Tesis por compendio / Neutrino telescopes are a new way of looking at the Universe. For more than a decade these structures are being designed to study the Universe from a new point of view, that is, from the particles generated in the cosmic accelerators of particles. These infrastructures are not only useful to study the Universe, but they can also be used in the field of Particle Physics and even in the study of underwater life. Most of these telescopes are based on the detection of the so-called Cherenkov light using photomultipliers, the difference between them lies in the medium in which they are located (ice or water) and in the infrastructure used. Specifically, European telescopes mount these photomultipliers in an underwater vertical structure anchored at great depth, which is under the influence of sea currents. For this reason they suffer displacements that affect the location of the photomultipliers and it becomes necessary to implement a positioning system for the telescope to be functional. For this, an acoustic system consisting of emitters anchored to the sea floor and receivers located at the different levels of the vertical structure is used. One of the objectives of the present thesis is the development of these acoustic emitters. For this purpose we have developed different laboratory prototypes with different features until obtaining an improved prototype that was installed and tested in ANTARES and NEMO telescopes. This showed that the prototype worked perfectly within the established requirements and then, we proceed to design a final version of the much more powerful and functional emitter, acoustic beacon, to be mounted inside aluminum vessels together with an omnidirectional acoustic transducer, which will be located in anchored positions of the new KM3NeT neutrino telescope. In collaboration with the MSM Company, 18 acoustic beacons were developed for KM3NeT-ARCA being two of them installed in the first marine campaign at the end of 2015, and being able then to verify their correct operation. On the other hand, interaction of ultraenergetic neutrinos with matter also produces a thermoacoustic pulse with bipolar form, axial symmetry and highly directive. The feasibility of the acoustic detection technique and the possibility of implementing it in these telescopes have been under study for years. In order to test and calibrate this technique, it is necessary to have an acoustic emitter system able of generating a signal similar to the neutrino signature. This has been the second objective developed in this thesis. To achieve this objective, a compact and versatile calibrator based on an array of acoustic transducers using parametric generation has been designed. Given the complexity of the pulse to emulate and the novelty of the technique to be used, it has been necessary to carry out different laboratory tests in order to obtain suitable transducers and electronics able of making them to work at the required power and efficiency. The positive results obtained in this line suggest that we will be able to obtain a full functional neutrino acoustic calibrator soon. Finally, I would like to mention that I have participated in the different research and activities described in the thesis, putting especial emphasis in the development of the electronics and the software/firmware of the developed acoustic emitters. / Los telescopios de neutrinos son una nueva forma de observar el Universo. Desde hace más de una década se están diseñando este tipo de estructuras con el propósito de estudiar el Universo desde un nuevo punto de vista, el de las partículas que se generan en los aceleradores de partículas cósmicos. Estas infraestructuras no solo se limitan al estudio del Universo, sino que también pueden ser utilizadas en el campo de la Física de partículas e incluso en el estudio de la vida submarina. La mayoría de estos telescopios se basan en la detección de la llamada luz de Cherenkov mediante fotomultiplicadores, la diferencia entre ellos radica en el medio en que se ubican (hielo o agua) y en la infraestructura utilizada. Concretamente, los telescopios europeos montan dichos fotomultiplicadores en una estructura vertical submarina anclada a gran profundidad, la cual está sometida a la influencia de las corrientes marinas. Por este motivo sufren desplazamientos que afectan a la localización de los fotomultiplicadores y se hace necesaria la implementación de un sistema de posicionamiento para que el telescopio sea funcional. Para ello se utiliza un sistema acústico consistente en unos emisores anclados al suelo marino y unos receptores situados en los diferentes niveles de la estructura vertical. Uno de los objetivos de la presente tesis es el desarrollo de estos emisores acústicos. Con este fin se han desarrollado diferentes prototipos de laboratorio con los que se han ido escalando prestaciones hasta obtener un prototipo que ha sido instalado y testeado en los telescopios ANTARES y NEMO. Así se demostró que el prototipo funcionaba perfectamente dentro de los requisitos establecidos, pasándose a diseñar una versión final del emisor acústico mucho más potente y funcional para ser montada dentro de vasijas de aluminio junto con un traductor omnidireccional en las anclas del nuevo telescopio de neutrinos KM3NeT. Conjuntamente con la empresa MSM se elaboraron 18 equipos para KM3NeT-ARCA, dos de los cuales fueron instalados en la primera campaña marina a finales de 2015 comprobándose su correcto funcionamiento. Por otro lado, la interacción de los neutrinos ultraenergéticos con la materia también produce un pulso termoacústico con forma bipolar, simetría axial y altamente directivo. Desde hace años se está estudiando la viabilidad de la técnica de detección acústica y la posibilidad de implementarla en dichos telescopios. Para poder poner a prueba y calibrar dicha técnica es necesario disponer de un sistema emisor acústico que sea capaz de generar una señal similar a la descrita. Este ha sido el segundo objetivo desarrollado en esta tesis. Para ello se ha diseñado un calibrador compacto y versátil basado en un array de transductores acústicos usando generación paramétrica. Dada la complejidad del pulso a emular y lo novedoso de la técnica a utilizar, se ha requerido la realización de numerosas pruebas de laboratorio con el fin de conseguir unos transductores adecuados y la electrónica capaz de hacerlos funcionar a la potencia y eficiencia requerida. Los positivos resultados obtenidos en esta línea hacen prever que, en breve, podremos obtener un calibrador acústico de neutrinos funcional. Finalmente, cabe reseñar que he participado en las diferentes investigaciones y actividades que se describen en la tesis, siendo mi cometido principal el desarrollo tanto de la electrónica como de los diferentes softwares/firmwares implicados en los emisores acústicos desarrollados. / Els telescopis de neutrins són una nova forma d'observar l'Univers. Des de fa més d'una dècada s'estan dissenyant aquest tipus d'estructures amb el propòsit d'estudiar l'Univers des d'un nou punt de vista, el de les partícules que es generen en els acceleradors de partícules còsmics. Estes infraestructures no sols es limiten a l'estudi de l'Univers, sinó que també poden ser utilitzades en el camp de la Física de partícules i fins i tot en l'estudi de la vida submarina. La majoria d'aquests telescopis es basen en la detecció de l'anomenada llum de Cherenkov per mitjà de fotomultiplicadors, la diferència entre ells radica en el mig en què s'ubiquen (gel o aigua) i en la infraestructura utilitzada. Concretament, els telescopis europeus munten dits fotomultiplicadors en una estructura vertical submarina ancorada a gran profunditat, la qual està sotmesa a la influència dels corrents marins. Per este motiu pateixen desplaçaments que afecten a la localització dels fotomultiplicadors i es fa necessària la implementació d'un sistema de posicionament per a què el telescopi siga funcional. Per a això s'utilitza un sistema acústic consistent en uns emissors ancorats al sòl marí i uns receptors situats en els diferents nivells de l'estructura vertical. Un dels objectius de la present tesi és el desenvolupament d'aquests emissors acústics. Amb este fi s'han desenvolupat diferents prototips de laboratori amb els quals s'han anat escalant prestacions fins a obtindre un prototip que ha sigut instal·lat i testeat en els telescopis ANTARES i NEMO. Així es va demostrar que el prototip funcionava perfectament dins dels requisits establerts, passant-se a dissenyar una versió final de l'emissor acústic molt més potent i funcional per a ser muntada dins d'atuells d'alumini junt amb un traductor omnidireccional en les àncores del nou telescopi de neutrins KM3NeT. Conjuntament amb l'empresa MSM es van elaborar 18 equips per a KM3NeT-ARCA, dos dels quals van ser instal·lats en la primera campanya marina a finals de 2015 comprovant-se el seu correcte funcionament. D'altra banda, la interacció dels neutrins ultraenergètics amb la matèria també produeix un pols termoacústic amb forma bipolar, simetria axial i altament directiu. Des de fa anys s'està estudiant la viabilitat de la tècnica de detecció acústica i la possibilitat d'implementar-la en els esmentats telescopis. Per a poder posar a prova i calibrar esta tècnica és necessari disposar d'un sistema emissor acústic que siga capaç de generar un senyal semblant al descrit. Aquest ha sigut el segon objectiu desenvolupat en aquesta tesi. Per a això s'ha dissenyat un calibrador compacte i versàtil basat en un array de transductores acústics utilitzant generació paramètrica. Donada la complexitat del pols a emular i la novetat de la tècnica a utilitzar, s'ha requerit la realització de nombroses proves de laboratori a fi d'aconseguir uns transductors adequats i l'electrònica capaç de fer-los funcionar a la potència i eficiència requerida. Els positius resultats obtinguts en esta línia fan preveure que, en breu, podrem obtindre un calibrador acústic de neutrins funcional. Finalment, cal ressenyar que he participat en les diferents investigacions i activitats que es descriuen en la tesi, sent la meua comesa principal el desenvolupament tant de l'electrònica com dels diferents softwares/firmwares implicats en els emissors acústics desenvolupats. / Llorens Alvarez, CD. (2017). Diseño y desarrollo de la electrónica de los emisores acústicos para los sistemas de posicionamiento y calibración de telescopios submarinos de neutrinos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88401 / Compendio

This thesis ventures with the extracellular matrix protein (ECM) fibronectin (FN) as an interface protein in the interaction between cells and materials to design microenvironment for future use in tissue engineering. It is studied the FN adsorption and conformations, cell behaviour to different FN conformation, cell adhesion, reorganisation and remodelling of FN at the material interface, the role of growth factors (GF) and their interactions with components of the extracellular matrix (ECM), the immunology cell response, and the stem cell fate influenced by the extrinsic signals coming from the engineered microenvironments using ECM's proteins. To investigate the FN response, in terms of adsorbed amount and conformation to different chemical properties of the material, model surfaces were used. Self assembled monolayers (SAM) with different percentages of two different chemical groups were used: CH3 and OH. FN adsorption, initial cell adhesion and signalling (focal adhesions, integrin expression and phosphorylation of FAK) is related with the reorganisation and secretion of FN and matrix degradation. It is shown that matrix degradation at the cell material interface depends on surface chemistry in metalloproteinase-dependent way. A direct relationship between FN activity at the cell-material interface and metalloproteinase 9 (MMP9) expression was found, being the product of a sequence of events that include integrin expression, focal adhesion formation, matrix reorganisation and focal adhesion kinase (FAK) phosphorylation. Two different materials with subtle variations in their chemical composition were employed as a drastically different FN conformation: from a globular conformation on PMA (poly (methyl acrylate)) to the formation of a well-interconnected FN network (similar to the FN physiological fibrillar network) triggered by PEA (poly (ethyl acrylate)). The formation of focal adhesions (vinculin), FAK expression and phosphorylation, specific integrin binding, protein and gene expression for ¿5 and ¿v was studied, seeking to correlate cell adhesion with matrix degradation. It is demonstrated that the material-driven FN fibrillogenesis on PEA triggers proteolytic activity: MMP activity is higher as a compensatory mechanism to the inability of cells to reorganise this FN network. Looking into the role of protein-material interactions and stem cell fate, and with the knowledge on PEA, we engineer different synergistic microenvironments to direct cell and stem cell fate. FN has a growth factor (GF) binding domain on its molecule (FNIII12-14) and has been demonstrated to produce a synergistic response when occurs at the same time the recognition of the cell binding domain (FNIII9-10). It is demonstrated that this domain is available on the FN coated PEA, and exploiting these interactions between PEA, FN and GF, it is developed a microenvironment to control cell behaviour and tissue repair. It is studied the BMP2 binding and presentation, the effect of BMP2 presentation on MSC proliferation and differentiation. These systems allow not only enhanced activity of GF compared to soluble administration, but also reduce GF doses, improving safety and cost effectiveness. Finally, the immunological reaction of the microenvironment developed is studied using dendritic cells, beside the conformational structure of ECM protein importance in DC integrin-based activation it is studied, helping to establish the field of adhesion-based modulation of DC as a general mechanism that has previously not been defined. The microenvironment didn't induce any maturation in DC, while different FN conformation shows differences in DC morphology and citokine level production (IL-10 and IL-12). / En esta tesis se estudia la interacción de una proteina de la matriz extracelular, fibronectina (FN) como interfase en la interacción entre células y materiales, para diseñar microambientes con el propósito de ser usados en el futuro en ingeniería tisular. Se estudia la adsorción y conformación de FN y la relación con el diferente comportamiento celular: la adhesión celular, la reorganización y remodelado de la FN en la interfase célula-material, el papel que juegan los factores de crecimiento y sus interacciones con los componentes de la matriz extracelular, la respuesta immunológica y el destino celular de células madre influenciadas por las señales extrínsecas provenientes de microambientes elaborados a partir de proteínas de la matriz extracelular. Con el objetivo de investigar la respuesta a la FN en términos de conformación y cantidad absorbida a diferentes propiedades químicas del material, se usaron materiales modelo: monocapas autoensambladas (self-assembled monolayers, SAM). Las químicas estudiadas fueron CH3 and OH. La adsorption de FN, adhesion y señalización (adhesiones focales, expresión de interinas y fosforilación de quinasas de adhesiones focales (FAK)) se estudiaron en relación a la reorganización y secreción de FN y degradación de la matriz extracelular. Se demuestra que la degradación de la matriz extracelular en la interfase célula-material depende de la química de la superficie, a través de las metaloproteinasas. Se ha descubierto una relación directa entre la actividad de la FN que se encuentra en el material y la expresión de metaloproteinasa 9 (MMP9), a través de la expresión de integrinas, formación de adhesiones focales, reorganización de la matriz extracelular y fosforilación de FAK En el siguiente capítulo se emplean materiales poliméricos con una sutil diferencia en la composición química, provocando una diferencia drástica en la conformación de la FN: se pasa de una conformación globular en PMA (polimetil acrilato) a una conformación en forma de red interconectada en PEA (polietil acrilato). Con el propósito de relacionar la adhesión celular con la degradación de la matriz extracelular, se estudia la formación de adhesiones focales (vinculina), la expresión y fosforilación de FAK, la unión específica de integrinas y la expresión de las integrinas ¿5 and ¿v. Se demuestra que la formación de una red de FN sobre PEA induce la actividad proteolítica: la actividad de las MMPs es mayor, actuando como mecanismo compensatorio a la incapacidad de reorganización de la red de FN. Haciendo uso de la conformación de la FN sobre PEA, se estudiaron las interacciones entre la proteína-material y el destino celular de células madres. La FN posee un dominio de unión de factores de crecimiento (FNIII12-14) y se ha demostrado que se produce una respuesta sinérgica cuando el reconocimiento ocurre junto con el dominio de unión celular (FNIII9-10). En esta tesis se demuestra que el dominio de unión de factores de crecimiento está disponible en la conformación que adquiere sobre PEA y se diseñan microambientes para controlar el comportamiento celular y regeneración de tejido. Se estudia la unión y presentación de BMP2 y su efecto en la diferenciación de células madre mesenquimales. Los microambientes desarrollados, ademas de mejorar la actividad de los factores de crecimiento comparado con la administración soluble, también reduce la cantidad de factores de crecimiento que se tendría que administrar, mejorando la seguridad y efectividad. Finalmente se estudió la reacción inmunológica a los microambientes desarrollados usando células dendríticas, estudiando además la influencia de la estructura de la conformación de las proteínas en la activación de las células dendríticas a través de las integrinas. Los microambientes no indujeron ninguna maduración de células dendríticas, mientras que la conformación de la FN muestra control / En aquesta tesi s'estudia la interacció entre una proteïna de la matriu extracel.lular, fibronectina (FN) com interfase en la interaccio entre cèl·lules i materials, per a dissenyar microambients amb el propòsit d'utilitzar-se al futur en enginyeria tissular. S'estudia l'adsorció i conformació de la FN i la relació amb el diferent comportament cel·lular: l'adhesió cel·lular, la reorganització i remodelat de la FN a la interfase cèl·lula-material, el paper que juguen els factors de creixement i les seus interaccions amb els components de la matriu extracel·lular, la resposta immunològica i el destí cel·lular de cèl·lules mare influenciades pels senyals extrínseques provinents de microambients elaborats a partir de proteïnes de la matriu extracel·lular. Amb l'objectiu d'investigar la respostar a la FN en termes de conformació i quantitat absorbida a diferents propietats químiques del material, s'utilitzaren materials model: monocapes autoacoblades (self-assembled monolayers, SAM). Les químiques estudiades van ser CH3 and OH. L'absorció de FN, adhesió i senyalització (adhesions focals, expressió d'integrines i fosforilació de quinases d'adhesions focals (FAK)) es van estudiar en relació a al reorganització i secreció de la FN i degradació de la matriu extracel·lular. Es demostra que la degradació de la matriu extracelular en la interfase cèl·lula-material depèn de la química de la superficie, a través de les metal·loproteïnases. S'ha descobert una relació directa entra l'activitat de la FN que es troba en el material i l'expressió de metaloproteinasa 9, a través de l'expressió d'integrines, formació d'adhesions focals, reorganització de la matriu extracel·lular i fosforilació de FAK. Al següent capítol es fan servir materials polimèrics amb una subtil diferència en la composició química, provocant una diferència dràstica en la conformació de la FN: es passa d'una conformació globular en PMA (polimetil acrilat) a una conformació en forma de xarxa interconnectada en PEA (polietil acrilat). Amb el propòsit de relacionar l'adhesió cel·lular amb la degradació de la matriu extracel·lular, s'estudia la formació d'adhesions focals (vinculina), l'expressió i fosforilació de FAK, la unió específica d'integrines i l'expressió de les integrines ¿5 and ¿v. Es demostra que la formació d'una xarxa de FN sobre PEA indueix l'activitat proteolítica: l'activitat de les MMPs és més gran, actuant com a mecanisme compensatori a la incapacitat de reorganització de la xarxa de FN. Fent ús de la conformació de la FN sobre PEA, es van estudiar les interaccions entre la proteïna-material i el destí cel·lular de cèl·lules mares. La FN posseeix un domini d'unió de factors de creixement (FNIII12-14) i s'ha demostrat que es produeix una resposta sinèrgica quan el reconeixement ocurreix juntament amb el domini d'unió cel·lular (FNIII9- 10). En aquesta tesi es demostra que el domini d'unió de factors de creixement està disponible a la conformació que adquireix sobre PEA i es dissenyen microambients per controlar el comportament cel·lular i regeneració de teixit. S'estudia la unió i presentació de BMP2 i el seu efecte en la diferenciació de cèl·lules mare mesenquimals. Els microambientes desenvolupats, a més de millorar l'activitat dels factors de creixement comparat amb l'administració soluble, també redueix la quantitat de factors de creixement que s'hauria d'administrar, millorant la seguretat i efectivitat. Finalment es va estudiar la reacció immunològica als microambients desenvolupats usant cèl·lules dendrítiques, estudiant a més la influència de l'estructura de la conformació de les proteïnes en l'activació de les cèl·lules dendrítiques a través de les integrines. Els microambients no van induir cap maduració de cèl·lules dendrítiques, mentre que la conformació de la FN mostra controlar la morfologia de les cèl·lules dendrítiques i / Llopis Hernández, V. (2017). Material-driven fibronectin fibrillogenesis to engineer cell function [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90412

Tesis por compendio / La presente tesis doctoral, titulada "Contribution to the modelling of the light field distribution within Synechocystis sp. PCC 6803 cultures and its influence on cellular photosynthesis processes", engloba diversos trabajos cuyo objetivo es avanzar en la compresión de la distribución lumínica en cultivos de cianobacterias y en los efectos de la luz sobre los mecanismos fotosintéticos de dichos microorganismos. Se trata, en definitiva, de otro paso hacia la integración de modelos matemáticos sobre la fotosíntesis a nivel celular y a escala de cultivo. En primer lugar, para comprender cómo se comporta un cultivo de bacterias fotosintéticas, es fundamental predecir la distribución del campo de luz a lo largo del perfil del biorreactor, tanto a nivel de intensidad total, como respecto a su distribución de flujo de fotones. La distribución de longitudes de onda presente en el medio es importante puesto que muchos procesos de la fotosíntesis están regulados por ciertas longitudes de onda y, por tanto, están modulados por la distribución espectral - el color - de la luz. Aprovechando las propiedades inherentes ópticas del cultivo, se desarrolló un modelo matemático basado en el concepto de campo auto-consistente. Este algoritmo, bautizado en la correspondiente publicación como Auto-consistent Field Approximation Algorithm (AFA), proporciona una predicción del campo lumínico, incluyendo la evolución espectral del mismo a lo largo del camino óptico, para cultivos aclimatados a distintos valores de radiación. Dicha investigación se publicó en la revista Algal Research mediante el artículo titulado "Light distribution and spectral composition within cultures of micro-algae: Quantitative modelling of the light field in photobioreactors", en el que se valida el algoritmo con datos experimentales de dos cepas de estudio de la cianobacteria Synechocystis. Si bien los resultados fueron satisfactorios, el empleo de la ley de Lambert-Beer con un valor constante de atenuación no permite modelizar la parte del campo de luz con menor intensidad, donde el coeficiente de atenuación deja de ser constante y el comportamiento se desvía del exponencial. Por ello, se decidió modelizar el campo de luz con una función que generaliza el caso exponencial mediante el uso de cálculo fraccionario. Se empleó una función de Mittag-Leffler que cumplía con los requisitos formales y ofrecía un ajuste de los datos mejor al obtenido mediante la ley de Lambert-Beer. Como un hallazgo notable, se determinó que el valor de dicho parámetro, que caracteriza la función de Mittag-Leffler, era el mismo para los datos empíricos de las dos cepas estudiadas. Este trabajo se publicó en la contribución llamada "Estimation of the light field inside photosynthetic microorganism cultures through Mittag-Leffler functions at depleted light conditions" en la revista Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. Después se procedió a utilizar sendos trabajos de investigación para calcular el campo de luz en un cultivo de Synechocystis y relacionarlo con su productividad máxima. En concreto se ha estudiado, como indicador del rendimiento de la fotosíntesis, la producción de oxígeno y los mecanismos respiratorios asociados a distintas intensidades de luz. Esta investigación está en su fase final y se está ultimando la escritura del artículo para enviarlo a una revista científica próximamente. Dicho manuscrito se titula "Experimental characterisation of Synechocystis sp. PCC 6803 cultures productivity up on light conditions". Finalmente, se está desarrollando una cuarta contribución titulada "Individual pigment contribution to overall in vivo absorption in Synechocystis sp. PCC 6803 cells". Esta investigación estudia la cantidad de luz absorbida por los cromóforos de Synechocystis en función del tipo de iluminación utilizada y calcula la concentración de pigmentos presentes en la célula. / The present doctoral thesis, entitled "Contribution to the modelling of the light field distribution within Synechocystis sp PCC 6803 cultures and its influence on cellular photosynthesis processes", includes several works whose objective is to advance in the understanding of the light distribution in cyanobacterial cultures and in the effects of light on the photosynthetic mechanisms of these microorganisms. It is, ultimately, another step towards the integration of mathematical models on photosynthesis at the cellular level and at the scale of culture. First, to understand how a culture of photosynthetic bacteria behaves, it is essential to predict the distribution of the light field along the bioreactor profile, both at the level of total intensity and with respect to its photon flux distribution. The distribution of wavelengths present in the medium is important since many processes of photosynthesis are regulated by certain wavelengths and are therefore modulated by the spectral distribution - the colour - of the light. Taking advantage of the inherent optical properties of the culture, a mathematical model based on the self-consistent field concept was developed. This algorithm, named in the corresponding publication as Auto-consistent Field Approximation Algorithm (AFA), provides an estimation of the light field, including the spectral evolution thereof along the optical path-length, for acclimated cultures to different radiation values. This research was published in the journal Algal Research through the article entitled "Light distribution and spectral composition within cultures of micro-algae: Quantitative modelling of the light field in photobioreactors", in which the algorithm is validated with experimental data of two strains of study of the cyanobacterium Synechocystis. Although the results were satisfactory, the use of the Lambert-Beer Law with a constant attenuation value, cannot correctly model the part of the light field with less intensity, where the attenuation coefficient ceases to be constant and the behaviour deviates from the exponential. Therefore, it was decided to model the light field with a function that generalizes the exponential case through the use of fractional calculus. A Mittag-Leffler function was used that fulfilled the formal requirements and offered a better data fit than that obtained with the Lambert-Beer law. As a remarkable finding, it was determined that the value of this parameter, which characterises the Mittag-Leffler function, was the same for the empirical data of both studied strains. This work was published in the contribution called "Estimation of the light field in photosynthetic microorganism cultures through Mittag-Leffler functions at depleted light conditions" in the journal Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. Thereafter we proceeded to use both research works to calculate the light field within Synechocystis cultures and relate it to its maximum productivity. Specifically, it has been studied, as an indicator of the performance of photosynthesis, the production of oxygen and the associated respiratory mechanisms under different light intensities. This research is in its final phase and the writing of the article is being finalised to submit it to a scientific journal soon. This manuscript is entitled "Experimental characterization of Synechocystis sp. PCC 6803 cultures productivity up on light conditions". Finally, a fourth contribution entitled "Individual pigment contribution to overall in vivo absorption in Synechocystis sp. PCC 6803 cells" is under development. This research studies the amount of light absorbed by Synechocystis chromophores according to the type of employed illumination and calculates the concentration of pigments present in the cell. / La present tesi doctoral, titulada "Contribution to the modelling of the light field distribution within Synechocystis sp. PCC 6803 cultures and its influence on cellular photosynthesis processes", engloba diversos treballs l'objectiu dels quals és avançar en la compressió de la distribució lumínica en cultius de cianobacteris i en els efectes de la llum sobre els mecanismes fotosintètics d'aquests microorganismes. Llavors, es tracta en definitiva d'un altre pas cap a la integració de models matemàtics sobre la fotosíntesi a nivell cel·lular i a escala de cultiu. En primer lloc, per a comprendre com es comporta un cultiu de bacteris fotosintètics, és fonamental predir la distribució del camp de llum al llarg del perfil del bioreactor, tant a nivell d'intensitat total, com pel que fa a la seua distribució de flux de fotons. La distribució de longituds d'ona present en el medi és important ja que molts processos de la fotosíntesi estan regulats per certes longituds d'ona i, per tant, estan modulats per la distribució espectral - el color - de la llum. Aprofitant les propietats inherents òptiques del cultiu, es va desenvolupar un model matemàtic basat en el concepte de camp auto-consistent. Aquest algoritme, batejat en la corresponent publicació com Auto-consistent Field Approximation Algorithm (AFA), proporciona una predicció del camp lumínic, incloent l'evolució espectral del mateix al llarg del camí òptic, per a cultius aclimatats a diferents valors de radiació. Aquesta investigació es va publicar a la revista Algal Research mitjançant l'article titulat "Light distribution and espectral composition within cultures of micro-algae: Quantitative modelling of the light field in photobioreactors", en què es valida l'algoritme amb dades experimentals de dues soques d'estudi de la cianobacteri Synechocystis. Si bé els resultats van ser satisfactoris, l'ús de la llei de Lambert-Beer amb un valor constant d'atenuació no permet modelitzar la part del camp de llum amb menys intensitat, on el coeficient d'atenuació deixa de ser constant i el comportament es desvia del exponencial. Per això, es va decidir modelitzar el camp de llum amb una funció que generalitza el cas exponencial mitjançant l'ús de càlcul fraccionari. Es va emprar una funció de Mittag-Leffler que complia amb els requisits formals i oferia un ajust de les dades millor a l'obtingut mitjançant la llei de Lambert-Beer. Com una troballa notable, es va determinar que el valor d'aquest paràmetre, que caracteritza la funció de Mittag-Leffler, era el mateix per a les dades empíriques de les dues soques estudiades. Aquest treball es va publicar en la contribució anomenada "Estimation of the light field inside Photosynthetic microorganisme cultures through Mittag-Leffler functions at depleted light conditions" a la revista Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. Després, es va procedir a utilitzar sengles treballs d'investigació per calcular el camp de llum en un cultiu de Synechocystis i relacionar-lo amb la seua productivitat màxima. En concret s'ha estudiat, com a indicador del rendiment de la fotosíntesi, la producció d'oxigen i els mecanismes respiratoris associats a diferents intensitats de llum. Aquesta investigació està en la seua fase final i s'està ultimant l'escriptura de l'article per enviar-lo a una revista científica pròximament. Dit manuscrit es titula "Experimental characterisation of Synechocystis sp. PCC 6803 cultures productivity up on light conditions". Finalment, s'està desenvolupant una quarta contribució titulada "Individual pigment contribution to overall in vivo absorption in Synechocystis sp. PCC 6803 cells". Aquesta recerca estudia la quantitat de llum absorbida pels cromòfors de Synechocystis en funció del tipus d'il·luminació utilitzada i calcula la concentració de pigments presents en la cèl·lula. / Fuente Herraiz, D. (2018). Contribution to the modelling of the light field distribution within Synechocystis sp. PCC 6803 cultures and its influence on cellular photosynthesis processes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/106362 / Compendio

[ES] Los humedales son uno de los ecosistemas más importantes del planeta. En los distintos hábitats que albergan convive un gran número de especies, siendo un reservorio de biodiversidad. Además, al ser sumideros de carbono (CO2, ) son un aliado natural en la lucha contra el cambio climático. Los humedales resultan imprescindibles para el cumplimiento de los objetivos de sostenibilidad de la Agenda 2030. Desgraciadamente, la desaparición de estos espacios naturales es alarmante, especialmente acelerada durante el siglo XX y lo que llevamos de siglo XXI. Uno de los motivos más importantes que causa su pérdida y degradación es la falta de recursos hídricos. En general, en situaciones de estrés hídrico, es necesario aportar agua procedente de fuentes externas. La elección de las fuentes de recursos hídricos supone un complejo problema de decisión. La calidad del agua debe ser la adecuada para garantizar la sostenibilidad del humedal. En esta tesis se elabora una metodología para resolver ese problema. Se ha aplicado al caso de las Tablas de Daimiel, pero puede ser utilizada en cualquier otro humedal. A partir de los valores de referencia del humedal se han elaborado unas funciones de rating que permiten asignar puntuación a los distintos valores de los parámetros fisicoquímicos. Hay una función de rating para cada uno de los parámetros. Las funciones son específicas del humedal cuya regeneración hídrica se pretende. Se ha asignado un peso a los distintos parámetros fisicoquímicos para considerar la diferente repercusión de cada uno de ellos en la calidad del agua. Para ello se ha llevado a cabo un análisis mediante el Analytical Hierarchical Process (AHP). Agregando las funciones de rating con los pesos obtenidos se ha diseñado un índice de sostenibilidad (WRSM). Las fuentes de agua más adecuadas toman valores más altos del índice, en contraposición con las menos aconsejables.Todo el proceso descrito se ha aplicado a las Tablas de Daimiel, comprobándose su utilidad y eficacia para evaluar diferentes tipos de aguas procedentes de muy diversas fuentes. La metodología desarrollada es novedosa, completamente reproducible y además es aplicable a cualquier otro humedal, por lo que puede constituir una nueva herramienta para abordar la importante y compleja tarea que supone la restauración hídrica de humedales. / [CA] Els aiguamolls són un dels ecosistemes més importants del planeta. En els diferents hàbitats que alberguen conviu un gran nombre d'espècies, sent un *reservorio de biodiversitat. A més, en ser embornals de carboni (CO¿, ) són un aliat natural en la lluita contra el canvi climàtic. Els aiguamolls resulten imprescindibles per al compliment dels objectius de sostenibilitat de l'Agenda 2030. Desgraciadament, la desaparició d'aquests espais naturals és alarmant, especialment accelerada durant el segle XX i el que portem de segle XXI. Un dels motius més importants que causa la seua pèrdua i degradació és la falta de recursos hídrics. En general, en situacions d'estrés hídric, és necessari aportar aigua procedent de fonts externes. L'elecció de les fonts de recursos hídrics suposa un complex problema de decisió. La qualitat de l'aigua ha de ser l'adequada per a garantir la sostenibilitat de l'aiguamoll. En aquesta tesi s'elabora una metodologia per a resoldre aqueix problema. S'ha aplicat al cas de les Taules de Daimiel, però pot ser utilitzada en qualsevol altre aiguamoll. A partir dels valors de referència de l'aiguamoll s'han elaborat unes funcions de ràting que permeten assignar puntuació als diferents valors dels paràmetres fisicoquímics. Hi ha una funció de ràting per a cadascun dels paràmetres . Les funcions són específiques de l'aiguamoll la regeneració hídrica del qual es pretén. S'ha assignat un pes als diferents paràmetres fisicoquímics per a considerar la diferent repercussió de cadascun d'ells en la qualitat de l'aigua. Per a això s'ha dut a terme una anàlisi mitjançant el Analytical *Hierarchical *Process (*AHP). Agregant les funcions de ràting amb els pesos obtinguts s'ha dissenyat un índex de sostenibilitat (*WRSM). Les fonts d'aigua més adequades prenen els valors més alts de l'índex, en contraposició amb les menys aconsellables. Tot el procés descrit s'ha aplicat a les Taules de Daimiel, comprovant-se la seua utilitat i eficàcia per a avaluar diferents tipus d'aigües procedents de molt diverses fonts. La metodologia desenvolupada és nova, completament reproduïble i a més és aplicable a qualsevol altre aiguamoll, per la qual cosa pot constituir una nova eina per a abordar la important i complexa tasca que suposa la restauració hídrica d'aiguamolls. / [EN] Wetlands are one of the most important ecosystems on the planet. A large number of species coexist in the different habitats that are home to wetlands. They are a reservoir of biodiversity. Furthermore, being carbon sinks (CO2, ), wetlands are a natural ally in the fight against climate change. Wetlands are essential to meet the sustainability goals of the 2030 Agenda. Unfortunately, the disappearance of these natural spaces is alarming, especially accelerated during the 20th century and so far in the 21st century. One of the most important reasons that causes its loss and degradation is the lack of water resources. In general, in situations of water stress, it is necessary to obtain water from external sources. The choice of sources of water resources is a complex decision problem. The quality of the water must be adequate to guarantee the sustainability of the wetland. This thesis develops a methodology to solve this problem. It has been applied to the case of the Tablas de Daimiel wetland, but it can be used in any other wetland. Based on the reference values of the wetland, qualification functions have been developed. These functions evaluate the physicochemical parameters. There is a rating function for each of the parameters. The functions are specific to the wetland whose water regeneration is intended. A weight has been assigned to the different physicochemical parameters to consider the different impact of each of them on water quality. For this, an analysis has been carried out using the Analytical Hierarchy Process (AHP). Adding the rating functions with the weights obtained, a sustainability index (WRSM) has been designed. The most suitable water sources take the highest values of the index, compared to the least recommended. The entire process described has been applied to the Tablas de Daimiel wetland, demonstrating its usefulness and effectiveness for evaluating different types of water from very diverse sources. The methodology developed is novel, completely reproducible and also applicable to any other wetland, so it can be a new tool to address the important and complex task of hydrological restoration in wetlands. / Benítez Navío, A. (2023). Metodología para la toma de decisiones estratégicas en la asignación sostenible de recursos para la recuperación hidrológica de humedales en situación de estrés hídrico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192828

[ES] El presente trabajo titulado "Elaboración y caracterización de láminas delgadas híbridas orgánico-inorgánicas de perovskita para células solares fotovoltaicas" es una contribución a la mejora del rendimiento y la capacidad de las láminas delgadas de perovskita para su uso en células solares fotovoltaicas. Este trabajo de investigación de laboratorio se divide en dos partes principales. La primera parte está dedicada a la preparación con éxito de películas finas de perovskita basadas en metilamonio MA, formamidinio FA y cesio Cs utilizando precursores, y también a la fabricación preliminar de polvos MAPbI3, MAPbBr3 y MAPbCl3. Se hizo hincapié en la mezcla de halógenos y el dopado. Estas películas finas se caracterizaron con vistas a su uso en células solares. Los resultados muestran que las láminas delgadas producidas son muy adecuadas para su uso como láminas delgadas absorbentes en células solares fotovoltaicas. Además, se estudiaron las distintas propiedades de las películas finas para evaluar su rendimiento. La segunda parte se ocupa del estudio del envejecimiento de las películas delgadas producidas. Esta parte de la investigación está dirigida a estudiar la estabilidad de las películas delgadas producidas. Las películas procesadas se caracterizan primero en estado fresco y luego se exponen al ambiente. Después de 4 semanas de exposición, se caracterizaron nuevamente. Los resultados de las caracterizaciones de las películas envejecidas comparadas con las de las películas frescas muestran el estado de deterioro de las películas. Dependiendo de sus propiedades, estos resultados comparativos muestran que algunas películas son más resistentes a la intemperie que otras. Las películas producidas se caracterizaron principalmente por XRD, SEM, absorción UV- visible y, para algunas películas se añadió AFM y EDS. / [CA] Aquest treball és una contribució per millorar el rendiment i la capacitat de les pel·lícules primes de perovskita per al seu ús en cèl·lules solars fotovoltaiques. Aquest treball de recerca de laboratori es divideix en dues parts principals. La primera part està dedicada a la fabricació de pols MAPbI3, MAPbBr3 i MAPbCl3 i també a la preparació i caracterització de pel·lícules primes per al seu ús en cèl·lules solars. Els resultats van mostrar que les pel·lícules primes produïdes són molt adequades per al seu ús com a pel·lícules primes absorbents en cèl·lules solars fotovoltaiques. A més, es van estudiar les diverses propietats de les pel·lícules primes per avaluar-ne el rendiment. La segona part s'ocupa de l'estudi de l'envelliment de les pel·lícules primes produïdes. Aquesta part de la investigació està adreçada a estudiar l'estabilitat de les pel·lícules primes produïdes. Les pel·lícules processades es caracteritzen primer en estat fresc i després s'exposen a l'ambient. Després de 4 setmanes d¿exposició, es van caracteritzar novament. Els resultats de les caracteritzacions de les pel·lícules envellides comparades amb les de les pel·lícules fresques mostren l'estat de deteriorament de les pel·lícules. Depenent de les seves propietats, aquests resultats comparatius mostren que algunes pel·lícules són més resistents a la intempèrie que d'altres. Les pellícules produïdes es van caracteritzar principalment per XRD, SEM, absorció UV- visible i, per a algunes pel·lícules es va afegir AFM i EDS. / [EN] The present work is a contribution to enhancing the performance and capacity of perovskite thin films for use in photovoltaic solar cells. This laboratory research work is divided into two main parts. The first part is devoted to the manufacture of MAPbI3, MAPbBr3 and MAPbCl3 powders and also to the successful preparation and characterisation of thin films for use in solar cells. The results showed that the thin films produced are well suited to their use as absorbing thin films in photovoltaic solar cells. In addition, the various properties of the thin films were studied in order to assess their performance. The second part deals with the study of the ageing of the thin films produced. This part of the research is aimed at studying the stability of the thin films produced. The processed films are first characterised fresh and then exposed to the ambient environment. After 4 weeks of exposure, they were characterised again. The results of the characterisations of the aged films compared with those of the fresh films show the state of deterioration of the films. Depending on their properties, these comparative results show that some films are more resistant to the elements than others. The characterisations carried out are mainly XRD, SEM, UV-visible absorption and, for some films, AFM and EDS. Key words: development, characterisation, thin films, stability, MAPbX3, FAPbX3, CsPbX3, powders / Doumbia, Y. (2024). Elaboration et caractérisation des couches minces pérovskites hybrides organiques-inorganiques pour les cellules solaires photovoltaïques [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202699

Tesis por compendio / [ES] Las células solares de perovskitas de haluros (HaPSC) se han convertido en uno de los principales candidatos para la producción de dispositivos fotovoltaicos de nueva generación. Sin embargo, su comercialización exige que cumplan estrictos requisitos de rendimiento, seguridad y longevidad. Se sabe que la estabilidad intrínseca de las perovskitas de haluro está estrechamente relacionada con la química de los defectos que se producen en su interior, ya que algún defecto puede participar o iniciar procesos de degradación. Además, algunos de los defectos más comunes en estos sistemas crean estados de trampa poco profundos y electrónicamente activos, que pueden influir en procesos clave como el transporte y recombinación de cargas, lo que los convierte en fundamentales para determinar el rendimiento de los dispositivos. La ingeniería de disolventes ha cobrado importancia como técnica para controlar la cristalización de películas delgadas de haluros de perovskita, lo que ha dado lugar a mejoras experimentalmente observables en la calidad y estabilidad de los cristales, así como a reducciones significativas en las densidades de defectos. A pesar de los importantes esfuerzos realizados recientemente para desarrollar las HaPSC, el rendimiento y la estabilidad de las composiciones con bandas prohibidas anchas han quedado rezagados con respecto a las composiciones para los dispositivos de unión única. El objetivo de esta tesis es abordar este problema desarrollando técnicas experimentales para mejorar las perovskitas inorgánicas de haluros mixtos. Aunque la ingeniería de disolventes puede introducir, reducir o pasivar defectos electrónicamente activos (dopantes) en las perovskitas de haluro, se han realizado relativamente pocas investigaciones sobre los procesos físicos que se producen en los sistemas dopados. Además, las químicas activas de estos sistemas, que aún se están investigando, pueden dar lugar a comportamientos transitorios o a la activación de procesos complejos, lo que complica los esfuerzos experimentales. En esta tesis, estos problemas se superan empleando simulaciones por ordenador para investigar el origen y los factores que dan lugar a niveles óptimos de dopaje en las HaPSCs. Esta tesis doctoral se compone de tres artículos que han sido publicados en revistas indexadas. Dos de ellos desarrollan técnicas experimentales para controlar la cristalización de la película y la estabilidad de las perovskitas de bandas prohibidas anchas. El tercer artículo investiga el papel que desempeñan los dopantes electrónicos en el rendimiento de los dispositivos y cómo pueden aprovecharse para producir HaPSC superiores. En conjunto, estos resultados aportan nuevos conocimientos y técnicas a los experimentadores que trabajan con dispositivos de alto rendimiento. / [CA] Les cèl·lules solars de perovskita d'halur (HaPSC) s'han convertit en un dels principals candidats per a la producció de dispositius fotovoltaics de nova generació. Tanmateix, la seua comercialització requereix que compleixen exigències estrictes en termes de rendiment, seguretat i longevitat. Se sap que l'estabilitat intrínseca de les perovskites d'halur està estretament relacionada amb les químiques de defectes que es produeixen dins d'elles, ja que algun defecte pot participar o iniciar processos de degradació. A m¿es, alguns defectes predominants en aquests sistemes creen estats de trampa poc profunds i electrònicament actius, que poden influir en processos clau com el transport i la recombinació de càrregues, fent-los clau per determinar el rendiment dels dispositius. L'enginyeria de dissolvents ha guanyat rellevància com a tècnica per controlar la cristal·lització de pel·lícules primes de perovskita d'halur, donant lloc a millores experimentalment observables en la qualitat i l'estabilitat dels cristalls, així com a reduccions significatives de la densitat de defectes. Malgrat els esforços recents substancials per desenvolupar les HaPSC, el rendiment i l'estabilitat de les composicions de bandes prohibides amples s'han quedat per darrere de les adequades per a dispositius d'unió única. L'objectiu d'aquesta tesi és abordar aquest problema mitjançant el desenvolupament de tècniques experimentals per millorar les perovskites inorgàniques d'halur mixtos. Tot i que l'enginyeria de dissolvents pot introduir, reduir o passivar defectes electrònicament actius (dopants) en perovskites d'halur, hi ha hagut relativament poques investigacions sobre els processos físics que es produeixen en sistemes dopats. A més, les químiques actives d'aquests sistemes, que encara s'estan investigant, poden donar lloc a comportaments transitoris o a l'activació de processos complexos, cosa que complica els esforços experimentals. En aquesta tesi, aquests problemes es superen mitjançant l'ús de simulacions per ordinador per investigar l'origen i els factors que donen lloc a nivells òptims de dopatge en les HaPSC. Aquesta tesi doctoral està formada per tres articles que s'han publicat en revistes indexades. Dos d'aquests desenvolupen tècniques experimentals per controlar la cristal·lització de la pel·lícula i l'estabilitat de les perovskites de bandes prohibides amples. El tercer article investiga el paper que tenen els dopants electrònics a l'hora de determinar el rendiment dels dispositius i com es poden aprofitar per produir HaPSC superiors. En conjunt, aquests resultats generen noves idees i proporcionen tècniques per als experimentadors que treballen amb dispositius d'alt rendiment. / [EN] Halide perovskite solar cells (HaPSCs) have become one of the leading candidates for the production of next generation photovoltaic devices. However, commercialisation requires them to meet stringent demands in terms of performance, safety and longevity. The intrinsic stability of halide perovskites is known to be closely related to defect chemistries occurring within them since some defects can participate in, or initiate, degradation processes. Moreover, some common defects in these systems create electronically active shallow trap states, which can influence key processes such as charge transport and recombination - making them key in determining device performance. Solvent engineering has gained relevance as a technique for controlling the crystallisation of halide perovskite thin films, leading to experimentally observable improvements in crystal quality and stability as well as meaningful reductions in defect densities. Despite substantial recent efforts into developing HaPSCs, the performance and stability of wide-bandgap compositions has lagged behind those suitable for single-junction devices. The aim of this thesis is to address this problem by developing experimental techniques for improving mix-halide inorganic perovskites. Although solvent engineering can introduce, reduce or passivate electronically active defects (dopants) in halide perovskites, there have been relatively few investigations into the physics occurring in doped systems. Moreover, the active chemistries in these systems, which are still under investigation, can result in transient behaviours or the activation of complex processes - complicating experimental efforts. In this thesis, these problems are overcome by employing computer simulations to investigate the origin and factors giving rise to optimal doping levels in HaPSCs. This doctoral thesis is made up of three articles which have been published in indexed journals. Two of these develop experimental techniques for controlling the film crystallisation and stability of wide-bandgap perovskites. The third article investigates the role of electronic dopants in determining device performance, and how they may be harnessed to produce superior HaPSCs. Together, these results generate new insights and provide techniques for experimentalists working with high performance devices. / This work was funded by the Generalitat Valenciana (ACIF/2020/286), the Ministerio de Economía y Competitividad (Grant Number PID2019-107137RB-C21), European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (Marie Sklodowska-Curie grant No. 893194), the French Agence Nationale de la Recherche (contract number ANR-17-MPGA-0012), and the French government in the frame of the program of investments for the future (Programme d’investissement d’Avenir ANR-IEED-002-01) Alexander Wyn Stewart. acknowledges the Generalitat Valenciana and the EU for financial support (ACIF/2020/286). / Stewart, AW. (2024). Hybrid Perovskites for Photovoltaic Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202847 / Compendio

El análisis sistémico de datos biomédicos procedentes de diferentes niveles biológicos abre amplias expectativas en el proceso de toma de decisiones médicas. Las nuevas tecnologías biomédicas permiten la interpretación del origen de las afecciones que sufren los pacientes, trasladando el paradigma de decisión hacia la medicina basada en la evidencia. Esta Tesis centra su atención en la ayuda al diagnóstico del cáncer asistida por ordenador. El objetivo de nuestro estudio es obtener unos resultados de alto acierto en clasificación, que ofrezcan transparencia en su interpretación mediante conocimiento médico y capacidad de generalización cuando se aplican a pacientes procedentes de múltiples centros estudiados con posterioridad. Los aspectos técnicos cubiertos en esta Tesis incluyen el procesamiento, modelado, extracción de características, y combinación de datos biomédicos; así como la inferencia y evaluación de modelos predictivos de dichos datos y la integración de los modelos predictivos en sistemas de ayuda a la decisión para entornos clínicos. Concretamente, estos puntos se abordan para dos problemas médicos: el diagnóstico de Tumores de Partes Blandas (TPB) y, especialmente, el diagnóstico de Tumores Cerebrales (TC). En los desarrollos realizados para el problema de TPB con hallazgos de imagen se alcanzó una alta eficacia en la clasificación basada en Reconocimiento de Formas de tumores según su carácter benigno o maligno. Un sistema de ayuda a la decisión especializado para el problema de TPB fue diseñado e implementado a partir de los clasificadores aprendidos a partir de una base de datos multicéntrica. Las contribuciones de esta Tesis al estudio de Tumores Cerebrales incluyen el análisis de señales biomédicas in-vivo y ex-vivo del paciente. Ha sido propuesta una nueva aproximación para la combinación de Espectros de Resonancia Magnética (ERM) adquiridos para un mismo paciente con diferentes tiempos de eco (TE corto y TE largo) ha sido propuesta. También se / García Gómez, JM. (2009). Pattern recognition approaches for biomedical data in computer-assisted cancer research [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4602

El objetivo fundamental de la Tesis Doctoral es la obtención de espectros estocásticos de respuesta a partir de modelos sismológicos. Para ello se asume que la acción sísmica se puede definir de modo estocástico a partir de los espectros de amplitudes que proporcionan los modelos sismológicos, tanto estacionarios como no estacionarios. Con ese fin, se realiza una profunda revisión bibliográfica sobre los diversos modelos sismológicos propuestos hasta la fecha, identificando las distintas funciones y procesos representados y proponiendo una formulación unificada de los mismos. Se estudian los modelos sismológicos de fuente y las funciones relacionadas con las condiciones locales del emplazamiento que dan lugar a los denominados modelos sismológicos de emplazamiento. Se revisan una amplia gama de éstos, tanto estacionarios como no estacionarios, los cuales se han aplicado en diferentes zonas sismogenéticas del planeta. La definición estocástica de la acción sísmica se lleva a cabo, en primer lugar, mediante la elección de un modelo de proceso estocástico no estacionario. En el presente trabajo se ha escogido el modelo evolutivo de Priestley, que se define a partir de un proceso estacionario subyacente modulado por una función de intensidad, en principio compleja. En la Tesis se estudia con detalle la relación entre modelo sismológico y proceso subyacente a través de la duración del sismo y la correcta estimación de la función de intensidad. Con este fin, se introduce una nueva definición de duración que se denomina duración estacionaria equivalente ya que se basa en establecer un criterio de equivalencia entre el proceso no estacionario y el proceso estacionario subyacente a partir de la intensidad de Arias de ambos. Además, se asume que el proceso evolutivo es uniformemente modulado con el fin de desarrollar un método para obtener la función de intensidad a partir de un solo registro sísmico, que será dependiente sólo del tiempo. El procedimiento de estimación de la / Ferrer Ballester, I. (2009). Simulación estocástica de espectros sísmicos de respuesta cinemática a partir de modelos sismológicos no estacionarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6063

La radiación solar que alcanza la superficie de la Tierra tras su paso por la atmósfera es medida y analizada por el hombre de muy diversas formas dada su importancia como fuente de energía para nuestro planeta. Los procesos físicos que se producen entre está y la atmósera en su interacción se han modelado para su comprensión y para ello es preciso el tratamiento espectral, pues su interacción con la atmósfera depende de la longitud de onda. A partir de la modelización espectral se han construido modelos integrados de toda la banda, o de banda ancha, que explican las transformaciones que sufre el conjunto de toda la energía del espectro solar. La banda ancha a su vez ha sido ampliamente medida y observada, y la variabilidad que ésta experimenta entre sus componentes global y difusa, han servido con la aplicación de dichos modelos para conocer a través de medidas radiométricas el estado de la atmósfera, la mayor o menor presencia de aerosoles, las condiciones de visibilidad o de nubosidad, entre otras. No obstante, determinadas bandas del espectro solar por su importancia para el hombre y para los seres vivos en general, especialmente algunas de la zona ultravioleta y la banda visible, o de Chappuis, centran la atención de los investigadores y son ampliamente medidas y analizadas. En las estaciones de medidas radiométricas es frecuente archivar datos de radiación instantánea, o irradiancia, de banda ancha, y junto con los de ésta, a menudo, los de bandas parciales del espectro solar. También se mide en muchas estaciones irradiancia espectral, aunque no de forma tan extendida como la irradiancia de banda, total o parcial. La medida espectral o incluso la que podríamos denominar monocromática de la radiación es más precisa y da más información de los procesos que ha experimentado la radiación, pues si interacción con cada componente atmosférico es diferente en función de la logitud de onda. No obstante, la irradiancia de toda la banda al atravesar la atmósfera, se ha / Serrano Jareño, MA. (2007). Estudio de irradiancia de bandas del espectro solar. Factores de banda para la caracterización de condiciones atmosféricas en Valencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27595

[EN] Nature is nonlinear. The linear description of physical phenomena is useful for explain observations with the simplest mathematical models, but they are only accurate for a limited range of input values. In the case of intense acoustics waves, linear models obviate a wide range of physical phenomena that are necessary for accurately describe such high-amplitude waves, indispensable for explain other exotic acoustic waves and mandatory for developing new applied techniques based on nonlinear processes. In this Thesis we study the interactions between nonlinearity and other basic wave phenomena such as non-classical attenuation, anisotropic dispersion and periodicity, and diffraction in specific configurations. First, we present intense strain waves in a chain of cations coupled by realistic interatomic potentials. Here, the nonlinear ionic interactions and lattice dispersion lead to the formation of supersonic kinks. These intrinsically-nonlinear localized dislocations travel long distances without changing its properties and explain the formation of dark traces in mica crystals. Then, we analyze nonlinear wave processes in a system composed of multilayered acoustic media. The rich nonlinear dynamics of this system is characterized by its strong dispersion. Here, harmonic generation processes and the relation with its band structure are presented, showing that the nonlinear processes can be enhanced, strongly minimized or simply modified by tuning the layer parameters. In this way, we show how the dynamics of intense monochromatic waves and acoustic solitons can be controlled by artificial layered materials. In a second part, we include diffraction and analyze four types of singular beams. First, we study nonlinear beams in two dimensional sonic crystals. In this system, the inclusion of anisotropic dispersion is tuned for obtain simultaneous self-collimation for fundamental and second harmonic beams. The conditions for optimal second harmonic generation are presented. Secondly, we present limited diffraction beam generation using equispaced axisymmetric diffraction gratings. The obtained beams are truncated version of zero-th order Bessel beams. Third, the grating spacing can be modified to achieve focusing, where the generated nonlinear beams presents high gain, around 30 dB, with a focal width which is between the diffraction limit and the sub-wavelength regime, but with its characteristic high amplitude side lobes strongly reduced. Finally, we observe that waves diffracted by spiral-shaped gratings generate high-order Bessel beams, conforming nonlinear acoustic vortex. The conditions to obtain arbitrary-order Bessel beams by these passive elements are presented. Finally, the interplay of nonlinearity and attenuation in biological media is studied in the context of medical ultrasound. First, a numerical method is developed. The method solves the constitutive relations for nonlinear acoustics and the frequency power law attenuation of biological media is modeled as a sum of relaxation processes. A new technique for reducing numerical dispersion based on artificial relaxation is included. Second, this method is used to study the harmonic balance as a function of the power law, showing the role of weak dispersion and its impact on the efficiency of the harmonic generation in soft-tissues. Finally, the study concerns the nonlinear behavior of acoustic radiation forces in frequency power law attenuation media. We present how the interplay between nonlinearity and the specific frequency power law of biological media can modify the value for acoustic radiation forces. The relation of the nonlinear acoustic radiation force with thermal effects are also discussed. The broad range of nonlinear processes analyzed in this Thesis contributes to understanding the behavior of intense acoustic waves traveling trough complex media, while its implications for enhancing existent applied acoustics techniques are presented. / [ES] La Naturaleza es no lineal. La descripción lineal de los fenómenos físicos es de gran utilidad para explicar nuestras observaciones con modelos matemáticos simples, pero éstos sólo son precisos en un limitado rango de validez. En el caso de onda acústica de alta intensidad, los modelos lineales obvian un amplio rango de fenómenos físicos que son necesarios para describir con precisión las ondas de gran amplitud, pero además son necesarios para explicar otros procesos más exóticos e indispensables para desarrollar nuevas aplicaciones basadas en propagación no lineal. En esta Tesis, estudiamos las interacciones entre no linealidad y otros procesos complejos como atenuación no-clásica, dispersión anisotrópica y periodicidad, y difracción en configuraciones específicas. En primer lugar, presentamos ondas de deformación en una cadena de cationes acoplados por potenciales realísticas. Aquí, las interacciones no lineales entre iones, producen la conformación de kinks supersónicos. Estas dislocaciones localizadas intrínsecamente no lineales viajan por la red largas distancias sin variar sus propiedades, y pueden explicar la formación de trazas en minerales como la mica. Aumentando la escala del problema, estudiamos los procesos acústicos no lineales en medios multicapa. La rica dinámica de estos medios está caracterizada por la fuerte dispersión debido a la periodicidad del sistema. Aquí, estudiamos los procesos de generación de harmónicos, mostrando como modificando la estructura podemos potenciar, minimizar, o simplemente modificar artificialmente la transferencia de energía entre las componentes espectrales, y de esta manera controlar la dinámica de las ondas y solitones en el interior de la estructura. En la segunda parte, incluimos difracción y analizamos cuatro tipos de haces singulares. En primer lugar, analizamos haces ultrasónicos no lineales en cristales de sonido bidimensionales. En este sistema, las propiedades de anisotropía del medio son ajustadas para obtener la auto-colimación simultánea del primer y segundo harmónico. Así, se obtiene la propagación no difractiva para las dos componentes. En segundo lugar, presentamos haces de difracción limitada empleando rejillas de difracción axisimétricas. Por último, demostramos la generación de haces de Bessel de orden superior mediante estructuras en espiral. En la última parte, estudiamos la competición entre no linealidad y la atenuación y dispersión observable en medios biológicos en el contexto de las aplicaciones de biomédicas de los ultrasonidos. En primer lugar desarrollamos un nuevo método computacional para la dependencia frecuencial en forma de ley de potencia de la absorción característica de los tejidos. Este método en dominio temporal es usado posteriormente para revisar los procesos básicos no lineales prestando especial interés en el paper de la dispersión del tejido. Por último, la resolución de las ecuaciones constitutivas nos permite abordar la descripción no lineal de la fuerza de radiación acústica producida en tejidos biológicos, y las implicaciones existentes con la deposición de energía y transferencia de momento para ondas ultrasónicas de alta intensidad. El amplio abanico de procesos no lineales analizados en esta tesis contribuye a una mejor comprensión de la dinámica de las ondas acústicas de alta intensidad en medios complejos, donde las implicaciones existentes en cuanto a la mejora de sus aplicaciones prácticas son puestas de manifiesto. / [CA] La Naturalesa és no lineal. La descripció lineal dels fenòmens físics és de gran utilitat per a explicar les nostres observacions amb models matemàtics simples, però aquests sol són precisos en un limitat rang de validesa. En el cas d'ona acústica d'alta intensitat, els models lineals obvien un ampli rang de fenòmens físics que són necessaris per a descriure amb precisió les ones de gran amplitud, però a més són necessaris per a explicar altres processos més exòtics i indispensables per a desenvolupar noves aplicacions basades en propagació no lineal. En aquesta Tesi, estudiem les interaccions entre no-linealitat i altres processos complexos com atenuació no-clàssica, dispersió anisotròpica i periodicitat, i difracció en configuracions específiques. En primer lloc, presentem ones de deformació en una cadena de cations acoblats per potencials realistes. Ací, les interaccions no lineals entre ions, produeixen la conformació de kinks supersònics. Aquestes dislocacions localitzades intrínsecament no lineals viatgen per la xarxa llargues distàncies sense variar les seues propietats, i poden explicar la formació de traces en minerals com la mica. Augmentant l'escala del problema, estudiem els processos acústics no lineals en mitjans multicapa. La rica dinàmica d'aquests mitjans es caracteritza per la forta dispersió a causa de la periodicitat del sistema. Ací, estudiem els processos de generació d'harmònics, mostrant com modificant l'estructura podem potenciar, minimitzar, o simplement modificar artificialment la transferència d'energia entre les components espectrals, i d'aquesta manera controlar la dinàmica de les ones i solitons a l'interior de l'estructura. En la segona part, incloem difracció i analitzem quatre tipus de feixos singulars. En primer lloc, analitzem feixos ultrasònics no lineals en cristalls de so bidimensionals. En aquest sistema, les propietats d'anisotropia del medi són ajustades per a obtenir l'acte-col·limació simultània del primer i segon harmònic. Així, s'obté la propagació no difractiva per a les dues components. En segon lloc, presentem feixos de difracció limitada emprant reixetes de difracció axisimètriques. Per últim, vam demostrar la generació de feixos de Bessel d'ordre superior mitjançant estructures en espiral. En l'última part, estudiem la competició entre no linealitat i l'atenuació i dispersió observable en medis biològics en el context de les aplicacions biomèdiques dels ultrasons. En primer lloc desenvolupem un nou mètode computacional per a la dependència freqüencial en forma de llei de potència de l'absorció característica dels teixits biològics. Aquest mètode en domini temporal és usat posteriorment per a revisar els processos bàsics no lineals prestant especial interés en el paper de la dispersió del teixit. Per últim, la resolució de les equacions constitutives ens permet abordar la descripció no lineal de la força de radiació acústica produïda en teixits biològics, i les implicacions existents amb la deposició d'energia i transferència de moment per a ones ultrasòniques d'alta intensitat. L'ampli ventall de processos no lineals analitzats en aquesta tesi contribueix a una millor comprensió de la dinàmica de les ones acústiques d'alta intensitat en medis complexos, on les implicacions existents quant a la millora de les seues aplicacions practiques són posades de manifest. / Jiménez González, N. (2015). Nonlinear Acoustic Waves in Complex Media [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53237 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales