Implementing fully homomorphic encryption schemes in FPGA-based systems

LLas nuevas tecnologías orientadas a la nube, el internet de las cosas o las tendencias "as a service" se basan en el almacenamiento y procesamiento de datos en servidores remotos. Para garantizar la seguridad en la comunicación de dichos datos al servidor remoto, y en el manejo de los mismos en dicho servidor, se hace uso de diferentes esquemas criptográficos. Tradicionalmente, dichos sistemas criptográficos se centran en encriptar los datos mientras no sea necesario procesarlos (es decir, durante la comunicación y almacenamiento de los mismos). Sin embargo, una vez es necesario procesar dichos datos encriptados (en el servidor remoto), es necesario desencriptarlos, momento en el cual un intruso en dicho servidor podría a acceder a datos sensibles de usuarios del mismo. Es más, este enfoque tradicional necesita que el servidor sea capaz de desencriptar dichos datos, teniendo que confiar en la integridad de dicho servidor de no comprometer los datos. Como posible solución a estos problemas, surgen los esquemas de encriptación homomórficos completos. Un esquema homomórfico completo no requiere desencriptar los datos para operar con ellos, sino que es capaz de realizar las operaciones sobre los datos encriptados, manteniendo un homomorfismo entre el mensaje cifrado y el mensaje plano. De esta manera, cualquier intruso en el sistema no podría robar más que textos cifrados, siendo imposible un robo de los datos sensibles sin un robo de las claves de cifrado. Sin embargo, los esquemas de encriptación homomórfica son, actualmente, drás-ticamente lentos comparados con otros esquemas de encriptación clásicos. Una op¬eración en el anillo del texto plano puede conllevar numerosas operaciones en el anillo del texto encriptado. Por esta razón, están surgiendo distintos planteamientos sobre como acelerar estos esquemas para un uso práctico. Una de las propuestas para acelerar los esquemas homomórficos consiste en el uso de High-Performance Computing (HPC) usando FPGAs (Field Programmable Gate Arrays). Una FPGA es un dispositivo semiconductor que contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad puede ser reprogramada. Al compilar para FPGAs, se genera un circuito hardware específico para el algorithmo proporcionado, en lugar de hacer uso de instrucciones en una máquina universal, lo que supone una gran ventaja con respecto a CPUs. Las FPGAs tienen, por tanto, claras difrencias con respecto a CPUs: -Arquitectura en pipeline: permite la obtención de outputs sucesivos en tiempo constante -Posibilidad de tener multiples pipes para computación concurrente/paralela. Así, en este proyecto: -Se realizan diferentes implementaciones de esquemas homomórficos en sistemas basados en FPGAs. -Se analizan y estudian las ventajas y desventajas de los esquemas criptográficos en sistemas basados en FPGAs, comparando con proyectos relacionados. -Se comparan las implementaciones con trabajos relacionados New cloud-based technologies, the internet of things or "as a service" trends are based in data storage and processing in a remote server. In order to guarantee a secure communication and handling of data, cryptographic schemes are used. Tradi¬tionally, these cryptographic schemes focus on guaranteeing the security of data while storing and transferring it, not while operating with it. Therefore, once the server has to operate with that encrypted data, it first decrypts it, exposing unencrypted data to intruders in the server. Moreover, the whole traditional scheme is based on the assumption the server is reliable, giving it enough credentials to decipher data to process it. As a possible solution for this issues, fully homomorphic encryption(FHE) schemes is introduced. A fully homomorphic scheme does not require data decryption to operate, but rather operates over the cyphertext ring, keeping an homomorphism between the cyphertext ring and the plaintext ring. As a result, an outsider could only obtain encrypted data, making it impossible to retrieve the actual sensitive data without its associated cypher keys. However, using homomorphic encryption(HE) schemes impacts performance dras-tically, slowing it down. One operation in the plaintext space can lead to several operations in the cyphertext space. Because of this, different approaches address the problem of speeding up these schemes in order to become practical. One of these approaches consists in the use of High-Performance Computing (HPC) using FPGAs (Field Programmable Gate Array). An FPGA is an integrated circuit designed to be configured by a customer or a designer after manufacturing - hence "field-programmable". Compiling into FPGA means generating a circuit (hardware) specific for that algorithm, instead of having an universal machine and generating a set of machine instructions. FPGAs have, thus, clear differences compared to CPUs: - Pipeline architecture, which allows obtaining successive outputs in constant time. -Possibility of having multiple pipes for concurrent/parallel computation. Thereby, In this project: -We present different implementations of FHE schemes in FPGA-based systems. -We analyse and study advantages and drawbacks of the implemented FHE schemes, compared to related work.

Aplicación Android para el aprendizaje de inglés nivel B2 : extensión del ILLLab

Desde el inicio de la globalización, el aprendizaje de la lengua inglesa se ha instaurado como una necesidad. Hoy en día, con la adopción del Espacio Europeo de Educación Superior este lenguaje no sólo se impone como un requisito para los estudiantes sino que se exige un nivel B2, lo cual significa un esfuerzo mayor tanto como para el alumno como para el profesor a la hora de hacer de este ejercicio un hábito y lograr la evaluación continua de los mismos. Este proyecto intenta extender las funcionalidades de una aplicación existente llamada Illlab con ejercicios que se adapten al nivel B2 y permitan la interacción entre alumnos durante la realización de estos ejercicios. El objetivo de esta aplicación es el de desarrollar ejercicios extra en la aplicación Illlab que añadan complejidad para el aprendizaje de inglés de un nivel B2 y que además se puedan realizar actividades entre los alumnos. La idea es hacer una aplicación de preguntas y respuestas “multiple choice” con cuatro opciones por pregunta. El fuerte de este juego está en presentar material variado sobre uso de la lengua y además permitir el juego entre varios alumnos. La extensión de ILLLab se plantea como un proyecto para desarrollar interfaces y funcionalidades adicionales en la antigua aplicación. La principal funcionalidad que se añade es un juego de preguntas y respuestas con opciones múltiples para un nivel B2 y las interfaces responden a necesidades de intercambio y manejo de contenido por Internet mediante estándares aceptados en el mundo del aprendizaje digital tales como Common Cartridge o SCORM. Este proyecto simplemente adapta la aplicación para su uso en un entorno de evaluación de actividades en el cual el profesor tiene acceso a las actividades que realizan los alumnos de un curso para su posterior evaluación. Antiguamente ILLLab sólo contenía ejercicios que se llevaban a cabo en el dispositivo móvil por lo que el control de estas actividades no era posible. La mejora se presenta como una interfaz Common Cartridge para el manejo del contenido, una interfaz de comunicación sobre servicios web tipo REST y el manejo de base de datos mediante Hibernate que agrupa una serie de librerías Java para la persistencia de objetos de la base de datos. ABSTRACT. Since the onset of globalization, the learning of the English language has become as a necessity. Today, with the adoption of the European Higher Education Area this language is not only imposed as a requirement for students but a B2 level is required, which means a greater effort both to the student and teacher when it comes to make the learning exercise a habit and achieve continuous evaluation of students. This project aims to extend the functionality of an existing application called Illlab with an exercise that suits the B2 level and allow interaction between students while performing these exercises. The purpose of this application is to develop an additional exercise in the application Illlab that adds complexity for learning English at B2 level and also enables the interaction among students. The main idea is to make an application in multiple choices style with four options. The strength of this game is to present varied material on use of Enlgish and also allow play between two students. ILLLab extension is conceived as a project to develop interfaces and additional functionalities in the old application. The main functionalities added are a game of questions and answers with multiple choices for a B2 level and interfaces that meet information exchange requirements and content management over the Internet using standards adopted in the world of digital learning such as Common Cartridge or SCORM. This project simply adapts the application for its use in an activities evaluation environment in which the teacher has access to the activities performed by students in a course for further evaluation. The former versión of ILLLab contained only exercises that were carried out on the mobile device so that the evaluation of these activities was not possible. The improvement comes as a Common Cartridge interface for content management, a communication interface with REST web services and a database access using Hibernate which groups a number of Java libraries for object persistence in the database.

Compatibilidad de Eretmocerus mundus Mercet (Hymenoptera: Aphelinidae) y Amblyseius swirskii Athias-Henriot (Acari: Phytoseiidae), importantes enemigos naturales de la mosca blanca Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae) en cultivos hortícolas, con nuevas barreras físicas selectivas y modernos plaguicidas

Los programas de Gestión Integrada de Plagas (GIP) promueven el uso de estrategias de control que sean respetuosas con el medio ambiente, sin embargo el uso de insecticidas en los cultivos hortícolas sigue siendo necesario para el control de determinadas plagas, como es el caso de la mosca blanca Bemisia tabaci (Gennadius). Por ello, el objetivo de esta tesis es el estudio de la integración de las tres estrategias de control más empleadas hoy en día para el control de plagas: el control biológico, el físico y el químico. Una primera parte de este trabajo ha consistido en el estudio de los efectos letales y subletales de once insecticidas, aplicados a la dosis máxima de campo, sobre los enemigos naturales Eretmocerus mundus Mercet y Amblyseius swirskii Athias-Henriot, mediante ensayos de laboratorio y persistencia (laboratorio extendido). Para la evaluación de la toxicidad de los insecticidas sobre los estados de vida más protegidos de estos enemigos naturales, se trataron bajo la Torre de Potter las pupas de E. mundus y los huevos de A. swirskii. Además, se llevaron a cabo ensayos de contacto residual para determinar los efectos letales y subletales de estos insecticidas sobre el estado adulto de ambas especies de enemigos naturales. Para ello, los pesticidas se aplicaron sobre placas de cristal (laboratorio) o sobre plantas (laboratorio extendido: persistencia). Los resultados mostraron que los insecticidas flonicamida, flubendiamida, metaflumizona, metoxifenocida, spiromesifen y spirotetramat eran compatibles con el estado de pupa de E. mundus (OILB 1: Inocuos). Sin embargo, abamectina, deltametrina y emamectina fueron categorizadas como ligeramente tóxicas (OILB 2) al causar efectos deletéreos. Los dos pesticidas más tóxicos fueron spinosad y sulfoxaflor, los cuales redujeron significativamente la emergencia de las pupas tratadas (OILB 4: Tóxicos). Flonicamida, flubendiamida, metoxifenocida y spiromesifen fueron compatibles con el estado adulto de E. mundus (OILB 1: Inocuos). Abamectina, deltametrina, emamectina, metaflumizona y spiromesifen pueden ser recomendados para su uso en programas de GIP, si se usan los plazos de seguridad apropiados, de acuerdo con la persistencia de cada uno de estos insecticidas, antes de la liberación del enemigo natural. Al contrario, spinosad y sulfoxaflor no resultaron ser compatibles (OILB D: Persistentes), aunque la realización de ensayos adicionales es necesaria para ver los efectos de los mismos en campo. Todos los insecticidas estudiados, excepto el spirotetramat (OILB 2: Ligeramente tóxico), fueron selectivos para el estado de huevo de A. swirskii (OILB 1: Inocuos). Flonicamida, flubendiamida, metaflumizona, metoxifenocida, spiromesifen, spirotetramat y sulfoxaflor, fueron compatibles con el estado adulto de A. swirskii (OILB 1: Inocuos). Abamectina, deltametrina, emamectina y spinosad pueden ser recomendados para su uso en programas de GIP, si se usan los plazos de seguridad apropiados, de acuerdo con la persistencia de cada uno de estos insecticidas, antes de la liberación del enemigo natural. Entre las nuevas estrategias de la GIP, los plásticos y mallas fotoselectivas han demostrado ser una herramienta importante para el control de plagas y enfermedades en cultivos hortícolas protegidos. Por ello, en una segunda parte de este trabajo, se estudiaron tanto los efectos directos, como la combinación de efectos directos y mediados por planta y plaga de ambientes pobres en luz UV, en presencia o ausencia del Virus del rizado amarillo del tomate (TYLCV), sobre E. mundus. En primer lugar, se realizó un ensayo al aire libre para la evaluación de la capacidad de vuelo de E. mundus en cajas tipo túnel (1 x 0,6 x 0,6 m) cubiertas con distintas barreras absorbentes de luz UV. Se detectó un efecto directo en la capacidad de orientación de E. mundus, debido a que este parasitoide utiliza estímulos visuales para localizar a sus huéspedes, únicamente en las barreras que bloqueaban más del 65% de la luz UV (malla G). En segundo lugar, bajo condiciones de invernadero, se evaluó la combinación de efectos directos y mediados por planta y plaga sobre E. mundus, usando plantas de tomate sanas o infectadas con el TYLCV y cajas (30 x 30 x 60 cm) cubiertas con los distintos plásticos fotoselectivos. En este caso, no se observó ningún efecto en la capacidad benéfica del parasitoide cuando este estaba en contacto con plantas de tomate infestadas con ninfas de B. tabaci, lo que demuestra que este insecto usa estímulos táctiles para encontrar a sus huéspedes a cortas distancias. Además, las diferentes condiciones de radiación UV estudiadas tuvieron cierto impacto en la morfología, fisiología y bioquímica de las plantas de tomate, infestadas o no con el virus de la cuchara, detectándose pequeñas alteraciones en alguno de los parámetros estudiados, como el peso fresco y seco, el contenido en H y el espesor de las cutículas y de las paredes celulares de la epidermis foliar. Por último, no se observaron efectos de la radiación UV mediados por planta, ni en B. tabaci ni en su parasitoide, E. mundus. En una tercera parte, se evaluaron los efectos de una malla tratada con bifentrin sobre ambos enemigos naturales, en ensayos de laboratorio, semicampo y campo. Las mallas tratadas fueron diseñadas originariamente para el control de mosquitos vectores de la malaria, y actualmente se está trabajando para su uso en agricultura, como una nueva estrategia de control de plagas. En ensayos de laboratorio, cuando adultos de E. mundus y A. swirskii se expusieron por contacto durante 72 horas con la malla tratada (cajas de 6 cm diámetro), se registró una alta mortalidad. Sin embargo, en el ensayo de preferencia, estos enemigos naturales no fueron capaces de detectar la presencia de bifentrin y, en aquellos individuos forzados a atravesar la malla tratada, no se observó mortalidad a corto plazo (72 horas). En estudios de semicampo, llevados a cabo bajo condiciones de invernadero en cajas de 25 x 25 x 60 cm de altura, la capacidad benéfica de E. mundus no se vio afectada. Finalmente, en ensayos de campo llevados a cabo en invernaderos comerciales (4000m2) en Almería, A. swirskii no se vio afectado por la presencia en el cultivo de la malla tratada con bifentrin y los niveles de infestación de B. tabaci y F. occidentalis detectados bajo dicha malla, fueron inferiores a los del control. Por último, se ha evaluado la composición de la microflora bacteriana de tres especies de parasitoides, E. mundus, Eretmocerus eremicus Rose & Zolnerowich y Encarsia formosa Gahan, y la influencia de la misma en su susceptibilidad a insecticidas. Se llevó a cabo una extracción total de ADN de los insectos y la región variable V4 del ARNr se amplificó usando cebadores universales bacterianos. Para identificar las secuencias de los géneros bacterianos presentes en los parasitoides, se realizó una Next Generation sequencing (Illumina sequencing). Una vez identificados los géneros bacterianos, el gen ADNr 16S de las Actinobacterias se amplificó del ADN extraído de los insectos, usando cebadores universales bacterianos y específicos de Actinobacterias, y los productos de la Nested PCR fueron clonados para identificar todas las especies del género Arthrobacter. Tres bacterias (A. aurescens Phillips, A. nicotinovarans Kodama, Yamamoto, Amano and Amichi y A. uratoxydans Stackebrandt, Fowler, Fiedler and Seiler), próximas a las especies de Arthrobacter presentes en los parasitoides, se obtuvieron de la colección bacteriana del BCCMTM/LMG y se midió su actividad esterasa. Finalmente, se realizaron ensayos con antibióticos (tetraciclina) y de contacto residual con insecticidas (abamectina) para determinar la influencia de las especies de Arthrobacter en la susceptibilidad de E. mundus a insecticidas. Los resultados muestran que este género bacteriano puede afectar a la toxicidad de E. mundus a abamectina, mostrando la importancia de la comunidad microbiana en enemigos naturales, factor que debe ser considerado en los estudios de evaluación de los riesgos de los insecticidas. ABSTRACT Integrated Pest Management (IPM) programs promote the use of control strategies more respectful with the environment; however the use of insecticides in vegetable crops is still needed to control certain pests, such as the whitefly Bemisia tabaci (Gennadius). Therefore, the objective of this work is to study the integration of the three most commonly used pest control strategies nowadays: biological, physical and chemical control. Firstly, the lethal and sublethal effects of eleven insecticides, applied at their maximum field recommended concentration, on the parasitic wasp Eretmocerus mundus Mercet and the predator Amblyseius swirskii Athias-Henriot has been assessed in the laboratory and in persistence tests (extended laboratory). To test the effects of pesticides on the most protected life stage of these natural enemies, E. mundus pupae and A. swirskii eggs were sprayed under a Potter precision spray tower. Laboratory contact tests were therefore conducted to determine the lethal and sublethal effects of these pesticides on the adult stage of these natural enemies. In the residual contact tests the pesticides were applied on glass plates (laboratory) or plants (extended laboratory: persistence). The study showed that the insecticides flonicamid, flubendiamide, metaflumizone, methoxyfenozide, spiromesifen and spirotetramat were selective for E. mundus pupae (IOBC 1: Harmless). Nevertheless, abamectin, deltamethrin and emamectin were categorized as slightly harmful (IOBC 2) due to the deleterious effects caused. The two most harmful pesticides were spinosad and sulfoxaflor, which significantly reduced the adult emergence from treated pupae (IOBC 4: Harmful). Flonicamid, flubendiamide, methoxyfenozide and spiromesifen were compatible with E. mundus adults (IOBC 1: Harmless). Base on the duration of the harmful activity, abamectin, deltamethrin, emamectin, metaflumizone and spirotetramat could be recommended for use in IPM programs if appropriate safety deadlines are used before the natural enemy release. On the contrary, spinosad and sulfoxaflor were not compatible (IOBC D: persistent), although additional studies are required to determine their effects under field conditions. All the pesticides tested, except spirotetramat (IOBC 2: Slightly harmful), were selective for A. swirskii eggs (IOBC 1: Harmless). Flonicamid, flubendiamide, metaflumizone, methoxyfenozide, spiromesifen, spirotetramat and sulfoxaflor were compatible with A. swirskii adults (IOBC 1: Harmless). However, abamectin, deltamethrin, emamectin and spinosad could be recommended for use in IPM programs if appropriate safety deadlines are used before the natural enemy release. Among new IPM strategies, UV-absorbing photoselective plastic films and nets have been shown to be an important tool for the control of pests and diseases in horticultural protected crops. Because of that, we secondly studied the plant and pest insect-mediated and/or the direct effects on E. mundus under different UV radiation conditions, in presence or absence of the Tomato Yellow Leaf Curl Virus (TYLCV). In the first experiment, performed outdoors, the flight activity of E. mundus was studied in one-chamber tunnels (1 x 0.6 x 0.6 m) covered with different photoselective barriers. Because E. mundus uses visual cues for host location at a long distance, a direct effect on its host location ability was detected, but only in the UV-absorbing barriers blocking more than 65% of the UV light (G net). In a second experiment, the direct and plant and pest insect-mediated effects of different UV radiation conditions on E. mundus were studied, inside cages (30 x 30 x 60 cm) covered with the different UVplastic films and under greenhouse conditions, using healthy or TYLCV-virus infected tomato plants. In this case, not any effect on the beneficial capacity of this parasitoid was detected, proving that he uses tactile cues at a short distance of the host. Moreover, the different UV radiation conditions studied had a certain direct impact in the morphology, physiology and biochemistry of tomato plants infested or not with the TYLCV, and small alterations in some parameters such as fresh and dry weight, H percentage and cuticle and cell wall thickness of epidermal cells of the leaves, were detected. Finally, none plant-mediated UV effects neither in the whitefly B. tabaci nor in their parasitic wasp were found. Thirdly, the effects of a bifenthrin treated net were evaluated in different laboratory, semi-field and field experiments on the natural enemies studied. Treated nets were developed long time ago aiming at the control of the mosquitoes vectors of malaria, and nowadays, there is a great interest on assessing the possibility of their use in agriculture. In laboratory assays, a high mortality was recorded when E. mundus and A. swirskii adults were exposed by contact to the bifenthrin treated net for 72 hours in small cages (12 cm diameter). However, these natural enemies were not able to detect the presence of bifenthrin in a dual-choice test and no short-term mortality (72 hours) was recorded in those individuals that went through the treated net. In semi-field assays, performed under greenhouse conditions with cages of 25 x 25 x 60 cm high, the beneficial capacity of E. mundus was not affected. Finally, in field assays carried out in commercial multispan greenhouses (4000 m2) in Almería, A. swirskii was not affected by the presence of the bifenthrin treated net in the crop and the B. tabaci and F. occidentalis infestation levels were significantly lower than in the control. Finally, the composition of the microflora present in three species of parasitoids, E. mundus, Eretmocerus eremicus Rose & Zolnerowich and Encarsia formosa Gahan, and its influence in their susceptibility to insecticides, have been assessed. A total DNA extraction was performed on insects and universal bacterial primers were used to amplify the variable V4 region of the rRNA. A Next Generation sequencing (Illumina sequencing) was performed to identify the sequences of the bacterial genera present in the parasitic wasps. Once, the bacterial genera were identified, 16S rDNA gene of Actinobacteria were amplified from insects DNA extracts using the universal bacterial and actinobacterial primers, and the nested PCR products, were cloned to identify the Arthrobacter species. Three bacteria (A. aurescens Phillips, A. nicotinovarans Kodama, Yamamoto, Amano and Amichi and A. uratoxydans Stackebrandt, Fowler, Fiedler and Seiler), having the closest match with the Arthrobacter species present in the parasitic wasps, were obtained from the BCCMTM/LMG bacteria collection and its esterase activity was measured. Finally, antibiotic and residual contact tests were done to determine the influence of Arthrobacter species in the susceptibility of E. mundus to pesticides (abamectin). The results suggest that this bacterial genus can affect the toxicity of E. mundus to abamectin, which in turn supports the importance of the microbial community in natural enemies that it should be considered as a factor in risk assessment tests of pesticides.

Aplicación integral en construcción de materiales eco-eficientes con incorporación de cenizas de biomasa

El empleo de biomasa como combustible para la generación de bio-energía va en aumento en la actualidad, debido a su impacto medioambiental nulo en cuanto a las emisiones de CO2. Por lo tanto la generación de cenizas de biomasa, residuo de la producción de esta energía, constituye un problema medioambiental con un claro impacto social y económico. Este tipo de ceniza tiene contenidos en óxidos que la hacen atractiva para su empleo como sustituto parcial del cemento Portland, lo cual proporciona una salida eco-eficiente a este residuo, reduciendo al mismo tiempo la emisión de gases de efecto invernadero asociada a la fabricación del cemento. Esta investigación se centra en el desarrollo de nuevos e innovadores materiales base-cemento eco-eficientes que incorporan ceniza de biomasa para su aplicación integral en construcción. Para ello, se emplea una ceniza de biomasa (CB) procedente de un combustor de lecho fluidizado, cuya biomasa de combustión es principalmente restos de corteza de eucalipto, suministrada por el grupo ENCE-Navia (Asturias). El trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral, tiene como primera fase la caracterización de esta ceniza y el análisis de viabilidad de su valorización en materiales base-cemento. Dentro de este análisis, se propone la activación de la ceniza CB mediante tratamiento hidrotermal (TH) en diferentes condiciones de medio activante, temperatura y tiempo de proceso, con el objetivo de favorecer la formación de fases hidratadas que potencien la valorización de la ceniza en el campo de los materiales de construcción. Como fase hidratada de interés se obtiene la fase tobermorita (Ca2.25(Si3O7.5(OH)1.5)(H2O)), precursora del gel C-S-H, responsable del desarrollo de resistencias mecánicas en los materiales base-cemento. El proceso de TH se optimiza para la síntesis más eficiente de esta fase. El estudio posterior de las propiedades mecánicas y micro-estructurales de pastas de cemento eco-eficientes que incorporan la ceniza CB y la ceniza tratada hidrotermalmente, CB-TH, confirma una mayor viabilidad de incorporación de la ceniza CB como sustituto parcial del cemento Portland. Como siguiente paso en el desarrollo de estos innovadores materiales base-cemento eco-eficientes se amplía el estudio multi-escalar de los materiales que incorporan CB mediante diferentes ensayos físico-mecánicos y de durabilidad. Los resultados indican que la presencia de la ceniza de biomasa no tiene efectos negativos sobre las propiedades físicas de los morteros eco-eficientes estudiados. Sin embargo, la adición de CB proporciona una mejor durabilidad del material al producir modificaciones de la microestructura que dificultan el transporte de agentes agresivos. Por otro lado, los morteros con un 10 y 20% de sustitución parcial de cemento por la ceniza de biomasa CB (CB-10 y CB-20) presentan una resistencia a compresión de 53.3 y 50.5 MPa a 28 días de curado, respectivamente. Estos morteros son comparables con un cemento Portland tradicional tipo CEM I de clase de resistencia 42.5 R. Por último, y con el fin de proporcionar la apertura de estos nuevos cementos eco-eficientes al mercado en el campo de los materiales de construcción, se estudian propiedades concretas relacionadas con diferentes tipos de aplicaciones. Concretamente se estudian en detalle las propiedades relativas a la aplicación en baldosas de mortero y los resultados indican unas prestaciones del material eco-eficiente con incorporación de CB similares o mejoradas con respecto al cemento Portland. Se analiza también la viabilidad de aplicación estructural de los cementos eco-eficientes desarrollados mediante el estudio de la adherencia al acero, que resulta similar a la del material de referencia. En cuanto a los resultados de extracción y caracterización de la fase acuosa de los poros, en todas las matrices eco-eficientes se obtiene un pH que garantiza la pasivación de la armadura. Sin embargo, el alto contenido en cloruros de dicha fase acuosa sugiere la conveniencia de realizar un análisis más detallado para la aplicación de los nuevos materiales eco-eficientes en hormigón armado. Se comprueba que todas las matrices que incorporan CB en porcentajes entre un 10 y un 90%, se pueden considerar adecuadas como nuevos materiales de construcción más eco-eficientes en aplicaciones con distintos niveles de exigencias mecánicas y sin problemas ambientales asociados con procesos de lixiviación. Con el presente trabajo de investigación se completan los objetivos iniciales de la tesis, con la obtención de nuevos e innovadores materiales base-cemento eco-eficientes que incorporan cenizas de biomasa (CB) con aplicación integral en el campo de la construcción. ABSTRACT The use of biomass as a fuel for the generation of bio-energy is increasing nowadays, due to its zero environmental impact in terms of CO2 emissions. Therefore the generation of biomass ash, a by-product of this energy, is an environmental problem with a clear social and economic impact. This type of ash contains oxides that make it attractive to be used as a partial replacement of Portland cement, providing an eco-efficient solution to this residue, while reducing the emission of greenhouse gases associated with the production of cement. The present research is focused on the development of new and innovative eco-efficient cement-based materials that incorporate biomass ash for their comprehensive application in construction. For this purpose a biomass ash (CB) is used from a fluidized bed forest combustor mainly fed with the bark of eucalyptus trees, provided by the ENCE-Navia (Asturias) group. The work includes in the first stage the characterization of the raw materials and the analysis of viability of their valorization in cement-based materials. Within this analysis, the activation of the ash is proposed by hydrothermal treatment (HT) in different conditions of activation medium, temperature and process duration, aiming an enhanced formation of hydrated phases to improve the ash valorization in the construction materials field. As an interesting hydrated phase, the tobermorite (Ca2.25(Si3O7.5(OH)1.5)(H2O)) is obtained from the process. This phase is considered as a precursor of the gel C-S-H, responsible for the development of mechanical strength in cement-based materials. HT process is optimized for the most efficient synthesis of tobermorite. The analysis of mechanical and microstructural properties of eco-efficient cement pastes incorporating CB ash and hydrothermally treated ash, CB-TH, confirms an improved viability of incorporation of CB ash as a partial replacement for Portland cement in the case. As a next step in the development of these innovative eco-efficient cement-based materials, a multiscale study of the materials that incorporate CB by different physical-mechanical and durability tests is carried out. The results indicate that the presence of biomass ash does not give rise to negative effects on the physical properties of the eco-efficient mortars analyzed. Nevertheless, the addition of CB produces a better durability performance due to microstructural modifications that hinder the transport of aggressive agents through the material. Moreover, mortars with a 10% and 20% of partial substitution of cement by the CB biomass ash (CB-10 and CB-20) show a compressive resistance of 53.3 and 50.5 MPa at 28 days of curing, respectively. These mortars are comparable to an ordinary Portland cement type CEM I with a resistance class of 42.5R. Finally, and in order to provide the opening of these new eco-efficient cement to the market in the field of construction materials, certain properties specifically related to different types of applications are studied. Among these, the properties concerning the application in mortar tiles are analyzed and the results indicate a similar, or even better performance of the eco-efficient mortar that incorporates CB, with respect to Portland cement. The viability of structural application of the developed eco-efficient cement is also performed considering the study of the adhesion to steel, with results similar to those of the reference material. Regarding the results of extraction and analysis of the aqueous phase of the pores, a pH value guaranteeing reinforcement passivation is obtained for all the eco-efficient matrices. However, high chloride content is obtained suggesting the suitability of a more detailed study to evaluate the application of these new eco-efficient materials in reinforced concrete. It is established that all the matrices incorporating CB in percentages between 10 and 90% may be considered adequate as new more eco-efficient construction materials in applications with different levels of mechanical demand and without environmental problems associated to leaching processes. In this research the initial objectives of the thesis are fulfilled by obtaining new and innovative eco-efficient cement-based materials that incorporate biomass ashes (CB) with comprehensive application in the construction field.

EXPERIÊNCIAS AFETIVAS NO CONTEXTO ORGANIZACIONAL E SEU IMPACTO SOBRE O BEM-ESTAR NO TRABALHO

Em ambiente de elevada pressão, competição e necessidade de criação de diferenciais consistentes que venham contribuir com a longevidade das organizações, nota-se a busca e, às vezes, radicais transformações nos modelos de gestão de negócios e gestão do ser humano no meio empresarial. No campo central dos estudos atuais acerca do comportamento humano e de suas relações com as diversas instituições em que o homem se vê inserido, figuram os esforços voltados à compreensão do papel e valor da contribuição do ser humano ao ambiente de trabalho e fortalecimento das organizações. Crescentes se mostram a preocupação e o entendimento sobre os fatores que impactam o bem-estar geral, o bem-estar no trabalho, a saúde dos trabalhadores e as variáveis emocionais oriundas das relações interpessoais comuns a todo organismo social. A combinação de temas emergentes e ricos em significância como bem-estar no trabalho, satisfação e envolvimento com o trabalho, comprometimento organizacional afetivo, emoções, afetos e sentimentos, caracterizam-se como um vasto e instigante campo de pesquisa para uma adaptação mais ampla do ser humano ao ambiente organizacional. O presente estudo teve como objetivo submeter ao teste empírico as relações entre experiências afetivas no contexto organizacional e três dimensões de bem-estar no trabalho - satisfação no trabalho, envolvimento com o trabalho e comprometimento organizacional afetivo. A amostra foi composta por 253 profissionais de uma indústria metalúrgica de autopeças na grande São Paulo, sendo 213 do sexo masculino e 29 do sexo feminino, com maior freqüência na faixa etária compreendida entre 26 a 30 anos, distribuída entre solteiros e casados. Para a coleta de dados foi utilizado um questionário de auto-preenchimento com quatro escalas que avaliaram afetos positivos e negativos, satisfação no trabalho, envolvimento com o trabalho e comprometimento organizacional afetivo. A análise dos dados foi feita por meio do SPSS, versão 16.0 e diversos sub-programas permitiram realizar análises descritivas bem como calcular modelos de regressão linear para verificar o impacto de afetos positivos e negativos sobre bem-estar no trabalho. Os resultados deste estudo revelaram que o principal preditor das dimensões de bem-estar no trabalho foram os afetos positivos. Assim, parece ser adequado afirmar que bem-estar no trabalho seja um estado psicológico sustentado, em especial, pela vivência de emoções positivas no contexto organizacional. Sugere-se que a promoção da saúde e do bem-estar dentro das organizações sejam focos de estudos futuros, representando valiosa contribuição aos campos de conhecimento da psicologia da saúde e da psicologia organizacional, bem como ao conseqüente fortalecimento dos vínculos entre empresa e trabalhadores.(AU)

EXPERIÊNCIAS AFETIVAS NO CONTEXTO ORGANIZACIONAL E SEU IMPACTO SOBRE O BEM-ESTAR NO TRABALHO

Em ambiente de elevada pressão, competição e necessidade de criação de diferenciais consistentes que venham contribuir com a longevidade das organizações, nota-se a busca e, às vezes, radicais transformações nos modelos de gestão de negócios e gestão do ser humano no meio empresarial. No campo central dos estudos atuais acerca do comportamento humano e de suas relações com as diversas instituições em que o homem se vê inserido, figuram os esforços voltados à compreensão do papel e valor da contribuição do ser humano ao ambiente de trabalho e fortalecimento das organizações. Crescentes se mostram a preocupação e o entendimento sobre os fatores que impactam o bem-estar geral, o bem-estar no trabalho, a saúde dos trabalhadores e as variáveis emocionais oriundas das relações interpessoais comuns a todo organismo social. A combinação de temas emergentes e ricos em significância como bem-estar no trabalho, satisfação e envolvimento com o trabalho, comprometimento organizacional afetivo, emoções, afetos e sentimentos, caracterizam-se como um vasto e instigante campo de pesquisa para uma adaptação mais ampla do ser humano ao ambiente organizacional. O presente estudo teve como objetivo submeter ao teste empírico as relações entre experiências afetivas no contexto organizacional e três dimensões de bem-estar no trabalho - satisfação no trabalho, envolvimento com o trabalho e comprometimento organizacional afetivo. A amostra foi composta por 253 profissionais de uma indústria metalúrgica de autopeças na grande São Paulo, sendo 213 do sexo masculino e 29 do sexo feminino, com maior freqüência na faixa etária compreendida entre 26 a 30 anos, distribuída entre solteiros e casados. Para a coleta de dados foi utilizado um questionário de auto-preenchimento com quatro escalas que avaliaram afetos positivos e negativos, satisfação no trabalho, envolvimento com o trabalho e comprometimento organizacional afetivo. A análise dos dados foi feita por meio do SPSS, versão 16.0 e diversos sub-programas permitiram realizar análises descritivas bem como calcular modelos de regressão linear para verificar o impacto de afetos positivos e negativos sobre bem-estar no trabalho. Os resultados deste estudo revelaram que o principal preditor das dimensões de bem-estar no trabalho foram os afetos positivos. Assim, parece ser adequado afirmar que bem-estar no trabalho seja um estado psicológico sustentado, em especial, pela vivência de emoções positivas no contexto organizacional. Sugere-se que a promoção da saúde e do bem-estar dentro das organizações sejam focos de estudos futuros, representando valiosa contribuição aos campos de conhecimento da psicologia da saúde e da psicologia organizacional, bem como ao conseqüente fortalecimento dos vínculos entre empresa e trabalhadores.(AU)

Detection of HIV-1 RNA by nucleic acid sequence-based amplification combined with fluorescence correlation spectroscopy

Nucleic acid sequence-based amplification (NASBA) has proved to be an ultrasensitive method for HIV-1 diagnosis in plasma even in the primary HIV infection stage. This technique was combined with fluorescence correlation spectroscopy (FCS) which enables online detection of the HIV-1 RNA molecules amplified by NASBA. A fluorescently labeled DNA probe at nanomolar concentration was introduced into the NASBA reaction mixture and hybridizing to a distinct sequence of the amplified RNA molecule. The specific hybridization and extension of this probe during amplification reaction, resulting in an increase of its diffusion time, was monitored online by FCS. As a consequence, after having reached a critical concentration of 0.1–1 nM (threshold for unaided FCS detection), the number of amplified RNA molecules in the further course of reaction could be determined. Evaluation of the hybridization/extension kinetics allowed an estimation of the initial HIV-1 RNA concentration that was present at the beginning of amplification. The value of initial HIV-1 RNA number enables discrimination between positive and false-positive samples (caused for instance by carryover contamination)—this possibility of discrimination is an essential necessity for all diagnostic methods using amplification systems (PCR as well as NASBA). Quantitation of HIV-1 RNA in plasma by combination of NASBA with FCS may also be useful in assessing the efficacy of anti-HIV agents, especially in the early infection stage when standard ELISA antibody tests often display negative results.

Is blindsight like normal, near-threshold vision?

Blindsight is the rare and paradoxical ability of some human subjects with occipital lobe brain damage to discriminate unseen stimuli in their clinically blind field defects when forced-choice procedures are used, implying that lesions of striate cortex produce a sharp dissociation between visual performance and visual awareness. Skeptics have argued that this is no different from the behavior of normal subjects at the lower limits of conscious vision, at which such dissociations could arise trivially by using different response criteria during clinical and forced-choice tests. We tested this claim explicitly by measuring the sensitivity of a hemianopic patient independently of his response criterion in yes-no and forced-choice detection tasks with the same stimulus and found that, unlike normal controls, his sensitivity was significantly higher during the forced-choice task. Thus, the dissociation by which blindsight is defined is not simply due to a difference in the patients’ response bias between the two paradigms. This result implies that blindsight is unlike normal, near-threshold vision and that information about the stimulus is processed in blindsighted patients in an unusual way.

A JAK-STAT pathway regulates wing vein formation in Drosophila.

We present evidence that the JAK-STAT signal transduction pathway regulates multiple developmental processes in Drosophila. We screened for second-site mutations that suppress the phenotype of the hyperactive hopTum-1 Jak kinase, and recovered a mutation that meiotically maps to the known chromosomal position of D-Stat, a Drosophila stat gene. This hypomorphic mutation, termed statHJ contains a nucleotide substitution in the first D-Stat intron, resulting in a reduction in the number of correctly processed transcripts. Further, the abnormally processed mRNA encodes a truncated protein that has a dominant negative effect on transcriptional activation by the wild-type cDNA in cell culture. statHJ mutants exhibit patterning defects that include the formation of ectopic wing veins, similar to those seen in mutants of the epidermal growth factor/receptor pathway. Abnormalities in embryonic and adult segmentation and in tracheal development were also observed. The hopTum-1 and statHJ mutations can partially compensate for each other genetically, and Hop overexpression can increase D-Stat transcriptional activity in vitro, indicating that the gene products interact in a common regulatory pathway.

Dinâmica de interações intraguilda em Chrysoperla externa (Neuroptera: Chrysopidae), Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae) com Diaphorina citri (Hemiptera: Psyllidae)

A necessidade por recursos alimentares move os insetos predadores na busca por presas, para garantir a sobrevivência. Existem vários fatores que podem influenciar o comportamento de busca e escolha por presas e, sob determinadas circunstâncias, o inseto pode escolher se alimentar de presas não alvo, como, por exemplo, inimigos naturais e assim prejudicar a população de organismos benéficos. Garantir a estabilidade do agroecossistema é uma forma de manter as populações de pragas em níveis compatíveis com a ação de inimigos naturais e, consequentemente obter o sucesso no controle biológico. Programas bem sucedidos de manejo de pragas requerem previamente a realização de estudos sobre comportamento de insetos. Com o intuito de compreender os fatores que governam o comportamento predatório e as interações ecológicas entre Harmonia axyridis e Chrysoperla externa, considerando a presença de Diaphorina citri como presa, objetivou-se estudar o efeito de interações intraguilda sobre a predação de D. citri, experimentalmente e utilizando modelos estatísticos para compreender a dinâmica de interações tróficas no contexto de potenciais guildas presentes em citros. Três experimentos distintos foram realizados para investigar o comportamento dos insetos predadores. Foram realizados testes com escolha entre larvas dos predadores C. externa e H. axyridis e testes com e sem escolha comparando machos e fêmeas do predador H. axyridis, a fim de investigar padrões de escolha de presas. O segundo experimento foi realizado para investigar o comportamento predatório entre larvas de segundo instar dos predadores sob diferentes densidades de D. citri como presa. As combinações foram: sem escolha de presas intraguilda, combinações com escolha de presas intraguilda e combinações com a presença de dois predadores da mesma espécie para possibilitar o canibalismo. As densidades de D. citri utilizadas foram 5, 10, 15, 30, 60, 80. No último experimento avaliou-se a interação entre larvas de C. externa e H. axyridis, ao longo do desenvolvimento, simulando a existência de apenas uma presa, como fonte de alimento. O desenvolvimento dos predadores foi avaliado e comparado utilizando-se duas presas diferentes, ninfas de D. citri e ovos de Ephestia kuehniella para cada larva de primeiro instar dos predadores C. externa e H. axyridis. As combinações de predadores foram as mesmas citadas no experimento anterior. Observou-se a duração do desenvolvimento larval nas diferentes combinações de predadores e presa, bem como o percentual de predações intraguilda e canibalismos ocorridos. Nem a densidade de presas, nem o tipo de presa ofertada influenciou o comportamento das larvas dos predadores para a realização de predação intraguilda ou canibalismo. O principal fator foi a diferença de idade que reflete no tamanho dos predadores, podendo direcionar a predação intraguilda ou o canibalismo e até mesmo acelerar o ciclo de desenvolvimento do predador intraguilda envolvido. Predadores em estágio inicial de vida buscaram por qualquer tipo de presa para garantir sua sobrevivência, não demonstrando qualquer padrão em suas escolhas. No caso dos adultos de H. axyridis, há diferença de comportamento entre os sexos, dependendo da densidade de presas disponíveis, fêmeas poderão ser mais ágeis na busca e consumo de presas.

El efecto de la participación en actividades de ocio sobre la influencia de la distancia en la elección de destinos

En la elección de destinos, la distancia presenta un efecto negativo debido al esfuerzo que supone desplazarse y a que generalmente implica mayores costes. Este artículo analiza si los individuos están dispuestos a recorrer mayores distancias para ir a un destino en el que pueden practicar, por ejemplo, actividades de ocio distintas a las que hacen el resto del año, o aumentar la frecuencia de sus actividades preferidas. La idea es que la sensibilidad a la distancia está influenciada a la hora de elegir un destino por la motivación de búsqueda de destinos que poseen determinadas actividades de ocio disponibles.

Do students confuse dimensionality and “directionality”?

The aim of this research is to understand the way in which students struggle with the distinction between dimensionality and “directionality” and if this type of potential confusion could be a factor affecting students’ tendency toward improper linear reasoning in the context of the relations between length and area of geometrical figures. 131 9th grade students were confronted with a multiple-choice test consisting of six problems related to the perimeter or the area of an enlarged geometrical figure, then some interviews were carried out to obtain qualitative data in relation to students’ reasoning. Results indicate that more than one fifth of the students’ answers could be characterized as based on directional thinking, suggesting that students struggled with the distinction between dimensionality and “directionality”. A single arrow showing one direction (image provided to the students) seemed to strengthen the tendency toward improper linear reasoning for the area problems. Two arrows showing two directions helped students to see a quadratic relation for the area problems.

Modulation allostérique du récepteur FP dans le cancer colorectal

Les prostaglandines modulent d’importants rôles physiologiques. Elles sont aussi impliquées dans le développement d’une variété de conditions pathologiques telles l’inflammation, la douleur et le cancer. La prostaglandine PGF2α et son récepteur (récepteur FP) se trouvent impliqué dans la modulation de nombreuses pathologies tels lors de l’accouchement préterme et le cancer colorectal. Récemment, nous avons fait partie d’un groupe de recherche ayant développé des modulateurs allostériques du récepteur FP. Dans une première étude, l’action du PGF2α sur le déclenchement des contractions myométriales a été évaluée, car peu d’information est connue sur la signalisation de cette prostaglandine lors de l’accouchement. Ainsi, nous avons utilisé un peptidomimétique de la deuxième boucle extracellulaire, dénommée PDC113.824. Nos résultats ont démontré que le PDC113.824 permettait de retarder la mise bas chez des souris gestantes, mais agissait de manière différente sur les multiples voies de signalisation de la PGF2α. Ainsi, le PDC113.824 inhibait la voie RhoA-ROCK, dépendante de l’activation de la protéine Gα12 par le. Les protéines RhoA-ROCK sont des acteurs clés dans le remodelage du cytosquelette d’actine et des contractions myométriales lors de l’accouchement. De plus, le PDC113.824 en présence de PGF2α agit comme un modulateur positif sur la voie dépendante de l’activation de la protéine Gαq. Le PDC113.824 serait donc un modulateur allostérique non compétitif possédant des actions à la fois de modulateurs positifs et négatifs sur la signalisation du récepteur FP Dans une seconde étude, des analogues du PDC113.824 ont été conçus et analysés dans un second modèle pathologique, le cancer colorectal. Ce cancer possède de hauts niveaux de récepteur FP. Nous avons donc étudié le rôle du récepteur FP dans le développement et la progression du cancer colorectal et l’effet de modulateurs allostériques. Il est généralement accepté que dans le cancer colorectal, la prostaglandine PGE2 permet la croissance et l’invasion tumorale, ainsi que l’angiogenèse. Toutefois, peu d’informations sont connues sur le rôle du PGF2α dans le cancer colorectal. C’est dans ce contexte que nous avons décidé d’examiner la contribution de ce récepteur dans la progression du cancer colorectal et cherché à déterminer si la modulation des fonctions du récepteur FP a un impact sur la croissance de tumeurs colorectales. Nos recherches ont révélé que l’activation du récepteur FP permet la migration et la prolifération de plusieurs lignées cellulaires humaines et murines d’adénocarcinomes colorectaux. Dans ce contexte, nos expériences ont démontré que la migration des cellules cancéreuses était dépendante de l’activation de la voie Rho. Nos résultats démontrent qu’en effet, l’activation de RhoA, une petite GTPase clé de la voie Gα12, est inhibée de façon sélective par nos composés. De plus, nos molécules allostériques sont également efficaces pour inhiber la voie de signalisation de la ß-caténine, une protéine impliquée dans la genèse du cancer colorectal. In vivo, le traitement de souris avec un des ces modulateurs a permis une inhibition effective de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent donc que les modulateurs allostériques des récepteurs FP pourraient constituer une nouvelle classe de médicaments utilisés pour le traitement du cancer colorectal.

Drosophila melanogaster larvae make nutritional choices that minimize developmental time

Organisms from slime moulds to humans carefully regulate their macronutrient intake to optimize a wide range of life history characters including survival, stress resistance, and reproductive success. However, life history characters often differ in their response to nutrition, forcing organisms to make foraging decisions while balancing the trade-offs between these effects. To date, we have a limited understanding of how the nutritional environment shapes the relationship between life history characters and foraging decisions. To gain insight into the problem, we used a geometric framework for nutrition to assess how the protein and carbohydrate content of the larval diet affected key life history traits in the fruit fly, Drosophila melanogaster. In no-choice assays, survival from egg to pupae, female and male body size, and ovariole number - a proxy for female fecundity - were maximized at the highest protein to carbohydrate (P:C) ratio (1.5:1). In contrast, development time was minimized at intermediate P:C ratios, around 1:2. Next, we subjected larvae to two-choice tests to determine how they regulated their protein and carbohydrate intake in relation to these life history traits. Our results show that larvae targeted their consumption to P:C ratios that minimized development time. Finally, we examined whether adult females also chose to lay their eggs in the P:C ratios that minimized developmental time. Using a three-choice assay, we found that adult females preferentially laid their eggs in food P:C ratios that were suboptimal for all larval life history traits. Our results demonstrate that D. melanogaster larvae make foraging decisions that trade-off developmental time with body size, ovariole number, and survival. In addition, adult females make oviposition decisions that do not appear to benefit the larvae. We propose that these decisions may reflect the living nature of the larval nutritional environment in rotting fruit. These studies illustrate the interaction between the nutritional environment, life history traits, and foraging choices in D. melanogaster, and lend insight into the ecology of their foraging decisions.

Quality of life training curriculum : choice, integration, advocacy.

Project director: Kathleen Carmody.