La tesis que se presenta tiene como punto de partida la percepción o valoración que todos hemos realizado al finalizar un curso o programa educativo de que se ha producido, o no, un aprendizaje a lo largo del mismo - independientemente de su carácter presencial o virtual -. Se aborda esta situación mediante el estudio de la influencia de las nuevas tecnologías de la información y de la comunicación en la enseñanza en la universidad y de forma más específica por medio de una investigación que persigue la identificación y caracterización de la interacción como elemento clave en el aprendizaje.Un análisis detallado de todos los elementos presentados de forma global nos proporciona una información muy abundante sobre los diferentes elementos implicados y las relaciones que entre ellos se establecen:a. El aprendizaje realizado depende directamente de la interacción que ha tenido lugar a lo largo del proceso. Una primera conclusión es que el aprendizaje que tiene lugar en el proceso depende directamente de la influencia de la interacción. Esta interacción se produce sólo en determinadas situaciones o circunstancias; dependiendo no tanto de la cantidad de la interacción como de su calidad.b. Los diferentes elementos implicados: alumno, profesor, grupo, entorno y contenido conforman una realidad sistémica que obliga a atender de forma simultánea y articulada a estos elementos (su adecuación y equilibrio).La calidad y eficacia del aprendizaje deben garantizarse con el equilibrio y la adecuación de los diferentes elementos presentados.c. Las habilidades comunicativas y las competencias, respecto de las estrategias de trabajo a emplear, previas de que disponen los alumnos determinan y condicionan el proceso de enseñanza-aprendizaje. d. La comparación entre el curso virtual y el presencial que nos permite el trabajo de investigación desarrollado - la comunicación desarrollada y el proceso interactivo en los dos cursos - plantea como conclusión que la virtualidad exige un esfuerzo mayor y una atención a la comunicación y al contacto personal. Los alumnos conceden una importancia especial a estos elementos que se dirigen a la consecución de este clima relacional. e. El diseño de las actividades: el nivel en el que permiten y fomentan la actividad del alumno y la actividad del grupo determinan un incremento de la interacción.f. La evaluación se presenta como un mecanismo de comunicación -profesor/alumno- que permite el ajuste de la ayuda pedagógica, la influencia educativa... La evaluación del proceso de enseñanza-aprendizaje debe tener un carácter formativo y continuo. g. El número de herramientas de comunicación y de trabajo disponibles en el entorno utilizado puede actuar como elemento distorsionador si su número es excesivo. h. El aprendizaje no puede limitarse a la transmisión de información. La incorporación de las TIC debe dirigir el proceso de enseñanza-aprendizaje al desarrollo de una nueva concepción educativa. / This paper has, as a starting point, the appreciation and assessment we all have done at the end of a course or educative program we have assesst, whether or not, there's been a learning throughout the whole program - apart from its virtual or presencial character-. The situation has been undertaken by means of the study of the influence the new technologies of information and communication, have in the university teachings and, more precisely, through the investigation that aims at the interactivity identification as a key factor in the learnings in teaching: tools contributions, things that might changes, the nature of the interactivity accomplishment, the impact, the insertion of the differents elements...A detailed analysis of all the elements presented of global form provides to us a very abundant information about the different implied elements and the relations that between them are established:a. The realized learning depends directly on the interaction that has taken place along the process. The first conclusion is that the learning that takes place in the process depends directly on the influence of the interaction. This interaction is produced only in certain situations or circumstances; depending not so much on the quantity of the interaction as on his quality.b. The different implied elements: pupil, teacher, group, environment and content shape a systemic reality to that it forces to attend of form simultaneous and articulated to these elements (adequacy and balance).The quality and efficiency of the learning must be guaranteed by the balance and the adequacy of the different presented elements.c. The communicative skills and the competitions, respect of the strategies of work to using, previous that they have the pupils determine and determine the process of education - learning.d. The comparison between the virtual course and the presencial that allows us the work of investigation developed - the developed communication and the interactive process in both courses- raises as conclusion that the virtuality demands a major effort and an attention to the communication and to the personal contact. The pupils grant a special importance to these elements that go to the attainment of this relational climate. e. The design of the activities: the level in which they allow and foment the activity of the pupil and the activity of the group they determine an increase of the interaction.f. The evaluation appears as a mechanism of communication that allows the adjustment of the pedagogic help, the educational influence... The evaluation of the process of education - learning must have a formative and constant character. g. The number of available tools of communication and of work in the used environment can act as negative element if his number is excessive. The learning cannot limit to the transmission of information. The incorporation of the TIC must direct the process of education - learning the development of a new educational conception.

Aquest treball s'ha centrat en el desenvolupament del procés de producció d'aldolases recombinants en Escherichia coli.D'una banda, el procés de producció de fuculosa 1-fosfat aldolasa (FucA) recombinant va ser automatitzat utilitzant un sistema d'expressió basat en un promotor feble induïble per IPTG. Donat que la inducció en forma de pols no afectava de forma significativa el metabolisme cel·lular fins que s'havia assolit un alt rendiment de producte, es va implementar un control robust del procés mitjançant l'automatització d'alimentació exponencial de substrat. Es van obtenir cultius d'alta densitat cel·lular controlant la velocitat específica de creixement a nivells de substrat limitants. El llaç de control utilitzat es va basar en l'estimació indirecta de la biomassa (utilitzant l'anàlisi dels gasos de sortida) i balanços de matèria.D'altra banda, es va desenvolupar el procés de producció de ramnulosa 1-fosfat aldolasa (RhuA) recombinant utilitzant un sistema d'expressió basat en un promotor fort induïble per IPTG. Estudis preliminars d'expressió obtinguts en cultius en erlenmeyer van indicar que l'ús d'un promotor fort presentava importants avantatges. En comparació amb el sistema d'expressió basat en un promotor feble, es van obtenir alts rendiments de producte en terminis més curts i amb menors requeriments d'inductor. No obstant això, el sistema va resultar ser extremadament sensible a la inducció en cultius d'alta densitat cel·lular. Per tant, es va prestar especial atenció al desenvolupament de les estratègies de procés més adients.En primer lloc, el desenvolupament del procés es va centrar en l'aplicació estratègies d'inducció alternatives en cultius d'alta densitat cel·lular. Tot i que en els estudis preliminars d'expressió s'havien aconseguit elevades activitats específiques, es van mesurar valors inferiors en cultius d'alta densitat cel·lular induïts amb polsos d'IPTG. Les condicions que provocaven un xoc metabòlic a les cèl·lules es van identificar i evitar mitjançant l'aplicació d'una estratègia d'addició contínua d'inductor. Aquesta estratègia va permetre la modulació de la velocitat d'expressió de la proteïna, de tal manera que la durada de la fase de producció es va estendre, els requeriments d'inductor van disminuir i es van assolir elevats rendiments de producte. Tot i això, els resultats encara indicaven una menor activitat específica de l'enzim que en el cas dels estudis preliminars d'expressió. Disminucions de l'activitat enzimàtica s'han atribuït sovint a l'estrès degut a un excés de temperatura (ja sigui traduït en un mal plegament de la proteïna i/o a proteòlisi en sí), de tal manera que es va dur a terme l'optimització de la temperatura del procés. En aquestes condicions es van mesurar velocitats de producció específiques més baixes, però es va aconseguir millorar significativament els rendiments de RhuA activa.També es van dur a terme estudis preliminars de modelització del procés. Tot i que no va ser possible calibrar un model de producció prou robust com per descriure totes les situacions que podrien ocórrer (i, per tant, l'optimització matemàtica de l'estratègia del procés no seria fiable), els estudis van permetre la identificació dels aspectes més importants del procés així com dels colls d'ampolla d'aquest.Aquesta informació va permetre desenvolupar una estratègia de creixement alternativa amb l'objectiu de reduir l'estrès cel·lular degut a la limitació de substrat. Mitjançant el control dels nivells de glucosa al bioreactor, es van obtenir cultius d'alta densitat cel·lular a nivells de substrat inhibitoris per evitar l'acumulació d'acetat. Després de l'optimització de l'estratègia d'inducció, es van obtenir alts rendiments de producte així com una elevada activitat específica de l'enzim.Finalment, es va realitzar un anàlisi global del procés de producció. Donat que l'objectiu era obtenir un enzim immobilitzat per ser utilitzat com biocatalitzador, les diferents estratègies de producció van ser comparades tenint en compte el seu impacte en les etapes posteriors de purificació i immobilització. Els resultats van mostrar que les estratègies alternatives de procés que s'havien desenvolupat en aquest treball augmentaven significativament els rendiments específics de RhuA immobilitzada activa respecte a l'anterior estratègia. Aquests resultats van posar de manifest la necessitat d'optimitzar la producció de proteïnes recombinants considerant tant el procés de producció com les fases posteriors de purificació i immobilització conjuntament. / This work has been focused on the development of recombinant aldolase production process in Escherichia coli. On the one hand, the production process of recombinant fuculose 1-phosphate aldolase (FucA) was automated when using an expression system based on an inducible weak promoter. Since pulse induction did not significantly affect the host cell metabolism until high product yields were reached, a robust process control could be implemented by automating an exponential substrate feed. High cell density cultures were obtained at limiting substrate levels by controlling the specific growth rate. The implemented control algorithm used a simple feedback loop based on indirect biomass estimation (using exhaust gas analysis) and mass balances.On the other hand, the production process of recombinant rhamnulose 1-phosphate aldolase (RhuA) using an expression system based on an inducible strong promoter was developed. Results obtained from preliminary expression studies performed in shake flask cultures indicated that the use of a strong promoter presented important advantages. When compared to the expression system based on a weak promoter, high product yields were obtained in shorter times, and lower amounts of inducer were required. However, when going to high cell density cultures, the system was found to be extremely sensitive to induction. Thus, special attention was paid on the development of suitable process strategies.First, process development was focused on the implementation of alternative induction strategies in high cell density cultures. While high intracellular specific activities were achieved in shake flasks, lower specific values were measured in standard pulse-induced fed-batch cultures. The conditions under which high metabolic load on host cells compromised the productivity of the process were identified and avoided by implementing a continuous inducer addition strategy. When tuning protein expression rates, the length of the production phase was extended, the requirements of inducer were decreased and high product yields were achieved. However, results still showed lower specific enzyme activity than in the case of preliminary expression studies.Since decreased enzyme activity has been often attributed to temperature-driven stress (translated into either protein misfolding and/or proteolysis itself), optimisation of process temperature was carried out. Lower specific production rates were measured at a reduced process temperature, but significant improvement was achieved in terms of bioactive RhuA yields. Besides, preliminary studies on process modelling were carried out. Even though it was not possible to calibrate a production model robust enough to describe all situations which could potentially occur (and, thus, mathematical optimisation of the process strategy would not be reliable), insight of the process was gained, and some of the process bottlenecks and unknown key features were identified.From these learnings, an alternative growth strategy was then developed to minimise the starvation induced-stress on host cells. High cell density cultures were obtained at non-limiting substrate levels by controlling the glucose concentration in the culture at inhibiting values to avoid acetate accumulation. After optimising the induction strategy, high product yields as well as high specific enzyme activities were obtained.Finally, an analysis of the global production process was performed. Since the aim of the whole process was to obtain an immobilised enzyme ready to be used as biocatalyst, all different production strategies were compared taking into account their impact on downstream yields. When doing so, results showed that the alternative process strategies which had been developed in this work significantly increased the immobilised specific yields of active RhuA with respect to the previous strategy. These results reinforced the need to optimise recombinant protein production processes considering both the production and downstream stages as a whole.

Esta tesis está enfocada en el diseño, simulación, fabricación y caracterización de sensores de masa basados en microcantilevers de silicio. Los cantilevers con forma de T son diseñados como estructuras formadas por 3 vigas unidas en su extremo por medio de una masa rectangular extra. Los cantilevers son excitados para alcanzar su resonancia mecánica, en modo flexión perpendicular al sustrato, con un piezoactuador PZT pegado en la parte posterior del sustrato y la frecuencia de resonancia es monitoreada por cuatro piezoresistencias configuradas en un puente de Wheastone. Diversos cantilever son fabricados variando su proceso de fabricación, dimensiones y geometrías, su operación es verificada y su desempeño mecánico y eléctrico evaluado. El desempeño del dispositivo es comparado con los valores obtenidos del modelo analítico y de las simulaciones con ANSYS, obteniendo buena concordancia. Se seleccionan las dos estructuras con los mayores valores de frecuencia de resonancia y factor de calidad. Para el primer cantilever, de 400μm de largo, 300μm ancho y 15μm de espesor, la frecuencia de resonancia, del primer y segundo modo de vibración, se encuentra en 97kHz y 690kHz respectivamente, ambos con un factor de calidad de ~800. Para el segundo cantilever, de 200μm de largo, 150μm ancho y 15μm de espesor, la frecuencia de resonancia fundamental se encuentra en 400kHz con un factor de calidad de ~900. Los dispositivos son caracterizados como sensores de masa al adherir microesferas de poliestireno a la superficie del cantilever y medir los cambios en la frecuencia. Para el primer cantilever, los valores de sensibilidad de masa son: 12,4pg/Hz y 3,1pg/Hz para el primer y el segundo modo respectivamente y 0,8pg/Hz para el segundo cantilever. Además, los cantilevers son caracterizados como sensores de gas al recubrir su superficie con PDMS, exponerlos a vapor de etanol y medir los cambios en la frecuencia. Para la primera y segunda estructura, el valor de sensibilidad al etanol es de 13,2ppm/Hz y 0,6ppm/Hz respectivamente. Estos resultados ilustran el alto potencial para utilizar estas sencillas estructuras como plataforma en aplicaciones sensitivas. / This work has been focused on the design, simulation, fabrication and characterization of silicon microcantilevers based mass sensors. The T-shape cantilever was designed as a structure formed by 3 cantilevers that are hold together by means of an extra rectangular mass. Cantilevers were driven at their mechanical resonance in flexural mode perpendicular to the substrate by a ceramic-insulated multilayer piezoactuator PZT glued at the backside and the resonance frequency was monitored by reading the signal generated by four piezoresistors in a Wheatstone bridge configuration. Several cantilevers structures have been fabricated with different process, dimensions and geometries, its operation verified and their mechanical and electrical performance evaluated. Device performance was compared with analytical model and simulation predictions obtained using ANSYS achieving good agreement. Two different structures were selected based on the high resonance frequency and quality factor values. For the first cantilever of 400μm long, 300μm wide and 15μm thick, the fundamental and second resonance frequency in air were 97kHz and 690kHz respectively, both with a quality factor of ~800. And for the second cantilever of 200μm long, 150μm wide, 15μm thick the fundamental resonance frequency in air was 400kHz with a quality factor of ~900. The devices were characterized as mass sensor attaching microspheres of polystyrene to the cantilever’s surface tip and measuring resonance frequency changes. For the first cantilever mass sensitivity values of 12,4pg/Hz and 3,1pg/Hz for the fundamental and second mode respectively were achieved and 0,8pg/Hz for the second cantilever. Also the cantilevers were characterized as gas sensor, covering the cantilever’s surface tip with PDMS, exposing it to ethanol vapor and measuring resonance frequency changes. For the first cantilever ethanol sensitivity values of 13,2ppm/Hz were achieved and 0,6ppm/Hz for the second cantilever. These results show the great potential for high sensitive sensor of this simple device.

El objetivo de este trabajo consiste en diseñar, fabricar y caracterizar nuevas estructuras mecánicas micromecanizadas para su aplicación a sensores de gases.Para ello, y dentro del campo de la micromecanización como tecnología utilizada para la fabricación de sensores de gases resonantes, se han utilizado dos concepciones distintas: la micromecanización en superficie ("Surface Micromachining") y la micromecanización en volumen ("Bulk Micromachining"). Estas dos tecnologías son utilizadas para fabricar dispositivos resonantes micromecanizados que combinado con el uso de polímeros específicos permite detectar gases y componentes volátiles. Los polímeros, como capa sensible, ante la presencia de ciertos gases incrementan su masa (Dm) y este incremento de masa produce una variación de la frecuencia de la estructura resonante. La variación de frecuencia permite determinar cuantitativamente la presencia de los elementos volátiles. Por tanto, se pretende fabricar estructuras resonantes de dimensiones pequeñas con el objetivo de obtener frecuencias de resonancia elevadas y por tanto, estructuras con mayor sensibilidad a gases cuando el resonador actúa como sensor de gases. Esta tesis se enmarca dentro de los proyectos nacionales "Jamotrón" y "Migra". Estos proyectos están enmarcados dentro de la temática de fabricación de microsensores micromecanizados. El uso del silicio como base para el desarrollo de tecnologías en microelectrónica, tanto por sus propiedades eléctricas como mecánicas, ha sido decisivo en el desarrollo de circuitos integrados microelectrónicos y ha resultado fundamental para el desarrollo de sensores y actuadores, ya que el silicio se ha impuesto como material sensor en muchas aplicaciones o bien es el material que sirve de substrato. Entre los distintos tipos de sensores basados en la tecnología del silicio, los sensores mecánicos han experimentado un rápido desarrollo debido a la multitud de aplicaciones industriales. Este hecho es el causante de que actualmente se dediquen grandes esfuerzos para la mejora de las prestaciones de estos sensores mediante la investigación en nuevos diseños y nuevas tecnologías. En este sentido los progresos han sido considerables, especialmente si se tiene en cuenta el avance que ha supuesto el desarrollo de técnicas de micromecanización del silicio para la realización de estructuras que han facilitado la fabricación de dispositivos capaces de detectar magnitudes mecánicas y térmicas con elevada precisión y fiabilidad.Los sensores mecánicos permiten la medida de una gran variedad de parámetros físicos con una alta precisión. Asimismo pueden aplicarse al campo de los sensores químicos, si se utilizan como sensores de cambio de la masa de una capa químicamente sensible. Las aplicaciones de este tipo de sistemas son muy variadas y de fuerte repercusión en la industria, por tanto su desarrollo no sólo tiene importancia dentro del ámbito científico sino tambien desde el punto de vista industrial. El control de calidad de aire, control de alimentos o industria del perfume son aplicaciones típicas. Dentro de los sensores mecánicos son los resonadores los que sirven de base para el desarrollo de este trabajo. En concreto se va a desarrollar un dispositivo que podrá ser utilizado para la determinación de aromas en el control de calidad de productos alimentarios.El hecho de utilizar sensores resonantes añade grados de libertad al diseño en cuanto no sólo es posible variar la sensibilidad del propio material activo sino también la geometría y propiedades resonantes del dispositivo. Es conveniente considerar procesos tecnológicos que permitan cubrir diferentes sensibilidades y rangos de frecuencia.Por tanto, una parte del trabajo se ha dedicado al estudio de la viabilidad de distintas tecnologías de micromecanizxado para fabricar resonadores con diferentes tecnologías microelectrónicas para obtener dispositivos de muy pequeñas dimensiones y de alta sensibilidad. / In this work, the objective consists on design, fabricate and characterise new micromechanical structures for gas sensor application.Silicon micromechanical technology has been used for the fabrication of resonant gas sensor. Two technologies have been used: surface and bulk micromachining. The resonant devices fabricated on these technologies, combine with the use of a specific polymeric layer, allow to detect VOCs. Polymers, as a sensitive layer, increment its mass in a Dm. This mass variation (Dm) produces a decrement on the resonant frequency of the structure and so on, allow to determine VOCs quantitatively. The proposed structures have reduce dimensions, high resonant frequencies and high sensibility.This thesis has two Spanish support projects: "Jamotrón" and "Migra". The topic of this projects has been developed on micromechanical microsensors.Silicon is used as substrate in microelectronic technologies, for its mechanical and electrical properties. Silicon is the base of the development of integrated circuits, sensors and actuators. Specially, mechanical sensors has experimented a quickly development due to lot of industrial applications. Actually, industry spreads to improve the sensors characteristics with investigations, new designs and new technologies. Silicon technology allows to fabricate devices to detect mechanical and thermal parameters with high precision and reliability.This work studies the different microtechnologies to fabricate resonant structures and to obtain diminutive dimensions and high sensitivity.

Las se˜nales de banda trasmitidas por los sistemas de navegaci´on global por sat´elite (GNSS, Global Navigation Satellites Systems) permiten averiguar algunas de las propiedades geof´ısicas de la Tierra al reflejarse en su superficie. Este concepto se llama reflectometr´ıa GNSS (GNSS-R) o sistema de interferometr´ıa y reflectometr´ıa pasivo (PARIS, Passive Reflectometry and Interferometry System). Una serie de receptores GNSS-R especializados se encargan de procesar las se˜nales recogidas. Esta tesis se centra en el dise˜no de dichos receptores, que permite principalmente procesar a posteriori los datos GNSS-R obtenidos, con el objetivo de reducir la tasa de transferencia de datos sostenida (sustained data throughput) del dispositivo, que es de alrededor de varios MB/s. Dicha cantidad de datos afecta enormemente al dise˜no de receptores GNSS-R. En nuestro trabajo, hemos tomado como ejemplo de dise˜no de receptores GNSSR el receptor GOLD-RTR (GPS Open-Loop Differential Real Time Receiver), dise˜nado, desarrollado y construido en el ICE (IEEC-CSIC). El problema al que nos enfrentamos es el siguiente: disponemos de un sistema que produce 12.8 Mb/s de forma sostenida y necesitamos reducir su magnitud tres veces mediante la aplicaci´on de algoritmos de integraci´on adecuados, que discutimos m´as adelante. Las investigaciones realizadas durante mi doctorado, centradas en un tema muy amplio, las he aplicado al estudio y tratamiento de la plataforma de dise˜no del hardware correspondiente. El tema desarrollado fue el uso del paralelismo para el sistema de post-procesamiento GNSS-R, con especial atenci´on a los algoritmos de integraci´on. El tema del paralelismo se considera un aspecto problem´ atico de m´ultiples dimensiones, siendo las m´as tratadas la del dise˜no de tareas y de memoria. Se desarroll ´o una plataforma SMLOL (Symmetric Multi-Leon3 On Linux) para tratar los problemas de sincronizaci´on de la aplicaci´on GNSS-R. Aqu´ı se trat´o el uso del paralelismo para el sistema de tareas, con especial atenci´on al esquema SMP (Symmetric MultiProcessing) convencional. Como problema multitarea, evaluamos la carga computacional y el rendimiento del sistema y comprobamos las congestiones del sistema. Sin embargo, el desequilibrio en la carga de trabajo del dise˜no del hardware(en procesadores, memoria cach´e, memoria principal y buses) no se puede solucionar fundamentalmente mediante una metodolog´ıa aplicada al software. Posteriormente se desarroll ´o la plataforma HTPCP (Heterogeneous Transmission and Parallel Computing Platform) para equilibrar la carga de trabajo de transmisi´on y computacional. En este caso, se trat´o el uso del paralelismo con relaci´on a la memoria del sistema. Segu´n los resultados de simulacio´n obtenidos con el emulador MPARM, construimos y optimizamos el sistema de jerarqu´ıa de memoria, para eliminar la tasa de ocupaci´on del bus y el tiempo de acceso a la memoria entre la memoria cach´e y la memoria principal. Asimismo, en relaci´on con el problema de congesti´on en el bus, implementamos dos tipos de elementos: elementos de transmisi´on (TEs) y elementos de procesamiento (PEs), as´ı como varios dise˜nos de interfaces: interfaz MPI (Massage Passing Interface) e interfaz FSL (Fast Simplex Link) en HTPCP. La soluci´on deseada era dise˜nar, construir y probar un sistema con capacidad para reducir tres veces la magnitud del flujo de informaci´on mediante algoritmos de post-procesamiento aut´onomos. / L-band signals transmitted by the Global Navigation Satellites Systems (GNSS) from its reflection off the Earth’s surface allow for the inference of some of its geophysical properties. This concept is named GNSS-Reflectometry (GNSS-R), or PAassive Reflectometry and Interferometry System (PARIS). The collected signals are processed by specialized GNSS-R receivers. This dissertation focusses on system design, which is primarily able to post-process the received GNSS-R data, with the purpose of reducing the sustained data throughput of the instrument, which is in the order of several Mbytes/sec. This amount of data poses very stringent requirements on GNSS-R designers . In our study, we have taken as an example of GNSS-R receiver design, the GPS Open-Loop Differential Real Time Receiver (GOLD-RTR), which was designed, developed and built at the ICE (IEEC-CSIC). The problem that we faced could be stated thus: we have a system which produces 12.8 Mb/s in a sustained manner, and we need to reduce this rate by three orders of magnitude by applying suitable integration algorithms, to be discussed later. The work towards my PhD has focused on one broad subject and applied this to the actual hardware design platform in order to study and address it. The subject was parallelism provision for the GNSS-R post-processing system, with special focus on the integration algorithms. The subject of parallelism provision is considered a multilayer problem, the most discussed issues are related to the task-level and memorylevel design. The Symmetric Multi-Leon3 On Linux (SMLOL) platform, was developed to address the timing issues for the GNSS-R application. This subject was the parallelism provision for the task-level system, with special focus on the conventional Symmetric MultiProcessing (SMP) scheme. As a multi-task problem, we used to assess the computational load, system performance and infer the system bottlenecks. However the unbalanced workload in the hardware design (among processors, cache, memory and bus) can not be fundamentally resolved through software methodology. The Heterogeneous Transmission and Parallel Computing Platform (HTPCP) was later developed in order to balance the transmission and computing workload. This subject was the parallelism provision for the memory-level system. According to the simulations results arrived at by MPARM emulator, we built and optimized the memory hierarchy system, in order to remove the bus busy ratio and memory access time between cache and main memory. Moreover, dealing with the bus congestion issue, we implemented two types of element: Transmission Elements (TEs) and Processing Elements (PEs), as well as several interface designs: Massage Passing Interface (MPI) and Fast Simplex Link (FSL) in HTPCP. The intended solution was to design, build and test a system with capacity to reduce the data flow three orders of magnitude by performing autonomous postprocessing algorithms.

Aquest treball de tesi doctoral s’engloba dins la coneguda Biotecnologia Blanca, concretament en el camp de la Producció de Proteïnes Recombinants. Les aplicacions d’aquesta àrea de coneixement en processos industrials es basa en el disseny de microorganismes per obtenir productes d’alt valor afegit. En aquest cas, el microorganisme productor és Escherichia coli i la proteïna d’interès es tracta de Fuculosa-1-fosfat aldolasa, enzim que catalitza estereoselectivament reaccions d’addició aldòlica. Per una banda, s’han dut a terme diverses modificacions a nivell de plasmidi per tecnologia de DNA recombinant a fi de millorar un sistema d’expressió auxotròfic per la glicina. Aquestes millores no tan sols han anat enfocades a l’increment dels nivells de producció de la proteïna d’interès, sinó també a la obtenció d’un sistema d’expressió segur, simplificat i estable. El creixement i producció de la Fuculosa-1-fosfat aldolasa mitjançant les soques modificades han estat efectuats en matrassos d’Erlenmeyer i en fermentadors operant en discontinu alimentat quan s’ha requerit. Per altra banda, l’expressió de la proteïna d’interès en forma de cossos d’inclusió, a banda de soluble, ha permès obtenir alts nivells de Fuculosa-1-fosfat pura i activa. L’aplicació d’aquests cossos d’inclusió prèviament immobilitzats per encapsulament mitjançant la tecnologia Lentikat® en una reacció estereoselectiva d’addició aldòlica ha donat com a resultat un biocatalitzador actiu, robust i estable a llarg termini. Per tant, es tracta d’una petita aportació en la biotecnologia industrial que intenta conceptualitzar el bioprocés de manera hol·lística tot fusionant diverses àrees de coneixement. Tot i que no s’ha realitzat una avaluació econòmica del procés, consideracions tals com la possibilitat de reutilització del biocatalitzador han estat contemplades, per tal que el resultat fos atractiu industrialment parlant.

No description available.

Les malalties articulars representen un problema de salut rellevant amb un prevalença molt alta (a Europa pot variar entre el 11% i el 25%) i que continua augmentant dia a dia en el món occidental. Durant els últims 20 anys, les cèl·lules mare mesenquimals adultes (CMMA) i les seves propietats regeneratives s’han estudiat intensament per trobar aplicacions factibles per a la cura d’aquestes malalties. La combinació d’aquestes cèl·lules amb materials sintètics, com els biopolímers, ha fet sorgir una nova branca mèdica, la medicina regenerativa. El treball que es presenta a continuació aborda el desenvolupament d’una teràpia basada en la medicina regenerativa pel tractament de lesions osteocondrals, on el cartílag articular afectat no es pot reparar ni regenerar per si sol. Es planteja el disseny i la realització d’un assaig preclínic per a la regeneració d’una lesió osteocondral artificial en model animal, oví en aquest cas, mitjançant una combinació de CMMA i un biopolímer. Com a punt de partida, es realitzen estudis de caracterització de les diferents fonts cel·lulars de CMMA provinents de tres teixits diferents: cartílag hialí, moll d’os i greix. S’han posat a punt els mètodes d’aïllament i expansió, i s’ha realitzat una caracterització de les cinètiques de creixement de les CMMA, obtenint resultats que indiquen una relació inversament proporcional entre la densitat de sembra i la velocitat específica màxima de creixement. Es demostra que les CMMA són mesenquimals amb l’anàlisi del fenotip, la fisiologia, la morfologia i la multipotencialitat que han mostrat al ser analitzades. Es dissenya un assaig preclínic per a la regeneració de lesions osteocondrals, en el model animal escollit, mitjançant un constructe format per CMMA i un polímer sintètic, l’Àcid poli-làctic-co-glicòlic (PLGA). La fabricació i la caracterització del constructe PLGA-CMMA es realitza en funció de l’assaig dissenyat. El PLGA s’estudia a nivell de porositat i de la seva capacitat per ser colonitzat homogèniament per les CMMA. Histològicament es demostra la colonització homogènia de les CMMA. Un cop caracteritzat el constructe es posa a punt un experiment pilot on s’aïllen CMMA de cartílag hialí extretes d’una ovella, s’expandeixen, es colonitzen en un cilindre de PLGA i es reintrodueixen artroscòpicament a l’articulació femorotibial, on prèviament s’ha generat una lesió osteocondral artificial, per avaluar la possible regeneració o reparació amb els resultats macroscòpics, imatges de ressonància magnètica i histologia de les mostres. Els resultats mostren un constructe biocompatible i bioreabsorbible que regenera cartílag hialí en alguns casos. Per confirmar aquests resultats es realitza un assaig preclínic de les mateixes característiques que el pilot, amb la comparació de les diferents fonts cel·lulars caracteritzades, amb un nombre superior d’animals i amb els temps d’estudi ampliats a 6 i 12 mesos . Els resultats mostren la seguretat del tractament desenvolupat i una eficàcia major en el tractament basat en l’aplicació de PLGA colonitzades amb CMMA provinents de moll d’os. Aquesta memòria s’estructura, doncs, de manera que inicialment es fa una introducció (capítol 1), on es realitza una descripció exhaustiva del cartílag hialí, els diferents tractaments de les patologies osteocondrals, el concepte de la medicina regenerativa, les CMMA, els biopolímers i les interaccions cèl·lula-polímer. Seguidament (capítol 2), es plantegen els principal objectius del treball. Al capítol 3 es realitza la caracterització cel·lular de les CMMA. A continuació ( capítol ) es realitzen els estudis previs amb el PLGA, les CMMA i la seva colonització, per a posar a punt el estudi pilot en model animal. Al capítol 5 es realitza l’assaig preclínic. En el capítol 6, s’exposen les principals conclusions extretes del treball. Finalment, es presenten els materials i mètodes emprats (capítol 7), i s’afegeix l’apèndix (capítol 8). / The joint diseases represent a significant health problem with a very high prevalence (in Europe varies between 11% and 25%) and still rising every day in the western world. Last 20 years, the adult mesenchymal stem cells and their regenerative properties have been studied intensively to find feasible applications for the cure of these diseases. The combination of these cells with synthetic materials such as biopolymers, has emerged a new branch of medicine, regenerative medicine. The work presented below focuses on the development of a therapy-based regenerative medicine for the regeneration of osteochondral injury where the cartilage is affected and cannot repair or regenerate itself. In this dissertation we present a design and realization of a preclinical trial for osteochondral injury regeneration, in sheep animal model, through a combination of CMMA and a biopolymer. As starting point, studies were performed to characterize different cellular sources of CMMA from three different tissues: hyaline cartilage, bone marrow and fat. Different methods have been set up for isolation and expansion of CMMA, and growth kinetics have been characterized, obtaining results that indicate an inverse relationship between seeding density and the maximum specific growth rate. We show that the CMMA are mesenchymal stem cell because of phenotype analysis, physiology, morphology and multipotentiality. A preclinical trial for regeneration of osteochondral lesions in animal model (sheep) is designed and composed by a construct consisting in CMMA colonized in a synthetic polymer, poly-Lactic Acid-co-glycolic (PLGA). The fabrication and characterization of PLGA-CMMA construct is performed based on the trial design. The PLGA is studied in terms of porosity and its ability to be homogeneously colonized by the CMMA. The homogeneous colonization of CMMA is demonstrated histologically. Once the construct is characterized, we set up a pilot experiment where hyaline cartilage was taken from a sheep and then CMMA were isolated, expanded, colonized in a cylinder of PLGA and reintroduced arthorscopically to the femorotibial joint, where previously we had generated an artificial osteochondral injury, to assess the regeneration or repair of articular cartilage. The regeneration evaluation was based on the macroscopic results, magnetic resonance imaging and histology samples. The results show the construct to be biocompatible, bioreabsorbible and hyaline cartilage regeneration in some cases. To confirm these results we performed a preclinical trial of the same features as the pilot, with comparison of different cell sources characterized before (bone marrow, hyaline cartilage and fat), with a larger number of animals and extended period study to 6 and 12 months. The results show safety and higher efficacy in the treatment based on the application of PLGA colonized with CMMA from bone marrow. This work is structured initially with an introduction (Chapter 1), which performs an exhaustive description of the hyaline cartilage, the different treatments of osteocondral pathologies, the concept of regenerative medicine, the CMMA, the biopolymers and cell-polymer interactions. Then (chapter 2), we set the main objectives of the work. In chapter 3 cellular characterization of CMMA is performed. Then (chapter 4) the preliminary studies with PLGA, the CMMA and colonization is performed in order to set up the pilot study in animal model. Chapter 5 performs preclinical trial. Chapter 6 summarizes the main conclusions of the work. Finally, there is the materials and methods (Chapter 7) used in this work, and Appendix (Chapter 8).

Hipersonic vibant skystem adiusting gear mounted. we covered a wide range of subjects ultrasonic technological. Research to meet with success.

Des de fa temps s’han estudiat els processos d’eliminació biològica de fòsfor (EBPR) en aigües residuals, però la seva implementació a escala real ve associada moltes vegades a fallades no esperades. S’han detectat interaccions negatives amb el procés d’eliminació de nitrogen i matèria orgànica que no s’havien previst en l’estudi dels mateixos de manera individual. Aquesta tesi aprofundeix en la caracterització, l’estudi i la solució de problemes existents a l’hora d’implementar l’eliminació biològica de fòsfor en aigües residuals conjuntament amb l’eliminació biològica de matèria orgànica i nitrogen. La investigació duta a terme en aquesta tesi té dos enfocaments diferents dins d’aquest marc. D’una banda s’estudien les causes de la interacció negativa entre els processos d’eliminació biològica de nitrogen i de fòsfor. D’altra banda s’estudia la possibilitat d’utilitzar, per part dels organismes acumuladors de fòsfor (PAO), fonts de carboni alternatives, que també s’utilitzen en el procés d’eliminació de nitrogen. En el primer lloc, s’estudia una nova estratègia per l’eliminació de nutrients (nitrogen i fòsfor) que consisteix en la bioaugmentació de microorganismes PAO dins d’un sistema de nitrificació i desnitrificació. En aquest estudi es va comprovar que una configuració de SBR amb una fase anòxica amb dues alimentacions i una fase aeròbica permet aconseguir nitrificació, desnitrificació i EBPR. Un punt clau per l’èxit d’aquesta estratègia és proporcionar condicions operacionals adequades per evitar els problemes de “rising”. Es proporcionar una fase aeròbia amb la suficient durada per assegurar el consum del PHA acumulat pels PAO, i evitar la disponibilitat de font de carboni requerida per la desnitrificació. En aquest mateix context també s’estudia la interacció de diferents espècies intermèdies del procés d’eliminació de nitrogen, com són el nitrit i el nitrat, en el procés EBPR. D’altra banda, s’ha estudiat un dels principals problemes per a implementar a nivell real l’EBPR, la manca d’àcids grassos volàtils a l’aigua residual d’entrada al procés. És per això que, en segon lloc, s’han estudiat diverses estratègies per a la utilització de fonts de carboni diferents a les convencionals en el procés EBPR. S’han provat fonts de carboni que actualment s’utilitzen en el procés d’eliminació de nitrogen, com són el metanol i el glicerol, i que, per tant, abaratirien els costos quan ens trobem aigües residuals amb poca DQO disponible per dur a terme l’eliminació simultània de nitrogen i fòsfor. Les estratègies que es proven també són dues: la primera és la substitució directa de la font de carboni convencional (àcid propiònic) per la font de carboni en qüestió dins d’un sistema enriquit en microorganismes PAO. La segona estratègia, més innovadora, és la formació d’un consorci microbià amb llots de digestió anaeròbia, prèviament seleccionat, amb microorganismes PAO on els primers seran capaços de fermentar la font de carboni més complexa cap a àcids grassos volàtils de cadena curta (àcid acètic i propiònic) que seran utilitzats pels PAO per dur a terme el procés EBPR. En el darrer capítol de la tesi, s’estudia una nova estratègia per a aconseguir uns llots enriquits majoritàriament amb microorganismes PAO. Aquest procediment permet eliminar del sistema aquells microorganismes competidors (GAO) que capten la font de carboni que hi ha disponible pels PAO i perjudiquen al procés EBPR. L’aplicació d’aquesta estratègia va resultar en un llot amb un 85% de PAO i en el rentat dels GAO del sistema. / Enhanced biological phosphorus removal (EBPR) has been extensively studied, but its implementation at full-scale is still associated to unpredictable failures. Furthermore, when EBPR is implemented simultaneously to nitrogen and organic matter removal, some negative interactions have been found, while individually does not occur. This thesis aims to improve the understanding of EBPR and solve some of the issues reported when EBPR is implemented in wastewater treatments together with biological removal of nitrogen and organic matter. The research conducted in this thesis has two different approaches within this framework. On the one hand, the negative interaction between the nitrogen and phosphorus removal processes has been studied. On the other hand, the possibility to use alternative carbon sources, also used in nitrogen removal, has been assessed by developing novel strategies focused on obtaining new syntrophic consortia for application in EBPR. In chapter 4, new insights for simultaneous nitrogen and phosphorus removal are presented. These strategies are based on the bioaugmentation of PAO microorganisms in nitrification/denitrification systems. A cycle configuration with an anoxic phase with two feedings and an aerobic phase was used to achieve nitrification, denitrification and EBPR. A key point for the success of this strategy was to provide proper operational conditions to avoid rising problems. Enough aerobic phase length was required to ensure complete PHA depletion for PAO microorganisms, which avoided the carbon source availability required for denitrification. In this context, the interaction of different intermediates of the nitrogen removal process, such as nitrite and nitrate, on the EBPR processes was studied. The conclusion of such experiments was that intermediate products of the nitrogen removal process, such as nitrate, can affect EBPR process when PAO microorganisms have not been previously acclimated to these conditions. Low concentration of volatile fatty acid in wastewaters has been also reported to be one of the main hurdles problems to implement EBPR process in full-scale WWTPs. For this reason, Chapter 5 presents the studies done in order to use different carbon sources for EBPR. Two carbon sources commonly used in nitrogen removal processes, namely methanol and glycerol, were tested, resulting in a cost reduction when nitrogen and phosphorus were removed simultaneously in wastewaters with low COD content. Two different strategies were assessed: first, the direct replacement of conventional carbon source (propionic acid) to the desired carbon source in a PAO-enriched sludge system. The second strategy, a novel one, was to develop a consortium of anaerobic sludge, comprising previously selected microorganisms, and PAO where the first ferment the complex carbon source to short-chain volatile fatty acids (i.e. acetic and propionic acid) which are subsequently used by the PAO in the EBPR process. Finally, Chapter 6 presents the study of a new strategy to achieve a predominantly PAO-enriched sludge, removing GAO, which uptake significant proportions of the carbon source available for EBPR. The application of this strategy resulted in the 85% of PAO in the enriched sludge, washing out GAO of the system.