Tesi realitzada a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (CSIC) / El objetivo principal de la presente tesis ha sido la preparación y caracterización de emulsiones bituminosas concentradas y altamente concentradas de betún en agua controlando el tamaño de gota. Las investigaciones y estudios llevados a cabo se dividen en las siguientes etapas: -Caracterización de la naturaleza química y coloidal de diferentes betunes. - Estudio del comportamiento fásico de tensioactivos comerciales. -Preparación y caracterización de emulsiones concentradas y altamente concentradas de betún en agua. Las investigaciones desarrolladas han permitido alcanzar las siguientes conclusiones principales: -El betún es considerado un sistema coloidal en el que se encuentras dispersos nanocristales de parafina, agregados de asfaltenos y moléculas de resina. Los nanocristales de parafina se encuentran en betunes de naturaleza parafínica y poseen tamaños alrededor de 50 nm. Estos nanocristales son de menor tamaño cuando el betún ha sido enfríado rápidamente y desaparecen a los 70ºC, temperatura de fusión de la parafina. Los agregados de asfaltenos poseen un tamaño entre 2 y 3.3 nm. Su tamaño no se ve afectado por la velocidad de enfriamiento ni por la temperatura, en el rango estudiado. -Los betunes poseen tensioactivos endógenos que difunden al agua disminuyendo la tensión superficial hasta 60 mN/m. Este valor es demasiado alto para demostrar que se trata de moléculas tensioactivas. La difusión de las moléculas amfifílicas presentes en el betún cumple el modelo de Ward y Tordai de difusión. Ajustando este modelo, se ha calculado un exceso superficial de aproximadamente 4•10-6 mol/dm2 de especies amfifílicas del betún adsorbidas en la superficie del agua. -Se determinó la tensión superficial de betún a temperaturas bajas, donde la viscosidad es muy elevada. Se determinó la tensión superficial de los siguientes betunes: 150/180 A Nafténico, 150/180 B Parafínico, 80/100 y 60/70, y se observó que la tensión superficial es prácticamente la misma en todos ellos (37 mN/m) a 25ºC. Se observó que la contribución más importante en la tensión superficial es la componente dispersiva, confirmando que el betún es un material mayoritariamente apolar. -Mediante la determinación del potencial zeta se determinó que el betún Nafténico posee una carga superficial aproximadamente de 0.29 C/m2. Ésta carga superficial es debida a la presencia de tensiaoctivos endógenos. -Se estudió el comportamiento fásico de los tensioactivos comerciales Redicote E-4875, Redicote EM-48, Redicote EM-44, Redicote E-11 HF, Ampholak 7TX, Asfier 218, Telcodinac Teide S, Telcodinac PR y Polyram L-80 y Polyram L-90. -El tamaño de gota de las emulsiones preparadas con tensioactivos comerciales disminuye al aumentar la concentración de tensioactivo. -Se obtuvieron emulsiones con tamaños de gota menores con el betún 80/100, de menor dureza que con el betún 60/70. La emulsificación es más eficiente con betunes de menor dureza dado que proporcionan una viscosidad menor a la misma temperatura. -Al aumentar la fracción de volumen de fase dispersa, el tamaño de gota disminuye. Podría ser debido a que el esfuerzo de cizalla es proporcional a la viscosidad, por lo tanto, al aumentar la viscosidad de la emulsión, manteniendo la velocidad de cizalla constante, el esfuerzo aumenta. Ello puede permitir la formación de gotas más pequeñas. -Se prepararon emulsiones al 60, 70 y 80% de betún 150/180 A cuya fase acuosa contenía quitosano como espesante. El tamaño de gota disminuye con la presencia de quitosano en el medio acuoso. Esta disminución es más acusada en emulsiones del 60% que en emulsiones del 70% y poco apreciable en emulsiones del 80%. Esta tendencia también se observó con emulsiones preparadas con poliacrilamida, el tamaño de gota disminuye con la presencia de polímero en la fase continua, aunque a concentraciones más altas de polímero se alcanza un valor de tamaño de gota prácticamente constante. / Bitumen formulations have very important applications in road pavement, since bitumen allows strong surface adhesion, high internal cohesion and low water permeability. In road constructions, the conventional pavement process consists in mixing the bitumen with gravel and fillers at high temperature, generally around 120ºC-150ºC, and the hot slurry on the road. This process has economical and environmentally disadvantages, because of high energy consumption and release of toxic vapours. An alternative process for road construction makes use of highly concentrated bitumen-in-water emulsions, allowing road pavimentation at room temperature. However, this process requires a long time before road re-opening to traffic, since water evaporation is slow. This problem can be overcome by using highly concentrated bitumen-in-water emulsions, which contain less water. In this context, a technological challenge is to obtain highly concentrated bitumen emulsions with small droplet size, which are stable and form uniform bitumen layers on gravel particles. The extremely high viscosity of bitumen (≈108 cp at 25ºC) makes difficult to obtain highly concentrated emulsions with small droplets sizes. The rheological behaviour of bitumen emulsions is influenced mainly by bitumen concentration and droplet size distribution. Highly concentrated bitumen-in-water emulsions with small droplet size (< 2 μm) have been prepared by increasing the viscosity of the emulsion continuous phase, in order to have a viscosity similar to that of the dispersed phase. For this purpose, chitosan was selected as a cationic thickener, since its ability to increase water viscosity at low concentrations, and its cationic nature compatible to commonly used cationic surfactants. These results demonstrated that the droplet size could be decreased by increasing the viscosity of the continuous phase, obtaining very small droplet sizes in highly concentrated emulsions of highly viscous oils. Moreover, the droplet size could be controlled in a rather wide range.

Seismic, deformation, and gas activity (unrest) typically precedes volcanic eruptions. Successful volcanic event forecasting depends on the quality of the surveillance network for detecting any changes in volcano behaviour. To interpret the geochemical and geophysical precursors correctly it is important to understand the volcanic processes that occur prior and during volcanic eruptions. Detailed knowledge of the volcano internal structure, the rheology of the magmas, the time scales of the processes occurring at depth and the characteristics of past unrest episodes, must be combined with an adequate monitoring network to improve the volcanic hazard forecast. However, these aspects have received little attention in monogenetic volcanoes. The aim of my PhD Thesis is to improve our understanding on monogenetic volcanism, its causes and dynamics, and to help anticipating the volcanic activity. I have focused on three main aspects of this problem. The first one is the calculation of the rheological properties of magmas during mixing. The second aspect I have addressed are the processes and time scales that lead to monogenetic eruptions with the aim to better interpret volcanic unrest and improve eruption forecasts. Finally, I have investigated the seismic unrest periods of historical monogenetic eruptions from a compilation of historical accounts worldwide. The results provide a conceptual framework for better anticipating monogenetic eruptions and should lead to improved strategies for mitigation of their associated hazards and risks. / Las erupciones volcánicas están generalmente precedidas por la actividad sísmica, la deformación y la desgasificación (unrest). El éxito en la predicción del evento volcánico depende de la calidad de la red de vigilancia para detectar cualquier cambio en el comportamiento del volcán. Para interpretar los precursores geoquímicos y geofísicos correctamente es importante entender los procesos volcánicos que ocurren antes y durante las erupciones volcánicas. El conocimiento en detalle de la estructura interna del volcán, la reología de los magmas, las escalas de tiempo de los procesos que ocurren en profundidad y las características de los episodios pasados de unrest, debe combinarse con una red de vigilancia adecuada para mejorar el pronóstico de los eventos volcánicos. Sin embargo, estos aspectos han recibido poca atención en los volcanes monogenéticos. El objetivo de mi tesis doctoral es mejorar nuestra comprensión sobre el vulcanismo monogenético, sus causas y su dinámica, con el objetivo de mejorar la posibilidad de anticiparse a la actividad volcánica. Me he centrado en tres aspectos principales de este problema. El primero es el cálculo de las propiedades reológicas de los magmas durante los eventos de mezcla. El segundo aspecto es el estudio de los procesos, junto con sus escalas temporales, que llevan a erupciones monogenéticas con el fin de interpretar mejor la actividad volcánica y mejorar los pronósticos de una erupción. Por último, he investigado los períodos de unrest sísmico de erupciones monogenéticas históricas en todo el mundo mediante una compilación de documentos históricos. Los resultados proporcionan un marco conceptual que permite mejorar la predicción de erupciones monogenéticas y deberían conducir a mejores estrategias para mitigar sus peligros y riesgos asociados.

A la conca Mediterrània els principals factors que afecten el rendiment dels cultius agrícoles són la sequera i el dèficit de nitrogen. És necessària la recerca de noves eines de fenotipejat per accelerar la millora genètica pel rendiment potencial i l'adaptació dels cultius a condicions limitants. Aquesta Tesi ha estudiat composició isotòpica de carboni (δ13C), oxigen (δ18O) i hidrogen (δ2H), en la seva abundància natural, de diferents cereals. Referent a la δ13C només la composició dels grans madurs van mostrar correlacions fenotípiques (negatives) consistents amb el rendiment del gra (GY) en blat dur, sobretot sota condicions d'estrès moderat (Capítol 5). Aquesta Tesi també proposa l’ús de la δ13C com una aproximació per quantificar la contribució relativa dels diferents òrgans de la planta a l'ompliment del gra (Capítols 1 i 2). L’objectiu es poder emprar la δ13C per seleccionar cereals amb una major fotosíntesi de l'espiga. En blat dur l'aproximació de la δ13C va assignar un paper més gran a l'espiga (tant de l'òrgan sencer com de les arestes) en comparació a la fulla bandera i al peduncle (que representa els assimilats que provenen de les parts inferiors de l'espiga), especialment en les varietats antigues, amb independència de les condicions de creixement. Sota bones condicions agronòmiques, la contribució de les arestes de l’espiga a l'ompliment del gra de blat fariner també va ser més important que la de la fulla bandera. Finalment aquesta aproximació basada en la δ13C de diferents parts de planta es va comparar amb altres aproximacions convencionals com són l'ombrejat o l'aplicació de l'herbicida DCMU a la planta (Capítol 3). Els tractaments d'ombrejat de l'espiga i de la tija van contribuir de forma similar a l'ompliment del gra. Per contra, l'aproximació del DCMU va assignar un paper major a la fotosíntesi de la tija, però l'aplicació de l’herbicida a la tija també va afectar l'espiga, esbiaixant el pes final dels grans. Aquesta Tesi també va estudiar l'isòtop d'oxigen tant en blat de moro (Capítol 4) com en blat dur (Capítol 5). En el blat de moro, les correlacions genotípiques entre la δ18O i el GY van ser marginals, tot i que les sedes va ser l'òrgan que millor va correlacionar amb el GY. En el blat dur les correlacions fenotípiques entre la δ18O dels grans i el GY també van ser marginals. Només va correlacionar fortament la δ18O de l'aigua de la fulla quan es van combinar els dos règims hídrics (reg suplementari i sequera). L'absència de correlacions de la δ18O podria ajudar a descartar els teixits de les plantes que són més susceptibles als processos de fraccionament post-fotosintètic. Escollir l’òrgan idoni pot ajudar a millorar l’ús de la δ18O com a eina de millora de cultius. Per últim es va comparar la δ13C i la δ18O amb la δ2H (Capítol 5). La δ2H en els grans de blat dur va correlacionar contra el GY millor que els altres dos isòtops en condicions de sequera però combinant nivells de nitrogen contrastats. També es van observar correlacions genotípiques entre la δ2H dels foto-assimilats de l'espiga contra el GY. A més, la δ2H de les fulles va correlacionar més amb la δ13C que no pas amb la δ18O, el que suggereix que la δ2H dels foto-assimilats de la fulla no només està afectada per la transpiració i la conductància estomàtica sinó també per les reaccions fotosintètiques. A més, els valors baixos de la δ2H a l’espiga comparats amb els dels grans donen suport al paper fotosintètic de l’espiga, el que recolza els resultats obtinguts en els Capítols 1, 2 i 3. / This Thesis has studied the isotope composition on its natural abundance of carbon (δ13C), oxygen (δ18O) and hydrogen (δ2H) as phenotypic traits for cereal breeding and crop adaptation to optimal and limited agronomic conditions. Regarding the δ13C, only mature grains showed consistent phenotypic correlations (negative) against grain yield in durum wheat, especially under moderate stress conditions. In addition δ13C is also proposed as a tool to quantify the relative contribution of different plant organs to grain filling. In durum wheat and bread wheat δ13C approach assigned a higher role to the ear (both whole body and awns) compared to the flag leaf and peduncle (which integrates the assimilates produced by photosynthetic organs below the ear), regardless of growing conditions. Finally, δ13C approach based on the different plant parts was compared with other conventional approaches, such as shading or herbicide DCMU application, which assigned on average a comparable contribution to the ear than the culm. This thesis also studied the δ18O in maize and durum wheat. In both crops, phenotypic correlations between δ18O and grain yield were marginal. Only δ18O of leaf water in durum wheat was strongly correlated with GY when combining two water regimes. The absence of such correlations will eventually help to understand the use of δ18O as a genotype selection tool for the adaptation of maize and other crops to drought. Finally the δ13C and δ18O were compared with δ2H in durum wheat. δ2H performed better than the other two isotopes predicting grain yield and nitrogen content under water stress but contrasting nitrogen regimes. Besides, genotypic correlations between δ2H in the ear water-soluble fraction and grain yield were observed. In addition, δ2H in the water soluble fraction of leaves was better correlated against δ13C than with δ18O, suggesting that δ2H of leaf photo-assimilated is affected not only by transpiration and stomatal conductance but also by the photosynthetic reactions. In addition, the low values observed in the δ2H in the ear compared to mature grains supported the photosynthetic role of the ear, which reinforced results obtained in other chapter of this Thesis.

Els cloroplasts presenten una activitat respiratòria anomenada clororespiració, que consisteix en una cadena de transport electrònic des del NAD(P)H fins a l’oxigen i que està situada a les membranes tilacoidals. En aquesta cadena respiratòria participen el complex NAD(P)H deshidrogenasa (Ndh), la plastoquinona i la oxidasa terminal plastidial (PTOX). La seva funció està probablement relacionada amb l’adaptació de la fotosíntesi en situacions d’estrès o davant dels canvis en l’ambient. La possible existència d’una activitat respiratòria en plastidis no fotosintètics ha estat molt poc estudiada. Durant la maduració del tomàquet, els cloroplasts del fruit verd es diferencien en cromoplasts, els quals acumulen carotenoides i són fotosintèticament inactius. Durant aquest procés les membranes tilacoidals es desmantellen i l’aparell fotosintètic es degrada. No obstant, diversos transportadors electrònics es mantenen (Ndh, citocrom b6f i PTOX), així com l’ATP sintasa. Aquest fet suggereix que els cromoplasts podrien mantenir una activitat respiratòria similar a la clororespiració. En aquest treball es van realitzar estudis de respiració utilitzant cromoplasts aïllats de tomàquets madurs. Es va observar que els cromoplasts consumeixen oxigen activament, i aquest consum és estimulat pels donadors d’electrons NADH i NADPH. A més, la respiració de cromoplasts respon al desacoblador CCCP, suggerint que possiblement està relacionada amb la creació de gradients de protons a través de membranes. Per últim, es va comprovar que el consum d’oxigen és inhibit per un inhibidor de la PTOX, l’octil gal·lat, indicant que la PTOX és l’oxidasa terminal de la cadena respiratòria. Per altra banda, es va observar que els cromoplasts aïllats són capaços de sintetitzar ATP en presència de NADH i NADPH. Igual que el consum d’oxigen, la síntesi d’ATP és inhibida per l’octil gal·lat i respon al CCCP. Es van realitzar mesures en presència d’un inhibidor específic del complex citocrom b6f i la síntesi d’ATP va quedar parcialment inhibida, la qual cosa suggereix que el citocrom b6f participa en la cromorespiració. A més, es va estudiar l’efecte d’un inhibidor de les NAD(P)H deshidrogenases i es va observar que produïa un efecte diferent segons el donador d’electrons emprat, suggerint la presència de dues NAD(P)H deshidrogenases diferents. Per confirmar la presència del citocrom b6f en els cromoplasts, es va fer un estudi per tècniques d’immunocitoquímica fent servir un anticòs contra el citocrom f i es va localitzar a l’interior dels cromoplasts de tomàquet. En la cromorespiració, un possible acceptor d’electrons per al citocrom b6f és el citocrom c6, doncs es va observar que la seva expressió augmenta durant la maduració. Per altra banda es va intentar identificar una possible NAD(P)H deshidrogenasa alternativa al complex Ndh que participés en la cromorespiració. Les NAD(P)H deshidrogenases tipus II (Ndh-2) són enzims monomèrics que es troben a plastidis, mitocondris i peroxisomes. El genoma del tomàquet conté set gens que codifiquen Ndh-2. Es va estudiar l’expressió dels set gens en diversos teixits de tomaquera i durant la maduració del tomàquet, i es va trobar que quatre Ndh-2 són presents en el fruit madur. A continuació, es va estudiar la seva localització subcel·lular mitjançant la fusió d’aquestes Ndh-2 amb la YFP i l’expressió transitòria de les proteïnes quimèriques en fulles de plantes de tabac, i es va comprovar que dues Ndh-2 són plastidials. Per tant, aquestes Ndh-2 són candidates que podrien participar en la cromorespiració. Per comprovar quina podia ser la contribució de la cromorespiració en relació a la respiració total del tomàquet, es van realitzar estudis amb fragments de pericarp fent servir l’inhibidor octil gal·lat. Els resultats obtinguts mostren que la respiració associada a l’activitat de la PTOX augmenta durant la maduració del fruit i representa un 25% de la respiració total quan és madur. A més, també es va comprovar que la cromorespiració contribueix significativament al contingut d’ATP total del pericarp de fruit madur. / Chloroplasts present a respiratory process called chlororespiration. This activity consists in an electron transport pathway from NAD(P)H to oxygen which it is located in thylakoidal membranes, and it involves the plastidial terminal oxidase (PTOX) and the NAD(P)H dehydrogenase complex (Ndh). Its function is related with photoprotection and the adaptation of photosynthesis in changing environmental conditions. However, the existence of a similar respiratory process in non-photosynthetic plastids was less studied. During tomato (Solanum lycopersicum) fruit ripening, chloroplasts differentiate into photosynthetically inactive chromoplasts. In this work, we have shown that isolated tomato fruit chromoplasts present an oxygen consumption activity which is stimulated by the electron donors NADH and NADPH. This respiratory activity is sensitive to the uncoupler CCCP, suggesting that it could be related to the generation of membrane proton gradients. It is also affected by octyl gallate (Ogal), a PTOX inhibitor. The ATP synthesis rate of isolated chromoplasts was quantified, and we observed that it is dependent on the supply of NAD(P)H and is fully inhibited by Ogal. Also, the ATP synthesis is sensitive to a cytochrome b6f complex inhibitor, and the possible participation of this complex in chromorespiration is supported by the detection of cytochrome f in chromoplasts using immunoblot and immunocytochemical techniques. The observed increased expression of cytochrome c6 during ripening suggests that it could act as electron acceptor of the cytochrome b6f complex in chromorespiration. In addition, we studied the family of type II NAD(P)H dehydrogenases in tomato (Ndh-2), which includes seven genes. Four Ndh-2 are expressed in ripe tomato fruit, and two of them (nda2 and ndc1) are located in plastids, so they are candidates to participate in chromorespiration. On the other hand, the effects of Ogal on respiration and ATP levels were also studied in tissue samples. Oxygen uptake of mature green fruit and leaf tissues was not affected by Ogal, but was inhibited increasingly in fruit pericarp throughout ripening (up to 25% in red fruit). Similarly, Ogal caused a significant decrease in ATP content of red fruit pericarp. The number of energized mitochondria, as determined by confocal microscopy, strongly decreased in fruit tissue during ripening. Therefore, the contribution of chromoplasts to total fruit respiration appears to increase in late ripening stages.

Cancer immunotherapy represents a treatment strategy which is being clinically tested to complement surgery, radiotherapy and chemotherapy – the current cornerstones of our fight against cancer. It has become clear now, that tumors not only escape immune recognition but also actively suppress antitumor immune responses. In order to improve cancer immunotherapy, effective manipulation of the immune system to break self-tolerance need to be designed and approaches that counteract immunosuppressive mechanisms need to be developed. The tumor microenvironment encompasses a wide variety of immune cells, which macrophages comprise the most dominant portion of them and thus are the major players in the connection between inflammation and cancer. These tumor-associated macrophages (TAMs) are derived from blood monocyte precursors and subsequently acquire distinct characteristics as a result of tumor micro-environmental cues. Monocytes are a heterogeneous population in the blood with an enormous plasticity whose fate and functions are dictated by the microenvironment. Therefore, the roles of specific Monocytes subsets in tumor progression and the molecular mechanisms for their impacts need to be elucidated. Ly6Chigh and Ly6Clow are two main different types of murine monocytes subsets that have been defined by distinct phenotypes and immunoregulatory functions. Recent data demonstrates that Ly6Chigh monocytes can recruit to inflammation loci while Ly6Clow monocytes are patrolling cells. We have developed a method to produce large number of Ly6Chigh monocytes in vitro. In our study we observed that, injection of these cells affects tumor progression in breast cancer and C26 colon carcinoma. Activation of Ly6Clow monocytes by pro- or anti-inflammatory cytokines, results in a genetic expression profile, corresponding to pro- or anti-inflammatory genes, respectively. Injection of pre- activated Ly6Clow monocytes toward pro- or anti-inflammatory polarization in C26 colon carcinoma showed that anti-inflammatory activated monocytes are more beneficial in delaying cancer cachexia. Increased knowledge of monocytes improves the chances to find therapies against a broad spectrum of diseases including cancer, where monocytes have opposing roles of either being beneficial or detrimental to the host. Using C26 cancer model we were interested to study the impact of activation of Ly6Chigh monocytes toward pro or anti-inflammatory phenotype on the progression of cancer. We conducted the C26 cancer model injecting Ly6Chigh monocytes treated with IL-4 or INF-. before injection. Among the groups of treatment, Ly6Chigh monocytes activated with IL-4 were the most beneficial on cancer progression, since they had the highest survival rate and the least tumor volume rise among all groups. Since the whole cachectic muscles are inflamed and injured in C26-bearing mice and activated Ly6Chigh monocytes injected in this cancer model apart from recruiting to tumor site have played substantial role by affecting cachectic muscle repair. In summary, we defined a new regulatory role of recruiting Ly6Chigh monocytes in cancer, which might be clinically relevant in developing novel immunotherapeutic strategies. Although, underlying mechanism by which Ly6Chigh monocytes influences the tumor progression have yet to be established and it requires further studies to characterize the phenotype of these cells after recruitment in cancer. So far, since the inflammatory genes involved in tumor progression were differently regulated in tumors infiltrated with Ly6Chigh monocytes, our hypothesis is that the recruitment of Ly6Chigh monocytes, alter the balance of pro-inflammatory/anti-inflammatory pool of macrophages in the cancer and this is the main reason why modulation impacts occur in this study. While pro-inflammatory macrophages will be able to induce wound hilling and revascularization, the anti-inflammatory macrophages will block the tumor growth through the production of fibrosis.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca de l'Energia de Catalunya (IREC) / In the last decades, energy requirements of portable devices are exponentially increasing while the capacity of the current battery technology is not progressing accordingly. This energy gap claims for the development of new technologies beyond Li-ion. Novel miniaturized devices able to efficiently operate on the low power regime (1 — 20 W) in continuous mode by using a fuel are receiving increased attention. Due to their long lifetime, high power density and integrability, probably the most promising alternative is the development of micro fuel cells. Amongst them, micro Solid Oxide Fuel Cells mi-SOFCs) present the highest values of specific energy densities (by unit mass and volume), mainly due to their higher operating temperature and their capability of operating directly on hydrocarbon fuels. One of the most promising approaches for the mi-SOFCs is based on the monolithic integration of functional free-standing electrolyte membranes in silicon technology. This approach ensures high reproducibility and reliability, cheap mass production and easy integration to mainstream technology. This thesis encompasses the design, fabrication and test of the main components of a novel mi-SOFC power generator as a first step to develop a complete device in the near future. The adopted approach is based on the use of MEMS fabrication methods to miniaturize mi-SOFCs in silicon technology and high energy density hydrocarbons as fuels. The mi-SOFC power generator is designed to supply 1W of electrical energy in a small volume (10-20 cm3). The work developed is divided into six chapters. The first chapter introduces the basics and challenges of a mi-SOFC power generator. The second chapter focuses on the experimental procedures and characterization techniques used. In the third chapter, the thermal analysis of a new mi-SOFC power generator with finite-volume simulations is presented. The fourth chapter shows the fabrication and characterization of a fuel processing unit capable to produce hydrogen from ethanol steam reforming and methane dry reforming. The next chapter is related to a catalytic micro-machined combustor. Finally, chapter six presents the development of a full ceramic mi-SOFC. / La demanda d'energia dels dispositius electrònics portàtils augmenta exponencialment any rere any, però la tecnologia actual amb les bateries d'ió liti no progressa suficientment. Aquesta divergència energètica és una oportunitat per poder desenvolupar noves tecnologies. En aquest sentit, micro dispositius que operin de forma contínua mitjançant l'ús d'un combustible i que proporcionin una potència compresa entre 1 i 20 W reben una especial atenció per part de la comunitat científica. Probablement, l'alternativa més prometedora són les micro piles de combustible, ja que tenen una llarga vida útil, una alta densitat de potència i són fàcils d'integrar. Dels diferents tipus, les piles de combustible d'òxid sòlid (mi-SOFCs) són les que tenen una major densitat específica d'energia (per unitat de massa i de volum). A més a més, treballen a una temperatura més alta i aquesta característica permet utilitzar hidrocarburs com a combustible. Una de les configuracions més esteses de les mi-SOFCs és la que es basa en membranes electrolítiques en suspensió, integrades amb la tecnologia de silici. Aquesta configuració permet una producció elevada, barata i fiable. La present tesi té com a objectiu dissenyar, fabricar i validar experimentalment els principals components d'un nou dispositiu generador. Els resultats obtinguts són un primer pas per desenvolupar en un futur proper un dispositiu complet basat en l'ús de MEMS (sistemes micro electromecànics) i hidrocarburs d' alta densitat d'energia. El dispositiu mi-SOFC ha estat ideat per subministrar 1W de potència elèctrica i ocupar un volum entre 10 i 20 cm3. La tesi consta de sis capítols. En el primer es descriuen els conceptes generals relacionats amb un dispositiu mi-SOFC i els principals reptes associats que presenta el seu desenvolupament. El segon es centra en els procediments experimentals i les tècniques de caracterització utilitzades al llarg de la tesi. El tercer capítol presenta l'anàlisi tèrmica del sistema proposat mitjançant simulacions termofluídiques. El quart mostra la fabricació i caracterització d'una unitat de processament de combustible capaç de produir hidrogen a partir del reformat d'etanol i metà. El cinquè descriu una unitat catalítica de combustió. I l'últim capítol, es centra en les capes funcionals d'una pila de combustible mi-SOFC completament ceràmica.

There are several applications where the measurement of VOC results to be useful, such as: toxic leaks, air quality measurements, explosive detection, monitoring of food and beverages quality, diagnosis of diseases, etc. Some of this applications claim for fast responses or even real time responses. In this context, there are few analytical techniques for performing gas phase analysis, among of them Ion Mobility Spectrometry (IMS). IMS is a fast analytical device based on the time of flight of ions in a drift tube. The response of IMS lasts typically few seconds, but it can be even less than a second. This fast response has drifted its use towards novel applications, such as biomedical and food applications (bio-related applications). Nonetheless, it has also brought the need to analyze complex spectra with hundreds of compounds. In fact, tackling this disadvantage is the main focus of this thesis, where new algorithms for enhancing the IMS performance are investigated when are applied to bio-related applications. Nonlinear behavior and charge competitions of IMS responses are important issues that need to be addressed. Both effects have a direct impact in the IMS spectra interpretation —especially when real dataset are studied. Additionally, the use of univariate spectra analysis, where peaks information is extracted manually, becomes unfeasible in bio-related applications. In this context, this work introduces multivariate methodologies focused on quantitative and qualitative analysis. In the case of quantitative analysis, calibration models were built using univariate methodology, Partial Leas Squares (PLS) and Multivariate Curve Resolution techniques (MCR). The quantitative analysis aims tackling the main issues of IMS such as non linearities and mixture effect. Definitely, univariate techniques provides poor or overoptimistic results that minimize the impact of the IMS use. The results show a really improvement on the performance when multivariate techniques were used. Regarding the results between MCR and PLS, the main difference is the interpretability that offers MCR. In the case of qualitative analysis, two different approaches were planned for building models for classes' discrimination. The first approach consisted on building a model through principal component analysis and linear discriminant analysis, besides of using robust cross validation methodology for obtaining reliable results. This methodology were implemented in samples of wine, where main motivation was found discrimination regarding to their origin. The results were fully satisfactory because the model was able to separate four groups with a high accuracy rate. The second approach involves the use of Multivarite Curve Resolution — Lasso algorithm for extracting pure components of samples from rats' breath and then use a feature selection technique for obtaining the most representative features subset. In this case, the objective of the application was to find a model that discriminate rats with sepsis from control rats. The results shows there were few pure components of IMS that generate a discriminatory model that means there are specific compounds in the breath linked with the disease. Summarizing, the following proposal has as main objective resolving open issues in stand-alone IMS that are applied to the analysis of bio-related applications. Two major investigation lines were proposed in this thesis: (i) qualitative analysis and (ii) quantitative analysis. The qualitative analysis covers pre-processing algorithms and the developing of new methodologies for building models in bio-related applications. The quantitative analysis are focused on highlighting the importance of the use of multivariate techniques instead of univariate techniques. In order to reach the objectives of this thesis, a set of datasets were created, which are detailed on the content of this thesis. The results and main conclusions are deeply explained in the extended proposal. / El objetivo de esta tesis es el desarrollo de nuevas metodologías en el procesado de señal multivariante en espectros IMS. En este trabajo se ha realizado una comparación entre tres espectrómetros IMS. Esta labor comparativa, mediante procesado multivariante, es prácticamente inédita en este ámbito. En este caso se realizó un estudio con 3 aminas y se determinó el límite de detección. Los resultados mostraron que los 3 espectrómetros tuvieron un rendimiento similar, a pesar de que sus condiciones de operación son distintas. Se propuso una técnica específica para eliminar ruido de baja frecuencia acoplado al espectro de IMS. Se observó que utilizar PCA o ICA (métodos multivariantes) mejora notablemente la relación señal ruido si se compara con las técnicas convencionales. Se ha estudiado el alineamiento de los espectros y se han propuesto soluciones basadas en los diferentes métodos del estado del arte. Se ha evidenciado que incluir compuestos de referencia para garantizar que el proceso de alineamiento es el adecuado es ventajoso. En el caso de que esto no fuese posible se aconseja realizar el alineamiento por etapas, primero un alineamiento en una misma muestra, y luego entre muestras. Se realizaron modelos cualitativos para diferenciar o discriminar clases a partir de medidas de IMS. Se propusieron dos modelos multivariantes con técnicas de validación cruzada. Los resultados obtenidos muestran el gran potencial de IMS en este sentido. Se evaluó el rendimiento cuantitativo de los IMS al utilizar métodos multivariantes y fueron comparados con métodos univariantes habituales en el ámbito de IMS. De los resultados obtenidos se observó que los modelos univariantes no son capaces de resolver comportamientos típicos de IMS como son el comportamiento no lineal y el efecto en mezclas. En este sentido las técnicas multivariantes mostraron mejores prestaciones. Se comparó la utilización de técnicas multivariantes que proyectan los datos en un nuevo subespacio como lo es PLS con técnicas de deconvolución como lo es MCR en sus dos versiones ALS y Lasso. Los resultados obtenidos fueron bastante similares, sin embargo MCR ofrece una ventaja importante ya que permite interpretar de mejor manera los resultados.

Aicardi-Goutières Syndrome (AGS) is a rare encephalopathy which mimics a viral intrauterine infection and is characterized by calcifications of the basal ganglia, cerebral atrophy and IFN-a in the cerebrospinal fluid. AGS is a heterogenic disease associated with mutations in the gene of the exonuclease TREX1, in any of the genes codifying for the ribonuclease H2, in the phosphohydrolase SAMHD1, in the deaminase ADAR1 or in the cytoplasmic sensor MDA5. The knowledge of these functions is basic for the comprehension of the beginning of the pathogenesis of AGS. In this thesis we focused in the mechanism of Samhd1 transcription. We have seen that Samhd1 is induced by pro-inflammatory stimuli but neither by anti-inflammatory stimuli nor TNF-a, and that the induction of Samhd1 is through STAT1 pathway. We wanted to know a bit more about Samhd1 induction so we focused on the study of its promoter. We did a construct in a luciferase-reporter vector with 1500bp of Samhd1 promoter, and we saw that this region of the promoter is enough to induce luciferase expression. From this construct, we did new plasmids and when deleting a specific region, the luciferase expression was abolished, indicating that in Samhd1 promoter, 161bp are critical for Samhd1 induction. EMSA assays showed that Samhd1 expression is repressed in basal conditions by an unknown protein, and ChIP assays also showed that IRF1 is involved in Samhd1 induction by IFN-.. We hypothesized that the regulation mechanism is depending in an STAT1-depending pathway, through IRF1, and also in an STAT1-independing pathway, through an unknown mechanism up to date. We checked with proteomics analysis the protein which might be involved in Samhd1 repression but the results were not significant. We also constructed a conditional KO mouse for TREX1, and now we are crossing it with different CRE­Socs2 expressing strands. Homozygous KO expressing CRElitter, show a similar phenotype to TREX1 total KO. We are in the process to obtain homozygous KO expressing CRELysM, but due to problems with the penetrance of this CRE allele we have some difficulties. All together, the results of this thesis will shed light in the inner operation of AGS. / La síndrome d'Aicardi-Goutières (AGS), és una malaltia autoimmunitària recessiva que mimetitza una infecció vírica intrauterina, i la qual és caracteritzada per calcificacions intracranials, atròfia cerebral i augment d'IFN-alfa al líquid cefaloraquidi. L'AGS és una malaltia genètica heterogènia associada amb mutacions al gen que codifica per a l'exonucleasa TREX1, a qualsevol dels gens codificants per a les components de la ribonucleasa RNASE H2, a la fosfo­hidrolasa SAMHD1, a la deaminasa ADAR1 o al sensor citoplasmàtic MDA5. El coneixement d'aquestes funcions és fonamental per tal d'entendre la patogènesi de l'AGS. En aquesta tesi s'ha aprofundit en el coneixement del mecanisme regulador de la transcripció de Samhd1. Hem vist que Samhd1 es troba expressat en diferents òrgans sense necessitat de cap estímul previ, com el pàncrees, l’intestí prim i els macròfags derivats de moll d’os, i en diferents quantitats en altres òrgans de ratolí. Donada la important afectació que té l’AGS al cervell, també es va analitzar la seva expressió en neurones i cèl·lules de la micròglia. També hem vist que Samhd1 es troba induït en presència de citocines proinflamatòries, però no es troba afectada la seva expressió en presència de citocines antiinflamatòries així com tampoc en presència de TNF-gamma. Utilitzant macròfags derivats de ratolins deficients en STAT1, hem pogut demostrar que l’expressió de Samhd1 per IFN-alfa és a través d’STAT1, ja que la seva expressió es troba completament reprimida en aquestes cèl·lules. Ens vam centrar en la inducció de Samhd1 i per la seva comprensió vam focalitzar en l’estudi del seu promotor. Es van clonar 1500 parells de bases del promotor de Samhd1 en un plasmidi reporter de luciferasa, i es va veure que aquest fragment era suficient per induir l’expressió de luciferasa. A partir d’aquest constructe, es van realitzar llavors noves construccions delecionant cada vegada una regió del promotor. Es va veure que en delecionar una regió específica de 161pb, l’expressió de luciferasa es trobava completament reprimida, indicant que aquesta regió del promotor és crítica per a la inducció de Samhd1. Experiments de retard en gel (EMSA) van mostrar que Samhd1 es troba reprimit en condicions basals per una proteïna que no hem arribat a caracteritzar, i experiments de precipitació de cromatina (ChIP) van mostrar que IRF1 es troba involucrada en la inducció de Samhd1 per IFN-alfa. La nostra hipòtesi doncs, és que l’expressió de Samhd1 té un mecanisme de regulació doble: en condicions basals es troba reprimit i en presència d’IFN-alfa s’indueix una via de senyalització independent d’STAT1 que fa saltar el complex repressor del promotor, i també s’indueix una via de senyalització dependent d’STAT1, que indueix l’expressió d’IRF1 i que activa la transducció de Samhd1. Fins ara no hem caracteritzat la proteïna o complex de proteïnes que reprimeix l’expressió de Samhd1 en condicions basals, però s’està investigant mitjançant anàlisis proteòmics. En aquesta tesi també s’ha fet la construcció d’un ratolí KO condicional per a TREX1. Una vegada aconseguit aquest animal condicional, el qual conté el gen de Trex1 flanquejat per dues dianes LoxP, aquest s’està encreuant amb diferents soques que expressen CRE sota regulació de diferents Socs2 promotors. Els ratolins homozigots KO i que expressen CRE, tenen un fenotip similar al fenotip que mostren els ratolins KO totals de TREX1. Estem en el procés d’obtenció de ratolins homozigots KO i que expressen CRELysM però, donat a problemes amb la penetrància d’aquest al·lel, hem tingut algunes dificultats. Els resultats d’aquesta tesi en conjunt poden ajudar a entendre una mica més el funcionament de l'AGS.

Los recursos de que dispone un organismo son limitados y por tanto puede existir una competencia entre los recursos que asigna a una u otra función vital. Los costes de reproducción son un ejemplo de esta competencia entre recursos, y se manifiestan en una reducción medible de alguna característica del individuo (ej: crecimiento, supervivencia…) causada por la asignación de recursos a la reproducción. Este trabajo de tesis se centra en los costes que puede tener la producción de frutos sobre el crecimiento vegetativo en plantas, especialmente en plantas veceras, que realizan producciones de fruto masivas de forma esporádica, lo que podría suponer grandes costes para el crecimiento. He hecho especial hincapié en el papel que tienen el clima, la estructura modular de las plantas y la fenología sobre los procesos de crecimiento y reproducción y la relación entre ambos. Para estudiar los patrones reproductivos, de crecimiento y sus relaciones he elegido cuatro especies del género Quercus: Q. ilex , Q. humilis, Q. faginea y Q. lobata. En primer lugar he estudiado las relaciones entre el crecimiento anual del tronco y la producción de fruto durante 8 años en diferentes especies y climas locales. Además, a lo largo de todo un año he estudiado la relación entre el crecimiento radial estacional y el esfuerzo reproductivo. En segundo lugar, he estudiado los costes de reproducción para el crecimiento de brotes y ramas vegetativas y reproductivas en plantas con producciones variables de fruto. En tercer lugar, he estudiado el crecimiento de los brotes en otoño y su relación con el crecimiento vegetativo de ramas y brotes en primavera y con la fenología y la producción de fruto de las plantas. En cuarto lugar, he pretendido abordar el efecto del cambio climático sobre las características reproductivas de las plantas, estudiando el efecto del incremento de sequía sobre la producción de fruto, a la vez que he explorado la capacidad de las prácticas de gestión forestal para mitigar los potenciales efectos negativos de la sequía. He demostrado en Q. ilex, Q. humilis y Q. faginea que existe una relación entre producción de fruto y crecimiento del tronco y que está en gran medida mediada por el clima. En algunos ambientes esta relación es positiva y en otros negativa, pero en todos los casos esta relación desaparece al extraer el efecto del clima. También he propuesto que los costes de reproducción pueden reducirse si el crecimiento del tronco y el engrose de los frutos se dan en épocas diferentes del año, tal y como ocurre en los robles y encinas estudiados. He demostrado en Q. lobata que los costes de reproducción son diferentes según la escala del árbol a la que se estudien: los costes de reproducción para el crecimiento vegetativo son mayores en los brotes que en las ramas y que en el tronco. Además, durante el año de vecería, los costes son mayores en árboles con bajas producciones de fruto que en árboles con altas producciones, indicando que árboles más vigorosos sufren menores costes de reproducción. En Q. ilex existe brotación y crecimiento de primavera y de otoño, y está relacionada con fenologías más avanzadas y con mayores esfuerzos reproductivos. Además, son las ramas que más crecieron en primavera las que presentan mayores crecimientos en otoño. La sequía reduce la producción de bellotas en Q. ilex, sobre todo trascurridos unos años desde la aplicación del tratamiento de reducción de precipitación. El aclareo selectivo tiene el efecto contrario, pero su efecto es muy transitorio, y se desvanece uno o dos años después de ser realizada la corta, lo que sugiere que esta estrategia de manejo forestal tendrá una efectividad muy limitada frente a los efectos del cambio climático. / The resources available to an organism are limited and therefore there may exist certain competition between the resources that an organism allocates to one or to another life function. The cost of reproduction is an example of this competition for resources, and can be expressed as a measurable reduction of some characteristic of the individual (e.g. growth, survival ...) caused by resource allocation to reproduction. This thesis focuses on the costs that fruit production may represent for vegetative growth in plants, especially in mast seeding plants, that produce sporadic massive crops, which may entail high costs for growth. I have deepened into the role that climate, modular structure of plants and phenology may have on growth and reproductive processes and on their relationship. To study the patterns of growth, seed production and their relationship I have chosen four species of the genus Quercus: Q. ilex, Q. humilis, Q. faginea and Q. lobata. First I studied the relationship between trunk growth and fruit production over 8 years in different species and local climates, and I compared during a whole year the seasonal radial growth and reproductive effort and their relationship. Secondly, I have studied the cost of reproduction for vegetative growth in vegetative and reproductive shoots and branches of plants with variable fruit production. Thirdly, I have studied autumn shoot growth and its relationship to spring growth and to fruit production and phenology of the trees. Fourth, I have focused on the effect of climate change on the reproductive performance of plants, studying the effect of increasing drought on fruit production, while I explored the ability of forest management practices to mitigate the potential negative effects of drought. I have shown for Q. ilex, Q. humilis and Q. faginea that the relationship between reproduction and radial growth is largely mediated by climate. In some environments this relationship is positive while in others it is negative, but in all cases this relationship disappears when removing the effect of climate. I also proposed that costs of reproduction might be mitigated if the radial growth and the development of the fruits are performed in different moments of the year, as it happens in the studied oaks. I have shown for Q. lobata that the costs of reproduction may differ depending on the study scale of the tree: the costs of reproduction on vegetative growth are greater in shoots than in the branches and in the trunk. Moreover, during a year of mast seeding, the costs are greater in trees with low crops than in trees with high crops, indicating that more vigorous trees can avoid easily the costs of reproduction. In Q. ilex there exists some shoot sprouting and growth during autumn, and it is associated with more advanced phonologies and with greater reproductive efforts. In addition, the branches that show higher spring growth are also those with higher autumn growth. Drought reduces the production of acorns in Q. ilex, especially a few years after the application of the rainfall reduction treatment. Selective thinning has the opposite effect, but its effect is very transient, and evanishes only one or two years after the application of the treatment, suggesting that this strategy of forest management will have limited effectiveness against the effects of climate change.

80% of Volatile Organic Compounds (VOCs) that are emitted every year to the atmosphere come from biogenic sources (BVOCs), where many different families are included, such as isoprenoids. The production and emission of those compounds is influenced by environmental variables such as light and temperature. Those environmental variables will be affected by global change which has been predicted for the next decades. The main objective of this thesis was to study the effect of global change, and specifically climate change, global warming and eutrophication, on isoprenoid, mono and sesquiterpene contents and emission rates. Moreover, we tested those effects in different families and genotypes, due to the intra and interespecific variability. In order to answer those questions we carried out different experiments, from seminatural conditions to more controlled conditions (lab), because the more control of the environmental sampling parameters the better conditions to study isolated factors. Identification and quantification of both contents and emission was carried out using gas chromatography with mass spectrometry. The main conclusions of the present thesis are: warming and drought increase both terpene content and emission independently of the specie (storing and non-storing species). However, different species responded differently to eutrophication: these responses depended on the species and on the sampling time. Finally, intra and interspecific differences where shown: different genotypes and different species behaved differently in both storing and non-storing species. / Un 80% dels Compostos Orgànics Volaltils (COVs) que s’emeten anualment a l’atmosfera provenen de fonts biogèniques (COVBs), entre els que destaquen diferents famílies com per exemple els isoprenoids. La producció i emissió d’aquests compostos està influenciada per variables ambientals com la llum i la temperatura. Aquestes variables ambientals es veuran afectades pel canvi global que s’ha predit per les properes dècades. L’objectiu de la present tesi va estar estudiar l’efecte del canvi global i específicament canvi climàtic, escalfament i eutrofització, sobre el continguts i les emissions de les famílies isoprenoids, mono i sesquiterpens. A més, varem testar aquests efectes en diferents famílies i genotips, donades les variacions intra i interespecífiques. Per aconseguir resoldre aquestes preguntes varem realitzar diferents experiments, des de condicions seminaturals fins a condicions més controlades (de laboratori), on un major control de les condicions ambientals de mostreig permet estudiar efectes de forma aïllada. La identificació i quantificació dels compostons, tant continguts com emesos, es va fer mitjançant cromatografia de gasos i espectrometria de masses. Les principals conclusions d’aquesta tesis són: l’escalfament i la sequera van incrementar tant el contingut com les emissions de terpens en espècies acumuladores i en espècies no acumuladores. No obstant, les respostes de les diferents espècies a l’eutrofització van ser diverses, depenent de l’espècie i de les condicions ambientals del moment de mostreig. Finalment, es van constatar les diferències intra i interespecífiques: espècies diferents i genotips diferents es van comportar de diferent manera, tant en espècies acumuladores com en espècies no acumuladores.