Flexible gastrointestinal motility pressure sensors based on aluminum thin-film strain-gauge arrays

This paper reports on an innovative approach to measuring intraluminal pressure in the upper gastrointestinal (GI) tract, especially monitoring GI motility and peristaltic movements. The proposed approach relies on thin-film aluminum strain gauges deposited on top of a Kapton membrane, which in turn lies on top of an SU-8 diaphragm-like structure. This structure enables the Kapton membrane to bend when pressure is applied, thereby affecting the strain gauges and effectively changing their electrical resistance. The sensor, with an area of 3.4 mm2, is fabricated using photolithography and standard microfabrication techniques (wet etching). It features a linear response (R2 = 0.9987) and an overall sensitivity of 2.6 mV mmHg−1. Additionally, its topology allows a high integration capability. The strain gauges’ responses to pressure were studied and the fabrication process optimized to achieve high sensitivity, linearity, and reproducibility. The sequential acquisition of the different signals is carried out by a microcontroller, with a 10-bit ADC and a sample rate of 250 Hz. The pressure signals are then presented in a user-friendly interface, developed using the Integrated Development Environment software, QtCreator IDE, for better visualization by physicians.

Development of multifunctional coatings deposited on polymers based sensors for biomedical applications

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia de Materiais)

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Sensores basados en nanocavidades de sistemas supramoleculares. Sensors based on nanocavities of supramolecular systems.

Uno de los grandes desafíos analíticos es resolver la complejidad del análisis de cantidades trazas de compuestos orgánicos debido a la baja sensibilidad analítica de las técnicas usuales que permiten una determinación específica como IR o RMN. El uso de espectrofotometría UV-Visible y espectroluminiscencia, técnicas que presentan mayor sensibilidad, se ve dificultada en muchos casos por el efecto matriz producido en el tratamiento de muestras reales y complejas o pérdida de la selectividad debido a la superposición de bandas.La interacción por formación de complejos entre determinados sustratos y receptores macrocíclicos que presentan poros o cavidades nanométricas, puede afectar las propiedades espectroscópicas de los sustratos. La respuesta de técnicas sensibles puede traducirse así en un análisis selectivo debido al reconocimiento molecular que se establece entre un dado receptor y el sustrato de interés. Por otra parte puede mejorar la sensibilidad debido a efectos de micropolaridad del medio, a efectos de restricciones de grados de libertad, por compartamentalización o protección de los estados excitados de los sustratos incluidos. El uso analítico de receptores selectivos es un área actualmente en desarrollo, que permite una rápida determinación de especies químicas, disminuyendo el efecto de interferentes, mejorando la sensibilidad y disminuyendo el tratamiento de la muestra.Se estudiarán los mecanismos involucrados en las interacciones y los factores que los modifican por técnicas espectroscópicas como UV-visible, RMN y luminiscencia. Se determinarán los parámetros analíticos por luminiscencia en los medios y condiciones en que la sensibilidad analítica muestre el mayor incremento. Se realizarán las pruebas de validación en las mejores condiciones para cada uno y mezclas de analitos relacionados en muestras reales.

Wireless communication techniques for indoor positioning and tracking applications

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2010

Fault-tolerant radio coverage and connectivity in wireless mesh networks

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Diss., 2011

Parallel Architecture Prototype for 60 GHz High Data Rate Wireless Single Carrier Receiver

Nowadays a huge attention of the academia and research teams is attracted to the potential of the usage of the 60 GHz frequency band in the wireless communications. The use of the 60GHz frequency band offers great possibilities for wide variety of applications that are yet to be implemented. These applications also imply huge implementation challenges. Such example is building a high data rate transceiver which at the same time would have very low power consumption. In this paper we present a prototype of Single Carrier -SC transceiver system, illustrating a brief overview of the baseband design, emphasizing the most important decisions that need to be done. A brief overview of the possible approaches when implementing the equalizer, as the most complex module in the SC transceiver, is also presented. The main focus of this paper is to suggest a parallel architecture for the receiver in a Single Carrier communication system. This would provide higher data rates that the communication system canachieve, for a price of higher power consumption. The suggested architecture of such receiver is illustrated in this paper,giving the results of its implementation in comparison with its corresponding serial implementation.

A Wireless Mesh Network NS-3 Simulation Model: Implementation and Performance Comparison With a Real Test-Bed

Wireless mesh networks present an attractive communication solution for various research and industrial projects. However, in many cases, the appropriate preliminary calculations which allow predicting the network behavior have to be made before the actual deployment. For such purposes, network simulation environments emulating the real network operation are often used. Within this paper, a behavior comparison of real wireless mesh network (based on 802.11s amendment) and the simulated one has been performed. The main objective of this work is to measure performance parameters of a real 802.11s wireless mesh network (average UDP throughput and average one-way delay) and compare the derived results with characteristics of a simulated wireless mesh network created with the NS-3 network simulation tool. Then, the results from both networks are compared and the corresponding conclusion is made. The corresponding results were derived from simulation model and real-worldtest-bed, showing that the behavior of both networks is similar. It confirms that the NS-3 simulation model is accurate and can be used in further research studies.

Wireless indoor positioning based on TDOA and DOA estimation techniques using IEEE 802.11 standards

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2015

Cooperative Transmission and Radio Resources Management for Wireless Networks

Report for the scientific sojourn at the Multimedia Communications Laboratory, University of Texas at Dallas, USA, from September to December 2005. The cooperative transmission has been analyzed taking a broadcast relay channel which assumes a scenario with one source and multiple destinations. Moreover, in order to improve the performance in terms of mutual information, it has been considered that for each destination there is another nearby terminal (called relay) which will help to improve the performance of the destination. This scheme combines different types of channels considered in the information theory, such as the relay channel, broadcast channel and interference channel (if the relays transmit information intended only to its associated destination). In this work, the author has studied the optimal way to encode the signals for the different users, known as capacity region (i.e. related to radio resources management ), of the broadcast relay channel.

Sistema inalámbrico de control de iluminación

L’objectiu principal del projecte és dissenyar un sistema de control automàtic de il·luminació en un recinte tancat, mitjançant la detecció de presència d’una persona que entra dins del radi d’actuació del sistema. Utilitzant dues plaques amb capacitat de comunicació inalàmbrica es controlaran dos components, un sensor i un actuador. El sensor té la funció de detectar la presència d’una persona per mitjà d’infraroigs, mentre que l’actuador ens proporciona la funcionalitat d’un interruptor amb el qual pogué actuar sobre la llum, encenent-la o apagant-la en funció de l’estat de detecció.

Wireless GPS-based phase-locked synchronization system for outdoor environment.

Synchronization of data coming from different sources is of high importance in biomechanics to ensure reliable analyses. This synchronization can either be performed through hardware to obtain perfect matching of data, or post-processed digitally. Hardware synchronization can be achieved using trigger cables connecting different devices in many situations; however, this is often impractical, and sometimes impossible in outdoors situations. The aim of this paper is to describe a wireless system for outdoor use, allowing synchronization of different types of - potentially embedded and moving - devices. In this system, each synchronization device is composed of: (i) a GPS receiver (used as time reference), (ii) a radio transmitter, and (iii) a microcontroller. These components are used to provide synchronized trigger signals at the desired frequency to the measurement device connected. The synchronization devices communicate wirelessly, are very lightweight, battery-operated and thus very easy to set up. They are adaptable to every measurement device equipped with either trigger input or recording channel. The accuracy of the system was validated using an oscilloscope. The mean synchronization error was found to be 0.39 μs and pulses are generated with an accuracy of <2 μs. The system provides synchronization accuracy about two orders of magnitude better than commonly used post-processing methods, and does not suffer from any drift in trigger generation.

QoS support in satellite and wireless networks: study under the network simulator (NS-2)

Aquest projecte es basa en l'estudi de l'oferiment de qualitat de servei en xarxes wireless i satel·litals. Per això l'estudi de les tècniques de cross-layer i del IEEE 802.11e ha sigut el punt clau per al desenvolupament teòric d’aquest estudi. Usant el simulador de xarxes network simulator, a la part de simulacions es plantegen tres situacions: l'estudi de la xarxa satel·lital, l'estudi del mètode d'accés HCCA i la interconnexió de la xarxa satel·lital amb la wireless. Encara que aquest últim punt, incomplet en aquest projecte, ha de ser la continuació per a futures investigacions.

Desfassador banda dual basat en híbrid multibanda per aplicacions wireless

El primer objectiu del projecte és l’estudi i disseny d’un desfassador bi – banda reconfigurable per integrar en sistemes d’antenes intel·ligents i amb aplicació a sistemes dual band WLAN operant en els marges freqüencials 2.4 - 2.5 GHz i 5.15 – 5.35GHz. El desfassador que es proposa realitzar està basat en un acoblador híbrid multibanda, diplexors i circuits reconfigurables commutats amb díodes PIN. El segon objectiu del projecte és l’aprenentatge de la metodologia de disseny de circuits d’RF i més concretament les següents etapes: estudi i disseny teòric (analític), simulació circuital (ADS), simulació electromagnètica (Momentum), cosimulació circuital-electromagnètica i fabricació, així com les diferents interacions i mecanismes d’optimització entre aquestes etapes.

Relay-assisted transmission and radio resource management for wireless networks

The following paper presents an overview of the Ph.D Thesis1 presented in [1], which compiles all the research done during the period of time between 2004-2007. In that dissertation the relay-assisted transmission with half-duplex relays is analyzed from different points of view. This study is motivated by the necessity of finding innovative solutions to cope with the requirements of next generation wireless services, and with current radio technology. The use of relayed communications represents a change of paradigm of conventional communications, and requires the definition and evaluation of protocols to be applied to single or multiple-user relay communication. With the two fold goal of enhancing spectral efficiency and homogenize service in cellular communications, system design is investigated at physical (type of transmissions of the relay, decoding mode, ..) and upper layers (resource allocation, dynamic link control).