat amb Yb crescudes sobre substrats de KYW, duen a una eficiència més petita durant el lasejat, permetent establir una correlació directa entre l'existència i la magnitud d'aquest estrès estructural i la pèrdua del rendiment làser en aquestes capes epitaxial, que per altra banda, des del punt de vista espectroscòpic són equivalents.

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Obtenció de capes primes d'alúmina mitjançant "Atomic Layer Deposition"

En aquest projecte s'ha estudiat la posada a punt d’un equip comercial ALD per a l’obtenció de capes primes d'alúmina a escala nanomètrica utilitzant vapor d’aigua i TMA com a precursors. Per tal de comprovar a bondat de les receptes experimentals aportades pel fabricant així com comprovar alguns aspectes de la teoria ALD s’han realitzat una sèrie de mostres variant els diferents paràmetres experimentals, principalment la temperatura de deposició, el nombre de cicles, la durada del cicle i el tipus de substrat. Per a la determinació dels gruixos nanomètrics de les capes i per tant dels ritmes de creixement s’ha utilitzat la el·lipsometria, una de les poques tècniques no destructives capaç de mesurar amb gran precisió gruixos de capes o interfases de pocs àngstroms o nanòmetres. En una primera etapa s'han utilitzat els valors experimentals donats pel fabricant del sistema ALD per determinar el ritme de creixement en funció de la temperatura de dipòsit i del numero de cicles, en ambdós casos sobre diversos substrats. S'ha demostrat que el ritme de creixement augmenta lleugerament en augmentar la temperatura de dipòsit, tot i que amb una variació petita, de l'ordre del 12% en variar 70ºC la temperatura de deposició. Així mateix s'ha demostrat la linealitat del gruix amb el número de cicles, tot i que no s’observa una proporcionalitat exacta. En una segona etapa s'han optimitzat els paràmetres experimentals, bàsicament els temps de purga entre pols i pols per tal de reduir considerablement les durades dels experiments realitzats a relativament baixes temperatures. En aquest cas s’ha comprovat que es mantenien els ritmes de creixement amb una diferencia del 3,6%, 4,8% i 5,5% en optimitzar el cicles en 6,65h, 8,31h, o 8,33h, respectivament. A més, per una d'aquestes condicions s’ha demostrat que es mantenia l’alta conformitat de les capes d’alúmina. A més, s'ha realitzat un estudi de l'homogeneïtat del gruix de les capes en tota la zona de dipòsit del reactor ALD. S’ha demostrat que la variació en gruix de les capes dipositades a 120ºC és com a màxim del 6,2% en una superfície de 110 cm2. Confirmant l’excepcional control de gruixos de la tècnica ALD.

Síntesi de nanopartícules de TiO2 fàcilment processables i el seu ús per a fabricar a baixa temperatura cel·les solars sensibilitzades

La gran demanda energètica i la problemàtica dels combustibles fòssils i d‟altres recursos per a obtenir energia posen de manifest la necessitat de desenvolupar tecnologies netes, sostenibles i econòmicament viables de generació d‟energia. En aquest àmbit, les cel·les solars sensibilitzades amb colorant (Dye Sensitized Solar Cells, DSSC), que transformen l‟energia solar a energia elèctrica, són una solució factible. A més, el desenvolupament de mètodes per a construir aquestes cel·les a baixa temperatura permetria fabricar-les sobre substrats plàstics, fet que els donaria un valor afegit i permetria una producció en continu, ràpida i amb baix cost tant, econòmic, com d‟impacte ambiental. Aquest treball presenta el desenvolupament d‟un mètode de producció a baixa temperatura (140 ºC) de DSSC, amb eficiència de 5,9 % sobre substrats FTO/vidre. Aquest valor és superior a la majoria de les eficiències reportades a la bibliografia de DSSC construïdes a baixa temperatura. Les capes mesoporoses que formen els elèctrodes de les DCCS es dipositen per doctor blade a partir d‟una pasta composta per nanopartícules de TiO2, de 4-8 nm, recobertes d‟àcid 3,6,9-trioxadecanoic, per nanopartícules de Degussa P25, de 20-25 nm, i com a dissolvents només s‟utilitza aigua i etanol. L‟aplicació d‟un tractament a 140 ºC permet eliminar la matèria orgànica de la superfície de les nanopartícules de 4-8 nm i unir-les a les de Degussa P25. Aquest fet permet obtenir capes mesoporoses sinteritzades de 6 μm de gruix. A més, l‟aplicació d‟un post-tractament, en el qual s‟utilitza l‟àcid hexafluoro titànic (IV), produeix un lleuger increment en l‟eficiència. Endemés, l‟obtenció de capes primes de TiO2 sobre substrats plàstics és un tema d‟actualitat a causa de la falta de mètodes de deposició a baixa temperatura. En aquest context, s‟ha sintetitzat, mitjançant processos respectuosos amb el medi ambient nanopartícules de TiO2 cristal·lí modificades superficialment amb lauril gal·lat i àcid 3,6,9-trioxodecanoic. Les nanopartícules poden ser dispersades en dissolvents orgànics i aigua respectivament, fet que permet obtenir suspensions estables i de fàcil manipulació. Aquestes poden ser utilitzades com a precursores per a obtenir capes primes a baixa temperatura de TiO2 cristal·lí. En concret, les capes primes formades per nanopartícules de TiO2 modificades amb àcid 3,6,9-trioxodecanoic s‟han utilitzat com a blocking layer en les DSSC construïdes a baixa temperatura.