[ES] El tratamiento de enfermedades neurológicas está muy limitado por la ineficiente penetración de los fármacos en el tejido cerebral dañado debido a la barrera hematoencefálica (BHE), lo que imposibilita mejorar la salud del paciente. La BHE es un mecanismo de protección natural para evitar la difusión de agentes potencialmente peligrosas para el sistema nervioso central. No obstante, la BHE se puede inhibir mediante ultrasonidos focalizados e inyección de microburbujas de forma segura, localizada y transitoria, una tecnología empleada mundialmente. La principal ventaja es su carácter no invasivo, siendo así muy atractiva y cómoda para el paciente. Normalmente, la zona cerebral enferma se trata en su parte central empleando un único foco. Sin embargo, enfermedades como el Alzheimer o el Parkinson requieren un tratamiento sobre estructuras de geometría compleja y tamaño elevado, situadas en ambos hemisferios cerebrales. Por tanto, la tecnología actual está muy limitada al no cumplir dichos requisitos. Esta tesis doctoral tiene como objetivo el desarrollo de una técnica novedosa, basada en hologramas acústicos, para resolver las limitaciones presentes en los tratamientos neurológicos empleando ultrasonidos. Se estudian las lentes acústicas holográficas impresas en 3D, que acopladas a un transductor mono-elemento, permiten el control preciso del frente de onda ultrasónico tanto para (1) compensar las distorsiones que sufre el haz hasta alcanzar el cerebro, como (2) focalizarlo simultáneamente en regiones múltiples y de geometría compleja o formando de vórtices acústicos, proporcionando así efectividad en tiempo y coste. Por ello, la investigación desarrollada en esta tesis abre un camino prometedor en el campo de la biomedicina que permitirá mejorar los tratamientos neurológicos, además de aplicaciones en neuroestimulación o ablación térmica del tejido. / [CA] El tractament de malalties neurològiques està molt limitat per la ineficient penetració del fàrmac en el teixit cerebral danyat a causa de la barrera hematoencefàlica (BHE), i així no és possible una millora de salut del pacient. La BHE és un mecanisme de protecció natural per a evitar la difusió d'agents potencialment perillosos per al Sistema Nervios Central. No obstant això, aquesta barrera es pot inhibir mitjancant una tecnologia emprada mundialment basada en ultrasons focalitzats i injeccio de microbombolles. El principal avantatge és el seu caràcter no invasiu, sent així molt atractiva i còmoda per al pacient, i permet obrir la BHE de manera segura, localitzada i transitòria. Normalment, la zona cerebral malalta es tracta en la seua part central, emprant un unic focus. No obstant això, malalties com l'Alzheimer o el Parkinson requereixen un tractament al llarg d'estructures de geometria complexa i grandària elevada, situades en tots dos hemisferis cerebrals. Per tant, la tecnologia actual està fortament limitada al no complir amb aquests requeriments. Aquesta tesi doctoral està enfocada a investigar i desenvolupar una tècnica nova, basada en hologrames acústics, per a solucionar les limitacions presents en els tractaments neurològics. Una lent acústica holograca de baix cost impresa en 3D acoblada a un transductor d'element simple permet el control precs del front d'ona ultrasònic punt per a (1) compensar les distorsions que pateix el feix en el seu camí cap al cervell, i (2) focalització simultània del feix en regions multiples i de geometria complexa, proporcionant aix un tractament efectiu en temps i cost. Per això, la investigació desenvolupada en aquesta tesi demostra la possibilitat de realitzar qualsevol tractament neurològic, a més d'aplicacions en la neuroestimulació o l'ablació tèrmica dins del camp biomèdic. / [EN] Treatments for neurological diseases are strongly limited by the inefficient penetration of therapeutic drugs into the diseased brain due to the blood-brain barrier (BBB), and therefore no health improvement can be achieved. In fact, the BBB is a protection mechanism of the human body to avoid the diffusion of potentially dangerous agents into the central nervous system. Nevertheless, this barrier can be successfully inhibited by using a worldwide spread technology based on microbubble-enhanced focused ultrasound. Its main advantage is its non-invasive nature, thus defining a patient-friendly clinical procedure that allows to disrupt the BBB in a safe, local and transient manner. Conventionally, the diseased brain structure has been targeted in its center, with a single focus. However, Alzheimer's or Parkinson's Diseases do require that ultrasound is delivered to entire, complex-geometry and large-volume structures located at both hemispheres of the brain. Therefore, current technology presents several limitations as it does not fulfill these requirements. This doctoral thesis aims to develop a novel technique based on using focused ultrasound acoustic holograms to solve the existing limitations to treat neurological diseases. In this dissertation, we study 3D-printed holographic acoustic lenses coupled to a single-element transducer that allow to accurately control the acoustic wavefront to both (1) compensate distortions suffered by the beam in its path to the brain, and (2) simultaneous focusing in multiple and complex-geometry structures or acoustic vortex generation, providing a time- and cost- efficient procedure. Therefore, the research carried out throughout this thesis opens a promising path in the biomedical field to improve the treatment for neurological diseases, neurostimulation or tissue ablation applications. / Acknowledgments to the Spanish institution Generalitat Valenciana, which funding grant allowed me to develop this doctoral thesis, and as well funded my research stay at Columbia University. The development of the entire thesis was supported through grant Nª. ACIF/2017/045. Particularly, the research carried out in Chapter 3 and Chapter 4 was possible thanks to and supported through grant BEFPI/2019/075. Action co-financied by the Agència Valenciana de la Innovació through grant INNVAL10/19/016 and by the European Union through the Programa Operativo del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) of the Comunitat Valenciana 2014-2020 (IDIFEDER/2018/022). / Jiménez Gambín, S. (2021). Transcranial Ultrasound Holograms for the Blood-Brain Barrier Opening [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171373 / TESIS

[EN] There have been considerable efforts to improve the accessibility of websites for users with disabilities, but it does not guarantee a simple, intuitive and satisfactory interaction. To achieve this, it is necessary to improve usability, which comprises concepts such as effectiveness, efficiency, satisfaction and learning. There are several usability recommendation guidelines provided by experts. However, in many cases, these recommendations have not been validated by users; and almost always limited to the use of subjective or basic quantitative metrics. This thesis proposes the use of innovative metrics and methodologies, as the analysis of the physiological response and eye tracking, to extract quantitative and detailed information in real time during user interaction with the web. Leaning on these methodologies, three hypotheses have been assessed: (1) expert recommendations should be validated by users, (2) the validity of the recommendations depends on the user profile, and (3) the new metrics proposed allow detecting the impact of the recommendations better than traditional variables. To do this, a work plan was defined: (1) Review of the state of the art to gather usability metrics and recommendations; (2) The most used common usability recommendations have been selected and assessed; (3) A experimental design and a protocol has been set up to control the presence / absence of usability recommendations and assessed its effect, involving 20 users; (4) Finally to evaluate the three hypotheses, a common model was defined for each variable with the following factors: seven usability recommendations, session, repetition, user profile and its interaction with the other factors. To define the usability model, an analysis of correlations between variables of different levels was performed Based on this research work, eight findings were drawn: 1- The presence /absence of most of usability recommendations did depend neither on the website type nor on level of web accessibility. Therefore, accomplishment of accessibility requirements does not ensure that the website was easy to use. 2 - The effect of some recommendations, such as "Go Top" or "Hoover and Click", was unclear or even had a negative effect. This result highlights the need to confirm the expert recommendations by user testing, validating the hypothesis 1. 3- While most recommendations, except for those mentioned above, improve usability for users with motor disorders; many of the recommendations have no effect or a negative effect on control users, which validates hypothesis 2 . Universal design is a good approach but it is necessary to personalize the design to the specific needs of each user. 4 - The new proposed methodologies detect the effect of all usability recommendations and its interaction with the user profile, reaching the highest significance level (p <0.001). Therefore, these variables are more sensitive than traditional ones, validating the hypothesis 3. 5 - The variables that allow to characterize learning and adaptation processes are task performance, spent time, the number of fixations and heart rate variability. 6 - The proposed usability model changes depending on the user profile based on the variables of the different levels. While the number of fixations and the spent time are the most correlated variables for control subjects; the skin conductivity, facial EMG and saccadic amplitude are the most correlated for users with motor disorders. 7 - Several problems and limitations to the proposed usability model have been identified, which are related to the interaction between aesthetics and usability. As a conclusion, it is necessary to validate usability recommendations leaning on user participation and taking into account their characteristics. Furthermore, the the physiological response and eye tracking analysis can complement and improve the information provided through questionnaires, task performance or spent time. / [ES] Se han realizado esfuerzos para mejorar la Accesibilidad de las páginas web para las personas con discapacidad, pero esto no asegura que la interacción sea sencilla, intuitiva y satisfactoria. Para ello es necesario mejorar la usabilidad web relacionada con conceptos como efectividad, eficiencia, satisfacción y aprendizaje. Existen diversas guías con recomendaciones proporcionadas por expertos. Sin embargo, en muchos casos, dichas recomendaciones no han sido validadas mediante usuarios, y casi siempre se basan en metodologías subjetivas o variables básicas. En esta Tesis se propone el uso de tecnologías innovadoras, como el análisis de la respuesta fisiológica y el seguimiento de la mirada, para extraer información de detalle en tiempo real durante la interacción con la web; permitiendo analizar las 3 hipótesis: (1) las recomendaciones de experto necesitan ser validadas por usuarios, (2) dichas recomendaciones dependen del perfil de usuario, y (3) las nuevas variables propuestas permiten detectar mejor el efecto de las recomendaciones que las tradicionales. Para ello, se ha planteado un plan de trabajo: (1) Revisión del estado del arte para recopilar recomendaciones de usabilidad y variables; (2) Selección y evaluación de las recomendaciones más comunes; (3) Puesta a punto de un diseño experimental y un protocolo para controlar la presencia de las recomendaciones y evaluar su efecto, mediante la participación de 20 usuarios; (4) Se ha definido un modelo común para cada variable con los siguientes factores: las 7 recomendaciones, la sesión, la repetición, el perfil de usuario y su interacción con el resto de factores; para evaluar las 3 hipótesis. Además, se ha realizado un análisis de correlaciones entre las variables de los distintos niveles para definir un modelo de usabilidad. A partir de este trabajo, se han extraído ocho resultados: 1 - Las recomendaciones elegidas no dependían del sitio web y su presencia no está correlacionada con el nivel de accesibilidad. Por tanto, el cumplimiento de los requisitos de accesibilidad no asegura que una web sea usable. 2 - El efecto de algunas recomendaciones , como "Ir arriba" o "Señalar y hacer clic", no estaba claro o incluso tenían un efecto negativo. Estos resultados refuerzan la necesidad de validar las recomendaciones de experto mediante la participación de usuarios, validando la hipótesis 1. 3 - Si bien la mayoría de recomendaciones mejoran la usabilidad para los usuarios con limitación motora; muchas de las recomendaciones no tienen ningún efecto o incluso un efecto negativo en los usuarios control; validando la hipótesis 2. El Diseño Universal es una buena aproximación pero es necesario personalizar el diseño a los usuarios. 4 - Las nuevas metodologías propuestas permiten detectar el efecto de todas la recomendaciones web y su interacción con el perfil de usuario con el nivel de significación más alto (p<0,001). Por lo tanto, son mucho más sensibles que las aproximaciones tradicionales, validando la hipótesis 3. 5 - La finalización de la tarea y el tiempo empleado, el número de fijaciones y la variabilidad del ritmo cardíaco permiten caracterizar los procesos de adaptación y aprendizaje. 6 - El modelo de usabilidad propuesto varía en función del perfil de usuario. El número de fijaciones y el tiempo empleado son las variables más correlacionadas para los sujetos control; mientras que las conductividad de la piel y EMG facial, y la longitud de los sacádicos son las más correlacionadas para los usuarios con limitación motora. 7 - Se han encontrado diversos problemas o limitaciones asociados a la interacción entre aspectos estéticos y de usabilidad. A modo de conclusión, es necesario validar las actuales recomendaciones de usabilidad mediante la participación de usuarios y tener en cuenta sus características. Además, el análisis de la respuesta fisiológica y la mirada permite complementar y mejorar la información / [CA] Encara que s'han realitzat esforços per millorar l'Accessibilitat de les pàgines web per a les persones amb discapacitat, això no assegura que la interacció sigui senzilla, intuïtiva i satisfactòria. Per a això és necessari millorar la usabilitat web, que comporta diversos conceptes com a efectivitat, eficiència, satisfacció i aprenentatge. Existeixen diverses guies amb recomanacions proporcionades per experts. No obstant això, en molts casos, aquestes recomanacions no han estat validades mitjançant usuaris, i gairebé sempre es limita a l'ús de metodologies subjectives o variables bàsiques. En aquesta Tesi es proposa l'ús de tecnologies innovadores, com l'anàlisi de la resposta fisiològica i el seguiment de la mirada, per extreure informació de detall en temps real durant la interacció amb la web; permetent analitzar les 3 hipòtesis: (1) les recomanacions d'expert necessiten ser validades per usuaris, (2) aquestes recomanacions depenen del perfil d'usuari, i (3) les noves variables propostes permeten detectar millor l'efecte de les recomanacions que les tradicionals. Per a això, s'ha plantejat un pla de treball: (1) Revisió de l'estat de l'art per recopilar recomanacions de usabilitat i variables; (2) Selecció i avaluació de les recomanacions més comunes; (3) Posada a punt d'un disseny experimental i un protocol per controlar la presència de les recomanacions i avaluar el seu efecte, mitjançant la participació de 20 usuaris; (4) S'ha definit un model comú per a cada variable amb els següents factors: les 7 recomanacions, la sessió, la repetició, el perfil d'usuari i la seva interacció amb la resta de factors; per avaluar les 3 hipòtesis de partida. A més, s'ha realitzat una anàlisi de correlacions entre les variables dels diferents nivells per definir un model de usabilitat. A partir d'aquest treball, s'han extret vuit resultats: 1 - Les recomanacions triades no depenien del lloc web i la seva presència no està correlacionada amb el nivell d'accessibilitat. Per tant, el compliment dels requisits d'accessibilitat no assegura que una web sigui usable. 2 - L'efecte d'algunes recomanacions , com "Anar dalt" o "Assenyalar i fer clic", no estava clar o fins i tot tenien un efecte negatiu. Aquests resultats reforcen la necessitat de validar les recomanacions d'expert mitjançant la participació d'usuaris, validant la hipòtesi 1. 3 - Si bé la majoria de recomanacions milloren la usabilitat per als usuaris amb limitació motora; moltes de les recomanacions no tenen cap efecte o fins i tot un efecte negatiu en els usuaris control; validant la hipòtesi 2. El Disseny Universal és una bona aproximació però és necessari personalitzar el disseny als usuaris. 4 - Les noves metodologies proposades permeten detectar l'efecte de totes la recomanacions web i la seva interacció amb el perfil d'usuari amb el nivell de significació més alt (p<0,001). Per tant, són molt més sensibles que les aproximacions tradicionals, validant la hipòtesi 3. 5 - La finalització de la tasca i el temps emprat, el nombre de fixacions i la variabilitat del ritme cardíac permeten caracteritzar els processos d'adaptació i aprenentatge. 6 - El model de usabilitat proposat varia en funció del perfil d'usuari. El nombre de fixacions i el temps emprat són les variables més correlacionades per als subjectes control; mentre que les conductivitat de la pell i la EMG facial, i la longitud dels sacàdics són les més correlacionades per als usuaris amb limitació motora. 7 - S'han trobat diversos problemes o limitacions associats a la interacció entre aspectes estètics i de usabilitat. A manera de conclusió, és necessari validar les actuals recomanacions de usabilitat mitjançant la participació d'usuaris i tenir en compte les seves característiques. A més, l'anàlisi de la resposta fisiològica i la mirada permet complementar i millorar la informació aportada mitjançant les variables tradicionals. / Laparra Hernandez, J. (2015). Evaluación de la usabilidad web mediante el análisis de la mirada y la respuesta fisiológica. Influencia de las características del usuario [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/51459 / TESIS

[ES] El objetivo principal de esta tesis es contribuir al avance de nuevas técnicas de elaboración con bajo coste, utilizando materiales tipo de cobre, indio, galio y selenio CIGS y Perovskita para aplicaciones en energía solar fotovoltaica. CIGS parecen ser adecuadas ya que son de bajo costo de producción y se han reportado eficiencias de conversión del 23,35%. Por otro lado, las perovskitas híbridas de haluros de plomo orgánicos-inorgánicos han aparecido como nuevos materiales excepcionales para celdas solares, especialmente porque la eficiencia de las celdas solares basadas en perovskita ha aumentado del 3.8% al 22.7% en menos de un lustro. Este trabajo se ha dedicado a experimentar sobre la elaboración y caracterización de CIGS y los perovskitas de metilamonio de yoduro de plomo de (MAPbI3) y formamidinio de yoduro de plomo (FAPbI3), que se utilizo tanto en la aplicación a las células solares de perovskitas y en las células Tándem CIGS-perovskita. Las películas se caracterizaron por difracción de rayos X, espectroscopía Raman, microscopía electrónica de barrido, análisis de espectroscopía de energía dispersiva, microscopía de fuerza atómica, transmisión electrónica microscopía, fotoluminiscencia y espectroscopia UV-Vis. En las capas de CIGS depositadas por electrodeposición se investigó el efecto de diferentes parámetros, También investigamos en detalle el efecto del contacto posterior en las propiedades estructurales y ópticas de CIGS. Constatamos que el tipo de contacto posterior tiene un efecto significativo en el rendimiento posterior de las películas delgadas CIGS. Además, estudiamos la técnica de espray pirólisis para producir películas CIGS. Se estudió el proceso de recocido, que es el factor clave para mejorar el rendimiento de las células solares. Se elaboraron diferentes películas delgadas constituidas de nuestro dispositivo CdZnS/CdS/CIGS/Mo eso utilizó una capa conductora transparente de CdZnS para minimizar la alineación de la interfaz. Por otro lado, se analizó el proceso de cristalización y la estabilidad de las capas MAPbI3. Las capas de MAPbI3 se trataron añadiendo antisolvente a diferentes velocidades. Durante el tratamiento se producen intercambios complejos que influencian muchas propiedades fisicoquímicas. Se investigaron las propiedades ópticas y eléctricas de las películas de MAPbI3. Para mejorar la estabilidad de MAPbI3, se incorporó tetrabutilamonio (TBA), observando una mejora en la formación de la estructura perovskita que crece en la dirección preferente (110). La fase cristalina de MAPbI3 dopada con TBA presenta mejor cristalinidad, gran tamaño de grano, morfología superficial sin poros lo que es adecuado para la fabricación de dispositivos optoelectrónicas con mayor rendimiento. Además, hemos identificado el impacto de TBA en las propiedades foto físicas de MAPbI3. En las muestras de TBA:MAPbI3 aumenta la intensidad de la fotoluminiscencia al reducir la densidad de los estados de trampa y la absorción óptica muestra un cambio significativo hacia longitudes de onda más largas y la banda prohibida óptica varió de 1.8 a 1.52 eV. Finalmente, las muestras dopadas con 5% TBA mejoraron su estabilidad y se encontró que después de 15 días la estabilidad permanecía excelente en una humedad de ~ 60%. Por otra parte, investigamos el efecto de guanidinio (GA) sobre las propiedades estructurales y ópticas de FAPbI3. La relación entre la fase a de perovskita deseable y la fase indeseable y se ha estudiado en función del contenido de GA. Se comprobó que el dopaje con GA es eficaz en el control de la relación de fases a/y y luego en la estabilización de la fase a. Los resultados muestran que añadiendo una cantidad adecuada del 10% GA conduce a una mejora de película de perovskita que se evidencia en la homogeneidad de la fase a estable, granos de mayor tamaño y capas libres de poros. Además, 10% GA:FaPbI3 demostraron una excelente estabilidad después de ser envejecidas durante 15 días en un ambiente con humedad relativa del 60%. / [EN] The thesis work presented is part of the work in the Laboratory of New Materials for Photovoltaic Energy in the main target to use low cost techniques for elaboration of Perovskite and Copper, indium, gallium, and selenium CIGS materials for photovoltaic application. Organic-inorganic lead halides perovskites have currently and exceptionally appeared as new materials for low cost thin film solar cells specially that the efficiency of perovskite based solar cell have jumped from 3.8% to 22.7% in short time.in other hand, CIGS solar cells record 23.35% efficiency and still can be boosted. Here, we report the elaboration and characterization of CIGS as well as methylammonium lead iodide perovskites MAPbI3 and formamidinuim iodide lead iodide perovskites FAPbI3 absorbers for perovskite-based solar cells and Tandem Perovskites/ CIGS. The thin films prepared were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis, atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), Photoluminescence analysis (PL) and UV-Vis spectroscopy. The first stage was devoted for the effect of different parameters on the growth of CIGS by electrodeposition and we investigate the impact of different back contact in structural and optical proprieties. In a second stage, we report the growth of CIGS films by spray pyrolysis, we studied the effect of experimental parameter also the annealing process which is the key factor for improving the performance of solar cells,subsequently we elaborated different films constituted CdZnS/CdS/CIGS/Mo solar cells, the approach is to change the toxic ZnO by using a transparent, conductive CdZnS layer. In other hand, MAPbI3 film was investigated in order to optimize the chemical composition and to study the crystallization process also to get sight about the stability of perovskite materials to meet the requirement of their application as an active layer in perovskite solar cell. For this purpose. the MAPbI3 film surface was treated by adding diethyl ether antisolvent with different rates. during the treatment complex exchanges are appearing at the same time under the influence of quite a lot of physicochemical properties. A whole understanding of this topic is critically important for improving solar cell performance. MAPbI3 doped by the tetrabutylammonium TBA is boosting the formation of perovskite structure, leading to a higher orientation along the (110) and shows better crystallinity, large grain size, pinhole-free, which is suitable for the manufacturing of the optoelectronic devices with higher performance. Also, we have identified the impact of TBA in the photo-physical properties, we have noticed that the TBA improve the photoluminescence emission by reducing the density of trap states and the optical absorption indicates a significant shift to the lower wavelength and optical bandgap varied from 1.8 to 1.52 eV. Finally, the stability was explored for 5% TBA, it found that after 15 days the stability remained excellent in relative humidity of ~60%. These results would be helpful for realizing stable and high performance MAPbI3-based devices. Furthermore, we inspect the effect of monovalent cation substitution of Guanidinium (GA) on the structural and optical properties of FAPbI3 thin films perovskites. The ratio between the desirable a-phase and the undesirable y yellow phase is studied as a function of GA content. GA doping is shown to be efficient in the control of a/y phases ratio and then in the stabilization of the a-FaPbI3 phase. We qualitatively evaluate the impact of 10% of guanidinium on the phase composition and microstructure of films. The results show that an adequate amount of 10% GA:FaPbI3 leads to a homogeneous perovskite film with stable a phase, large grains, and free pinholes. 10% GA: FaPbI3 films demonstrate excellent stability after aging for 15 days in relative humidity of~60%. / [CA] L'objectiu principal d'aquesta tesi és contribuir a l'avanç de noves tècniques d'elaboració de baix cost, fent servir materials d'aliatges del tipus de coure, indi, gal·li i seleni (CIGS) i perovskites, per a aplicacions en energia solar fotovoltaica. El CIGS sembla ser adequat ja que són de baix cost de producció i s'han reportat eficiències de conversió del 23,35%. D'altra banda, les perovskites híbrides d'halurs de plom orgànics-inorgànics han aparegut com a nous materials excepcionals per cel·les solars, especialment perquè l'eficiència de les cel·les solars basades en perovskites ha augmentat del 3.8% al 22.7% en menys d'un lustre. En el present treball, reportem l'elaboració i caracterització de CIGS y de perovskitas de iodur de plom de metilamoni (MAPbI3) i de iodur de plom de formamidini (FaPbI3) per a les cèl·lules solars de CIGS i tàndem Perovskites/CIGS. En les capes de CIGS dipositades per electrodeposició es va investigar l'efecte dels diferents paràmetres sobre el procés d'electrodeposició, així com l'efecte del contacte posterior sobre les propietats estructurals i òptiques del CIGS. Ens trobem que el tipus de contacte posterior té un efecte significatiu en la posterior interpretació de pel·lícules primes CIGS. A més, vam estudiar la tècnica de polvorització de la piròlisi per produir pel·lícules de CIGS. Es va estudiar el procés de recuit, que és el factor clau per millorar el rendiment de les cèl·lules solars. Es van produir diferents pel·lícules fines formades pel nostre dispositiu CdZnS/CdS/CIGS/Mo que utilitzaven una capa conductiva CdZnS transparent per minimitzar l'alineació de la interfície. D'altra banda, es van investigar perovskites MAPbI3, amb la finalitat d'optimitzar la composició química i estudiar el procés de cristal·lització també per a conèixer l'estabilitat dels materials de perovskita. la cristal·lització s'aconsegueix alentint la solubilitat en una solució saturada mitjançant l'addició d'una quantitat diferent de l'antisolvent d'èter dietílic. Durant el tractament apareixen al mateix temps intercanvis complexos sota la influència de moltes propietats fisicoquímiques. Una comprensió completa d'aquest tema és de vital importància per a millorar el rendiment. Amb l'objectiu principal d'augmentar l'estabilitat de MAPbI3, el tetrabutilamoni (TBA) es pot incorporar a MAPbI3, impulsant la formació de l'estructura de perovskita, la qual cosa porta a una major orientació al llarg de (110). MAPbI3 dopades amb TBA presenten una millora de la cristalinitat, major grandària, la qual cosa és adequada per a la fabricació de dispositius optoelectròniques de major rendiment. A més, hem identificat l'impacte de TBA en les propietats foto físiques de MAPbI3. Hem notat que el dopatge amb TBA millora tant l'emissió de la fotoluminiscència en reduir la densitat dels estats de trampes com l'absorció òptica on apareix un canvi significatiu de la banda òptica prohibida cap a longituds d'ona més llargues que significa disminuir l'energia del gap, que va variar de 1.8 a 1.52 eV. Finalment, es va explorar l'estabilitat per les perovsquites dopades amb 5%TBA. Es va trobar que després de 15 dies l'estabilitat romania excel·lent en un humitat de 60%. A més, hem estudiat FAPbI3 com un dels materials de perovskita més atractius. Hem investigat l'efecte de la substitució de guanidini (GA) sobre les propietats estructurals i òptiques de FAPbI3. La relació entre la fase a de perovskita desitjable i la fase indesitjable y es va estudiar en funció del contingut de GA. Es mostra que el dopatge amb GA és eficaç en el control de la relació de fases a /y i després en l'estabilització de la fase a-FaPbI3. Els resultats mostren que una quantitat adequada de 10% GA condueix a una pel·lícula homogènia amb fase a estable, grans grans lliures de porus i forats. Les pel·lícules de 10% GA:FaPbI3 demostraren una excel·lent estabilitat després de l'envelliment durant 15 dies en un ambient humit (humitat relativa de 60%). / Bouich, A. (2020). Study and Characterization of Hybrid Perovskites and Copper-Indium-Gallium Selenide thin films for Tandem Solar Cells [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160621 / TESIS

[ES] El futuro de la imagen médica está ligado a la inteligencia artificial. El análisis manual de imágenes médicas es hoy en día una tarea ardua, propensa a errores y a menudo inasequible para los humanos, que ha llamado la atención de la comunidad de Aprendizaje Automático (AA). La Imagen por Resonancia Magnética (IRM) nos proporciona una rica variedad de representaciones de la morfología y el comportamiento de lesiones inaccesibles sin una intervención invasiva arriesgada. Sin embargo, explotar la potente pero a menudo latente información contenida en la IRM es una tarea muy complicada, que requiere técnicas de análisis computacional inteligente. Los tumores del sistema nervioso central son una de las enfermedades más críticas estudiadas a través de IRM. Específicamente, el glioblastoma representa un gran desafío, ya que, hasta la fecha, continua siendo un cáncer letal que carece de una terapia satisfactoria. Del conjunto de características que hacen del glioblastoma un tumor tan agresivo, un aspecto particular que ha sido ampliamente estudiado es su heterogeneidad vascular. La fuerte proliferación vascular del glioblastoma, así como su robusta angiogénesis han sido consideradas responsables de la alta letalidad de esta neoplasia. Esta tesis se centra en la investigación y desarrollo del método Hemodynamic Tissue Signature (HTS): un método de AA no supervisado para describir la heterogeneidad vascular de los glioblastomas mediante el análisis de perfusión por IRM. El método HTS se basa en el concepto de hábitat, que se define como una subregión de la lesión con un perfil de IRM que describe un comportamiento fisiológico concreto. El método HTS delinea cuatro hábitats en el glioblastoma: el hábitat HAT, como la región más perfundida del tumor con captación de contraste; el hábitat LAT, como la región del tumor con un perfil angiogénico más bajo; el hábitat IPE, como la región adyacente al tumor con índices de perfusión elevados; y el hábitat VPE, como el edema restante de la lesión con el perfil de perfusión más bajo. La investigación y desarrollo de este método ha originado una serie de contribuciones enmarcadas en esta tesis. Primero, para verificar la fiabilidad de los métodos de AA no supervisados en la extracción de patrones de IRM, se realizó una comparativa para la tarea de segmentación de gliomas de grado alto. Segundo, se propuso un algoritmo de AA no supervisado dentro de la familia de los Spatially Varying Finite Mixture Models. El algoritmo propone una densidad a priori basada en un Markov Random Field combinado con la función probabilística Non-Local Means, para codificar la idea de que píxeles vecinos tienden a pertenecer al mismo objeto. Tercero, se presenta el método HTS para describir la heterogeneidad vascular del glioblastoma. El método se ha aplicado a casos reales en una cohorte local de un solo centro y en una cohorte internacional de más de 180 pacientes de 7 centros europeos. Se llevó a cabo una evaluación exhaustiva del método para medir el potencial pronóstico de los hábitats HTS. Finalmente, la tecnología desarrollada en la tesis se ha integrado en la plataforma online ONCOhabitats (https://www.oncohabitats.upv.es). La plataforma ofrece dos servicios: 1) segmentación de tejidos de glioblastoma, y 2) evaluación de la heterogeneidad vascular del tumor mediante el método HTS. Los resultados de esta tesis han sido publicados en diez contribuciones científicas, incluyendo revistas y conferencias de alto impacto en las áreas de Informática Médica, Estadística y Probabilidad, Radiología y Medicina Nuclear y Aprendizaje Automático. También se emitió una patente industrial registrada en España, Europa y EEUU. Finalmente, las ideas originales concebidas en esta tesis dieron lugar a la creación de ONCOANALYTICS CDX, una empresa enmarcada en el modelo de negocio de los companion diagnostics de compuestos farmacéuticos. / [EN] The future of medical imaging is linked to Artificial Intelligence (AI). The manual analysis of medical images is nowadays an arduous, error-prone and often unaffordable task for humans, which has caught the attention of the Machine Learning (ML) community. Magnetic Resonance Imaging (MRI) provides us with a wide variety of rich representations of the morphology and behavior of lesions completely inaccessible without a risky invasive intervention. Nevertheless, harnessing the powerful but often latent information contained in MRI acquisitions is a very complicated task, which requires computational intelligent analysis techniques. Central nervous system tumors are one of the most critical diseases studied through MRI. Specifically, glioblastoma represents a major challenge, as it remains a lethal cancer that, to date, lacks a satisfactory therapy. Of the entire set of characteristics that make glioblastoma so aggressive, a particular aspect that has been widely studied is its vascular heterogeneity. The strong vascular proliferation of glioblastomas, as well as their robust angiogenesis and extensive microvasculature heterogeneity have been claimed responsible for the high lethality of the neoplasm. This thesis focuses on the research and development of the Hemodynamic Tissue Signature (HTS) method: an unsupervised ML approach to describe the vascular heterogeneity of glioblastomas by means of perfusion MRI analysis. The HTS builds on the concept of habitats. A habitat is defined as a sub-region of the lesion with a particular MRI profile describing a specific physiological behavior. The HTS method delineates four habitats within the glioblastoma: the HAT habitat, as the most perfused region of the enhancing tumor; the LAT habitat, as the region of the enhancing tumor with a lower angiogenic profile; the potentially IPE habitat, as the non-enhancing region adjacent to the tumor with elevated perfusion indexes; and the VPE habitat, as the remaining edema of the lesion with the lowest perfusion profile. The research and development of the HTS method has generated a number of contributions to this thesis. First, in order to verify that unsupervised learning methods are reliable to extract MRI patterns to describe the heterogeneity of a lesion, a comparison among several unsupervised learning methods was conducted for the task of high grade glioma segmentation. Second, a Bayesian unsupervised learning algorithm from the family of Spatially Varying Finite Mixture Models is proposed. The algorithm integrates a Markov Random Field prior density weighted by the probabilistic Non-Local Means function, to codify the idea that neighboring pixels tend to belong to the same semantic object. Third, the HTS method to describe the vascular heterogeneity of glioblastomas is presented. The HTS method has been applied to real cases, both in a local single-center cohort of patients, and in an international retrospective cohort of more than 180 patients from 7 European centers. A comprehensive evaluation of the method was conducted to measure the prognostic potential of the HTS habitats. Finally, the technology developed in this thesis has been integrated into an online open-access platform for its academic use. The ONCOhabitats platform is hosted at https://www.oncohabitats.upv.es, and provides two main services: 1) glioblastoma tissue segmentation, and 2) vascular heterogeneity assessment of glioblastomas by means of the HTS method. The results of this thesis have been published in ten scientific contributions, including top-ranked journals and conferences in the areas of Medical Informatics, Statistics and Probability, Radiology & Nuclear Medicine and Machine Learning. An industrial patent registered in Spain, Europe and EEUU was also issued. Finally, the original ideas conceived in this thesis led to the foundation of ONCOANALYTICS CDX, a company framed into the business model of companion diagnostics for pharmaceutical compounds. / [CA] El futur de la imatge mèdica està lligat a la intel·ligència artificial. L'anàlisi manual d'imatges mèdiques és hui dia una tasca àrdua, propensa a errors i sovint inassequible per als humans, que ha cridat l'atenció de la comunitat d'Aprenentatge Automàtic (AA). La Imatge per Ressonància Magnètica (IRM) ens proporciona una àmplia varietat de representacions de la morfologia i el comportament de lesions inaccessibles sense una intervenció invasiva arriscada. Tanmateix, explotar la potent però sovint latent informació continguda a les adquisicions de IRM esdevé una tasca molt complicada, que requereix tècniques d'anàlisi computacional intel·ligent. Els tumors del sistema nerviós central són una de les malalties més crítiques estudiades a través de IRM. Específicament, el glioblastoma representa un gran repte, ja que, fins hui, continua siguent un càncer letal que manca d'una teràpia satisfactòria. Del conjunt de característiques que fan del glioblastoma un tumor tan agressiu, un aspecte particular que ha sigut àmpliament estudiat és la seua heterogeneïtat vascular. La forta proliferació vascular dels glioblastomes, així com la seua robusta angiogènesi han sigut considerades responsables de l'alta letalitat d'aquesta neoplàsia. Aquesta tesi es centra en la recerca i desenvolupament del mètode Hemodynamic Tissue Signature (HTS): un mètode d'AA no supervisat per descriure l'heterogeneïtat vascular dels glioblastomas mitjançant l'anàlisi de perfusió per IRM. El mètode HTS es basa en el concepte d'hàbitat, que es defineix com una subregió de la lesió amb un perfil particular d'IRM, que descriu un comportament fisiològic concret. El mètode HTS delinea quatre hàbitats dins del glioblastoma: l'hàbitat HAT, com la regió més perfosa del tumor amb captació de contrast; l'hàbitat LAT, com la regió del tumor amb un perfil angiogènic més baix; l'hàbitat IPE, com la regió adjacent al tumor amb índexs de perfusió elevats, i l'hàbitat VPE, com l'edema restant de la lesió amb el perfil de perfusió més baix. La recerca i desenvolupament del mètode HTS ha originat una sèrie de contribucions emmarcades a aquesta tesi. Primer, per verificar la fiabilitat dels mètodes d'AA no supervisats en l'extracció de patrons d'IRM, es va realitzar una comparativa en la tasca de segmentació de gliomes de grau alt. Segon, s'ha proposat un algorisme d'AA no supervisat dintre de la família dels Spatially Varying Finite Mixture Models. L'algorisme proposa un densitat a priori basada en un Markov Random Field combinat amb la funció probabilística Non-Local Means, per a codificar la idea que els píxels veïns tendeixen a pertànyer al mateix objecte semàntic. Tercer, es presenta el mètode HTS per descriure l'heterogeneïtat vascular dels glioblastomas. El mètode HTS s'ha aplicat a casos reals en una cohort local d'un sol centre i en una cohort internacional de més de 180 pacients de 7 centres europeus. Es va dur a terme una avaluació exhaustiva del mètode per mesurar el potencial pronòstic dels hàbitats HTS. Finalment, la tecnologia desenvolupada en aquesta tesi s'ha integrat en una plataforma online ONCOhabitats (https://www.oncohabitats.upv.es). La plataforma ofereix dos serveis: 1) segmentació dels teixits del glioblastoma, i 2) avaluació de l'heterogeneïtat vascular dels glioblastomes mitjançant el mètode HTS. Els resultats d'aquesta tesi han sigut publicats en deu contribucions científiques, incloent revistes i conferències de primer nivell a les àrees d'Informàtica Mèdica, Estadística i Probabilitat, Radiologia i Medicina Nuclear i Aprenentatge Automàtic. També es va emetre una patent industrial registrada a Espanya, Europa i els EEUU. Finalment, les idees originals concebudes en aquesta tesi van donar lloc a la creació d'ONCOANALYTICS CDX, una empresa emmarcada en el model de negoci dels companion diagnostics de compostos farmacèutics. / En este sentido quiero agradecer a las diferentes instituciones y estructuras de financiación de investigación que han contribuido al desarrollo de esta tesis. En especial quiero agradecer a la Universitat Politècnica de València, donde he desarrollado toda mi carrera acadèmica y científica, así como al Ministerio de Ciencia e Innovación, al Ministerio de Economía y Competitividad, a la Comisión Europea, al EIT Health Programme y a la fundación Caixa Impulse / Juan Albarracín, J. (2020). Unsupervised learning for vascular heterogeneity assessment of glioblastoma based on magnetic resonance imaging: The Hemodynamic Tissue Signature [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149560 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La capacidad de controlar y modificar los haces de energía ha sido motivo de investigación por parte de la comunidad científica desde largo tiempo atrás. En el campo de la acústica, este control energético de las ondas mecánicas tiene numerosas aplicaciones. Desde las aplicaciones industriales, alimentarias, farmacéuticas, etcétera hasta la biomedicina. Esta tesis se basa en la aplicación del control y modulación focal de los ultrasonidos para el uso en este último campo. Se puede modular y controlar los focos de ultrasonidos de diferentes formas. En este caso, se han desarrollado lentes planas que utilizan el principio de la difracción para lograr focalizar los haces. Las ventajas del uso de lentes planas de focalización permiten ser implementadas de forma sencilla en procesos de mecanización e incluso mediante impresión 3D. Se propone utilizar transductores planos que al emitir sobre una lente acústica, se produzca una conformación focal de características controladas. La lente conocida como lente de Fresnel (FZP) ha sido escogida como base de diseño en la implementación de las diferentes soluciones que logran cumplir con los objetivos marcados. Mediante la aplicación de modificaciones en una FZP se puede lograr pasar de una lente con capacidades extraordinarias de focalización a una lente capaz de controlar la resolución lateral y la profundidad de foco e incluso mejorar la ganancia. El objetivo final de aplicación es el uso en transductores de ultrasonidos de alta intensidad conocidos como HIFU. Mejorar la capacidad de resolución hace que se puedan desarrollar mejores terapias oncológicas que supongan un índice mayor de éxito en la lucha contra el cáncer. En la presente tesis se ha propuesto, además, una novedosa lente FZP basada en el cambio de fase que puede resultar un antes y un después en aplicaciones biomédicas. Se ha conseguido no solo mejorar la eficiencia de una FZP, sino que se ha conseguido implementar en materiales compatibles con resonancia magnética. Se han desarrollado modelos numéricos basados en el método de los elementos finitos que emulan la física involucrada. Las medidas han sido realizadas en condiciones controladas por un sistema robotizado de alta precisión. Todos los resultados obtenidos y publicados han sido desarrollados de forma numérica y experimental, validándose el método de trabajo y dando consistencia a las soluciones propuestas. / [CA] La capacitat de controlar i modificar els feixos d'energia ha sigut motiu d'investigació per part de la comunitat científica des de llarg temps arrere. En el camp de l'acústica, este control energètic de les ones mecàniques té nombroses aplicacions. Des de les aplicacions industrials, alimentàries, farmacèutiques, etcètera fins la biomedicina. Esta tesi es basa en l'aplicació del control i modulació focal dels ultrasons per a l'ús en este últim camp. Es pot modular i controlar els focus d'ultrasons de diferents formes. En este cas, s'han desenvolupat lents planes que utilitzen el principi de la difracció per a aconseguir focalitzar els feixos. Els avantatges de l'ús de lents planes de focalització permeten ser implementades de forma senzilla en processos de mecanització i inclús per mitjà d'impressió 3D. Es proposa utilitzar transductores plans que a l'emetre sobre una lent acústica, es produïsca una conformació focal de característiques controlades. La lent coneguda com a lent de Fresnel (FZP) ha sigut triada com a base de disseny en la implementació de les diferents solucions que aconseguixen complir amb els objectius marcats. Per mitjà de l'aplicació de modificacions en una FZP es pot aconseguir passar d'una lent amb capacitats extraordinàries de focalització a una lent capaç de controlar la resolució lateral i la profunditat de focus i inclús millorar el guany. L'objectiu final d'aplicació és l'ús en transductores d'ultrasons d'alta intensitat coneguts com HIFU. Millorar la capacitat de resolució fa que es puguen desenvolupar millors teràpies oncològiques que suposen un índex major d'èxit en la lluita contra el càncer. En la present tesi s'ha proposat, a més, una nova lent FZP basada en el canvi de fase que pot resultar un abans i un després en aplicacions biomèdiques. S'ha aconseguit no sols millorar l'eficiència d'una FZP, sinó que s'ha aconseguit implementar en materials compatibles amb ressonància magnètica. S'han desenvolupat models numèrics basats en el mètode dels elements finits que emulen la física involucrada. Les mesures han sigut realitzades en condicions controlades per un sistema robotitzat d'alta precisió. Tots els resultats obtinguts i publicats han sigut desenvolupats de forma numèrica i experimental, validant-se el mètode de treball i donant consistència a les solucions proposades. / [EN] The ability to control and modify energy beams has been the subject of research by the scientific community for a long time. In the acoustic field, this energetic control of mechanical waves has numerous applications. From industrial, food, pharmaceutical applications, et cetera, to biomedicine. This thesis is based on the ultrasound control and focal modulation applications. It is possible to modulate and control the ultrasound focii in different ways. In this case, flat lenses were developed based on the principle of diffraction to focus the beams. The advantages of using flat focusing lenses allow them to be easily implemented in machining and drilling processes and even through 3D printing. It was proposed to use planar transducers that when emitting on an acoustic lens, controlled characteristics of focal conformation were produced. The lens known as Fresnel Zone Plane (FZP) was chosen as the implementation design basis for the different solutions that manage to fulfill the objectives set. By applying modifications to an FZP it was possible to go from a lens with extraordinary focusing capabilities to a lens that was capable to control lateral resolution, depth of focus and even improving the gain. The final objective application was the use in high intensity ultrasound transducers known as HIFU. Improving the ability to resolve makes it possible to develop better cancer therapies that represent a higher rate of success in the fight against cancer. In the present thesis, a novel FZP lens based on phase change has also been proposed that can be a before and after in biomedical applications. It has not only been possible to improve the efficiency of an FZP, but it has also been possible to implement it in materials compatible with magnetic resonance imaging. Numerical models based on the finite element method were developed for emulating the involved physics. Measurements were carried out under controlled conditions by a high precision robotic system. All the results obtained and published were developed numerically and experimentally, validating the working method and giving consistency to the proposed solutions. / I want to acknowledge the following public funding sources that have made possible this research: Grant BES-2016-077133 (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España) Project TEC2015-70939-R (MINECO/FEDER). Tomsk Polytechnic University within the framework of Tomsk Polytechnic University Competitiveness Enhancement Program. / Tarrazó Serrano, D. (2020). Design, modelling, characterization and implementation of acoustic lenses for modulation of ultrasound beams [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159895 / TESIS / Compendio

En el campo de la fotónica, los elementos ópticos difractivos han encontrado un gran número de nuevas aplicaciones en muchas áreas diferentes, que cubren todo el espectro electromagnético desde la microscopía de rayos X, hasta la formación de imágenes con THz. Lentes difractivas convencionales, como las placas zonales de Fresnel, son esenciales en muchos de estos sistemas de focalización y formación de imágenes, pero tienen limitaciones inherentes principalmente bajo iluminación policromática. Para superar algunas de estas limitaciones, se ha propuesto un nuevo tipo de lentes difractivas multifocales basadas en estructuras aperiódicas, las placas zonales fractales. En esta tesis se presentan las propiedades de focalización de nuevas lentes difractivas diseñadas a partir de otras secuencias aperiódicas que mejoran el rendimiento de las placas zonales fractales ya conocidas. Las propiedades de focalización se han analizado teórica y experimentalmente. Para este último fin, se ha desarrollado expresamente un dispositivo experimental basado en un modulador espacial de luz de cristal líquido (SLM). Además, se discuten nuevas aplicaciones para estas lentes difractivas aperiódicas en el campo de la oftalmología como las lentes intraoculares y en el campo de la manipulación de objetos a escala nanométrica como las pinzas ópticas / Calatayud Calatayud, A. (2013). Diseño y Caracterización experimental de nuevas lentes difractivas basadas en geometrias aperiódicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32829 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Tras la acción de un sismo, es frecuente encontrarnos con estructuras de hormigón armado que llegan al colapso o quedan fuera de servicio debido al daño sufrido en los elementos estructurales de la misma. Con el fin de reforzar las estructuras susceptibles de sufrir daños importantes, o bien reparar las estructuras que ya los han sufrido, surgen diferentes técnicas de refuerzo, destacando el empleo de angulares y presillas metálicas como una de las técnicas de refuerzo de soportes de hormigón armado más utilizada a nivel mundial. No obstante, en la actualidad no existen investigaciones que hayan tratado el comportamiento frente a carga cíclica de nudos interiores viga-columna de HA cuando el soporte es reforzado con esta técnica. Considerando la necesidad del estudio de este refuerzo, se planteó la investigación ¿Estudio experimental y numérico de nudos viga-soporte y losa-soporte en pilares de HA reforzados¿, financiada por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España, con cargo al proyecto de investigación BIA 2008-06268. Dicha investigación se desarrollada en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València. Esta Tesis Doctoral se engloba dentro este proyecto de investigación, y pretende ser una continuación al trabajo desarrollado por Gimenez (2007), Adam (2007) y Garzón-Roca (2013). El objetivo de la presente Tesis Doctoral es conocer el comportamiento de estos nudos frente a cargas cíclicas. Para ello, se ha realizado un estudio experimental constituido por 20 ensayos de nudos interiores viga-columna a escala real, como parte representativa del comportamiento sísmico de una estructura porticada de HA. La geometría y armado de los especímenes, han sido diseñados según construcciones habituales de edificación proyectadas únicamente frente a cargas gravitatorias, sin detalles sísmicos y bajo el concepto de viga fuerte-columna débil. El refuerzo de las columnas se ha ejecutado con angulares y presillas metálicas, y se han probado varias formas de conexión entre las columnas a través del nudo, que a su vez sirve como refuerzo de éste. Se han obtenido diferencias importantes en los ensayos realizados en función del tipo empleado conexión columna-nudo, del tipo de armado de las vigas, y de la combinación de cargas aplicadas sobre los especímenes. Por tanto, el programa experimental desarrollado ha permitido estudiar las pautas de comportamiento frente a cargas cíclicas de los elementos reforzados en su conjunto. Asimismo, ha permitido estudiar las mejoras en el comportamiento a cortante del nudo interior viga-columna. / Ruiz Pinilla, JG. (2013). Estudio experimental de nudos interiores viga-columna de entramados de hormigón armado con detalles no-dúctiles, con columnas reforzadas mediante angulares y presillas de acero, sometidos a cargas cíclicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33752 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Tesis por compendio / [EN] Direct methanol fuel cells are feasible devices for efficient electrochemical power generation if some issues can be solved regarding both electrodes and membranes. The research carried out in this Ph.D. thesis has particularly focused on the concerns associated with the membranes. Nafion is the most standard fuel cell membrane material due to its high proton conductivity and exceptional chemical and mechanical stability. However, it suffers from a considerably high methanol permeability and a limited operating temperature (< 80 ºC). The first aspect was addressed with the use of PVA nanofibres and the second one replacing Nafion with SPEEK-based polymers. Composite membranes of Nafion with PVA nanofibres, surface functionalised with sulfonic acid groups, exhibited lower methanol permeabilities due to the intrinsic barrier property of PVA, although proton conductivity was also affected as a result of the non-conducting behaviour of the bulk PVA phase. Remarkably, the nanofibres provided strong mechanical reinforcement which enabled the preparation of low thickness membranes (< 20 micrometres) with reduced ohmic losses, thus counteracting their lower proton conductivities. SPEEK-based membranes were examined for DMFC operation within the intermediate temperature range of 80-140 ºC, in which sluggish electrochemical reactions at the electrodes are accelerated and proton conductivity activated. SPEEK was blended and crosslinked with PVA and PVB polymers for avoiding its dissolution in hot water conditions. SPEEK-PVA compositions showed practical proton conductivities and SPEEK-PVB blends presented very low methanol permeabilities. Nanocomposite membranes composed of SPEEK-30%PVB nanofibres embedded in a SPEEK-35%PVA matrix were prepared and characterised. A nanocomposite membrane crosslinked at 120 ºC revealed promising results for DMFCs operating at intermediate temperatures. Electrospinning is concluded to be a suitable technique for obtaining polymer nanofibre mats intended for advanced composite membranes with improved characteristics and fuel cell performances. / [ES] Las pilas de combustible de metanol directo son dispositivos factibles para la generación electroquímica eficiente de energía eléctrica si se pueden solucionar algunas cuestiones relacionadas tanto con los electrodos como las membranas. La investigación llevada a cabo en esta tesis doctoral se ha centrado particularmente en los problemas asociados con las membranas. Nafion es el material de membrana más común para pilas de combustible debido a su alta conductividad protónica y excepcional estabilidad química y mecánica. Sin embargo, padece una considerablemente alta permeabilidad al metanol y una limitada temperatura de operación (< 80 ºC). El primer aspecto se abordó con el uso de nanofibras de PVA y el segundo reemplazando Nafion con polímeros basados en SPEEK. Membranas compuestas de Nafion con nanofibras de PVA, funcionalizadas en su superficie con grupos ácidos sulfónicos, exhibieron menores permeabilidades al metanol debido a la propiedad barrera intrínseca del PVA, aunque la conductividad protónica también se vio afectada como resultado del comportamiento global no conductor de la fase de PVA. Remarcablemente, las nanofibras proporcionaron un refuerzo mecánico fuerte que permitió la preparación de membranas de bajo espesor (< 20 micrómetros) con unas pérdidas óhmicas reducidas, así contrarrestando sus menores conductividades protónicas. Se examinaron membranas basadas en SPEEK para la operación de pilas de combustible de metanol directo dentro del rango intermedio de temperaturas entre 80-140 ºC, en el que las lentas reacciones electroquímicas en los electrodos se aceleran y la conductividad protónica se activa. El SPEEK se combinó y entrecruzó con los polímeros de PVA y PVB para evitar su disolución en condiciones de agua caliente. Las composiciones de SPEEK-PVA mostraron conductividades protónicas funcionales y las mezclas de SPEEK-PVB presentaron permeabilidades al metanol muy bajas. Se prepararon y caracterizaron membranas nanocompuestas constituidas por nanofibras de SPEEK-30%PVB embebidas en una matriz de SPEEK-35%PVA. Una membrana nanocompuesta entrecruzada a 120 ºC reveló resultados prometedores para pilas de combustible de metanol directo operando a temperaturas intermedias. Se puede concluir que la electrohilatura es una técnica apropiada para la obtención de mallas de nanofibras poliméricas destinadas a membranas compuestas avanzadas con características y rendimientos en pilas de combustible mejorados. / [CA] Les piles de combustible de metanol directe són dispositius factibles per a la generació electroquímica eficient d'energia elèctrica si es poden solucionar algunes qüestions relacionades tant amb els elèctrodes com les membranes. La investigació duta a terme en esta tesi doctoral s'ha centrat particularment en els problemes associats amb les membranes. Nafion és el material de membrana més comú per a piles de combustible a causa de la seua alta conductivitat protònica i excepcional estabilitat química i mecànica. No obstant això, patix una considerablement alta permeabilitat al metanol i una limitada temperatura d'operació (< 80 ºC). El primer aspecte es va abordar amb l'ús de nanofibres de PVA i el segon reemplaçant Nafion amb polímers basats en SPEEK. Membranes compostes de Nafion amb nanofibres de PVA, funcionalizades en la seua superfície amb grups àcids sulfónics, van exhibir menors permeabilitats al metanol a causa de la propietat barrera intrínseca del PVA, encara que la conductivitat protònica també es va veure afectada com resultat del comportament global no conductor de la fase de PVA. Remarcablement, les nanofibres van proporcionar un reforç mecànic fort que va permetre la preparació de membranes de baixa grossària (< 20 micròmetres) amb unes pèrdues òhmiques reduïdes, així contrarestant les seues menors conductivitats protòniques. Es van examinar membranes basades en SPEEK per a l'operació de piles de combustible de metanol directe dins del rang intermedi de temperatures entre 80-140 ºC, en el que les lentes reaccions electroquímiques en els elèctrodes s'acceleren i la conductivitat protònica s'activa. El SPEEK es va combinar i va entrecreuar amb els polímers de PVA i PVB per a evitar la seua dissolució en condicions d'aigua calenta. Les composicions de SPEEK-PVA van mostrar conductivitats protòniques funcionals i les mescles de SPEEK-PVB van presentar permeabilitats al metanol molt baixes. Es van preparar i caracteritzar membranes nanocompostes constituïdes per nanofibres de SPEEK-30%PVB embegudes en una matriu de SPEEK-35%PVA. Una membrana nanocomposta entrecreuada a 120 ºC va revelar resultats prometedors per a piles de combustible de metanol directe operand a temperatures intermèdies. Es pot concloure que l'electrofilatura és una tècnica apropiada per a l'obtenció de malles de nanofibres polimériques destinades a membranes compostes avançades amb característiques i rendiments en piles de combustible millorats. / Mollá Romano, S. (2015). Application of Nanofibres in Polymer Composite Membranes for Direct Methanol Fuel Cells [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58611 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La focalización de ultrasonidos tiene muchas aplicaciones en una gran variedad de áreas tanto científicas como industriales. Los ultrasonidos focalizados son una de las herramientas principales usada por médicos en todo el mundo para obtener imágenes biomédicas de diferentes tipos de tejidos y órganos de manera no invasiva. En las últimas décadas, el uso de ultrasonidos focalizados de alta intensidad (HIFU, por sus siglas en inglés) ha surgido como una de las técnicas principales para el tratamiento de cáncer mediante la ablación térmica de tumores de manera no invasiva. Además, los ultrasonidos focalizados están emergiendo en los últimos años como uno de los métodos más prometedores para el tratamiento de las enfermedades cerebrales, con la aparición de nuevas técnicas disruptivas como la apertura reversible de la barrera hematoencefálica o la neuromodulación. En entornos industriales, los ultrasonidos son ampliamente utilizados como uno de los métodos principales para la evaluación no destructiva de materiales y estructuras, debido a que las ondas acústicas pueden penetrar en los objetos a distancias donde la luz no puede debido a la elevada absorción y dispersión. En este sentido, diseñar estructuras capaces de focalizar ultrasonidos es de una gran relevancia tanto para la comunidad científica como para los sectores médicos e industriales. Esta tesis presenta nuevos diseños de lentes acústicas capaces de controlar los parámetros principales del haz de ultrasonidos focalizados, proporcionando diferentes tipos de perfiles de focalización adecuados para una gran variedad de aplicaciones y escenarios. En particular, se han diseñado y adaptado al campo de los ultrasonidos las lentes de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), ampliamente utilizadas en el campo de la óptica. Se ha presentado una nueva técnica de modulación espacio-temporal capaz de controlar la posición del foco de ultrasonidos tanto en espacio como en tiempo, aumentando así la versatilidad de este tipo de dispositivos. También se ha demostrado el funcionamiento en el campo de la acústica de nuevos diseños basados en aplicar secuencias binarias a una lente de Fresnel convencional, como las secuencias fractales de Cantor o las secuencias de M-bonacci generalizadas, capaces de modificar las propiedades de focalización de las lentes, incluyendo el número, posición y forma de los focos acústicos. Además, se introduce un nuevo diseño de lentes esféricas rellenas de líquido capaces de generar jets ultrasónicos, con mucho potencial en aplicaciones de imagen de alta resolución en campo cercano. Se ha demostrado que, cambiando el líquido interno de la lente o ajustando el ratio de mezcla entre dos líquidos, se pueden controlar los parámetros principales del jet. Los diseños propuestos en la tesis han sido validados tanto empleando simulaciones numéricas como realizando medidas experimentales, allanando el camino para el uso de este tipo de estructuras en aplicaciones de focalización de ultrasonidos. / [CA] La focalització d'ultrasons té moltes aplicacions en moltes àrees científiques i industrials. Els ultrasons focalitzats són una de les eines principals utilitzada per metges a tot el món per obtenir imatges biomèdiques de diferents tipus de teixits i òrgans de manera no invasiva. En les últimes dècades, els ultrasons focalitzats d'alta intensitat (HIFU, per les seues sigles en anglès) han aparegut com una de les tècniques principals per al tractament de càncer mitjançant l'ablació de tumors de manera no invasiva. A més, els ultrasons focalitzats estan emergint en els últims anys com un dels mètodes més prometedors per al tractament de les malalties cerebrals, amb l'aparició de noves tècniques disruptives com l'obertura reversible de la barrera hematoencefàlica o la neuromodulació. En entorns industrials, els ultrasons són àmpliament utilitzats com un dels mètodes principals per a l'avaluació no destructiva de materials i estructures, pel fet que les ones acústiques poden penetrar en els objectes a distàncies on la llum no pot a causa de l'elevada absorció i dispersió. En aquest sentit, dissenyar estructures capaces de focalitzar ultrasons és d'una gran rellevància tant per a la comunitat científica com per als sectors mèdics i industrials. Aquesta tesi presenta nous dissenys de lents acústiques capaços de controlar els paràmetres principals del feix d'ultrasons focalitzats, proporcionant diferents tipus de perfils de focalització adequats per a una gran varietat d'aplicacions i escenaris. En particular, s'han dissenyat i adaptat al camp dels ultrasons les lents de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), àmpliament utilitzades en el camp de l'òptica. S'ha presentat una nova tècnica de modulació espai-temporal capaç de controlar la posició del focus d'ultrasons tant en espai com en temps, augmentant així la versatilitat d'aquest tipus de dispositius. També s'ha demostrat el funcionament en el camp de l'acústica de nous dissenys basats en aplicar seqüències binàries a una lent de Fresnel convencional, com les seqüències fractals de Cantor o les seqüències de M-bonacci generalitzades, capaces de modificar les propietats de focalització de les lents, incloent el nombre, posició i forma dels focus acústics. A més, s'introdueix un nou disseny de lents esfèriques plenes de líquid capaces de generar jets ultrasònics, amb molt potencial en aplicacions d'imatge d'alta resolució en camp proper. S'ha demostrat que, canviant el líquid intern de la lent o ajustant la ràtio de barreja entre dos líquids, es poden controlar els paràmetres principals del jet. Els dissenys proposats en la tesi han estat validats tant emprant simulacions numèriques com realitzant mesures experimentals, aplanant el camí per a l'ús d'aquest tipus d'estructures en aplicacions de focalització d'ultrasons. / [EN] Ultrasound focusing has many applications in a wide range of fields. Focused ultrasound is one of the main tools used by doctors all over the world to obtain biomedical images of different kind of tissues non-invasively. In the past decades, high intensity focused ultrasound (HIFU) appeared as one of the fundamental techniques for cancer treatment through non-invasive thermal tumor ablation. In addition, focused ultrasonic waves are recently emerging as one of the main tools to treat brain diseases, with novel disruptive techniques such as blood-brain barrier opening or neuromodulation. In industrial environments, ultrasonic waves are widely employed as one of the primary methods for the non-destructive evaluation (NDE) of materials and structures, as acoustic waves are able to penetrate deep into objects otherwise opaque using optical techniques. In this sense, designing structures capable of focusing ultrasonic waves is of great interest and relevance for the scientific, the industrial, and the biomedical sectors. This thesis devises new designs of acoustic lenses capable of controlling the main parameters of the focused ultrasound beam, achieving different kinds of focusing profiles suitable for a wide variety of scenarios. In particular, Fresnel Zone Plates (FZPs), commonly used in optics, are designed and adapted to the ultrasound domain. A novel spatio-temporal modulation technique capable of controlling the ultrasound focus location in both time and space is presented, increasing the versatility of this kind of devices. New design techniques based on applying a binary sequence to FZPs are also demonstrated, such as Cantor fractal sequences or generalized M-bonacci sequences, which modify the focusing properties of the lens, including the number, location, and shape of the different acoustic foci. In addition, acoustic jets generated by liquid-filled spherical lenses are devised for near-field high resolution imaging, demonstrating their applicability in the ultrasound domain. It is demonstrated that, by changing the inner liquid of the spherical lens or by tuning the mixing ratio between two liquids, the main focal parameters of the ultrasonic jet can be accurately controlled. The proposed designs are validated using both numerical simulations and experimental measurements, paving the way for the use of these kind of structures in focused ultrasound applications. / This work would not have been possible without the following funding sources: PAID-01-18 personal FPI grant from Universitat Politècnica de València; Spanish government MINECO TEC2015-70939-R project; Spanish government MICINN RTI2018-100792-B-I00 project; Generalitat Valenciana AICO/2020/139 project. / Pérez López, S. (2021). Design of Acoustic Lenses for Ultrasound Focusing Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179907 / TESIS / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El sistema musculoesquelético tiene una capacidad de regeneración limitada. Las pérdidas importantes de tejido no se pueden regenerar, lo que provoca necrosis y deterioro funcional. Los tratamientos tradicionales basados en implantes o trasplantes no han demostrado ser del todo exitosos, con múltiples efectos secundarios como inmunogenicidad o rechazos. Por ello, es muy importante desarrollar nuevas alternativas para tratar la degeneración muscular. La ingeniería tisular combina biomateriales, células y agentes bioactivos para desarrollar constructos biológicos biocompatibles donde las células encuentran un entorno que imita sus condiciones in vivo para crecer, proliferar y diferenciarse en tejido muscular y restaurar su funcionalidad. Los biomateriales conductores son de particular interés en tejidos electro-sensibles como es el caso del sistema musculoesquelético. Se ha demostrado que los polímeros conductores (polipirrol, polianilina, etc.), los materiales de carbono (grafeno, óxido de grafeno reducido, etc.) y los nanomateriales metálicos mejoran la diferenciación muscular, incluso sin estimulación eléctrica externa. Además, diferentes moléculas bioactivas como factores de crecimiento (FGF-2, IGF-1, etc.) o iones inorgánicos "terapéuticos" (zinc, magnesio, etc.) son alternativas para potenciar la diferenciación celular en diferentes tejidos. Por lo tanto, la combinación de biomateriales conductores y moléculas bioactivas para mejorar la regeneración muscular representa una gran oportunidad en la ingeniería de tejidos musculares. El objetivo de este proyecto de tesis es desarrollar y caracterizar nuevos biomateriales electroactivos con diferentes composiciones, estructuras y propiedades y evaluar su potencial para tratar la regeneración musculoesquelética, así como la combinación de estos biomateriales electroactivos con iones inorgánicos buscando descubrir nuevas sinergias biomateriales conductores-iones terapéuticos en términos de diferenciación muscular. ¿ / [CA] El sistema musculoesquelètic té una capacitat de regeneració limitada. Les pèrdues importants de teixit no es poden regenerar, cosa que provoca necrosi i deteriorament de la funcionalitat. Els tractaments tradicionals basats en implants o trasplantaments no han demostrat ser del tot exitosos, amb múltiples efectes secundaris com ara immunogenicitat o rebutjos. Per això, és molt important desenvolupar noves alternatives per tractar la degeneració muscular. L'enginyeria tissular combina biomaterials, cèl·lules i agents bioactius per desenvolupar constructes biològics biocompatibles on les cèl·lules troben un entorn que imita les seves condicions in vivo per créixer, proliferar i diferenciar-se en teixit muscular i restaurar-ne la funcionalitat. Els biomaterials conductors són de particular interès en teixits electrosensibles com és el cas del sistema musculoesquelètic. S'ha demostrat que els polímers conductors (polipirrol, polianilina, etc.), els materials de carboni (grafè, òxid de grafè reduït, etc.) i els nanomaterials metàl·lics milloren la diferenciació muscular, fins i tot sense estimulació elèctrica externa. A més, diferents molècules bioactives com a factors de creixement (FGF-2, IGF-1, etc.) o ions inorgànics "terapèutics" (zinc, magnesi, etc.) són alternatives per potenciar la diferenciació cel·lular en diferents teixits. Per tant, la combinació de biomaterials conductors i molècules bioactives per millorar la regeneració muscular representa una gran oportunitat a l'enginyeria de teixits musculars. L'objectiu d'aquest projecte de tesi és desenvolupar i caracteritzar nous biomaterials electroactius amb diferents composicions, estructures i propietats i avaluar-ne el potencial per tractar la regeneració musculoesquelètica, així com la combinació d'aquests biomaterials electroactius amb ions inorgànics buscant descobrir noves sinergies biomaterials conductors-ions terapèutics en termes de diferenciació muscular. / [EN] The musculoskeletal system can self-regenerate in a limited way. Major tissue losses cannot be regenerated, resulting in necrosis and functional impairment. Traditional treatments based on implants or transplants have not proven to be completely successful, with multiple side effects such as immunogenicity or rejections. Therefore, it is very important to develop new alternatives to treat muscle degeneration. Tissue engineering combines biomaterials, cells and bioactive agents to develop biological and biocompatible constructs where cells find an in vivo likely environment to grow, proliferate and differentiate into muscle tissue and restore its functionality. Conductive biomaterials are of particular interest in electrosensitive tissues such as the musculoskeletal system. Conductive polymers (polypyrrole, polyaniline, etc.), carbon materials (graphene, reduced graphene oxide, etc.) and metal nanomaterials have proved to enhance cell differentiation, even without external electrical stimulation. Moreover, different bioactive molecules such as growth factors (FGF-2, IGF-1, etc.) or inorganic "therapeutic" ions (zinc, magnesium, etc.) are alternatives to enhance cell differentiation into different tissues. Therefore, the combination of conductive biomaterials and bioactive molecules to enhance muscle regeneration represents an exciting opportunity in muscle tissue engineering. This thesis project aims to develop and characterize novel electroactive biomaterials with different compositions, structures and properties and evaluate their potential to treat musculoskeletal regeneration, as well as its combination with inorganic ions looking forward to discovering new conductive biomaterial-therapeutic ions synergies in terms of muscle differentiation. / Gracias a la financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación, a la Agencia Estatal de Investigación y a los fondos FEDER por la financiación del proyecto RTI2018- 097862-B-C21 que ha permitido llevar a cabo esta tesis doctoral. / Aparicio Collado, JL. (2023). Development of Novel Biomimetic Electroactive Environments with Bioactive Molecules for Musculoskeletal Regeneration [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195233 / Compendio