El pèptid amiloide Aβ(1-40) és un dels principals components de les plaques dels cervells afectats per la malaltia d’Alzheimer, on normalment es troba associat als lípids de la membrana cel·lular. Les membranes poden tenir un rol important en la toxicitat del pèptid, tant com a possible diana com influenciant la formació d’agregats peptídics. Un punt particularment interessant de la influència de les membranes en el procés d’agregació, del que existeixen evidències experimentals, és la peroxidació lipídica com a factor important en la neurodegeneració. L’objectiu general d’aquest treball ha estat la caracterització molecular de la interacció del pèptid amiloide amb les membranes biològiques, parant especial esment en el rol de la peroxidació lipídica. Els resultats han mostrat que en presència de membranes de lípid d’extracte de cervell s’observa una clara acceleració de formació de fibres pel pèptid Aβ(1-40) i una major formació d’aquestes. Per altra banda, l’agregació del pèptid en presència de membranes no oxidades mostra un alentiment i una menor formació de fibres. S’ha observat que aquesta diferència en l’agregació del pèptid segons el grau d’oxidació de les membranes, és deguda a l’aparició de càrregues negatives a la superfície de les membranes durant el procés d’agregació. L’aparició de càrregues negatives a la superfície de la membrana implica un augment de la concentració de protons i per tant una davallada del pH a la superfície de la membrana. Aquesta baixada de pH afecta al plegament del pèptid Aβ(1-40). A pH neutre, aquest pèptid tendeix a formar fibres, passant per una sèrie d’agregats oligomèrics. A pH inferior a 6, quan les histidines del pèptid es troben protonades, aquest pèptid forma agregats amorfs d’alt pes molecular. En aquesta tesi, s’ha vist com aquests agregats tenen una capacitat més gran de desestabilitzar la membrana que no els agregats que es formen a pH neutre. La comparació amb els sistemes vius s’ha dut a terme utilitzant dues línies cel·lulars amb característiques diferents. S’ha vist com el pèptid és més tòxic en cèl·lules PC12 que en cèl·lules SH-5YSY. Les cèl·lules PC12 són crònicament apoptòtiques, la qual cosa implica un augment de fosfatidilserina a la superfície, lípid amb cap polar negatiu, que aporta càrregues negatives a la superfície, i que, per tant, implica una davallada del pH a la superfície cel·lular d’aquestes cèl·lules. El treball conclou que aquests agregats amorfs que es formen a pH baix podrien ser els responsables de la toxicitat del pèptid. Els resultats són rellevants ja que donen un possible mecanisme molecular a la relació que els processos oxidatius i les malalties vasculars en la malaltia d’Alzheimer. Tant els processos oxidatius, que implicarien una acidificació a la superfície cel·lular degut a la peroxidació lipídica, com les malalties vasculars, que poden implicar una acidificació local del teixit, podrien afavorir la formació d’aquests agregats amorfs d’alt pes molecular augmentant la toxicitat del pèptid. / Aβ peptides are the main components of the characteristic fibrilar amyloid plaques found in central nervous systems affected by Alzheimer’s disease. Amyloid plaques are usually found associated to lipids from the plasma cell membrane. Membranes may play a role in amyloid toxicity, either as a peptide’s target or by influencing the peptide aggregation state. A particularly interesting aspect of the possible influence of lipid bilayers is the existence of an important amount of experimental evidence pointing to lipid peroxidation as an important factor in neurodegeneration. The general objective of this thesis was the molecular characterization of the peptide interaction with biological membranes. Granular non-fibrillar aggregates (GNAs) are identified as possible toxic species in Alzheimer’s disease. GNAs form on the surface of negatively charged biological membranes and as a consequence of an acidic environment, off the polymerization pathway at neutral pH. Aβ(1-40) GNAs disturb the bilayer structure of model membranes and seem to be more toxic to cells with negatively charged membranes (consequence of chronic pre-apoptosis). GNAs may be relevant in physiological situations associated to Alzheimer’s disease: a local acidic pH at the cell surface (consequence of lipid oxidation or other cell insults) and acidification as a consequence of vascular events causing hypoxia. Together with previous descriptions of granular aggregates with poly-glutamine peptides related to Huntington’s disease and the SH3 domain of PI3, GNAs related to Alzheimer’s disease are a further example of a possible common aggregation and toxicity mechanism in conformational diseases. GNAs may represent a new pharmacological target in Alzheimer’s disease.

Propòsit: Millorar la caracterització no invasiva dels tumors cerebrals mitjançant la tècnica de l'espectroscopia de ressonància magnètica de protó.Per a assolir aquest objectiu, es van realitzar tres estudis, amb els següents objectius: Estudi 1) Generar una base de dades accessible per Internet, que contingui dades clíniques i espectroscòpiques completament validades de pacients afectats per tumors cerebrals. Estudi 2) Determinar la influència del temps d'eco utilitzat en l'adquisició en la posterior classificació dels espectres de tumours cerebrals humans. Per això es va comparar l'encert obtingut en la classificació tumoral utilitzant dos temps d'eco diferents (30 ms and 136 ms). Estudi 3) Estimar l'encert de la interpretació de les imatges de ressonància en la classificació dels tumors cerebrals, tant en termes de tipus com de grau de malignitat tumoral.Mètodes: Estudi 1) Totes les dades dels pacients que van entrar al projecte INTERPRET (International Network for Pattern Recognition of Tumours Using Magnetic Resonance, http://azizu.uab.es/INTERPRET ) es van guardar a una base de dades accessible per Internet (iDB). Les dades dels pacients es van seleccionar utilitzant la interfície de preguntes de la base de dades. Els criteris que es van seguir van ser que el cas tingués un espectre adquirit a 1.5 T mitjançant la tècnica de volum senzill i temps d'eco curt (20-32 ms) sobre una àrea nodular del tumor, que el volum d'adquisició hagués estat posicionat dins de la mateixa regió de la qual es va prendre posteriorment la biòpsia diagnòstica, i que l'espectre a temps d'eco curt no hagués estat descartat per artefactes d'adquisició o altres raons, i que un comitè de neuropatòlegs haguéssin arribat a consens diagnòstic. Quan els espectres es van obtenir de voluntaris normals, o éren d'abscessos o de metàstasis provades clínicament, no es va requerir biòpsia.Estudi 2) Es van sel·leccionar de manera retrospectiva cent cinquanta-un estudis de pacients amb tumors cerebrals (37 meningiomas, 12 astrocitomes de baix grau, 16 astrocitomes d'alt grau, 54 glioblastomes i 32 metastasis) d'una sèrie de trescents setanta-vuit exàmens de masses cerebrals anòmales d'un dels centres col.laboradors d'INTERPRET dintre del projecte MEDIVO. Es va realitzar espectroscopia de volum senzill a temps d'eco 30 ms i 136 ms en tots els casos. Es van normalitzar les àrees integrades de nou ressonàncies d'interès. Els espectres dels tumors es van classificar mitjançant anàlisi discriminant en quatre grups: meningioma, astrocitoma de baix grau, astrocitoma d'alt grau i glioblastomes juntament amb metastasis. Es va aval.luar el resultat de l'anàlisi discriminant a cadascun dels temps d'eco utilitzant el mètode de deixar un cas fora.Estudi 3) L'acord entre la classificació radiològica i el diagnòstic histopatològic es va aval·luar retrospectivament, utilitzant dades retrospectives de trescents noranta-tres pacients de tumors cerebrals que estàven guardats a la base de dades multicèntrica del projecte INTERPRET. Es va crear una ontologia per a poder definir l'acord entre diagnòstics. Cada categoria tumoral es va comparar bilateralment amb els diagnòstics histopatològics corresponents. Es van calcul.lar els valors de sensibilitat, especificitat, valors predictius positiu i negatiu, juntament amb els intervals de confiança del 95% de Wilson.Resultats: Estudi 1) Es va obtenir un subgrup de trescents quatre casos (vint-i-dos voluntaris normals i dos-cents vuitanta-dos pacients). Aquests casos es van migrar a una altra base de dades accessible per internet (base de dades validada). Estudi 2) La classificació dels tumors va ser lleugerament millor a temps d'eco curt (123 [81%] de 151 casos classificats correctament) que a temps d'eco llarg (118 [78%] de 151 casos classificats correctament). Els meningiomes van ser l'únic grup pel qual es va obtenir una millor sensibilitat i especificitat a temps d'eco llarg. Els resultats van millorar quan ambdós temps d'eco es consideràven simultàniament: el diagnòstic suggerit va ser correcte en 105 (94%) de 112 casos quan el resultat predit a ambdós temps d'eco era el mateix. Es va suggerir el diagnòstic correcte almenys a un temps d'eco en 136 (90%) casos de 151. 3) Quan els radiòlegs informen estudis d'imatge, són molt específics (85.2-100%) a l'hora de caracteritzar el grau i el tipus de tumor. La seva sensibilitat varia depenent del tipus i el grau, separadament i en combinació. En les categories àmplies (neuroepitelial, llinatge meningeal) vàren ser molt sensibles mentre que quan es va considerar còm s'informava el tipus detallat i el grau la sensibilitat variava, essent la més alta en els meningiomes de baix grau (sensibilitat 100%, intèrval de confiança, 96.2-100.0%) i la més baixa pels meningiomes d'alt grau (sensibilitat, 0.0%, intèrval de confiança, 0.0-65.8%) i els oligodendrogliomes de baix grau (sensibilitat, 15%, intèrval de confiança, 5.2-36.0%). La sensibilitat en la detecció dels tumors d'orígen neuroepitel.lial es va relacionar de manera inversa amb la precisió en la manera de descriure el grau i l'orígen cel.lular del tumor. "Glioma" era una classificació radiològica freqüent, associada a una més alta sensibilitat a la seva categoria corresponent. El valor predictiu positiu va variar entre categories, assolint en general valors per sobre de la prevalença dels tumors respectius en aquesta base de dades. El valor predictiu negatiu va ser alt a totes les categories analizades (69.8-100%).Conclusions: La base de dades validada compleix amb les regul.lacions ètiques i és representativa de la població que estudia. És accessible a neuroradiòlegs arreu del món que vulguin utilitzar la informació que dóna l'espectroscopia per tal d'ajudar en el diagnòstic no invasiu dels tumors cerebrals. El temps d'eco curt dóna una classificació lleugerament millor que el temps d'eco llarg, i els resultats milloren quan ambdós temps d'eco es consideren de manera simultània. Els meningiomes són l'únic grup tumoral en el qual el temps d'eco llarg és lleugerament millor que el temps d'eco curt.Els valors predictius positiu i negatiu que es van obtenir es poden utilitzar com a estimadors de les probabilitats a posteriori per a la caracterització dels tumors cerebrals mitjançant les imatges de ressonància en la base de dades INTERPRET. A més a més, es va fer palesa la necessitat d'augmentar la sensibilitat en la categorització de la majoria de tumors cerebrals, mantenint l'alta especificitat, especialment en la diferenciació entre tumors glials d'alt i baix grau, especialment amb tècniques associades a la imatge, com l'espectroscopia de ressonància magnètica de protó. / Purpose: To improve the non-invasive characterisation of brain tumours with 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy).For this, three studies were performed, with the following objectives: 1) To generate an Internet-accessible database that contains validated in-vivo MR spectra and clinical data of brain tumour patients. 2) To determine the influence of the TE used in brain tumour classification by comparing the performance of spectra obtained at two different TE (30 ms and 136 ms). 3) To estimate the accuracy of routine MRI in the classification of brain tumours both in terms of cell type and grade of malignancy.Methods: Study 1) All data from patients entering the INTERPRET project (International Network for Pattern Recognition of Tumours Using Magnetic Resonance, http://azizu.uab.es/INTERPRET ) were stored in a web-accessible database (iDB) and selected using its query functionality. Criteria for selection were that the case had a single voxel (SV) short-echo (20-32 ms) 1.5 T spectrum acquired from a nodular region of the tumour, that the voxel had been positioned in the same region as where subsequent biopsy was obtained, that the short-echo spectrum had not been discarded because of acquisition artefacts or other reasons, and that a histopathological diagnosis was agreed among a committee of neuropathologists. When the spectra were obtained from normal volunteers or were of abscesses or clinically proven metastases, biopsy was not required.Study 2) One hundred fifty-one studies of patients with brain tumours from the MEDIVO project (37 meningiomas, 12 low grade astrocytomas, 16 anaplastic astrocytomas, 54 glioblastomas, and 32 metastases) were retrospectively selected from a series of 378 consecutive examinations of brain masses. Single voxel proton MR spectroscopy at TE 30 ms and 136 ms was performed with point-resolved spectroscopy in all cases. Fitted areas of nine resonances of interest were normalized to water. Tumours were classified into four groups (meningioma, low grade astrocytoma, anaplastic astrocytoma, and glioblastoma-metastases) by means of linear discriminant analysis. The performance of linear discriminant analysis at each TE was assessed by using the leave-one-out method.Study 3) Retrospective assessment of agreement between radiological classification and histopathological diagnosis was carried out using records of 393 brain tumour patients stored in a multi-centre database from the INTERPRET project. An ontology for agreement definition was devised. Each tumour category was bilaterally compared to the corresponding histopathological diagnoses by dichotomisation. Sensitivity (SE), Specificity (SP), Positive (PPV) and Negative Predictive (NPV) values and their Wilson's 95% confidence intervals (CI) were calculated.Results: Study 1) A subset of 304 cases (22 normal volunteers and 282 tumour patients) was obtained. These cases were migrated to a web-accessible database (validated-DB). Study 2) Tumour classification was slightly better at short TE (123 [81%] of 151 cases correctly classified) than at long TE (118 [78%] of 151 cases correctly classified). Meningioma was the only group that showed higher sensitivity and specificity at long TE. Improved results were obtained when both TE were considered simultaneously: the suggested diagnosis was correct in 105 (94%) of 112 cases when both TE agreed, whereas the correct diagnosis was suggested by at least one TE in 136 (90%) of 151 cases. Study 3) In routine radiological reporting of MRI examinations, tumour types and grades were classified with high SP (85.2-100%); SE varied, depending on type and grade, alone or in combination. Recognition of broad categories (neuroepithelial, meningeal) was highly sensitive whereas it diverged when both detailed type and grade were considered, being highest in low-grade meningioma (SE=100%, CI=96.2-100.0%) and lowest in high-grade meningioma (SE=0.0%, CI=0.0-65.8%) and low-grade oligodendroglioma (SE=15%, CI=5.2-36.0%). In neuroepithelial tumours SE was inversely related to precision in reporting of grade and cellular origin; "glioma" was a frequent radiological classification associated with a higher SE in the corresponding category. PPV varied among categories being in general above their prevalence in this dataset. NPV was high in all categories (69.8-100%).Conclusions: The validated-DB complies with ethics regulations and represents the population studied. It is accessible by neuroradiologists willing to use information provided by MRS to help in the non-invasive diagnosis of brain tumours. Short TE provides slightly better tumour classification, and results improve when both TE are considered simultaneously. Meningioma was the only tumour group in which long TE performed better than short TE. PPV and NPV provided for routine MRI characterisation of brain tumours may be used as estimates of post-test probabilities of diagnostic accuracy achieved by MRI in the database studied. The need for non-invasively increasing SE in categorization of most brain tumour types while retaining high SP, especially in the differentiation of high and low-grade glial tumour classes has been targeted.

El Virus de la Immunodeficiència Humana, VIH, és un virus amb envolta de la família Retroviridae. El primer pas en el procés d'infecció del virus és la seva entrada dins de la cèl·lula hoste. En el cas d'infecció de limfòcits T, primer es produeix el reconeixement del receptor CD4 del limfòcit per part de la proteïna gp120 del virus. Aquest proteïna està unida mitjançant interaccions de tipus febles a una altra proteïna de l'envolta lipídica del virus, la proteïna gp41. Aquesta proteïna és la responsable final de la fusió entre la membrana plasmàtica de la cèl·lula hoste i l'envolta lipídica del virus, permetent l'entrada d'aquest últim al citosol de la cèl·lula i iniciant el procés d'infecció.La proteïna gp41 presenta en el seu extrem amino terminal una seqüència molt hidrofòbica i rica en residus de glicina i alanina, la qual cosa fa que sigui conformacionalment polimòrfca, i que es coneix com pèptid de fusió. Un cop produït el reconeixement, la gp120 sofreix un canvi conformacional que es transmet a la gp41, de manera que el pèptid de fusió interacciona amb la membrana del limfòcit, desencadenant el procés de fusió.En el present treball s'ha estudiat la interacció de pèptids de fusió de la proteïna gp41 del VIH amb membranes model. Els resultats obtinguts han permès proposar un model cinètic dels diferents processos que tenen lloc durant la interacció d'aquests pèptids amb membranes model, contribuint de manera remarcable a resoldre una qüestió fins ara controvertida, referent al tipus d'estructura que adopta el pèptid de fusió quan interacciona amb les membranes i que desencadena la fusió. El treball també ha permès determinar la importància del potencial dipolar de membrana, un paràmetre físico-químic de les membranes, en aquests processos així com la importància de la presència de colesterol en les membranes model. Segons els resultats obtinguts, el pèptid de fusió primerament interaccionaria amb la membrana. Un cop unit a aquesta, el pèptid de fusió experimentaria un canvi conformacional, passant d'una barreja d'estructura helicoïdal, desordenada i de fulla ?, a més estrcutura ?, la qual finalment seria l'estructura responsable de la fusió. A més, el pèptid durant la interacció provocaria una desestabilització de la membrana, una agregació de membranes model i una deshidratació de la seva interfície aigua-lípid. El potencial dipolar de membrana, afectaria tan sols al procés d'unió del pèptid de fusió a les membranes, mentre que no afectaria al canvi conformacional ni a la fusió. Aquests últims estarien afectats per la hidratació de les membranes i/o per la seva fluïdesa, tal i com mostren els resultats obtinguts amb el colesterol. Finalment el treball ens ha permès formular la qüestió de si els agregats peptídics amorfs detectats en el cas dels pèptids de fusió del VIH podrien correspondre a un tipus conformacional més general, implicat en d'altres processos amb rellevància biològica, com l'efecte citotòxic dels pèptids amiloïdes relacionat amb certes malalties neurodegeneratives.El conexeixement dels processos moleculars de la infecció vírica podria permetre el disseny de noves estratègies farmacològiques que podrien inhibir la entrada del virus a la cèl·lula. / The Human Immunodeficiency Virus, HIV, is an enveloped virus of the Retroviridae family. The first step in the sequence of events leading to the virus entry into the target cell is the binding of gp120 to the CD4 receptor on T-lymphocytes membranes. The gp120 protein is noncovalently associated to gp41 protein, which is the protein responsible of fusion between cellular and viral membranes, allowing virus entry in the target cell.The gp41 contains in its amino terminus a sequence rich in glycine and alanine residues, the so-called fusion peptide. Following the interaction of gp120 with the CD4 receptor, a series of conformational rearrangements takes place, which result in the interaction of the N-terminal part of gp41 with the cell membrane. This process has been described to trigger the fusion of the viral and the cellular membranes.In the present work we have studied the interaction of HIV gp41 fusion peptide with model membranes. The results obtained allow us to propose a kinetic model for the different steps that take place during interaction of fusion peptide with model membranes, contributing to resolve a controversial question about the secondary structure that adopts the fusion peptide upon interaction with membranes and that trigger membrane fusion. Results also allowed us to determine the significance of membrane dipole potential on the interaction of fusion peptides with the membranes, an effect which is due to the presence of cholesterol in the model membranes. The results showed that membrane fusion depends on the transformation of unordered and probably helical structures into ? aggregates structures and that such a conformational change occurs upon binding to the membrane. Moreover, this interaction would induce membrane destabilization, vesicle aggregation and the dehydration of the membrane surface. The membrane dipole potential would only affect the binding process but would not affect either the conformational change or the fusion. These two processes would be affected by surface membrane hydration and/or membrane fluidity. Finally this work allowed us hypothesize whether amorphous peptidic aggregates detected in the case of HIV fusion peptides would correspond to a more general structure, that could be involved in others relevant biological processes, such as the cytotoxic effect of amyloid peptides which is related with certain neurodegenerative diseases.The knowledge of molecular mechanisms underlying viral infection could facilitate the design of novel pharmacological strategies against the viral entry into the target cell.

Els tumors cerebrals humans són relativament freqüents a persones d'edat avançada. El seu correcte diagnòstic té gran importància per garantir procediments terapèutics o decisió clínica adequats. La espectroscòpia per ressonància magnètica nuclear in vivo és una eina per al diagnòstic no invasiu amb gran potencial davant la sospita de lesió intracerebral. Es pot adquirir en la mateixa exploració que les imatges per ressonància magnètica amb un petit augment del temps total. En canvi, l'espectroscòpia d'alta resolució ha estat molt utilitzada en l'anàlisis d'extractes de metabòlits de biòpsies tumorals o bé de fluids corporals per a una millor resolució i separació dels diferents components moleculars de la mostra. Aquesta tesi tracta de l'anàlisi in vivo i in vitro de patrons espectrals de tumors cerebrals humans i també de lesions cístiques associades a aquests tumors. L'anàlisi d'espectres in vivo ha emprat també la metodologia de reconeixement de patrons espectrals. En l'estudi de lesions cístiques, hem desenvolupat un classificador automàtic basat en patrons espectrals in vivo per distingir entre lesions malignes, benignes i abscessos. Els líquids cístics han estat estudiats quimicament. S'han detectat àcid siàlic i àcid hexurònic, compostos moltes vegades presents a elements macromoleculars de matriu extracel·lular. S'han realitzat extraccions de metabòlits solubles en àcid perclòric (PCA) dels líquids per observar-ne el patró espectral. Els principals resultats d'aquest apartat són que el senyal observat in vivo a 2,03 ppm, generalment associat a N-acetilaspartat, correspon en bona part a un element macromolecular, possiblement siàlic associat a proteïnes. S'han analitzat els patrons in vivo i en dissolucions model a camp clínic (1,5 Teslas) de mio-inositol i glicina, donada la seva importància en la gradació de tumors astrocítics i en la discriminació d'altres tipus tumorals com hemangiopericitomes i meningiomes, i s'ha dissenyat una corba de calibració amb dissolucions model per determinar les quantitats relatives de cadascun a l'espectre in vivo. Això permetrà la comparació d'aquests valors amb els obtinguts a l'anàlisi de biòpsies in vitro. En aquest apartat, s'ha comprovat que la quantitat relativa de mio-inositol disminueix amb l'augment del grau tumoral. També es van plantejar, a l'anàlisi de patrons espectrals a camp clínic, fórmules discriminatòries experimentals ("classificadors"), com la basada en mio-inositol/glicina i lípids per a discriminar glioblastoma de metàstasis amb una millora de la discriminació diferencial per 22% dels casos de glioblastoma. Les anàlisis in vitro s'han fet mitjançant extraccions de metabòlits solubles en PCA amb posterior avaluació del patró espectral mitjançant una anàlisi estadística, per detectar metabòlits útils en la discriminació futura de tipus tumorals difícils de diferenciar en exploracions in vivo. A més, s'han realitzat tests preliminars de reconeixement de patrons espectrals in vitro. S'han obtingut les evidències per entendre les diferències observades in vivo. Finalment, la detecció de concentracions de glicina in vivo als tumors astrocítics de grau baix, més reduïda que la obtinguda in vitro, suggereix una restricció de la mobilitat de la glicina al teixit intacte, possiblement degut a la seva associació amb macromolècules cel·lulars. A més, aquesta Tesi també tracta de la col·laboració al desenvolupament d'una eina d'auxili al diagnòstic de tumors cerebrals, basada en patrons espectrals de RMN de 1H, anàlisi d'imatges per ressonància magnètica, anatomies patològiques i dades clíniques, associada al projecte INTERPRET (International Network for Pattern Recognition of Tumours using Magnetic Resonance, http://carbon.uab.es/INTERPRET). Aquesta eina es troba en procés de certificació industrial i està sent sotmesa a avaluació en diferents centres clínics. / Human cerebral tumours are relatively frequent neoplasms. access to closed cranial spaces is difficult and then proper diagnositc is important to ensure correct therapeutic proceedings.In vivo magnetic resonance spectroscopy is an important diagnostic tool for abnormal intracraneal masses. Spectra can be acquired in the same magnetic resonance imaging exploration, with little additional time. On the other hand, high resolution spectroscopy, by another hand, has been widely used in perchloric extracts analysis and for body liquids and fluids to achieve a better resolution and separation of different sample compounds. This thesis deals with the in vivo and in vitro analyses of spectral patterns of human cerebral tumours and also cystic lesions associated with these tumours or with infectious abscesses. Pattern recognition techniques have also been applied to in vivo spectral analyses of data. We have developed an automatized classifier based in the spectral pattern recorded in vivo from cystic lesions to distinguish between malignant and benign tumours and abscesses. Cystic fluids have also been chemically analysed and we have found sialic and hexuronic acids, often present in macromolecular components of the extracellular matrix. We have also carried out perchloric acid (PCA) extraction of soluble metabolites of cyst fluids to characterize its spectral pattern. Main results of this part were that the 2,03 ppm signal in vivo, generally attributed to N-acetyl aspartate, is mainly due to a macromolecular component, possibly protein-bound sialic acid. Furthermore, we have analysed in vivo and model solution spectral patterns (clinical field, 1,5 Teslas) of myo-inositol (mI) and glycine (gly), due to their possible importance in astrocytic tumour grading and also for discrimination of other tumoral types as hemangioperycitomas and meningiomas. We have also designed a calibration curve with model solutions to calculate de mI/gly in in vivo spectra. This has allowed comparison of these values with in vitro ones, obtained from biopsy PCA extractanalyses. In this part, we have verified that the relative concentration of myo-inositol decreases with increasing tumoral grade. In in vivo spectral pattern analysis, we have also proposed experimental discriminative formulas (classifiers), as one based in myo-inositol/glycine and lipids, to discriminate glioblastomas from metastasis with an improvement of discrimination in 22% of the glioblastoma cases. In vitro analyses have been carried out with PCA-soluble metabolites, with further evaluation of spectral pattern by means of statistical analyses, in order to detect metabolites potentially useful in discrimination of tumoral types difficult to be performed in toward?¿? clinical practice. Moreover, preliminary studies with pattern recognition techniques on the in vitro data have been started. These studies will provide evidence-based facts to understand the in vivo detected differences. We have confirmed previous results, such as the high myo-inositol concentration in hemangioperycitomas, being a very important differential diagnostic feature. Finally, detection of the in vivo apparent glycine concentration in astrocytic tumours, lower than the in vitro detected concentration, suggests a reduction of glycine mobility in intact tissue, possibly due to its association with cell macromolecules. This thesis also describes the collaboration in the development of a decision-support-system to aid cerebral tumour diagnosis, based in 1H-RMN spectral patterns, magnetic resonance imaging analysis, anatomical pathology and clinical data, associated to the INTERPRET project (International Network for Pattern Recognition of Tumours using Magnetic Resonance, http://carbon.uab.es/INTERPRET). This system is presently in process of industrial certification and its performance is being evaluated at several clinical centres.

A lo largo de este trabajo se ha estudiado la metodología de análisis de óxidos de silicio mediante elipsometría, la espectroscopía infrarroja y la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS). Se han establecido las dificultades en la obtención de la información útil a partir de las medidas experimentales y se han propuesto las soluciones oportunas. Los procedimientos de cálculo diseñados se han aplicado a un amplio abanico de óxidos de silicio depositados mediante depósito químico en fase vapor a presión atmosférica (APCVD), asistido por plasma (PECVD) y a baja presión (LPCVD). Asimismo, se han calculado modelos termodinámicos basados en la minimización de la función de Gibbs para explicar la microestructura.Se han definido de manera precisa los conceptos básicos sobre estructura de los sólidos amorfos y vítreos, cuya adecuada comprensión es imprescindible para la correcta interpretación de los resultados experimentales.Describimos los efectos que las condiciones de medida y la disposición de la muestra en una geometría de capa tienen sobre los espectros de infrarrojo medidos experimentalmente, así como los errores de interpretación que pueden producir si no son corregidos convenientemente. Se presentan las dependencias de los parámetros de las bandas de infrarrojo con respecto del espesor de la capa en estudio. La conclusión de dicho análisis es que no es posible utilizar estos parámetros directamente para comparar la composición o la estructura de óxidos de espesores diferentes.Con el fin de obtener la función dieléctrica a partir de los espectros de infrarrojo hemos obtenido desarrollos hasta segundo orden del espesor para transmitancias y reflectancias de materiales depositados en capas delgadas. Estos desarrollos aproximados han demostrado ser útiles en capas de hasta 100  de espesor. Se ha implementado un procedimiento para la simulación de espectros de transmitancia y reflectancia teóricos de multicapas en cualquier conjunto de condiciones de medida. Gracias a este procedimiento es posible determinar cuáles serán las mejores condiciones de medida (polarización, ángulo de incidencia, etc.) para la detección de la banda de nuestro interés.El análisis de los procedimientos utilizados corrientemente en la literatura para obtener las constantes ópticas a partir de medidas de infrarrojo demuestra que no es posible obtener resultados precisos en la zona de frecuencias donde el material absorbe fuertemente, puesto que pequeñas variaciones en la medida experimental provocan cambios varios órdenes de magnitud superiores en las constantes ópticas. Para resolver este problema, se ha diseñado un procedimiento de ajuste global de los espectros de transmitancia y reflectancia que permite calcular la función dieléctrica del material, incluso aunque coexistan diferentes fenómenos de absorción (resonancia, portadores libres, etc.). Los procedimientos de simulación y de ajuste de espectros de infrarrojo se han implementado en una herramienta de análisis informática, llamada CAPAS, la cual permite realizar multitud de estudios de forma cómoda y eficaz.Se han analizado en detalle los procedimientos de Beer Lambert y de Brodsky Cardona para el cálculo del coeficiente de absorción a partir de medidas de infrarrojo sobre materiales depositados con geometría de capa. El estudio ha demostrado que, si bien las áreas obtenidas con ellos son proporcionales a la intensidad de oscilador de la banda (y por tanto también a la densidad de enlaces absorbentes), el factor de proporcionalidad depende del espesor de la capa y de la propia intensidad de la banda. Ello implica que no es correcto utilizar los mismos factores de conversión de áreas de bandas a concentraciones de enlaces para muestras de espesores diferentes. Se propone un procedimiento para obtener las concentraciones de enlaces Si O y las de las impurezas minoritarias como H y OH sin las incorrecciones derivadas de los efectos geométricos. Se presenta un factor de calibración general para las áreas del coeficiente de absorción, se define la intensidad de oscilador normalizada y se obtienen sus valores para las vibraciones Si O, Si H y Si OH. Además se presentan las ecuaciones que permiten calcular a partir de todo ello las concentraciones de enlaces. Se han depositado una amplia colección de óxidos de silicio mediante APCVD, LPCVD y PECVD para disponer de óxidos con características muy diversas. Se ha realizado un análisis mediante espectroscopía infrarroja (FTIR), espectroscopía de fotoelectrones (XPS) y elipsometría con todos ellos y, mediante la aplicación de los estudios precedentes, se ha determinado su composición.El modelo termodinámico de la estructura de enlaces que se ha desarrollado permite explicar la evolución de los óxidos al someterlos a un recocido a alta temperatura. El modelo predice las probabilidades de enlace del hidrógeno y del oxígeno con el silicio. Se han calculado las probabilidades de enlace del silicio, el oxígeno y el hidrógeno en nuestros óxidos. En los materiales SiOxHz con valores de z mayores que 0.2, prácticamente todo el hidrógeno se enlaza con silicio. Para valores menores que 0.2, la tendencia a enlazarse con el silicio crece rápidamente con z. El oxígeno se enlaza preferentemente con el silicio en todo el rango de concentraciones de hidrógeno presentes en nuestros óxidos. Se ha calculado la energía de la reacción de intercambio de hidrógeno entre el silicio y el oxígeno para todos los óxidos y se ha establecido su evolución con la razón estequiométrica x. Los óxidos con mayor contenido de oxígeno tienen una mayor tendencia a enlazar el hidrógeno con el silicio. La proximidad del valor de la energía a la línea que describe el comportamiento de los óxidos recocidos es un buen criterio para averiguar la estabilidad térmica de un óxido cualquiera. Los óxidos plasma PECVD no recocidos y los depositados a baja temperatura LTO muestran una estructura de enlaces cercana al modelo de enlace aleatorio y se encuentran lejos del equilibrio termodinámico debido a la falta de movilidad de las especies reaccionantes en el momento del depósito. Ello hace suponer que serán más inestables frente a posteriores tratamientos térmicos.La tendencia a la separación de fases con el recocido a alta temperatura, descrita por numerosos autores, en óxidos de silicio poco estequiométricos, es interpretada en base a un modelo termodinámico de intercambio de oxígeno entre los diversos tipos de tetraedros centrados en silicio que componen el óxido.Se han calculado las probabilidades de los diversos tipos de tetraedros ajustando medidas de la banda Si2p de XPS. Los óxidos con mayor contenido de oxígeno tienden a distribuir de forma aleatoria los oxígenos entre todos los tipos de tetraedros. A medida que disminuye el contenido de oxígeno, los tetraedros con mayor número de oxígenos tienen menor tendencia a ganar más átomos de oxígeno, lo cual implica una mayor tendencia a homogeneizar el material.Se ha determinado el valor de la energía de intercambio de oxígenos entre tetraedros. Su valor indica que todos los óxidos tienen una cierta tendencia a ser homogéneos. Sin embargo, al aumentar la temperatura, esta tendencia se debilita. Ello se manifiesta como un aumento de las probabilidades de los tetraedros con número mayor y menor de oxígenos en detrimento de los de número de oxígenos intermedio. Este comportamiento ha sido descrito por numerosos autores como una separación de fases. / The work is focused on the compositional and structural study of atmospheric pressure (APCVD), plasma enhanced (PECVD) and low pressure chemical vapour deposition (LPCVD) silicon oxides by using Ellipsometry, Infrared Spectroscopy (IR) and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Evolution of spectra parameters when the film thickness, the band intensities and experimental measurement conditions vary is stated. Beer-Lambert and Brodsky-Cardona procedures are analysed and a fitting procedure is implemented in a computer analysis tool to obtain the dielectric function using a transmittance or reflectance measurement.The bond probabilities in hydrogenated silicon oxides are explained in terms of the exchange of hydrogen bonds between the silicon and oxygen atoms. In highly hydrogenated oxides, almost all the hydrogen bond to silicon atoms. When hydrogen content is low, this trend grows very quickly with hydrogen content. Oxygen atoms bond preferently to silicon however much hydrogen be present in the oxide. Nearness to the line relating hydrogen exchange reaction energy to oxygen content in annealed oxides is proposed as an excellent criteria to evaluate the thermal stability of any oxide. As deposited PECVD and LPCVD silicon oxides show bond structures near the random bonding model and are placed far from the thermodynamic equilibrium. Distribution of oxygen atoms is analysed with a thermodynamic model taking into account the exchange of oxygen atoms between the diferent types of tetrahedra. The tetrahedra probabilities are calculated from XPS measurements by using a fitting procedure. Oxides with greater oxygen content tend to a more random distribution of the oxygen between the 5 kinds of tetrahedra, leading to a less homogeneous material. The value of the reaction energy corresponding to oxygen exchange between tetrahedra is stated as a function of the oxygen content. The general trend is to homogenity, but when the annealing temperature increases, this trend is weaker. This situation has been described by many authors as a phase separation.

El término carga de espacio describe el estado eléctrico de un material, mal conductor, que mantiene una distribución de cargas eléctricas relativamente inmóviles. El estudio del efecto de la carga de espacio sobre las propiedades de los materiales aislantes está adquiriendo importancia creciente, dada su influencia en los procesos de envejecimiento y ruptura dieléctrica, los cuales suponen una limitación de las prestaciones de aquellos.Para el estudio de la carga de espacio hay que tener en cuenta dos aspectos complementarios. Por un lado, es necesario conocer la distribución espacial de la misma, pues ésta condiciona el valor del campo eléctrico en el interior del material. Por otra parte es necesario determinar los parámetros que rigen los procesos de atrapamiento, transporte y relajación de la carga. En la actualidad se disponen de diversas técnicas para llevar a cabo estos estudios, aunque en general presentan el problema de que, por una parte, requieren acondicionamientos diferentes de las muestras y, por otra, necesitan la disposición de electrodos especiales en algunos casos. Dada la sensibilidad de la carga de espacio a estos factores, resulta difícil correlacionar la información que proporcionan.En nuestro trabajo hemos utilizado tres técnicas que permiten evitar el problema que hemos puesto de manifiesto anteriormente, pues estas técnicas se pueden aplicar sobre muestras que han sido previamente acondicionadas de la misma manera. Estas técnicas son la de las corrientes de despolarización estimulada térmicamente (TSDC), el análisis eléctrico dinámico (DEA) y la técnica del escalón térmico. Las dos primeras son técnicas de espectroscopía dieléctrica mientras que la última permite obtener la distribución de la carga en el material. Los materiales empleados han sido el polimetacrilato de metilo (PMMA) y dos variedades comerciales de polieterimida (PEI) denominadas Ultem 1000 y Ultem 5000. En el análisis de los datos obtenidos mediante TSDC hemos utilizado el modelo de Bucci-Fieschi para las relajaciones de naturaleza dipolar, mientras que las de carga de espacio se han interpretado en base al modelo de cinética de orden general, siempre aplicados sobre muestras polarizadas mediante ventanas (WP). Los parámetros que hemos analizado para las relajaciones dipolares son los tiempos de relajación y energías de activación. En el caso de las relajaciones de carga de espacio hemos estudiado el tiempo de relajación, la energía de activación (que en este modelo corresponde a la profundidad de atrapamiento), la carga atrapada inicial y el orden cinético, parámetro que da información acerca del proceso microscópico más probable en la relajación de la carga de espacio. Los datos de DEA fueron interpretados mediante el modelo de Coelho, utilizando el formalismo del módulo eléctrico, obteniéndose información acerca del grado de bloqueo de los electrodos, la conductividad del material, la concentración de portadores y su movilidad.Entre los resultados obtenidos podemos resaltar que a temperaturas de polarización por encima de 80oC, superiores a la Tpo de la relajación ' del PMMA y a las que el pico  ya es activado, se ha observado un proceso de inyección anódica, que creemos acompañado de un incremento de la movilidad de los portadores positivos que permite explicar el incremento de la conductividad y la disminución de la rigidez dieléctrica observada por otros autores.Para la interpretación de los resultados obtenidos en el estudio mediante TSDC de la relajación de carga de espacio en el PMMA hemos desarrollado un procedimiento que permite extender el método del análisis del mapa de relajación (RMA), habitual en el estudio de las relajaciones dipolares, al caso de la carga de espacio. Según nuestra interpretación, la curva de descarga obtenida procede del proceso de relajación de carga atrapada en una franja de niveles de atrapamiento cuya anchura depende fundamentalmente de la anchura de la ventana de polarización, y cuya profundidad depende de las condiciones de polarización. En el caso de ventanas de polarización de anchura nula, la carga de espacio se halla en una franja estrecha de niveles de atrapamiento, de manera que se puede suponer que el proceso de relajación no es distribuido y aplicar, por lo tanto, un modelo de relajación simple para su estudio, siendo el de cinética de orden general muy conveniente.El procedimiento desarrollado permite explicar, al menos de una forma cualitativa, la función de distribución de niveles de atrapamiento. En el caso del PMMA, el número de trampas parece crecer suavemente hasta alcanzar un máximo a una profundidad de unos 2.35 eV, para, una vez superado éste, decrecer bruscamente a una profundidad de unos 2.5 eV. El orden cinético de la relajación es de 1.14 en el caso del PMMA1 y de 1.25 en el del PMMA2, indicando que, en estos materiales, el proceso de relajación más probable de la carga de espacio es el de la recombinación de portadores.Los valores encontrados para las energías de activación y los factores preexponenciales del tiempo de relajación siguen leyes de compensación. Hemos de resaltar que la existencia de leyes de compensación en el caso de aisladores se había encontrado en procesos de relajación dipolar analizados mediante modelos de cinética de primer orden, mientras que en nuestro caso se ha comprobado en un proceso de relajación de carga de espacio que obedece a una cinética que no es de primer orden.El grado de saturación alcanzado en la formación de la carga de espacio en las muestras de PMMA para un tiempo de polarización dado es tanto mayor cuanto mayores sean el campo aplicado y la temperatura de polarización, observándose que cuanto mayor es el nivel de saturación alcanzada en las polarizaciones, más definida es la temperatura de polarización óptima. La profundidad de atrapamiento de la carga crece con el tiempo de polarización, si bien la temperatura y el campo de polarización influyen en la profundidad de la carga atrapada. En el caso de campos bajos, la profundidad de atrapamiento crece con la temperatura e inicialmente con el campo aplicado. A partir de cierto valor del campo aplicado se observa una disminución de la profundidad de atrapamiento, posiblemente relacionada con un mecanismo de disminución de la barrera de potencial por efecto del campo residual en el material, que parece ser más eficaz en las trampas más profundas.Hemos estudiado la distribución de la carga de espacio en electretes de PMMA, polarizados mediante ventanas de anchura nula a la temperatura de polarización óptima. Los perfiles de distribución de la carga que se han obtenido son más complejos que los observados en relajaciones de naturaleza dipolar y que los obtenidos en electretes polarizados convencionalmente que se han descrito en la bibliografía, y en los que la carga de espacio se había aislado mediante la técnica limpieza de picos. Nuestros resultados indican que a tiempos de polarización cortos se forma fundamentalmente heterocarga y que al incrementarse los tiempos se forman distribuciones más complejas, en las que se observan dos macrodipolos orientados en la dirección del campo. Para campos de polarización altos, el campo residual es mucho mayor en la zona catódica, probablemente fruto de una mayor eficacia de la inyección en el ánodo, lo que produce una compensación de la heterocarga. En el caso de las medidas de DEA sobre PMMA, hemos observado un buen ajuste de los resultados experimentales al modelo de Coelho, lo que supone que a temperaturas por encima de la de transición vítrea los procesos de transporte de carga en este material son la difusión y la conducción óhmica. Los electrodos presentan un bloqueo parcial, observándose un ligero aumento del bloqueo de los mismos con la temperatura. Esta situación de bloqueo parcial puede explicar la existencia de fenómenos de inyección que, como la técnica del escalón térmico ha evidenciado, parecen ser más eficaces en el ánodo.La conductividad en el material a temperaturas por encima de la de transición vítrea es activada térmicamente. Su valor se incrementa en dos órdenes de magnitud en el intervalo de temperaturas estudiado. Este incremento de la conductividad no ha de ser atribuido a un incremento de la concentración de portadores, ya que ésta parece disminuir ligeramente, sino a un incremento de la movilidad de los mismos, que resulta ser activada térmicamente.Los resultados obtenidos en la caracterización mediante corrientes termoestimuladas de las relajaciones presentes en el Ultem 1000 son comparables a los que proporcionan las medidas de DEA. En el material se producen tres procesos de relajación de naturaleza dipolar y uno de carga de espacio. Este último proceso da lugar a un pico sólo en el caso de las corrientes termoestimuladas, debido a la baja frecuencia equivalente de éstas.El gran poder de resolución de la técnica TSDC ha permitido alcanzar el desdoblamiento del pico , que puede resolverse en un doble pico en medidas TSDC convencionales, mientras que, en las medidas de DEA, ambos picos aparecen confundidos en un pico muy ancho. El uso de la polarización por ventanas mejora el poder de resolución de la técnica TSDC, y en el caso de la relajación  se han detectado tres temperaturas de polarización óptima, que ponen de manifiesto la existencia de tres mecanismos de relajación a nivel microscópico.Se han determinado los parámetros que rigen las cinéticas de las diferentes relajaciones y se han comparado con los valores proporcionados por otras técnicas. Las energías de activación para la relajación  se corresponden bien con los valores obtenidos mediante otras técnicas, pero hay diferencias en la  y la . Las diferencias en el caso de la relajación  son atribuibles al hecho de que los tres mecanismos diferenciados que se observan mediante TSDC aparecen superpuestos en solo pico ancho en las medidas DEA y DMTA. Por este motivo, creemos que los valores obtenidos mediante corrientes termoestimuladas son más realistas. Creemos que las diferencias en las energías de activación de la relajación  están relacionadas con las diferencias en los procesos de cálculo.Las corrientes TSDC que resultan de la carga de espacio en este material obedecen a un proceso de relajación cuya cinética es próxima a la unidad, lo que evidencia que la recombinación es el mecanismo más probable durante la relajación. Como en el caso del PMMA, se ha observado una ley de compensación para la relajación de carga de espacio en este material. Hemos comparado los espectros TSDC del Ultem 1000 y el Ultem 5000 a temperaturas por encima de la ambiente. Ambas variedades tienen un espectro TSDC similar, si bien en el caso del Ultem 5000 los picos aparecen desplazados a temperaturas superiores. Las energías de activación de las relajaciones  y  de ambas variedades de polieterimida son comparables. Los órdenes cinéticos de la relajación de carga de espacio también son parecidos en ambos materiales. La principal diferencia entre ellos, es la mayor capacidad de atrapamiento del Ultem 1000, que creemos que puede ser la causa de su menor rigidez dieléctrica.El modelo de Coelho ha resultado satisfactorio para la interpretación del efecto de la relajación de la carga de espacio en las medidas dieléctricas convencionales en ambas variedades de polieterimida. En ambos casos se ha obtenido una conductividad activada térmicamente, siendo en el caso del Ultem 5000 unos dos órdenes de magnitud mayor en el intervalo de temperaturas estudiado. En ambos casos el incremento de la conductividad con la temperatura se ha de atribuir a la movilidad creciente de los portadores, ya que se ha determinado que la concentración de portadores varía poco en dicho intervalo térmico.Por otro lado se han observado diferencias en el comportamiento de los electrodos. En el Ultem 5000 los electrodos se hallan completamente bloqueados, mientras que en el Ultem 1000 el bloqueo en los mismos es parcial. En ambos casos, el valor del factor de transparencia de los electrodos no parece depender de la temperatura, por lo que creemos que en el comportamiento de la unión metal-aislante es más determinante la naturaleza de los materiales que la temperatura.

La investigación de los materiales constitutivos de obras de arte, en la que se encuadra esta tesis, es una de las aplicaciones de la espectroscopía Raman que ha ido creciendo en importancia en las últimas décadas. El éxito de la aplicación de esta técnica al campo del arte reside en que es una de las técnicas analíticas que, por sus características de no-destructividad y posibilidad de análisis in-situ, mejor se adapta a las exigencias de este tipo de estudio. Así pues, mediante este análisis, se pueden llegar a identificar los materiales que constituyen una obra, lo cual resulta de vital importancia tanto para su datación, autentificación y catalogación, como para poder realizar con rigor su conservación y restauración.La espectroscopia Raman es una técnica fotónica que se basa en el análisis de la pequeña fracción de luz dispersada por la muestra analizada al incidir sobre ella un haz de luz monocromático; la luz dispersada presenta unos cambios frecuenciales (bandas Raman) respecto a la luz incidente que son característicos de la composición molecular del material analizado. Concretamente, la identificación de un material pictórico utilizando la espectroscopia Raman se consigue mediante la localización de la posición frecuencial de las bandas Raman presentes en su espectro. El conjunto de bandas Raman es característico y particular de cada material y permite la identificación unívoca del mismo. Así pues, una vez obtenido el espectro Raman de una muestra y extraída la posición de las bandas que aparecen, si se comparan con las bandas características de pigmentos patrones conocidos se puede identificar a cuál de ellos corresponde. En el laboratorio de espectroscopia Raman del TSC se han obtenido y almacenado los espectros Raman de una amplia colección de pigmentos patrones, por lo que se dispone de una extensa base de datos para comparar con la información Raman contenida en el espectro de un material bajo análisis. Sin embargo, la obtención de esta información Raman no es siempre fácil ya que el espectro medido contiene, además de la señal Raman, ruido inherente tanto al proceso de medida como a la naturaleza del material analizado, que puede llegar a enmascarar la señal Raman. Para mejorar la relación señal-ruido de un espectro Raman se pueden utilizar diversas técnicas de procesado de señal y, de entre ellas, en esta tesis se investiga la utilidad del procesado basado en técnicas de lógica difusa. En este trabajo se ha utilizado esta técnica de procesado para filtrar y así mejorar la relación señal-ruido en espectros Raman ya que permite tratar con la incertidumbre introducida por el ruido inherente a la propia medida, y procesar el espectro sin pérdida de la información, es decir, sin que se vea modificada la posición de las bandas Raman. Por otra parte, la identificación de un material pictórico es realizada habitualmente por el propio analista mediante la inspección visual del espectro, la localización de las bandas presentes en el espectro y la comparación de estas bandas con la base de datos de bandas características de pigmentos patrones de que se disponga. Esta tarea no es fácil y se requiere un observador experimentado que, bajo el prisma de su experiencia y conocimiento adquirido, realice las tareas de localización e identificación. En este proceso se introduce, inevitablemente, una componente de subjetividad ligada a la interacción del investigador. Además suele ser un trabajo costoso y que requiere un elevado consumo de tiempo. Para intentar evitar los errores que esta metodología de trabajo puede conllevar, en esta tesis se han utilizado las posibilidades que ofrece la lógica difusa para desarrollar un sistema que sea capaz de llevar a cabo la localización automática de bandas Raman y su posterior identificación mediante la comparación con una base de datos de patrones, eliminando así el factor de subjetividad e independizando tanto localización como identificación del juicio del investigador.

S'ha obtingut la comprensió dels fenòmens donant lloc a l'ordenament magnètic i l'anisotropia magnetocristal.lina de ferrites hexagonals uniaxials. S'han realitzat mesures de difracció de raigs X i de neutrons (per afinar l'estructura i l'ordenament magnètic), mesures magnètiques en funció de la temperatura (permetent determinar imantació a saturació amb la llei d'aproximació a la saturació, i anisotropia magnetocristal.lina per detecció del punt singular), i mesures d'espectroscòpia Mössbauer (per determinar el comportament del Fe3+ en diferents llocs de l'estructura).Per la ferrita tipus M BaFe12O19, les dades estructurals han permès realitzar el càlcul de les interaccions dipolars entre els spins dels ions, justificant l'anisotropia magnetocristal.lina a baixa temperatura. S'han obtingut les interaccions d'intercanvi entre els Fe3+ de dades d'espectroscòpia Mössbauer en funció de la temperatura, que justifiquen el comportament magnètic en funció de la temperatura. Els resultats permeten explicar el comportament del LaZnFe11O19 i de la família SrFe12-xCrxO19 per x menor que 8. Les propietats de l'estructura R BaMn2Fe4O11 són coherents amb les de l'estructura M. / Se ha obtenido la comprensión de los fenómenos dando lugar al ordenamiento magnético y la anisotropía magnetocristalina en ferritas hexagonales uniaxiales. Se han realizado medidas de difracción de rayos X y de neutrones (para afinar la estructura y el ordenamiento magnético), medidas magnéticas en función de la temperatura (permitiendo determinar imanación a saturación por medio de la ley de aproximación a la saturación, y anisotropía magnetocristalina por detección del punto singular), y medidas de espectroscopia Mössbauer (para determinar el comportamiento del Fe3+ en diferentes posiciones de la estructura).Para la ferrita tipo M BaFe12O19, los datos estructurales han permitido realizar el cálculo de las interacciones dipolares entre los spines de los iones, justificando la anisotropía magnetocristalina a baja temperatura. Se han obtenido las interacciones de intercambio entre los Fe3+ a partir de datos de espectroscopia Mössbauer en función de la temperatura, que justifican el comportamiento magnético en función de la temperatura. Los resultados permiten explicar el comportamiento del LaZnFe11O19 y de la serie SrFe12-xCrxO19 para x menor que 8. Las propiedades de la estructura R BaMn2Fe4O11 son coherentes con las de la estructura M.PALABRAS CLAVE: Física del estado sólido, Materiales magnéticos, Ferritas hexagonales, Anisotropía magnetocristalina, Espectroscopia Mössbauer, Difracción de neutrones y de rayos X. / The aim has been the understanding of phenomena giving rise to the magnetic ordering and magnetocrystalline anisotropy in uniaxial hexaferrites. Measurements of X-ray and neutron diffraction (to refine structure and magnetic ordering), magnetization as function of temperature (to obtain magnetization to saturation with the law of approach to saturation, and magnetocristalline anisotropy with the singular point detection), and Mössbauer spectroscopy (to determine the behaviour of Fe3+ in different places of structure), have been done.For the M ferrite BaFe12O19, structural data has allowed the computation of dipolar interactions among ionic spins, justifying magnetocrystalline anisotropy at low temperatures. Exchange interactions among Fe3+ have been obtained from Mössbauer data as function of temperature, explaining the magnetic behaviour as function of temperature. The results explain the behaviour of LaZnFe11O19 and the series SrFe12-xCrxO19 for x less than 8. The properties of the R-structure BaMn2Fe4O11 are coherent with the properties of the M structure.KEYWORDS: Solid state physics, Magnetic materials, Hexagonal ferrites, Magnetocristalline anisotropy, Mössbauer spectroscopy, Neutron and X-ray diffraction.

D’ençà que el polietilè reticulat (XLPE) es va començar a utilitzar com aïllament elèctric per cables de subministrament elèctric, s’han destinat molts esforços a l’estudi de les propietats dielèctriques del polietilè i l’efecte que la càrrega d’espai té sobre el seu comportament. En aquest sentit, les corrents de despolarització estimulades tèrmicament (TSDC) s’han utilitzat extensament per estudiar les relaxacions de càrrega d’espai. Aquesta tècnica ha demostrat tenir prou resolució per distingir diferències en aïllaments de XLPE amb composicions o processos de fabricació diferents. En aquesta tesi, els mecanismes de conducció dels aïllaments XLPE de cables de mitjana tensió (MV) han estat estudiats per TSDC i diverses tècniques complementàries, com l’anàlisi dinàmica elèctrica (DEA), les corrents d’absorció/resorció (ARC), el pols electroacústic (PEA) i les corrents de despolarització isotèrmiques (IDC). Altres tècniques, com l’espectroscòpia d’infrarojos (FTIR) o la difracció de raigs X, han estat també utilitzades per caracteritzar el material. S’han obtingut espectres TSDC per diferents mostres de cable, les quals en condicions de servei treballen en un rang de tensió AC de 12 a 20kV i a temperatures al voltant dels 90ºC. D’altra banda, s’han realitzat mesures de la conductivitat per ARC i DEA en mostres de cable, en cilindres de XLPE i en films. Les mesures s’han dut a terme a temperatures pertanyents al rang de fusió del XLPE (50–110ºC), en mostres sotmeses a aquestes temperatures durant diferents períodes de temps. Els resultats mostren diferències importants entre el comportament de les propietats conductives de les mostres de cable amb pantalles semiconductores (SC) i sense (cilindres de XLPE). El comportament observat ha estat explicat mitjançant la coexistència de dos mecanismes de conducció. La difusió d’impureses des de les pantalles SC determina el comportament d’una d’aquestes contribucions a mig i llarg termini. Els resultats obtinguts per FTIR són consistents amb aquest model. Respecte la microestructura, tant les mesures DSC com la difracció per raigs X mostren que existeixen processos de recristal•lització quan les mostres són sotmeses a temperatures ubicades dins del rang de fusió. Els electrets formats mitjançant el mètode de la polarització per finestres (WP) mostren una descàrrega TSDC amb un ample pic heteropolar en el rang de fusió, amb el màxim al voltant dels 105ºC. En treballs previs, aquest pic es va associar a la fusió de la fracció cristal•lina. Tanmateix, en lloc de decréixer quan la temperatura de polarització augmenta, el pic presenta una temperatura de polarització òptima al voltant de 90-95ºC. Aquest comportament ha estat explicat tenint en compte els processos de recristal•lització que es produeixen quan el material es polaritza isotèrmicament. Durant la recristal•lització, una nova fracció cristal•lina creix en un estat polaritzat degut el camp aplicat, i origina una corrent de despolarització quan es fon durant la mesura TSDC. Amb l’objectiu de determinar l’origen d’altres pics que apareixen en l’espectre TSDC del XLPE, s’han emprat les IDC com a tècnica complementària. Les corrents IDC obtingudes de mostres no tractades es poden representar com la combinació de dues contribucions diferenciades: un terme que és una funció potencial del temps i un d’exponencial. La segona relaxació es correspon amb un pic TSDC que apareix a 95ºC. D’aquesta manera s’ha pogut determinar l’origen dipolar del pic. Finalment, mitjançant la tècnica PEA s’ha obtingut la distribució de la càrrega d’espai en mostres polaritzades que havien estat sotmeses a diferents tractaments tèrmics. S’ha observat un comportament transitori tant per PEA com per TSDC. Tanmateix no s’ha pogut establir cap relació directa entre les descàrregues TSDC i mesures PEA. En conseqüència, s’ha proposat una explicació per les corbes TSDC que considera mecanismes que no són detectables en els perfils de càrrega obtinguts per PEA / Since cross-linked polyethylene (XLPE) started to be used as electrical insulation for power cables, much research has been focused on polyethylene dielectric properties and the effect of the space charge on its behavior. In this sense, thermally stimulated depolarization currents (TSDC) have been widely used to study space charge relaxation. This technique has proved to have enough resolution to determine differences in charge trapping properties among XLPE insulations with different composition and manufacturing processes. In this thesis work, the conduction mechanisms of medium voltage (MV) cable XLPE insulation have been studied by TSDC and several complementary techniques, such as dynamic electrical analysis (DEA), absorption/resorption currents (ARC), pulsed electroacoustic (PEA) and isothermal depolarization currents (IDC). Other techniques, like Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy or X-ray diffractometry, have been used to characterize the material. TSDC spectra have been obtained for different cable samples, which in service conditions work under AC voltages ranging from 12 to 20kV and at temperatures around 90ºC. On the other hand, conductivity measurements by ARC and DEA have been performed in cable samples and in XLPE cylinders, as well as XLPE films. Measurements have been carried out at temperatures within the melting temperature range of XLPE (50–110ºC) on samples annealed at such temperatures during several annealing times. Results show significant differences in the behavior of the conductive properties of XLPE cable samples with semiconducting (SC) screens and without them (XLPE cylinders). The observed behavior has been explained by the coexistence of two conduction mechanisms. Diffusion of impurities from SC screens determines the medium and long-term behavior of one of these contributions and, hence, of cable conductivity. FTIR results are consistent with this model. With respect to microstructure, DSC and X-ray diffractometry results show that recrystallization processes exist when samples are annealed in the melting range of temperatures. Electrets formed by means of the windowing polarization method (WP) showed a TSDC discharge with a wide heteropolar peak in the melting temperature range, and with the maximum at about 105ºC. This peak was associated with the melting of the crystalline fraction in previous works. However, in spite of decreasing with the temperature of polarization, an optimal polarization temperature around 90–95ºC is found. This behavior has been explained by taking into account recrystallization processes when the insulation is isothermally polarized. During recrystallization, the new crystalline fraction grows in a polarized state due to the applied electric field, and it causes the depolarization current when it melts during the TSDC measurement. Results obtained from different experiments are consistent with this assumption. With the aim to find out the origin of other TSDC peaks present in the spectrum of XLPE cable samples, IDC has been used as complementary technique. IDC currents obtained from as-received cable samples at temperatures close to service conditions can be considered as the combination of two different contributions: a power law current and a stretched exponential contribution. The last relaxation process has been successfully associated with with a TSDC peak found at 95ºC. By this way the dipolar origin of the peak has been determined. Finally, PEA measurements have provided the space charge distribution profiles of polarized samples with different annealings. A transient behavior has been observed in both PEA and TSDC measurements. However, no straightforward relation between TSDC discharges and space charge detected by PEA can be established. Therefore, an explanation for TSDC curves has been proposed, which considers mechanisms that are not noticeable in charge profiles obtained by PEA.

El mes de juny de l’any 2000 es va inaugurar l’exposició “Petras Albas. El monestir de Pedralbes i els Montcada (1326-1673)” al Museu-Monestir de Pedralbes. Aquesta exposició, que havia de ser temporal i es va acabar convertint en semi-permanent, estava constituïda en la seva major part per obres del fons de la col•lecció de les monges, amb l’aportació externa d’alguna altra obra per completar-ne el discurs museològic. Els comissaris de l’exposició havien inclòs entre les peces escollides les anomenades “pintures negres”, que són l’objecte principa d’aquesta tesi. Aquestes pintures murals són una de les obres menys vistoses, de les que tenen menys protagonisme, d’entre les que integren la col•lecció del Museu- Monestir de Pedralbes. No semblen, a priori, l’obra més interessant des del punt de vista d’un encàrrec professional per a un conservador-restaurador. però el poc que es coneix de les pintures negres i la seva raresa (es desconeixen altres pintures similars que s’hagin pogut conservar), així com les patologies derivades del seu arrencament i traspàs l’any 1974, aconsellaven aprofundir en el seu estudi, que, mica en mica, va acabar resultant absorbent. Volem posar en relleu amb el treball realitzat el fet que de l’estudi d’un objecte en procés de restauració, aparentment intranscendent i opac, que s’ha mantingut al marge de l’interès dels estudiosos, amb la voluntat de respondre les preguntes menys evidents, és possible arribar a entendre com pensaven i vivien les persones d’una època tan allunyada del nostre temps com és el segle XIV, més enllà d’intentar resoldre els problemes estrictes de conservació que pugui presentar. El treball es va iniciar l’any 2000 amb l’encàrrec de restaurar les pintures negres traspassades per poder-les exhibir en condicions acceptables en l’exposició. El primer contacte amb les pintures va ser una inspecció visual en què es va constatar un problema important de conservació-restauració i es va elaborar una llista de qüestions per respondre que abraçaven un espectre d’àmbits força diversos. La informació que hem anat obtenint de la investigació duta a terme s’ha organitzat en els quatre capítols de la tesi. Al primer capítol s’ha agrupat la informació referent a l’entorn de les pintures: qui les va encarregar i on eren quan es van realitzar. S’ha fet un treball de documentació de la figura de la reina Elisenda i de la seva obra, el monestir de Pedralbes, des de la fundació d’aquest fins la mort de la reina fundadora. Al segon capítol s’han posat en comú dos fonts de documentació fonamentals per conèixer com es va dur a terme l’arrencament i el traspàs de les pintures negres: una filmació en pel•lícula de 16 mm realitzada per documentar el procés i la fitxa del catàleg de l’exposició Barcelona restaura, realitzada l’any 1980. S’ha pogut recórrer també, sortosament, a informació de primera mà d’alguns dels protagonistes de la intervenció: el Sr. Joaquim Pradell i Ventura, restaurador de l’antic Servei de Museus d’Art, i la Sra. M. Assumpta Escudero i Ribot, primera directora del Museu- Monestir de Pedralbes i impulsora de les excavacions que van perpetre identificar part del palau de la reina Elisenda al mateix monestir, tots dos jubilats en l’actualitat. El tercer capítol aprofundeix en el tractament realitzat a les pintures negres en el moment del seu traspàs a un nou suport. En aquest moment, es consuma el canvi d’estat de les pintures, que deixen de ser «pintures murals» per passar a convertir-se de fet en un nou bé cultural moble. S’ha obtingut la informació del procés amb l’ajut de les fonts citades en el segon capítol, però l’estudi de les pintures s’ha complementat amb anàlisis físiques i químiques de la seva estructura i composició. S’ha dut a terme també un estudi de l’adhesiu utilitzat per al traspàs de les pintures al nou suport, el poliacetat de vinil, i del procés d’envelliment o degradació que aquest pateix, atès que és el principal causant de les patologies que presenten actualment les pintures negres El quart capítol vol respondre les preguntes menys pragmàtiques que generen les pintures negres, és a dir aquelles qüestions relacionades amb el seu significat. S’hi recull la informació de l’anàlisi iconogràfica de les pintures i també els referents culturals i religiosos del moment en què es van crear, així com una aproximació a la presència de la mort en la vida quotidiana al segle XIV. Per respondre aquestes qüestions ha calgut recórrer a la bibliografia especialitzada en iconografia i simbologia, i a les mateixes fonts de la literatura religiosa que les ha generades, així com a la bibliografia sobre la història de les mentalitats, el pensament i la vida quotidiana. Finalment, a l’apèndix documental s’aporten documents de referència necessaris per a la consulta durant la lectura de la tesi.