El estudio del uso de las enzimas como catalizadores industriales se ha incrementado en las últimas décadas debido a que éstas ofrecen muchas ventajas, tales como: su capacidad para aceptar un amplio rango de sustratos, su alta especificidad y selectividad y permiten el uso de condiciones suaves de operación. Uno de los campos de aplicación más prometedores es la producción de compuestos con actividad biológica para fines terapéuticos. Esta tesis doctoral es una contribución en la investigación de la enzima alcohol deshidrogenasa de hígado de caballo (HLADH) como biocatalizador, específicamente su capacidad de oxidar Cbz-aminoalcoholes para obtener compuestos de interés como Cbz-aminoaldehídos para producir Cbz-aminopolioles, y Cbz-β-aminoácidos. Asimismo, se seleccionó la Cbz-etanolamina y el Cbz-β-aminopropanol como compuestos modelos. Primero, se realizó un estudio de la enzima alcohol deshidrogenasa de diferente origen, como la de levadura e hígado de caballo (comercial y purificada en el laboratorio), en la oxidación de Cbz-etanolamina. Se eligió la enzima purificada en el laboratorio extraída a partir de un hígado de caballo como el mejor biocatalizador, en términos de actividad específica y parámetros cinéticos. Además, se llevó a cabo la oxidación de Cbz-etanolamina catalizada por HLADH y se observó la formación directa del ácido, Cbz-glicina. Se evaluaron diferentes métodos para promover la producción del producto intermedio (el aldehído, Cbz-glicinal), mas solamente el empleo de clorhidrato de semicarbazida permitió la obtención de Cbz-glicinal por medio de su captura como Cbz-glicinal semicarbazona, obteniéndose un rendimiento de hasta 84%, con menos de 12% de rendimiento de Cbz-glicina. La hidrólisis ácida del Cbz-glicinal semicarbazona con formaldehido proporcionó una recuperación de Cbz-glicinal de 48.5%. Sin embargo, debido a la cantidad de impurezas, principalmente formaldehido, éste no pudo ser considerado como un buen candidato para la posterior adición aldólica con dihidroxiacetona fosfato (DHAP) catalizada por aldolasas para obtener Cbz-aminopolioles (Capítulo 4). Por otra parte, no se produjeron Cbz-aminopolioles mediante el acoplamiento de la reacción de oxidación de Cbz-etanolamina por HLADH y la adición aldólica de DHAP catalizada por ramnulosa-1-fosfato aldolasa (RhuA) con pulsos de DHAP, obteniéndose solamente Cbz-glicina, con un rendimiento de 64.1% (capítulo 5). Posteriormente, se aprovechó la alta capacidad oxidativa de la enzima HLADH para producir Cbz-β-alanina a partir de Cbz-β-aminopropanol; se obtuvo una conversión completa del sustrato a las 72 h empleando una operación tipo batch. De manera de aumentar la productividad, se propuso la adición de pulsos de sustrato, el cual proporcionó un rendimiento de Cbz-alanina de 88.4% a las 96 h y permitió el incremento de la productividad en 2.3 veces, comparado con la operación tipo batch (capítulo 6). Finalmente, se realizó un estudio de la regeneración del cofactor NAD+ empleando métodos enzimáticos y electroquímicos. Se evaluó la regeneración enzimática por acoplamiento de sustratos utilizando acetaldehído como segundo sustrato, el cual proporcionó una conversión completa hacia β-alanina en las primeras dos horas de reacción, con una operación tipo batch. Sin embargo, ésta no fue tan eficiente al añadir pulsos de sustrato (se obtuvo 65% de conversión a las 2 h y solamente pudo añadirse un pulso) y la reacción se detuvo a las 2 h (capítulo 6). Se realizó una regeneración electroquímica directa del cofactor NAD+ empleando un microreactor tipo filtro prensa, mediante el acoplamiento con la reacción de oxidación de Cbz-β-aminopropanol para la producción de Cbz-β-alanina. Se obtuvo una conversión de Cbz-β-aminopropanol de 77.1% y una regeneración completa del cofactor a las 24 h con una operación tipo batch. Mientras tanto, se observó una conversión de alrededor 80% y una regeneración de la mitad de la cantidad inicial de cofactor a las 51 h, empleando una operación tipo batch con pulsos de Cbz-β-aminopropanol (capítulo 7). / The study of the use of enzymes as industrial biocatalysts has been increased in the last decades, since they offer several advantages as their ability to accept a wide range of substrates, high specificity and selectivity, allowing mild reaction conditions. One of the most promising fields of their application is the production of compounds with biological activity for therapeutical purposes. This doctoral thesis is a contribution to the research of horse liver alcohol dehydrogenase (HLADH) as biocatalyst, particularly its ability to oxidize Cbz-amino alcohols to obtain valuable compounds as Cbz-amino aldehydes to produce Cbz-aminopolyols, and Cbz-β-aminoacids. Therefore, Cbz-ethanolamine and Cbz-β-amino propanol were selected as model compounds. First, alcohol dehydrogenases from different origins as yeast and horse liver (commercial and in house) were tested for the oxidation of Cbz-ethanolamine. In house HLADH was selected as the best biocatalyst, in terms of specific activity and kinetic parameters. Moreover, HLADH catalyzed oxidation of Cbz-ethanolamine was performed and the direct formation of the acid, Cbz-glycine, was observed. Several methods were tested to promote the production of the intermediate product (aldehyde, Cbz-glycinal), but only the use of semicarbazide hydrochloride allowed obtaining Cbz-glycinal by its capture as Cbz-glycinal semicarbazone, yielding up to 84% with less than 12% Cbz-glycine yield. Cbz-glycinal semicarbazone acid hydrolysis with formaldehyde provided 48.5% of Cbz-glycinal recovery. Nevertheless, the amount of impurities, mostly formaldehyde, made it not such a good substrate for a further aldol addition to dihydroxyacetone phosphate (DHAP) catalyzed by aldolases in order to obtain aminopolyols (chapter 4). On the other hand, coupling the oxidation of Cbz-ethanolamine by HLADH and the aldol addition of DHAP catalyzed with rhamnulose-1-phosphate aldolase (RhuA) with DHAP pulses addition did not produce Cbz-aminopolyols, forming only 64.1% yield of Cbz-glycine (chapter 5). Next, the high oxidative ability of HLADH was also exploited to produce Cbz-β-alanine from Cbz-β-amino propanol; a complete conversion was obtained at 72 h in a batch mode. In order to enhance the productivity, a fed-batch operation was proposed providing 88.4% Cbz-β-alanine yield at 96 h with 2.3-fold improved productivity compared to the batch operation (chapter 6). Finally, the study of NAD+ cofactor regeneration was carried out by enzymatic and electrochemical methods. Enzymatic substrate-coupled regeneration of NAD+ was studied using acetaldehyde as second substrate with an almost complete conversion to Cbz-β-alanine in the first 2 h of reaction in a batch operation. However, fed-bach mode was not so efficient (65% conversion at 2 h, only one pulse addition of substrate), and the reaction was stopped at 2 h (chapter 6). Direct electrochemical regeneration of NAD+ using a filter-press microreactor was performed by coupling it with the HLADH catalyzed oxidation of Cbz-β-amino propanol for the production of Cbz-β-alanine. Employing a batch operation 77.1% Cbz-β-amino propanol conversion and a complete regeneration was obtained at 24 h. Meanwhile, the fed-bach operation increased the production maintaining 80.0% conversion and one half of complete cofactor regeneration conversion at 51 h (chapter 7).

La ingente cantidad de información que existe actualmente hace necesario el desarrollo de herramientas, métodos y procesos que faciliten el acceso a la misma. Especialmente, se requieren sistemas de información que sean eficientes y precisos. Las técnicas de indexación cuentan con una larga tradición en este ámbito. Sin embargo, su aplicación a gran escala y en el contexto de la Web no siempre es viable por la magnitud y la heterogeneidad de la información presente en ella. En esta tesis se presentan dos propuestas para facilitar el proceso de indexación de documentos en Internet. La primera se caracteriza por el uso de técnicas de indexación semiautomáticas basadas en aspectos de posicionamiento web, que se aplican a través de una herramienta propia denominada DigiDoc MetaEdit. La segunda propone un modelo para la actualización de vocabularios controlados a partir del procesamiento de los logs de las búsquedas formuladas por los usuarios en los buscadores. / La ingent quantitat d'informació que hi ha actualment fa necessari el desenvolupament d'eines, mètodes i processos que facilitin l'accés a la mateixa. Especialment, es requereixen sistemes d'informació que siguin eficients i precisos. Les tècniques d'indexació compten amb una llarga tradició en aquest àmbit. No obstant això, la seva aplicació a gran escala i en el context de la web no sempre és viable per la magnitud i heterogeneïtat de la informació present en ella. En aquesta tesi es presenten dues propostes per a facilitar el procés d'indexació de documents a Internet. La primera es caracteritza per l'ús de tècniques d'indexació semiautomàtiques basades en aspectes de posicionament web, i que s'apliquen a través d'una eina pròpia anomenada DigiDoc MetaEdit. La segona proposa un model per a l'actualització de vocabularis controlats a partir del processament dels logs de les cerques formulades pels usuaris als cercadors. / The vast amount of information that currently exists necessitates the development of tools, methods and processes that facilitate access to it. In particular, information systems that are efficient and accurate are required. Indexing techniques have a long tradition of promoting the improvement of these systems. However, its application on a large scale and in the context of the Web is not always feasible because of the magnitude and diversity of the information in it. This thesis presents two proposals to facilitate the process of indexing documents on the Internet. The first is characterized by the use of semi-automatic indexing techniques based on aspects of SEO, and applied through a proprietary tool called DigiDoc MetaEdit. The second proposes a model for updating controlled vocabularies from the processing of logs of searches made by users on search engines.

La tesi doctoral titulada “Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices” aborda el repte de la fabricació de ressonadors nano-mètrics des d’una nova òptica basada en la implantació iònica mitjançant un feix de ions focalitzat (FIB). Aquest nou mètode permet fabricar nano-dispositius suspesos funcionals, des del punt de vista elèctric i mecànic, sense necessitat d’utilitzar resina d’una forma i) ràpida i simple, només son necessàries tres etapes de fabricació; ii) flexible, permet definir dispositius amb gran llibertat geomètrica; iii) alta resolució, es demostra la fabricació de dispositius suspesos de 4 μm de longitud per 10 nm de diàmetre; iv) reproduïble i v) compatible amb la tecnologia CMOS. Partint d’un xip de silici o SOI (silici - diòxid de silici - silici), el mètode de fabricació comença amb un procés d’implantació FIB on es defineixen les estructures i les connexions elèctriques del dispositiu. El segon pas consisteix en el gravat humit del silici, on s’ataca el silici que no està protegit per la implantació FIB, permetent la suspensió o alliberació dels dispositius. En aquest estadi, on les estructures ja estan definides, el silici és amorf, conté gal·li i no és elèctricament funcional (ρ ~1 Ω·m). El darrer pas consisteix en un tractament tèrmic a alta temperatura fins a 1000ºC, en ambient de nitrogen i amb un precursor sòlid de bor on es propicia la recristal·lització del silici formant nano-cristalls, dopar el silici amb bor (tipus p) i eliminar el gal·li. Aquest tractament a alta temperatura, on les estructures no son oxidades, permet obtenir dispositius elèctricament funcionals (ρ ~10-4 Ω·m). Els principals resultats obtinguts es poden classificar en tres àmbits: Investigació de l’efecte de la implantació amb ions gal·li en el silici, pel que fa tant a aspectes de processament com de propietats nanoelectromecàniques del material. En aquest treball hem caracteritzat l’estructura del material en les diferents etapes de fabricació i hem caracteritzat elèctrica i electromecànicament els dispositius finals obtinguts pel mètode descrit. Desenvolupament i optimització del procés de fabricació, especialment pel que respecte al control de dimensions i a la combinació amb altres processos Es mostra el treball realitzat en la optimització dels diferents paràmetres de fabricació, des de la posta a punt de la dosi d’ions fins a la selectivitat del gravat. A través del disseny de les estructures es pot establir estratègies per controlar i minimitzar els efectes d’”under-etching” en el silici, a través de la definició d’estructures de compensació, i també evitar el col·lapse de les estructures més llargues, degut a les tensions superficials que es produeixen durant els processos de gravat humit, fabricant pilars per sostenir les estructures. Aquest mètode de fabricació permet obtenir dispositius a mida convertint-lo en una eina versàtil de prototipatge i de fabricació petites quantitats, que permet aconseguir dispositius de dimensions nano-mètriques per a l’experimentació acadèmica i científica. Investigació de les propietats electròniques, mecàniques i electromecàniques dels dispositius, i concretament en el cas de nanofils de silici suspesos que es poden aplicar com a ressonadors mecànics d’altra freqüència o transistors d’un sol forat. Hem pogut fabricar ressonadors de diferents geometries que ens ha permès estudiar i demostrar la relació que existeix entre la simetria/asimetria dels dispositius i el senyal piezoresistiu mesurat durant la transducció electromecànica. Hem investigat i fabricat transistors d’efecte camp ultra-fins (10 ~ 15 nm) i transistors suspesos on les característiques elèctriques a baixa temperatura mostren efectes de “Coulomb blockade” gracies als nano-cristalls que es formen, dins dels nano-fils de silici suspesos, durant l’etapa de tractament tèrmic. / The thesis entitled “Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices” aboard the challenge of the fabrication of nanometric resonators from a new approach based on ion implantation by a focused ion beam (FIB) . This new method allows the fabrication of functional suspended nanodevices, from the electrical and mechanical point of view, without using any resist. This method is i) fast and simple, where only three steps are needed; ii) flexible, it is feasible the definition of structures of different shape; iii) high resolution, it is demonstrated the fabrication of 4 μm length and 10 nm diameter suspended devices; iv) reproducible and v) CMOS compatible. The starting point is a silicon or SOI (silicon – silicon dioxide – silicon) chip. The fabrication approach starts with a FIB implantation process where the structures and the electrical connections of the device are defined. The second step consists on silicon wet etching, where silicon that is not protected by the FIB implantation is etched, allowing the release of the devices. The defined structures are made of amorphous silicon, they contains gallium and they are not functional electrically (ρ ~1 Ω·m). The last step consists on diffusive boron doping at high temperature (up to 1000ºC) in a boron environment, where it is promoted the recrystallization of silicon forming nanocrystals, the boron doping (p type) of silicon and the removal of gallium. In this last step at high temperature the structures are not oxidized obtaining electrically functional devices (ρ ~10-4 Ω·m). The principal results can be classified in three areas: Investigation of the effect of gallium ion implantation onto silicon from the process and nanoelectromechanical material properties point of view. In this work the material structure in the different fabrication steps has been characterized, as well as the electrical and electromechanical properties of the final devices obtained by the described method. Development and optimization of the fabrication process, especially controlling the dimensions and the combination with other fabrication processes. The work done in the optimization of the different fabrication parameters are shown, from the tuning of the ion dosage to the etching selectivity. It is possible to stablish design strategies to control and minimize the under-etching effects onto silicon, as well as to avoid the collapse of long structures, that are the result of the superficial sticking produced during the wet etching processes, by the fabrication of sustaining posts. That method permits to obtain customized devices. It is a versatile prototyping method that allows the fabrication of small batches of devices of nanometric dimensions that can be employed for the scientific and academic experimentation. Investigation of the electronical, mechanical and electromechanical properties of the devices, specifically suspended silicon nanowires that can be employed as high frequency mechanical resonators or single hole transistors. We fabricated resonators of different geometries for the study and demonstration of the relation between the geometrical symmetry/asymmetry of the devices and the piezoresistive signal measured during the electromechanical transduction. We investigated and fabricated ultra-thin field effect transistors (10 ~ 15 nm) and suspended transistors that exhibits Coulomb blockade electrical characteristics at low temperature thanks to the nanocrystals that are grown during the high temperature fabrication step.

El presente estudio analiza campañas publicitarias cuya estrategia de comunicación está basada principalmente en el uso de las Redes Sociales. Se buscó identificar las características de contenido y ejecución de dichas campañas, tomando como base para la muestra los proyectos premiados en el festival publicitario de Cannes 2013 dentro de la categoría online Cyber Lions. La investigación parte de la creencia de que los consumidores expuestos a este tipo de plataformas de comunicación, han variado sus procesos de consumo publicitario, convirtiéndose no sólo en participantes activos, sino también en vehículos de transmisión exponencial de los mensajes. El primer paso del proyecto consistió en el diseño de una metodología de análisis propia, debido a que no se encontró un método que incluyera todos los elementos que se buscaba analizar. Los resultados obtenidos arrojaron una serie de similitudes que permitieron sintetizar 5 modelos o grupos de campañas con patrones de comunicación coincidentes. / This Doctoral Dissertation presents the results of the analysis performed to advertising campaigns with a strategy based mainly on the use of Social Networks. The goal of this paper is to identify the characteristics of content and implementation of such campaigns, taking as a sample the winning projects at the 2013 Cannes advertising festival in the online Cyber Lions category. This research is based on the premise that consumers exposed to this type of communication platforms have changed their advertising consumption processes to the point of becoming a fundamental part of the development of campaigns, not only as active participants, but also as vehicles for the exponential transmission of the messages. The first step of the project was to design a suitable methodology for the proposed analysis. The results showed a number of similarities that allowed me to summarise 5 models or campaign groups with matching communication patterns.

This thesis focuses on defining a set of design strategies to develop and assess video games that foster physical activity, commonly referred to as exergames. Regular physical activity is essential for a good development of children and exergames have the potential to be used as an adherent and fun tool. This should result in more healthy children and compensate for the current lack of physical activity due to sedentary behaviors. This thesis focuses both on quantity as well as quality of physical activity. Concerning quantity, we focus on aerobic activity, while quality refers to richness and diversity of movement within conditional and coordinative capacities. This thesis is a first step to design exergames as public health tools by bridging the notions of playability and efficacy of exergames. We define an interdisciplinary protocol to design multiplayer exergames in collaboration with physical activity experts. A parameter, the Interaction Tempo, and evaluation methods to control the amount of physical activity are presented and validated. We provide strategies to achieve the aforementioned quality of physical activity in exergames and a robust evaluation method to assess it during a play session. We finally explore the influence and limitations that the body attitude can have on the intensity and affective state. / Aquesta tesi se centra en la definició d'un conjunt d'estratègies de disseny per a desenvolupar i avaluar els videojocs que fomenten l'activitat física, comunament coneguts com a exergames. L'activitat física regular és essencial per a un bon desenvolupament dels nens i els exergames tenen el potencial de ser utilitzats com una eina divertida i que fomenti l'adhesió al programa d'exercici. Això ha de resultar en nens més sans i compensar l'actual falta d'activitat física a causa dels comportaments sedentaris. Aquesta tesi es focalitza tant en la quantitat com en la qualitat de l'activitat física. Per al que fa a la quantitat, ens centrem en l'activitat aeròbica, mentre que la qualitat es refereix a la riquesa i diversitat del moviment dins de les capacitats condicionals i coordinatives. Aquesta tesi és un primer pas per dissenyar exergames com a eines de salut pública a través de crear una relació entre les nocions de jugabilitat i l'eficàcia dels exergames. Definim un protocol interdisciplinari per a dissenyar exergames multi jugador en col•laboració amb experts en activitat física. Es presenta i valida el Tempo d'Interacció, un paràmetre per a controlar la quantitat d'activitat física, com també mètodes d'avaluació d'aquesta. Proporcionem estratègies per aconseguir la qualitat, abans esmentada, de l'activitat física en exergames i un mètode d'avaluació sòlida per a avaluar-la durant una sessió de joc. Finalment explorem la influència i limitacions que l'actitud del cos pot tenir sobre la intensitat i estat afectiu.

La Internet de las Cosas está avanzando lentamente debido a la falta de confianza en dispositivos que puedan interactuar de manera autónoma. Además, se requieren nuevos enfoques para mitigar o al menos paliar ataques de atacantes omnipresentes cada vez más poderosos. Para hacer frente a estas cuestiones, esta tesis investiga los conceptos de identidad y autenticidad. En cuanto a la identidad, se propone un novedoso enfoque sensible al contexto basado en la tecnología de cadenas de bloques donde el paradigma estándar se sustituye por un enfoque basado en la identificación de atributos. Referente a la authentication, nuevas propuestas permiten validar mensajes en escenarios en línea y fuera de línea. Además, se introduce un nuevo enfoque basado en software para escenarios en línea que proporciona propiedades intrínsecas de hardware independientemente de elementos físicos. Por último, la tecnología PUF permite el diseño novel de protocolos de autenticación en escenarios donde sin conexión. / The Internet of Things is advancing slowly due to the lack of trust in devices that can autonomously interact. Standard solutions and new technologies have strengthened its security, but ubiquitous and powerful attackers are still an open problem that requires novel approaches. To address the above issues, this thesis investigates the concepts of identity and authenticity. As regards identity, a new context-aware and self-enforced approach based on the blockchain technology is proposed. With this solution, the standard paradigm focused on fixed identifiers is replaced with an attribute-based identification approach that delineates democratically approved names. With respect to authentication, new approaches are analyzed from both the online and offline perspective to enable smart things in the validation of exchanged messages. Further, a new software approach for online scenarios is introduced which provides hardware-intrinsic properties without relying on any physical element. Finally, PUF technology is leveraged to design novel offline disposable authentication protocols.

En aquesta tesi s’explora l’ús de descriptors basats en la covariància per tal de traslladar la observació de característiques dins de regions d’interès a un determinat espai descriptiu que utilitzi les matrius de covariància de les característiques com a signatures discriminatives de les dades. Aquest espai constitueix la varietat de les matrius simètriques definides positives, amb la seva pròpia mètrica i consideracions analítiques, en la que podem desenvolupar diferents mètodes de machine learning per al reconeixement de patrons. Sigui quin sigui el domini de les característiques, ja siguin observacions visuals en imatges 2D, característiques de forma en núvols de punts 3D, gestos i moviment en seqüències d’imatges de profunditat, o informació de densitat en imatges mèdiques en 3D, l’espai del descriptor de covariància actua com un pas d’unificació en el repte de mantenir un marc de treball comú per a diverses aplicacions. / This dissertation explores the use of covariance-based descriptors in order to translate feature observations within regions of interest to a descriptor space using the feature covariance matrices as discriminative signatures. This space constitutes the particular manifold of symmetric positive definite matrices, with its own metric and analytical considerations, in which we can develop several machine learning algorithms for pattern recognition. Regardless of the feature domain, whether they are 2D image visual cues, 3D unstructured point cloud shape features, gesture and motion measurements from depth image sequences, or 3D tissue information in medical images, the covariance descriptor space acts as a unifying step in the task of keeping a common framework for several applications.

El tricloroetileno (TCE) y percloroetileno (PCE) son dos hidrocarburos alifáticos clorados ampliamente usados en la industria como disolventes, que se encuentran entre los contaminantes más habituales en suelos y aguas subterráneas en el mundo. En esta Tesis se demuestra la capacidad de degradación de TCE por diferentes especies de hongos de podredumbre blanca, como Trametes versicolor, Irpex lacteus y Ganoderma lucidum. Phanerochaete chrysosporium se ha incluido en estos estudios como control positivo, ya que previamente se había demostrado su capacidad para mineralizar TCE. Nuestros resultados, en consonancia con algunos estudios publicados recientemente, muestran que P. chrysosporium alcanza valores de degradación más bajos en medios con bajo contenido en nitrógeno que en medio de extracto de malta, en los que la producción de peroxidasas se encuentra completamente suprimida. Este estudio constituye la primera demostración de la capacidad de G. lucidum para degradar compuestos xenobióticos. Dado que los porcentajes de degradación son sustancialmente superiores en los cultivos con T. versicolor, se ha escogido este hongo para posteriores experimentos. Se ha identificado al dióxido de carbono y al 2,2,2-tricloroetanol como subproductos de degradación de TCE por T. versicolor, usando [13C]-TCE como sustrato. El balance de cloruros realizado indica que la mitad del TCE degradado se mineraliza, y la otra mitad restante se acumula en forma de 2,2,2-tricloroetanol. El 2,2,2-tricloroetanol no está considerado cancerígeno, y ésta es una ventaja comparativa respecto a los subproductos típicos de acumulación en el caso de las bacterias. Se ha obtenido un porcentaje de degradación elevado (aprox. 80%) para el rango de 2-10 mg/l de TCE. Incrementando la concentración de glucosa en el medio y reoxigenando los cultivos durante la incubación, se obtiene una mayor generación de cloruros en la degradación de TCE, lo que indica una mayor mineralización del producto. El TCE resultó ser un inductor de la producción de lacasa para T. versicolor, pero los experimentos realizados in vitro indican que ni la lacasa ni un amplio espectro de mediadores testados son capaces de oxidar el TCE. Experimentos realizados con el inhibidor del citocromo P450, 1-aminobenzotriazol, indican que este sistema oxidativo juega un papel clave en la degradación de TCE. Se ha identificado al cloral (tricloroacetaldehido) como intermediario en la vía de degradación de TCE. Por último, se ha propuesto una vía de degradación de TCE para T. versicolor.Por otro lado, se ha demostrado por primera vez la capacidad de un hongo para degradar PCE aeróbicamente. En cultivos de T. versicolor con 5 mg/l de PCE se consigue un 40% de degradación. Se ha identificado al ácido tricloroacético (TCA) como principal subproducto usando [13C]-PCE como sustrato. La generación de cloruro y el TCA producido mantienen una relación estequiométrica con el PCE degradado. Experimentos realizados con el inhibidor 1-aminobenzotriazol indican que el citocromo P450 está implicado en la degradación de PCE por T. versicolor. Los cultivos reoxigenados muestran tan solo un ligero aumento de los niveles de degradación, liberación de cloruros y generación de TCA. A partir de los resultados obtenidos, se sugiere una vía de degradación de PCE por T. versicolor, que es análoga a la descrita en los mamíferos. Finalmente, se ha realizado una aproximación de los principales factores que pueden influenciar en el tratamiento real de aguas contaminadas por TCE y PCE mediante biorreactor. T. versicolor degrada un 34,1 y 47,7% del PCE (5 mg/l) y TCE (10 mg/l), respectivamente, añadido conjuntamente a los cultivos. El porcentaje de degradación, así como los cloruros liberados en este experimento, indican que el hogo degrada mezclas de estos productos con la misma eficiencia que lo hace para el TCE y PCE añadido individualmente. La ecuación de Michaelis-Menten es la que presenta un mejor ajuste de las cinéticas de degradación de TCE y PCE, para un amplio rango de concentraciones testadas. Por último, se ha establecido que la isoterma de Freundlich es la que mejor describe el equilibrio de adsorción entre la biomasa y los disolventes clorados, mediante controles de T. versicolor autoclavados. Se ha validado esta isoterma con experimentos de degradación, obteniendo un buen ajuste entre los valores experimentales y los simulados. / Trichloroethylene (TCE) and perchloroethylene (PCE) are chlorinated aliphatic hydrocarbons which have been widely used in industrial cleaning solutions. These xenobiotic compounds are among the most common organic pollutants found in groundwater around the world. In this thesis, the ability of several species of white-rot fungi, including Trametes versicolor, Ganoderma lucidum and Irpex lacteus, to degrade substantial levels of TCE in pure cultures was demonstrated. P. chrysosporium, included as a positive control in this study, was previously shown to mineralize TCE. Our results, in conformation with earlier studies, showed that P. chrysosporium exhibits lower TCE degradation in low nitrogen medium than in malt extract medium, in which peroxidases are known to be completely suppressed. As far as we know, it was the first demonstration of the ability of G. lucidum to degrade a xenobiotic pollutant. Since the extent of TCE degradation by T. versicolor was substantially greater than that shown by the other fungi, it became the obvious choice for further study. Carbon dioxide and 2,2,2-trichloroethanol were identified as the byproducts generated during the degradation of TCE by T. versicolor using [13C]-TCE as the substrate. The chloride balance indicated that one half of the TCE degraded is mineralized and the remaining TCE tends to accumulate as 2,2,2-trichloroethanol. Unlike TCE, 2,2,2-trichloroethanol is not considered carcinogenic and this is a distinct advantage in comparison to bacterial systems. A high percent of degradation (aprox. 80%) was observed for a range of concentrations between 2-10 mg/l. A highest chloride release from TCE degradation occurred by increasing the glucose concentration in the media and reoxygenating cultures during incubation. Our results showed that TCE was an inducer of laccase production in T. versicolor, but in vitro experiments showed that neither laccase nor any of the wide array of mediators tested were able to cause oxidation of TCE. Cytochrome P450 appeared to play a key role in TCE degradation, as evidenced by means of cytochrome P450 inhibition experiments using 1-aminobenzotriazole, a known cyt. P450 inhibitor. Chloral (trichloroacetaldehyde) was identified as an important intermediate of the TCE degradation pathway. Finally, a TCE degradation pathway by T. versicolor is suggested. On the other hand, the ability of a fungus to degrade PCE under aerobic conditions was demonstrated for the first time. Approximately, a 40% of degradation was achieved in cultures of T. versicolor spiked with 5 mg/l of PCE. Trichloroacetic acid (TCA) was identified as the main intermediate using [13C]-PCE as the substrate. Chloride released and TCA produced were stoichiometric with PCE degradation. Our studies using the inhibitor 1-aminobenzotriazole, suggested that a cytochrome P-450 system may be involved in PCE degradation by T. versicolor. Cultures that were re-oxygenated showed slightly higher levels of degradation, chloride release and TCA generation, but not as much as one would have expected. Finally, a degradation pathway was suggested, which was analogous to that described in mammalian systems. Finally, an approach of some of the factors which may influence the treatment of real TCE and PCE contaminated waters by T. versicolor using a bioreactor was studied. The fungus degraded 34.1 and 47.7 percent of PCE and TCE added as a mixtures (containing 5 and 10 mg/l, respectively). Percent degradation as well as chloride release from mixtures of TCE and PCE showed that T. versicolor degrades these mixtures as well as individually added TCE or PCE. A Michaelis-Menten kinetic equation related to TCE and PCE degradation was obtained with TCE degradation experiments for a wide range of concentrations. Finally, it was considered that Freundlich isotherm described the adsorption equilibrium between biomass and the chlorinated solvents, using heat-killed controls. This isotherm was validated in degradation conditions, obtaining a correct adjustment between the experimental and the simulated data.

En esta tesis se presenta un sistema de lectura eléctrica de microarrays que comprenden una serie de transductores impedimétricos con los cuales realizar la detección multiplexada de hasta 36 eventos biológicos en un mismo sustrato. Al igual que con los microarrays de lectura fluorescente, se han empleado sustratos de vidrio desechables para la fabricación del microarray. Sin embargo, a diferencia de ellos , el sistema presentado es compacto y requiere una instrumentación sencilla y de bajo coste, lo que hace que el sistema pueda ser muy útil para realizar la descentralización de este tipo de medidas analíticas. Otros sistemas de lectura eléctricos compactos reportados anteriormente se basan en la inmovilización de los receptores biológicos específicos sobre la superficie del transductor, lo que hace que sean de un solo uso y por lo tanto costosos. Nuestro sistema combina las ventajas de los sistemas eléctricos anteriores y los escáneres de fluorescencia. El array de electrodos interdigitados (IDEs) se fabricó sobre sustratos de vidrio. Las medidas conductimétricas fueron realizadas con estos transductores mediante la aplicación de reacciones de inmunoensayo que emplean la ureasa como marca. La hidrólisis de la urea catalizada por la ureasa produce especies iónicas en solución que aumentan su conductividad. Los microarrays se fabrican sobre portaobjetos de vidrio convencional. Para la lectura, se coloca sobre el microarray sobre el array de IDEs dejando un espacio de fijo entre ambos, de modo que cada punto del microarray se alinea con su IDE correspondiente. En el proceso de medida se depositaron gotas de solución de medida que contienen urea que ponían en contacto el IDE y el punto correspondiente del microarray. Sin embargo, en un primero trabajo se presentaron algunos inconvenientes importantes relacionados con la evaporación de las gotas y el cross-talk químico entre las gotas adyacentes debido a migración de especies iónicas, lo que hizo que el sistema presentase unas características de sensibilidad y límite de detección sensiblemente más limitadas que las mostradas por los sistemas de detección fluorescente. Por otra parte, se requería de un microdispensador para posicionar con precisión las gotas sobre los transductores. En un segundo trabajo, se encontró una solución para resolver estos inconvenientes y se demostró el potencial del sistema para se un competidor real, en términos de rendimiento analítico, frente a los sistemas basados en fluorescencia. Dicha solución se basó en el empleo una estructura de PDMS que incluye 36 micropocillos de 1.2 µL de volumen, los cuales se disponen sobre el array de transductores para contener el volumen de solución de urea y poder realizar la lectura de cada punto del microarray dentro de una cavidad cerrada. Con esta configuración se consiguió evitar por completo los problemas de evaporación y cross-talk químico. Por último, se presenta un tercer trabajo donde se automatizó este sistema de lectura mediante la implementación de una estructura microfluídica que incluye el array de micropocillos de PDMS así como los componentes fluídicos necesarios para realizar el llenado automático de los mismos así como su lavado posterior una vez realizada la lectura de un microarray. De esta forma, se mejoró el rendimiento del sistema de lectura a la vez que su fiabilidad al minimizar la manipulación por parte de un usuario. / An electrical readout system of microarrays comprising an array of conductimetric transducers, which enabled multiplexed detection of up to 36 biological events on the same substrate, is reported in this thesis. Similarly to fluorescent readout counterparts, regular glass slides were applied for carrying out the microarray. However, unlike them, the presented system is compact and requires a simple and inexpensive instrumentation, thus being ideally suited for deployment of bioarray detection approaches. Other compact electrical readout systems previously reported are based on the immobilization of the specific bioreceptors on the transducer surface, which make them single-use and thus expensive. Our system combines the merits of both previous electrical systems and the fluorescence scanner approaches. An array of 40 μm-pitch gold interdigitated electrode pairs (IDEs) was fabricated on glass substrates. Conductimetric measurements were carried out with these transducers by applying urease-based (urease labeled) immunoassay reactions. The hydrolysis of urea catalyzed by urease produces ionic species in solution that increase its conductivity. In order to carry out such detection scheme, the bioarray was developed on a regular glass slide substrate, which was then placed over the IDE microarray leaving a fixed gap and aligned so that each spot of the bioarray faced one IDE. Therein, the droplets of urea solution were placed in the gap to contact the IDEs and the corresponding spots of the bioarray. However, in the development of the first approach, some major drawbacks related to droplet evaporation and chemical cross-talk between adjacent droplets made the system to be far from achieving the performance of fluorescent detection approaches. Moreover, a microdispenser was required to accurately position the droplets. In a second approach, we found the solution for circumventing these drawbacks and the demonstration of the potential of the system as a real competitor against fluorescence based systems in terms of analytical performance. An array structure of 36 PDMS microwells having a volume of 1.2 μL were fabricated by molding and positioned over the IDE array. The geometry of each microwell includes an O-ring like structure and an empty area around it, which enabled first, to easily fill it without using any specific instrumentation and second, to ensure its liquid tightness once the bioarray was positioned over it. This set-up was demonstrated to completely avoid the evaporation and chemical cross-talk issues. Finally, a third approach is presented, where the readout automatized by means of a microfluidic structure that includes the PDMS microwells together with those fluidic components that enabled the automatic filling with the measuring solution as well as the cleaning step of the system once a microarray was measured. Working in this way improves the throughput of the electrical readout system as well as enhanced its reliability by minimizing the manipulation by the user.

Computational approaches for modeling expressive music performance have produced systems that emulate human expression, but few steps have been taken in the domain of ensemble performance. Polyphonic expression and inter-dependence among voices are intrinsic features of ensemble performance and need to be incorporated at the very core of the models. For this reason, we proposed a novel methodology for building computational models of ensemble expressive performance by introducing inter-voice contextual attributes (extracted from ensemble scores) and building separate models of each individual performer in the ensemble. We focused our study on string quartets and recorded a corpus of performances both in ensemble and solo conditions employing multi-track recording and bowing motion acquisition techniques. From the acquired data we extracted bowed-instrument-specific expression parameters performed by each musician. As a preliminary step, we investigated over the difference between solo and ensemble from a statistical point of view and show that the introduced inter-voice contextual attributes and extracted expression are statistically sound. In a further step, we build models of expression by training machine-learning algorithms on the collected data. As a result, the introduced inter-voice contextual attributes improved the prediction of the expression parameters. Furthermore, results on attribute selection show that the models trained on ensemble recordings took more advantage of inter-voice contextual attributes than those trained on solo recordings. The obtained results show that the introduced methodology can have applications in the analysis of collaboration among musicians. / L’estudi de l’expressivitat musical ha produït models computacionals capaços d’emular l’expressivitat humana, però aquests models encara no es poden aplicar al cas dels conjunts musicals. Per estudiar l’expressivitat dels conjunts musicals, s’han de tenir en compte dues característiques principals: l’expressió polifònica i la interdependència entre veus. Per aquesta raó, proposem una nova metodologia que es basa en la introducció d’una sèrie d’atributs intervocals, que hem extret de la partitura, que es poden utilitzar per construir models d’expressivitat individuals per a cada un dels músics. Hem col•leccionat un conjunt de peces musicals a partir de l’enregistrament multipista i de la captura de moviments d’un quartet de cordes, en un corpus que recull peces concretes tocades tant en grup com individualment. D’aquestes dades, hem extret diversos paràmetres que descriuen l’expressivitat per a cada un dels músics d’un conjunt de corda. El primer pas ha estat estudiar, des d’un punt de vista estadístic, les diferències entre l’actuació d’una mateixa peça tant en solitari com en grup. Després, hem estudiat les relacions estadístiques entre els atributs intervocals i els paràmetres d’expressivitat. A continuació, hem construït models d’expressivitat a partir de la utilització d’algoritmes d’aprenentatge automàtic amb les dades col•leccionades. Com a resultat, els atributs intervocals que hem proposat han millorat la predicció del paràmetres d’expressivitat. Hem pogut demostrar com aquests models que han après d’actuacions en grup utilitzen més atributs intervocals que aquells que ho han fet d’actuacions en solitari. Aquests resultats mostren que la metodologia i models introduïts es poden aplicar en l’anàlisi de la col•laboració entre membres d’un conjunt musical. / El estudio de la expresividad musical ha producido modelos computacionales capaces de emular la expresividad humana, pero estos modelos todavía no se pueden aplicar al caso de los conjuntos musicales. Para estudiar la expresividad de los conjuntos musicales, se deben tener en cuenta dos características principales: la expresión polifónica y la interdependencia entre voces. Por esta razón, proponemos una nueva metodología que se basa en la introducción de una serie de atributos intervocales, que hemos extraído de la partitura, que se pueden utilizar para construir modelos de expresividad individuales para cada uno de los músicos. Hemos coleccionado un conjunto de piezas musicales a partir de la grabación multipista y de la captura de movimientos de un cuarteto de cuerdas, en un corpus que recoge piezas concretas tocadas tanto en grupo como individualmente. De estos datos, hemos extraído varios parámetros que describen la expresividad para cada uno de los músicos de un conjunto de cuerdas. El primer paso ha sido estudiar, desde un punto de vista estadístico, las diferencias entre la actuación de una misma pieza tanto en solitario como en grupo. Después, hemos estudiado las relaciones estadísticas entre los atributos intervocales y los parámetros de expresividad. A continuación, hemos construido modelos de expresividad a partir de la utilización de algoritmos de aprendizaje automático con los datos coleccionados. Como resultado, los atributos intervocales que hemos propuesto han mejorado la predicción de los parámetros de expresividad. Hemos podido demostrar cómo estos modelos que han aprendido de actuaciones en grupo utilizan más atributos intervocales que aquellos que lo han hecho de actuaciones en solitario. Estos resultados muestran que la metodología y modelos introducidos se pueden aplicar en el análisis de la colaboración entre miembros de un conjunto musical.