Diseño y desarrollo de superficies modificadas. Aplicaciones ambientales, biomédicas y farmacéuticas. Design and development of modified surfaces. Environmental, biomedical and pharmaceutical applications.

El objetivo general de este proyecto de investigación es diseñar, desarrollar y optimizar superficies con propiedades especificas para ser utilizadas como sensores y biosensores, materiales biocompatibles, columnas para separaciones por electroforesis capilar, matrices para la liberación controlada de fármacos y sorbentes para remediación ambiental. Para concretar este objetivo, se propone específicamente modificar superficies o particulas apuntando a optimizar un sistema concreto relevante en aplicaciones farmaceuticas, ambientales o biomedicas: 1. Modificacion de arcillas naturales o sinteticas para desarrollar matrices portadoras de farmacos o sorbentes para remediacion ambiental:1.1 Estudiar ilitas modificadas con Fe(III) para maximizar las propiedades adsortivas frente a aniones contaminantes como arsenico. 1.2 Sintetizar LDH de Al y Mg modificados con compuestos de interés farmacéutico para diseñar sistemas de liberación controlada.2. Modificación de canales de chips y electrodos para optimizar la separación, detección y cuantificación de compuestos farmacéutico: 2.1 Diseñar y construir microchips para la separación por EC de compuestos de base fenólica.2.2 Evaluar polímeros que mejoren la respuesta y/o estabilidad de electrodos de Carbono para ser usados como detectores amperométrico de compuestos de base fenólica en sistemas FIA y miniaturizados de análisis integrados.3. Modificación de superficies sólidas con biomoléculas para el desarrollo y optimización de superficies de bio-reconocimiento:3.1 Evaluar el comportamiento de superficies de titanio modificadas con TiO2 y depósitos inorgánicos frente a la interacción con proteínas plasmáticas (PP) para el análisis de la biocompatibilidad superficial.3.2 Diseñar y desarrollar superficies biofuncionales para el reconocimiento especifico de D-aminoácidos, anticuerpos en pacientes chagásicos y simple hebra de ADN. Las técnicas que se emplearán para llevar a cabo el proyecto dependen del tipo de sistema de estudio. En particular los estudios correspondientes al objetivo 1 se realizarán mediante análisis químicos, térmico, DXR, SEM, IR, BET así como mediante titulaciones ácido-base potenciométricas, movilidades electroforéticas, cinética e isotermas de adsorción.En general para desarrollar el objetivo 2 se utilizarán técnicas electroquímicas clásicas para la caracterización de los electrodos, los que luego se utilizarán como detectores en un sistema FIA amperométrico, mientras que los microchips se emplearán en electroforesis capilar para la separación de diferentes compuestos de interés farmacéutico.Finalmente, el objetivo 3 se llevará a cabo por un lado modificando electrodos de titanio con distintos depósitos (electroquímicas, sol-gel, térmicas) de TiO2 e hidroxiapatita y evaluando la interacción con proteínas plasmáticas para analizar la biocompatibilidad de los materiales preparados. Por otro lado, se estudiará el proceso de adsorción-desorción de D-aminoácido oxidasa, antígenos del T. Cruzi y ADN de simple hebra para optmizar la capacidad de bio-reconocimiento superficial de D-aminoácidos, anticuerpos de chagásicos y de cadena complementaria de ADN. Para concretar este objetivo se utilizarán técnicas electroquímicas, espectroscópicas y microscopias.Debido al carácter multidisciplinario del presente proyecto de investigación, su ejecución se llevara a cabo a través de la colaboración de investigadores pertenecientes a distintas áreas de la Química y permitirá continuar con la formación de recursos humanos mediante la realización de tesis doctorales y estadías postdoctorales.

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.

Diseño y evaluación de alternativas de manejo sustentable para la recuperación y conservación de bosques degradados de la región del Espinal en la provincia de Córdoba. Design and evaluation of sustainable management alternatives for the recovery and conservation of degraded forest in the Espinal Region in Córdoba province.

El avance de la frontera agropecuaria y la urbanización han reducido la superficie boscosa del Espinal en Córdoba a fragmentos que son sumamente valiosos como relictos del ambiente original del Algarrobal y como barreras frente a la acción erosiva del agua y los vientos. Por su estructura, degradada y enmarañada, el productor agropecuario generalmente los visualiza como una molestia ya que le restan superficie apta para el cultivo y resultan poco aprovechables para el pastoreo de los animales. Bajo pautas de manejo adecuadas estos bosquecillos podrían rehabilitarse para el aprovechamiento del ganado y otros usos complementarios. Para que el productor local cuente con herramientas de manejo sustentable de sus recursos naturales es necesario generar información confiable para la zona. En ese contexto, se plantea la siguiente Hipótesis General: Existen alternativas de manejo que, aplicadas sobre los bosques del Espinal, permiten recuperar y conservar la biodiversidad a la vez que mejoran la rentabilidad del productor. El Objetivo General es diseñar y evaluar, en términos ecológicos, tecnológicos y socio-económicos, alternativas de manejo sustentable de bosques degradados del Espinal de la provincia de Córdoba tendientes a su recuperación y conservación. El proyecto se localizará en el bosque fragmentado del Campo Escuela de la FCA-UNC. Se establecerán parcelas con distintos niveles de cobertura arbustiva en las que se medirán el efecto de los arbustos sobre la regeneración de especies arbóreas deseables, la producción y calidad de la pastura, el crecimiento de los árboles y las condiciones edáficas del sistema. Además, la incidencia del ganado vacuno sobre la regeneración de especies arbóreas deseables, la riqueza y abundancia de especies forrajeras deseables y las condiciones edáficas del sistema. Se hará enriquecimiento con plantines de tres especies de Prosopis tanto en el bosque con distintos anchos de fajas como en suelo desmontado, para evaluar su comportamiento. También se probará la diseminación y establecimiento posterior de estas especies por medio de la ingesta del ganado vacuno. Se relevarán especies medicinales, aromáticas, melíferas, tintóreas y ornamentales nativas, y se las valorará económicamente según su uso actual y potencial en esta y otras zonas de la provincia y el país. Se efectuará la caracterización socio-económica y ambiental del área circundante al Campo Escuela y mediante encuestas se determinará el grado de valorización del bosque que tienen los pobladores zonales. Se realizará el análisis económico y financiero del sistema propuesto versus el sistema sin proyecto, considerando bienes producidos y servicios ambientales del bosque y se socializará el proyecto a través de encuestas y reuniones participativas con los productores zonales. Para el análisis de toda la información se usará el software INFOSTAT 2007. Se harán tablas y gráficos de estadística descriptiva para visualizar la distribución de datos. Se usará análisis de correlación, análisis de regresión lineal múltiple, ANAVA y test a posteriori. Se espera generar pautas preliminares de manejo, sencillas y económicas, fácilmente adoptables por los productores de la región, que aseguren la persistencia de estos fragmentos boscosos, relictos de la vegetación original del Espinal.

The design and development of heat extraction technologies for the utilisation of compost thermal energy

A composting Heat Extraction Unit (HEU) was designed to utilise waste heat from decaying organic matter for a variety of heating application The aim was to construct an insulated small scale, sealed, organic matter filled container. In this vessel a process fluid within embedded pipes would absorb thermal energy from the hot compost and transport it to an external heat exchanger. Experiments were conducted on the constituent parts and the final design comprised of a 2046 litre container insulated with polyurethane foam and kingspan with two arrays of qualpex piping embedded in the compost to extract heat. The thermal energy was used in horticultural trials by heating polytunnels using a radiator system during a winter/spring period. The compost derived energy was compared with conventional and renewable energy in the form of an electric fan heater and solar panel. The compost derived energy was able to raise polytunnel temperatures to 2-3°C above the control, with the solar panel contributing no thermal energy during the winter trial and the electric heater the most efficient maintaining temperature at its preset temperature of 10°C. Plants that were cultivated as performance indicators showed no significant difference in growth rates between the heat sources. A follow on experiment conducted using special growing mats for distributing compost thermal energy directly under the plants (Radish, Cabbage, Spinach and Lettuce) displayed more successful growth patterns than those in the control. The compost HEU was also used for more traditional space heating and hot water heating applications. A test space was successfully heated over two trials with varying insulation levels. Maximum internal temperature increases of 7°C and 13°C were recorded for building U-values of 1.6 and 0.53 W/m2K respectively using the HEU. The HEU successfully heated a 60 litre hot water cylinder for 32 days with maximum water temperature increases of 36.5°C recorded. Total energy recovered from the 435 Kg of compost within the HEU during the polytunnel growth trial was 76 kWh which is 3 kWh/day for the 25 days when the HEU was activated. With a mean coefficient of performance level of 6.8 calculated for the HEU the technology is energy efficient. Therefore the compost HEU developed here could be a useful renewable energy technology particularly for small scale rural dwellers and growers with access to significant quantities of organic matter

The financial sustainability of passive house construction in Ireland.

In Ireland the average energy cost for a household in 2006 was estimated to be €1,767, an increase of 4% on 2005 figures. With the state o f the current economic climate, home owners are beginning to realise the potential of energy efficient construction methods. The Passive House Standard offers a cost efficient and sustainable construction solution compared to the Traditional Irish construction methods. This report focuses on the Cost comparison between Passive House construction and traditional construction methods. The report also focuses on barriers that are slowing market penetration of the Passive House standard in the Irish Market. It also identifies potential energy savings that passive house occupants would benefit from. The report also highlights professional opinions on the future development o f the Passive House Standard in Ireland. The conclusions of this report are that the Passive House Standard is a more financially suitable construction solution compared to that o f a traditional dwelling complying with the Irish Building Regulations. The report also concludes that the Passive House Standard won’t be introduced as an Irish Building Regulation in the future but that it will have a big impact on future building regulations. The hypothesis o f this report is supported by data obtained from a literature review, qualitative data analysis and a case study. The report recommends that in order for the Passive House Standard to penetrate further into the Irish construction market, various barriers must be rectified. Local manufactures must start producing suitable components that suit the Passive House specification. The Building Energy Rating system must be altered in order for the Passive House to achieve its potential BER rating.

Optimising the design and manufacture of a customised, prescription fit, Maxillo-facial prosthesis

This thesis is a continuation of the Enterprise-Ireland Research Innovation Fund (RIF) Project entitled’ "Design and Manufacturing of Customised Maxillo-Facial Prostheses" The primary objective of this Internal Research Development Program (IRDP) project was to investigate two fundamental design changes 1 To incorporate the over-denture abutments directly into the implant. 2 To remove the restraining wings by the addition of screws, which affix the. implant to the dense material of the jawbone. The prosthetic was redesigned using the ANSYS Finite Element Analysis software program and analysed to* • Reduce the internal von Mises stress distribution The new prosthetic had a -63.63 % lower von Mises stress distribution when compared with the original prosthetic. • Examine the screw preload effects. A maximum relative displacement of 22 6 * lO^mm between the bone and screw was determined, which is well below the critical threshold of micromotion which prevents osseointegration • Investigate the prosthetic-bone contact interface. Three models of the screw, prosthesis, and bone, were studied. (Axisymmetnc, quarter volume, and full volume), a recommended preload torque of 0 32 Nm was applied to the prosthetic and a maximum von Mises stress of 1.988 MPa was predicted • Study the overdenture removal forces. This analysis could not be completed because the correct plastic multilinear properties of the denture material could not be established The redesigned prosthetic was successfully manufactured on a 3-axis milling machine with an indexing system The prosthetic was examined for dimensional quality and strength The research established the feasibility of the new design and associated manufacturing method.

Composition and construction of embedded software families

Feature modeling, embebbed software, software product lines, tool support

Design and development of high gain wideband microstrip antenna and DGS filters using numerical experimentation approach

Microstrip antenna, Wideband antennas, high gain antennas, Microstrip filters, DGS filters , low-pass filter, band-pass filter

Modeling, design, and optimization of radiofrequency micromechanical structures

Coupled Electromechanical Analysis, MEMS Modeling, MEMS, RF MEMS Switches, Defected Ground Structures, Reconfigurable Resonator

On design and control of simulated moving bed plants

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

Design and control of combined chemical processes for the production of pure enantiomers

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2013

Industrial Structure, Trade and Regional Economics : Market Segmentation

We consider a general equilibrium model a la Bhaskar (Review of Economic Studies 2002): there are complementarities across sectors, each of which comprise (many) heterogenous monopolistically competitive firms. Bhaskar's model is extended in two directions: production requires capital, and labour markets are segmented. Labour market segmentation models the difficulties of labour migrating across international barriers (in a trade context) or from a poor region to a richer one (in a regional context), whilst the assumption of a single capital market means that capital flows freely between countries or regions. The model is solved analytically and a closed form solution is provided. Adding labour market segmentation to Bhaskar's two-tier industrial structure allows us to study, inter alia, the impact of competition regulations on wages and - financial flows both in the regional and international context, and the output, welfare and financial implications of relaxing immigration laws. The analytical approach adopted allows us, not only to sign the effect of policies, but also to quantify their effects. Introducing capital as a factor of production improves the realism of the model and refi nes its empirically testable implications.

Design and analysis of ChIP-Seq experiments for nuclear factor I DNA-binding proteins

SUMMARY : Eukaryotic DNA interacts with the nuclear proteins using non-covalent ionic interactions. Proteins can recognize specific nucleotide sequences based on the sterical interactions with the DNA and these specific protein-DNA interactions are the basis for many nuclear processes, e.g. gene transcription, chromosomal replication, and recombination. New technology termed ChIP-Seq has been recently developed for the analysis of protein-DNA interactions on a whole genome scale and it is based on immunoprecipitation of chromatin and high-throughput DNA sequencing procedure. ChIP-Seq is a novel technique with a great potential to replace older techniques for mapping of protein-DNA interactions. In this thesis, we bring some new insights into the ChIP-Seq data analysis. First, we point out to some common and so far unknown artifacts of the method. Sequence tag distribution in the genome does not follow uniform distribution and we have found extreme hot-spots of tag accumulation over specific loci in the human and mouse genomes. These artifactual sequence tags accumulations will create false peaks in every ChIP-Seq dataset and we propose different filtering methods to reduce the number of false positives. Next, we propose random sampling as a powerful analytical tool in the ChIP-Seq data analysis that could be used to infer biological knowledge from the massive ChIP-Seq datasets. We created unbiased random sampling algorithm and we used this methodology to reveal some of the important biological properties of Nuclear Factor I DNA binding proteins. Finally, by analyzing the ChIP-Seq data in detail, we revealed that Nuclear Factor I transcription factors mainly act as activators of transcription, and that they are associated with specific chromatin modifications that are markers of open chromatin. We speculate that NFI factors only interact with the DNA wrapped around the nucleosome. We also found multiple loci that indicate possible chromatin barrier activity of NFI proteins, which could suggest the use of NFI binding sequences as chromatin insulators in biotechnology applications. RESUME : L'ADN des eucaryotes interagit avec les protéines nucléaires par des interactions noncovalentes ioniques. Les protéines peuvent reconnaître les séquences nucléotidiques spécifiques basées sur l'interaction stérique avec l'ADN, et des interactions spécifiques contrôlent de nombreux processus nucléaire, p.ex. transcription du gène, la réplication chromosomique, et la recombinaison. Une nouvelle technologie appelée ChIP-Seq a été récemment développée pour l'analyse des interactions protéine-ADN à l'échelle du génome entier et cette approche est basée sur l'immuno-précipitation de la chromatine et sur la procédure de séquençage de l'ADN à haut débit. La nouvelle approche ChIP-Seq a donc un fort potentiel pour remplacer les anciennes techniques de cartographie des interactions protéine-ADN. Dans cette thèse, nous apportons de nouvelles perspectives dans l'analyse des données ChIP-Seq. Tout d'abord, nous avons identifié des artefacts très communs associés à cette méthode qui étaient jusqu'à présent insoupçonnés. La distribution des séquences dans le génome ne suit pas une distribution uniforme et nous avons constaté des positions extrêmes d'accumulation de séquence à des régions spécifiques, des génomes humains et de la souris. Ces accumulations des séquences artéfactuelles créera de faux pics dans toutes les données ChIP-Seq, et nous proposons différentes méthodes de filtrage pour réduire le nombre de faux positifs. Ensuite, nous proposons un nouvel échantillonnage aléatoire comme un outil puissant d'analyse des données ChIP-Seq, ce qui pourraient augmenter l'acquisition de connaissances biologiques à partir des données ChIP-Seq. Nous avons créé un algorithme d'échantillonnage aléatoire et nous avons utilisé cette méthode pour révéler certaines des propriétés biologiques importantes de protéines liant à l'ADN nommés Facteur Nucléaire I (NFI). Enfin, en analysant en détail les données de ChIP-Seq pour la famille de facteurs de transcription nommés Facteur Nucléaire I, nous avons révélé que ces protéines agissent principalement comme des activateurs de transcription, et qu'elles sont associées à des modifications de la chromatine spécifiques qui sont des marqueurs de la chromatine ouverte. Nous pensons que lés facteurs NFI interagir uniquement avec l'ADN enroulé autour du nucléosome. Nous avons également constaté plusieurs régions génomiques qui indiquent une éventuelle activité de barrière chromatinienne des protéines NFI, ce qui pourrait suggérer l'utilisation de séquences de liaison NFI comme séquences isolatrices dans des applications de la biotechnologie.

The Design and efficiency of loyalty rewards

The goal of this paper is to reexamine the optimal design and efficiency of loyalty rewards in markets for final consumption goods. While the literature has emphasized the role of loyalty rewards as endogenous switching costs (which distort the efficient allocation of consumers), in this paper I analyze the ability of alternative designs to foster consumer participation and increase total surplus. First, the efficiency of loyalty rewards depend on their specific design. A commitment to the price of repeat purchases can involve substantial efficiency gains by reducing price-cost margins. However, discount policies imply higher future regular prices and are likely to reduce total surplus. Second, firms may prefer to set up inefficient rewards (discounts), especially in those circumstances where a commitment to the price of repeat purchases triggers Coasian dynamics.