El presente proyecto de investigación consiste en la adición de dos sustancias tales como la nanoplaqueta de grafeno (NPG) y aserrín al concreto para la producción de adoquines de alto tránsito para luego verificar su resistencia a compresión, resistencia a la flexión y resistencia al desgaste por abrasión. Se elaboraron 135 adoquines de concreto para una resistencia de f’c = 420 kg/cm2. Se formaron 4 grupos de 27 adoquines con diferentes combinaciones de 0.05% NPG - 1.0% A, 0.05% NPG - 1.5% A, 0.10% NPG - 1.0% A, y 0.10% NPG - 1.5% A; las cuales estas sustancias serán sometidas primero a análisis previos tales como el análisis químico del aserrín y la dispersión de la nanoplaqueta de grafeno para posteriormente adicionarlos a la mezcla. Los resultados mostraron una alta resistencia en la combinación de 0.05% NPG - 1.0% A y 0.05% NPG - 1.5% A, son superiores al adoquín patrón en 9.58% y 3.73% respectivamente. Con respecto a la resistencia a la flexión el que presento mejores resultados es la combinación de 0.05% NPG - 1.5% A, cumpliendo con la norma. En la prueba de resistencia al desgaste por abrasión es variable debido a diversos factores como el agregado, las adiciones y/o los agrietamientos de la superficie del adoquín. / The present research project consists of the addition of two substances such as graphene nanoplatelet (NPG) and sawdust to concrete for the manufacture of high traffic pavers to subsequently verify their resistance to compression, bending and abrasive wear. A total of 135 concrete pavers with a strength of f'c = 420 kg/cm2 were manufactured. Four groups of 27 pavers were formed with different combinations of 0.05% NPG - 1.0% A, 0.05% NPG - 1.5% A, 0.10% NPG - 1.0% A, and 0.10% NPG - 1.5% A; these substances were first subjected to preliminary analyses such as chemical analysis of sawdust and dispersion of graphene nanoplatelet and then added to the mix. The results showed high strength in the combination of 0.05% NPG - 1.0% A and 0.05% NPG - 1.5% A, higher than that of the standard paver by 9.58% and 3.73%, respectively. In terms of flexural strength, the best results were obtained with the 0.05% NPG - 1.5% A combination, which complies with the standard. In the abrasion wear resistance test, it is variable due to various factors such as aggregate, additions and/or cracking of the paver surface.

Tesis entregada a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los Requisitos para optar al Grado de Magíster en Ciencias Químicas. / Se realizó un estudio de las propiedades electrónicas y geométricas de moléculas de ftalocianina libre H2Pc y ftalocianina de oro AuPc depositadas sobre una superficie metálica de oro representada mediante un cluster de 26 y 58 átomos respectivamente, usando la metodología de teoría de funcionales de la densidad. Mediante la inclusión de una corrección semi-empírica para dar cuenta de las fuerzas de dispersión, la metodología D3, se mostró que la interacción entre las moléculas y la superficie está regida por fuerzas atractivas de tipo van der Waals, que determinan la estabilización de los sistemas estudiados, así como sus propiedades geométricas que se evidencia en la disminución de la distancia molécula-superficie. Esto se fundamenta tanto en el análisis de las energías de interacción como en la visualización de las fuerzas de dispersión mediante la metodología NCI. Cálculos de Densidad de Estados muestran que los sistemas molécula-superficie exhiben una estructura electrónica de interfase metal-orgánica, lo que provee evidencia de que el modelo de cluster es viable en la aproximación supermolécula para el estudio de fenómenos de superficie. También se analizó la capacidad electrocatalítica del sistema AuPc y se observó que reproduce la tendencia de los sistemas experimentales con configuraciones electrónicas similares. / A study of the electronic and geometric properties of metal-free phthalocyanine H2Pc and gold phthalocyanine AuPc deposited over a gold metallic surface represented by a cluster of 26 and 58 atoms respectively, using the density functional theory methodology. Through the inclusion of a semi-empirical correction to take into account the dispersion forces, the D3 methodology, it has been shown that the interaction between molecules and surface is ruled by van der Waals attractive forces, which determine the stabilization of the studied systems and their geometric properties, demonstrated by the dropping of the molecule-surface distance. This is explained by the analysis of the interaction energies and by the visualization of dispersion forces by means of the NCI methodology. Calculations of Density of States show that molecule-surface systems display a metalorganic interface electronic structure, which provides evidence for the cluster model as a feasible one in the supermolecule approximation for the study of surface related phenomena. Also, the electrocatalytic behavior of the AuPc system was analyzed and it was observed that it reproduces the experimental tendencies of systems with similar electronic configurations. / Fondecyt Regular N° 1140503 y N° 1180158.

Antecedentes: Las rehabilitaciones mediante prótesis de carga inmediata son una práctica habitual en los últimos años con altas tasas de éxito. No obstante en la literatura la mayoría de estudios clínicos se realizan en mandíbula debido a la mejor cualidad del hueso receptor respecto al maxilar. Estas peores características del maxilar obligan a buscar implantes que en su diseño macrométrico nos proporcionen mayor estabilidad primaria así como nuevos tipos de superficies que nos proporcionen una más rápida formación de hueso y estabilidad secundaria. Objetivo: .Analizar el comportamiento clínico de dos implantes dentales con las mismas características estructurales (macroestructura) y la microtopografía de las superficies diferentes, uno con microrugosidades (OsseoTite®) y otro con las mismas microrugosidades más la adición de nanocristales de fosfato cálcico (NanoTite®), ambos sometidos a carga inmediata en el maxilar edéntulo. Material y métodos: Se trata de un estudio controlado y aleatorizado a doble ciego. Tras el screening, se realizó el estudio del TAC para cirugía guiada (Simplant®) Insertándose 36 implantes en maxilar,que fueron cargados inmediatamente, repartidos en seis pacientes. Fueron descartados cuatro pacientes por no presentar la estabilidad primaria inicial requerida por el protocolo del estudio.Se realizaron las mediciones de la estabilidad de los implantes (ISQ) en el momento de la inserción, a los tres meses y a los tres años mediante el Ostell Mentor®, así como radiografías a los 0, 3, 12, 24 y 36 meses. Resultados: Al analizar la interacción de los valores del ISQ de ambas superficies en el momento de la inserción de los implantes y a los tres meses, obsevamos diferencias estadisticamente significativas p=0.0084 entre ellas, mientras la superficie control presenta una disminución del ISQ, la superficie estudio presenta un aumento del mismo, igualándose dicho valores a los tres años.Al comparar los valores de las Unidades Hounsfield con la calidad ósea obtenemos un p valor =0,00004943 lo que nos indica una diferencia estadísticamente significativa registrando valores mayores de la densidad ósea en huesos tipo 2 que los obtenidos en hueso tipo 3.Al analizar los valores obtenidos de las diferentes calidades óseas, en relación con la estabilidad de los implantes, independientemente de la superficie, obtenemos diferencias estadísticamente significativas p=0,0064, observándose valores mayores del ISQ en huesos tipo 2 que los obtenidos en hueso tipo 3 independientemente de la superficie. No así si los analizamos la interacción diferenciando las superficies.Al analizar la relación entre el torque de inserción y la estabilidad primaria de los implantes sin diferenciar el tipo de superficie, si obtenemos diferencias estadísticamente significativas p=0,0166 encontrándose una relación directa entre el torque de inserción y la estabilidad primaria obtenida.No así cuando comparamos el torque de inserción con el tipo de superficie de los implantes.Por último si relacionamos el torque de inserción con las diferentes calidades óseas obtenemos un p valor de 0,000011236, lo que nos indica que si hay diferencias estadísticamente significativas entre la calidad ósea y el torque al insertar el implante, obteniendose valores mayores en los implantes insertados en hueso tipo dos que los insertados en hueso tipo 3. Conclusión: Para poder realizar una carga inmediata en huesos de menor densidad, necesitamos superficies de implantes que nos favorezcan una rápida curación. En este estudio los valores obtenidos de estabilidad a los tres meses en la superficie tratada con nanocristales de fosfato cálcico son superiores a los de la superficie control, por lo que son una opción a tener en cuenta a la hora de planificar una carga inmediata en huesos de poca calida ósea, aunque se necesitan más estudios clínicos para autentificar este estudio.

[ES] La tomografía por difracción surge para mejorar las técnicas de imagen al considerar la naturaleza ondulatoria de la luz. Mientras que los primeros sistemas de imagen médica se basaban únicamente en fuentes sin difracción, este enfoque consigue mejorar la reconstrucción del índice de refracción de los objetos, lo que permite, por ejemplo, el estudio de estructuras subcelulares. Del mismo modo, la demanda de redes de telecomunicaciones cada vez más rápidas y seguras ha propiciado la aparición de la fotónica. Hace dos décadas, la combinación de estos dos campos dio lugar a los primeros sistemas de tomografía por difracción óptica (ODT), los cuáles han evolucionado rápidamente durante este siglo. En esta tesis, presentamos dos nuevas aplicaciones de la ODT. La primera está relacionada con el concepto del microscopio tomográfico de fase (TPM), una versión de la ODT que permite el estudio de células aisladas, con muchas aplicaciones biomédicas, como el diagnóstico y la prognosis del cáncer. Sin embargo, los sistemas TPM actuales son caros, pesados y complejos. Para resolver estos problemas, proponemos el concepto de TPM en chip. Con este fin, diseñamos una hoja de ruta hacia el primer dispositivo tomográfico integrado en el marco de la tecnología lab-on-a-chip (LoC), y desarrollamos los primeros pasos para ello: 1) Hasta ahora, sólo se han utilizado detectores planos para obtener los mapas de índice de refracción de los objetos estudiados en TPM, basados en la detección del campo difractado hacia delante. Sin embargo, los principios físicos fundamentales indican que medir también el campo difractado hacia detrás debería mejorar la resolución de las imágenes. Además, un detector plano no es la configuración óptima para el TPM en chip. En esta línea, hemos explorado la posibilidad de usar detectores circulares en este escenario, como una técnica más adecuada para las configuraciones en chip, demostrando al mismo tiempo que este enfoque proporciona una mejor resolución que el lineal. 2) Proponemos un esquema de TPM en chip basado en el uso de nanoantenas dieléctricas como fuente de luz y píxeles detectores ODT, y caracterizamos experimentalmente su comportamiento mediante microscopía óptica de campo cercano. En cuanto a la segunda aplicación, estudiamos el potencial de la ODT como nuevo paradigma en la detección de capas de invisibilidad realistas, una de las aplicaciones más importantes de los metamateriales. Hasta ahora, el scattering cross section (SCS) se ha utilizado como modelo de referencia para diseñar y observar la eficacia de estos dispositivos para ocultar objetos. En nuestro estudio, demostramos que la ODT puede detectar las capas de invisibilidad prácticas con una sensibilidad superior a la que ofrece el SCS, incluso a las frecuencias de trabajo óptimas. Además, es posible obtener una imagen representativa del tamaño y la forma de la capa, revelando claramente su existencia. Finalmente, se discuten las conclusiones extraídas de los resultados obtenidos. Además, se detallan las futuras líneas de trabajo para abordar los retos que no se han completado en esta tesis doctoral. / [CA] La tomografia per difracció sorgeix per millorar les tècniques d'imatge anteriors en considerar la naturalesa ondulatòria de la llum. Mentre que els primers sistemes d'imatge mèdica es basaven únicament en fonts sense difracció, aquest enfocament aconsegueix millorar la reconstrucció de l'índex de refracció dels objectes, la qual cosa permet, per exemple, l'estudi d'estructures subcelulars. De la mateixa manera, la demanda de xarxes de telecomunicacions cada vegada més ràpides i segures ha propiciat l'aparició de la fotònica. Fa dues dècades, la combinació d'aquests dos camps va portar als primers sistemes de tomografia per difracció òptica (ODT), els quals han evolucionat ràpidament durant aquest segle. En aquesta tesi, presentem dues noves aplicacions de la ODT. La primera està relacionada amb el concepte del microscopi tomogràfic de fase (TPM), una versió de la ODT que permet l'estudi de cèl·lules aïllades, amb moltes aplicacions en biomedicina, com el diagnòstic i prognosi del càncer. No obstant això, els sistemes TPM actuals són cars, pesats i complexos. Per resoldre aquests problemes, proposem el concepte de TPM en xip. Per fer-ho, dissenyem un full de ruta cap al primer dispositiu tomogràfic integrat en el marc de la tecnologia lab-on-a-chip (LoC), i desenvolupem els primers passos a aquest efecte: 1) Fins ara, només s'han utilitzat detectors plans per a obtindre els mapes d'índex de refracció dels objectes estudiats en TPM, basats en la detecció del camp difractat cap avant. No obstant això, els principis físics fonamentals indiquen que mesurar també el camp difractat cap endarrere hauria de millorar la resolució de les imatges. A més, un detector pla no és la configuració òptima per al TPM en xip. En aquesta línia, hem explorat la possibilitat d'usar detectors circulars en aquest escenari, com una tècnica més adequada per a les configuracions en xip, demostrant al mateix temps que aquest enfocament proporciona una millor resolució que el lineal. 2) Proposem un esquema de TPM en xip basat en l'ús de nanoantenes dielèctriques com a font de llum i píxels detectors ODT, i caracteritzem experimentalment el seu comportament en camp pròxim mitjançant microscòpia òptica de camp pròxim. Pel que fa a la segona aplicació, estudiem el potencial de la ODT com a nou paradigma en la detecció de capes d'invisibilitat realistes, una de les aplicacions més importants dels metamaterials. Fins ara, el scattering cross section (SCS) s'ha utilitzat com a model de referència per a dissenyar i observar l'eficàcia d'aquests dispositius per a ocultar objectes. En el nostre estudi, vam demostrar que la ODT pot detectar les capes d'invisibilitat pràctiques amb una sensibilitat superior a la que ofereix el SCS, fins i tot a les freqüències de treball òptimes. A més, és possible obtindre una imatge representativa de la grandària i la forma de la capa, revelant clarament la seua existència. Finalment, es discuteixen les conclusions extretes dels resultats obtinguts i es detallen les futures línies de treball per a abordar els reptes que no s'han completat en aquesta tesi doctoral. / [EN] Diffraction Tomography arises to improve previous imaging techniques by considering the wave nature of light. Whereas the first medical imaging systems relied only on non-diffracting sources, this approach results in an enhanced reconstruction of the object's refractive index distribution, allowing, for example, the study of subcellular structures. Likewise, the demand for increasingly faster and secure telecommunication networks led to the advent of photonics. Two decades ago, the combination of these two fields gave rise to the first optical diffraction tomography (ODT) systems, which have rapidly evolved during this century. In this thesis, we present two novel applications of ODT. The first one is related to the concept of tomographic phase microscopy (TPM), a version of ODT that enables the study of isolated cells, with many applications in biomedicine, such as the diagnosis and prognosis of cancer. Nevertheless, current TPM systems are expensive, heavy, and cumbersome. To solve these issues we propose the concept of on-chip TPM. For this purpose, we design a roadmap towards the first integrated tomographic device in the frame of lab-on-a-chip (LoC) technology and develop the first steps to this end: 1) Until now, only flat detectors have been used to obtain the refractive index maps of the objects studied in TPM, based on the detection of the forward scattering. However, fundamental physical principles indicate that measuring also the backscattered field should improve the resolution of the images. Moreover, a flat detector is not the optimal configuration for on-chip TPM. In this vein, we have explored the possibility of using circular detectors in this scenario as a more suitable technique for on-chip configurations, demonstrating at the same time that this approach provides a better resolution than the linear one. 2) We propose a TPM on-chip scheme based on the use of dielectric nanoantennas as the ODT light source and detector pixels, and experimentally characterize their near-field behavior via scanning near-field optical microscopy. As for the second application, we study the potential of ODT as a new paradigm in the detection of realistic invisibility cloaks, one of the most important applications of metamaterials. Up to now, the scattering cross section (SCS) has been used as the gold standard to design and observe the effectiveness of these devices in hiding objects. In our study, we show that ODT can detect practical invisibility cloaks with a higher sensitivity than that offered by the SCS, even at the optimal working frequencies. Moreover, it is possible to obtain an image depicting the size and shape of the cloak, clearly revealing their existence. Finally, the conclusions drawn from the obtained results are discussed. In addition, future lines of action to address the challenges that have not been completed in this doctoral thesis are detailed. / Díaz Fernández, FJ. (2021). Novel Applications of Optical Diffraction Tomography: On-chip Microscopy and Detection of Invisibility Cloaks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180125 / TESIS