En l'enginyeria de microones, alguns dels principals reptes són la reducció de la mida dels circuits i la flexibilitat de disseny. Aquests són aspectes clau dels dispositius de comunicacions i, com a resultat, s'han fet molts esforços en aquesta direcció. Un clar exemple són les anomenades línies de transmissió basades en metamaterials. Aquestes línies artificials presenten característiques controlables, són elèctricament petites i ofereixen noves funcionalitats. No obstant això, per la seva complexitat, les línies de transmissió metamaterial en general requereixen d’un procés de disseny feixuc, basant-se en l'experiència dels dissenyadors. En les últimes dècades, s’han desenvolupat diverses tècniques d'optimització basades en mapejat espacial (o SM, del anglès Space Mapping), que combinen la precisió dels simuladors electromagnètics amb la velocitat dels simuladors de circuits. Aquest fet proporciona la capacitat d’automatitzar el procés de disseny i reduir-ne el temps. Per aquesta raó, aquestes tècniques són bones candidates per fer front a problemes complexos com el disseny de les línies de transmissió metamaterial. Per tant, l'objectiu principal del treball recopilat en aquesta tesi és el desenvolupament d'una nova eina per a la síntesi automatitzada d'aquest tipus d'estructures a partir del coneixement dels elements reactius del seu circuit equivalent. Concretament, es tracta de la síntesi automàtica de línies de transmissió carregades amb ressonadors d’anells oberts complementaris (o CSRRs, del anglès Complementary Split Ring Resonators) mitjançant l'ús de la tècnica coneguda com mapejat espacial agressiu (o ASM, del anglès Aggressive Space Mapping). Es proporcionen diferents estratègies per al desenvolupament de l'algorisme ASM i les seves millores, tot incloent una tècnica per determinar si per a un conjunt donat de paràmetres circuitals que compleixin les especificacions, l'estructura pot ser sintetitzada o no, i la reducció del temps de convergència. D'altra banda, l'algorisme ASM s'ha aplicat en el disseny de diversos dispositius de microones, com els filtres de Wi-Fi i divisors de potència de banda dual per aplicacions GSM, entre d’altres. / In microwave engineering some of the main challenges are size reduction and design flexibility. These are key aspects in communication devices and, as a result, many efforts have been made in this direction. A clear example of that are the so-called transmission lines based on metamaterials. Such artificial lines exhibit controllable characteristics, are electrically small and provide new functionalities. However, due to their complexity, metamaterial transmission lines usually require a cumbersome design process, based on the experience of the designers. In last decades, several optimization techniques based on Space Mapping (SM), which combine the accuracy of the electromagnetic simulators with the speed of circuit simulators, have been reported. This reduces design time and provides the ability to automate the design process. For this reason, these techniques are good candidates to deal with complex problems such as the design of metamaterial transmission lines. Thus, the main objective of the work compiled in this thesis is to develop a new tool for the automated synthesis of such structures from the knowledge of the reactive elements of its equivalent circuit. Specifically, it deals with the automatic synthesis of transmission lines loaded with Complementary Split Ring Resonators (CSRRs) by using the technique known as Aggressive Space Mapping (ASM). Different strategies for the development of the ASM algorithm and its improvements are provided, including a technique to determine whether for a given set of circuit parameters that meet specifications the structure can be synthesized or not, and the reduction of the convergence time. Moreover, the ASM algorithm has been applied to the design of several microwave devices, such as Wi-Fi filters and dual-band power dividers for GSM applications, among others.

La còrnia és una estructura transparent ubicada a la part frontal de l’ull que permet la transmissió de la llum i protegeix globus ocular d’agressions externes. La principal característica de la còrnia és la seva transparència. Aquesta depèn del nivell de hidratació de l’estroma, que ha de mantenir-se en un constant estat de deshidratació. Aquest nivell de hidratació depèn d’un equilibri dinàmic entre els fluxos iònics que travessen les capes endotelials i epitelials. Per tant, la permeabilitat d’aquestes capes resulta un factor determinant per mantenir la homeòstasis corneal i conseqüentment, la transparència corneal. Malgrat això, no existeixen mètodes apropiats per avaluar la funció barrera corneal de forma no invasiva i que puguin ser utilitzats in vivo. Ja que la permeabilitat iònica té molta importància en les propietats elèctriques passives dels teixits vius, els mètodes basats en aquestes propietats són àmpliament utilitzats en estudis in vitro de la funcionalitat de les capes corneals. Aquesta tesis doctoral es centra en el desenvolupament i validació d’un mètode no invasiu per l’avaluació de l’estat funcional de les principals capes corneals que pugui ser utilitzat in vivo. Per avaluar la viabilitat del mètode proposat s’ha desenvolupat un model numèric basat en elements finits (FEM). Els resultats de les simulacions indiquen que les mesures obtingudes mitjançant elèctrodes col·locats sobre la superfície corneal són suficientment sensibles als canvis de les propietats elèctriques de l’endoteli i de l’epiteli. Una primera versió del sensor d’impedància s’ha fabricat utilitzant un substrat de Pyrex®. De forma que s’ha d’aplicar una certa pressió per tal d’aplanar la curvatura corneal i assegurar el contacte elèctric entre la superfície corneal i els elèctrodes. Malgrat la pressió exercida, sols es pot assegurar el contacte elèctric per la configuració d’elèctrodes més pròxima. Malgrat aquesta limitació, s’ha validat la capacitat del mètode per avaluar in vivo la funció barrera de la còrnia. Per tal de superar les limitacions del substrat rígid, s’ha desenvolupat un sensor de impedància flexible basat en un substrat polimèric de SU-8. D’aquesta forma, la facilitat d’ús i aplicabilitat del mètode proposat milloren notablement ja que no es requereix pressió per aplicar el sensor. La viabilitat del mètode ha estat avaluada incrementant farmacològicament la permeabilitat epitelial de conills i monitoritzant el procés de cicatrització de l’epiteli. Els resultats obtinguts s’han comparat satisfactòriament amb mesures de permeabilitat a la fluoresceïna, un mètode destructiu que es relaciona directament amb la permeabilitat. També s’ha observat que la resolució de les mesures realitzades està principalment limitada per variacions en el gruix de la llàgrima entre el sensor i la superfície corneal. De la mateixa forma, s’ha observat que la contribució de la llàgrima a la impedància mesurada es pot minimitzar augmentant la separació. En paral·lel amb el desenvolupament del sistema in vivo, s’ha estudiat la possibilitat d’aplicar el mètode a l’avaluació de la funció barrera de l’endoteli en còrnies extretes. Aquest nou desenvolupament podria ser molt útil per avaluar la funcionalitat corneal abans d’un transplantament. El mètode proposat permetrà la simplificació dels procediments experimentals utilitzats actualment, que requereixen de l’eliminació de l’epiteli abans de fer la mesura. Les mesures d’impedància obtingudes s’han comparat satisfactòriament amb tècniques microscòpiques de tinció immunològiques. El treball multidisciplinar presentat en aquesta tesis doctoral ha resultat en un nou mètode per a l’avaluació in vivo de la funció barrera corneal de forma no invasiva. Els excel·lents resultats obtingut han permès la transferència tecnològica del mètode proposat a la pràctica clínica. D’aquesta forma, el microsistema desenvolupat ha estat acceptat com a dispositiu mèdic per l’Agència Espanyola dels Medicaments i Productes Sanitaris (AEMPS) per ser utilitzat en humans. Actualment, el mètode desenvolupat es troba en fase d’assaig clínic. / The cornea is a hemispherical transparent structure located in front of the eye that allows the transmission of light and protects the ocular globe against external aggressions. The corneal transparency depends on the hydration of the stroma, which has to remain in a constant state of dehydration. This hydration level depends on a dynamic equilibrium between the ion fluxes through the endothelial and epithelial layer. Thus, the permeability of those layers plays the most important role to maintain the corneal homeostasis, and finally, the corneal transparency. However, there is a lack of proper non-invasive methods for assessing the corneal barrier function in in vivo conditions. Since ionic permeability has a fundamental impact on the passive electrical properties of living tissues, methods based on the study of those properties have consistently been used in in vitro studies of the corneal layers functionality. This dissertation is focused on the development and validation of a non-invasive method to assess the functional state of the main corneal layers in in vivo conditions. An electrical model of the cornea has been developed and analyzed by means of finite elements method (FEM). The simulation results indicate that the measurements performed by electrodes placed on the corneal surface are indeed sufficiently sensitive to the changes in the electrical properties of the epithelial and endothelial layers. The impedance sensor was firstly fabricated using a rigid Pyrex substrate. Consequently, in order to flatten the corneal curvature and ensure the electric contact between the electrodes and the corneal surface a reasonable pressure must be applied. However, the proper electric contact can only be achieved with the closest electrode configuration. Despite this limitation, the capability to in vivo assess the corneal barrier function was successfully evaluated. To overcome the limitations of the rigid substrate, a flexible impedance sensor has been developed using a polymeric SU-8 substrate. Therefore, the usability and performance of the proposed method is increased since no pressure is needed to place the sensor on the corneal surface. Its feasibility was evaluated in vivo by pharmacologically increasing the epithelial permeability and monitoring a corneal epithelium wound-healing process. The obtained impedance results were successfully compared to the measurements of permeability to sodium fluorescein, a well-known destructive method directly related with the permeability. It was also observed that the resolution of the performed measurements is mainly limited by variations in the tear film thickness between the sensor and the corneal surface. However, it was observed that the contribution of the tear film to the measured impedance can be minimized by increasing the separation between electrodes. In parallel with the development of the in vivo system, it has been studied the possibility to apply the method to assess the endothelium barrier function of excised corneas. This new development could be a helpful tool for evaluating the corneal functionality before grafting. The proposed method will allow the simplification of the currently used experimental procedures, which requires the remove of the epithelium to perform the measurement. The obtained impedance results were successfully compared with microscopy immunostaining techniques. The multidisciplinary work described in this dissertation has given rise to a novel method for in vivo assessment of the corneal barrier function in a non-invasive way. The excellent results obtained in the experimental field have allowed transferring the proposed method to the clinical practice. Thus, the developed microsystem has been accepted as a medical device by Spanish Agency of Medicines and Medical Devices(AEMPS)to be used in humans. Currently, the developed method is clinical assay phase.

Els últims avenços en comunicacions sense fils i electrònica ha motivat l'aparició de les xarxes de sensors sense fils. Aquestes xarxes estan formades per un nou tipus de sensors de baixa potència i de baix cost que s\'on capa\c cos d'operar en rangs propers. La seva senzillesa i autonomia ha motivat el desenvolupament de moltes aplicacions en una gran varietat de camps. No obstant això, els nodes estan equipats amb uns recursos de processament de dades i capacitats de comunicació\'o limitats. Per tant, el desenvolupament de qualsevol aplicació planteja diversos problemes de disseny. Aquestes restriccions imposen un disseny d'aplicacions amb un caràcter distribuït i energèticament eficients. Els algoritmes de localització i seguiment són una d'aquestes aplicacions emergents que s'ha convertit en un camp d'interès per als investigadors. La informació d'enrutament de les xarxes de sensors est\`a sovint suportada en la localització dels nodes. A més, el coneixement de la posició permet donar, a les dades detectades, un sentit geogràfic. En lloc d'utilitzar els mètodes existents de localització globals, com el GPS, que són més complexos i costosos, els recents avenços demostren la viabilitat de mètodes locals. En aquesta tesi, hem centrat el nostre estudi dels algoritmes de localització i seguiment, en xarxes de sensors sense fils, en solucions distribuïdes basades en mesures de potència. Una de la qüestions més importants és l'obtenció d'un mètode el més senzill possible, i les mesures de potència s'han convertit en les més simples. A més, també volem obtenir el millor compromís entre obtenir la major fiabilitat de l'algorisme i maximitzar l'eficiència energètica. En primer lloc, hem considerat el desenvolupament d'algoritmes de localització cooperatius basats en mesures de potència rebuda en xarxes interiors estàtiques. Les mesures de potencia imposen el coneixement d'un model de propagació per tal d'obtenir una estimació de la distància entre nodes. Nosaltres proposem la introducció d'un mètode que estima l'exponent de pèrdua de potència per propagació mitjançant les mesures de potència fetes, en comparació a les normalment utilitzades campanyes de mesures fetes a priori. A més a més, els mètodes cooperatius en els quals basem la nostra proposta augmenten el nombre de nodes que cooperen durant el procediment d’estimació de la posició d'un node no localitzat . Dos s\'on els problemes principals que no s'han de menystenir quan s'utilitza un major nombre de nodes. D'una banda, a major nombre de nodes cooperants, major intercanvi de missatges, i, per tant, major consum d'energia. D'altra banda, la probabilitat d'utilitzar nodes llunyans s'incrementa, i, com m\'es gran sigui la distància entre nodes, l'error de la distància estimada ser\`a major, puix que utilitzem mesures de potència. Aquesta característica ens ha motivat a proposar tres criteris de selecció de nodes diferents per tal de reduir el nombre de nodes cooperants i així reduir el consum d'energia sempre intentant mantenir l'exactitud. Finalment, hem considerat la mobilitat dels nodes dins d'una xarxa fixa. L'interès és localitzar i seguir un node mòbil en una xarxa de sensor sense fils. En aquesta ocasió hem considerat dos escenaris diferents: una a l'aire lliure, on la velocitat és mitjana-alta, i un interior, on la velocitat és menor. En ambdós casos, també utilitzem un algorisme cooperatiu basat en mesures de potència. A més, el filtre de Kalman i els seus derivats s'introdueixen a la solució proposada, ja que s'han convertit en un solució d'ús comú als algoritmes de seguiment. En ambdós casos, la mobilitat del node produeix una alta variabilitat de les mesures de potència. Aquests errors poden causar una precisi\'o inferior. En aquest sentit, es proposa un mètode de correcció de les potències rebudes basat en un enfinestrat, per tal de disminuir aquests efectes negatius. / The last advances in wireless communications and electronics have motivated the appearance of Wireless Sensor Networks. These networks are formed by a new kind of low-power and low-cost sensors able to operate across short ranges. Their simplicity and autonomy have motivated the development of many final applications in a large variety of fields. Nevertheless, sensor nodes are equipped with limited data processing and communication capabilities. Hence, several design challenges appear when an application has to be developed. These restrictions justify the design of highly distributed and energy-efficient applications. Localization and tracking algorithms are one of those emerging applications that have become an interesting field to the researchers. The information routing is often supported by their localization. Besides, the location knowledge gives to the data sensed a geographic sense. Instead of using the existing global localization methods, such as GPS, that are more complex and costly, recent advances have demonstrated the viability of local methods. In this PhD dissertation, we have focused our study of the localization and tracking algorithms for WSN on the RSS-based distributed approaches. One of the major issues is to obtain the simplest possible method, and RSS range measurements have become the simplest existing measurements. Besides, we have also presented methods that are able to optimize the trade-of between accuracy versus energy-efficiency. First, RSS-based cooperative localization algorithms in static indoor networks are considered. The use of RSS measurements requires the knowledge of a propagation model in order to obtain inter-node distance estimates. We introduce an on-line path loss estimation method that obtains the model by means of RSS measurements. Hence, we avoid the need of an a priori estimation of the propagation model. Moreover, the cooperative approaches used increase the number of nodes that cooperate with a non-located node in the location estimation procedure. Two major issues have to be taken into account when a large number of nodes are used. On the one hand, the larger the number of cooperating nodes, the larger the number of messages exchanged, and, hence, the higher the energy consumption. On the other hand, the probability of using further nodes is increased, hence, the higher the distance, the higher the error distance estimates, when RSS measurements are used. These features have motivated us to propose three different node selection criteria in order to reduce the energy consumption maintaining the accuracy. Finally, we have considered the mobility of the non-located nodes inside a fixed network. The interest is to locate and track a node moving across a WSN. We have considered two different scenarios: an outdoor one, in which the velocity is medium-high, and, an indoor one, where the velocity is lower. In both cases, we have still used an RSS-based cooperative algorithm. Besides, we introduce the Kalman Filter and its derivatives, because, they have become a common approach used for tracking purposes. In both scenarios, the mobility of the node causes a high variability of the RSS measurements. These errors reduce the accuracy. In that sense, we propose a window-based RSS correction method in order to counteract these negative effects.

L’actual diversitat de dispositius de consum amb accés a Internet fa possible una gran varietat de plataformes multimèdia per accedir a contingut audiovisual, serveis interactius, jocs i tot tipus d’aplicacions d’usuari. El concepte de televisió digital està evolucionant des de ser considerada una tecnologia unidireccional i relativament aïllada a formar part de l’ecosistema de serveis que l’usuari te disponible des de qualsevol entorn multimèdia, com la pròpia llar. En aquest context, la convergència entre televisió, Internet i aplicacions és una realitat gràcies a extensa família de dispositius intel·ligents que hi ha al mercat. Las Smart TVs, smartphones, tablets i consoles permeten als usuaris accedir a continguts de televisió i aplicacions interactives a través múltiples xarxes. El nombre I varietat de format d'aplicacions i entorns d'execució que actualment permeten accedir a algun tipus de televisió interactiva (iTV) dificulten la portabilitat de les aplicacions desenvolupades entre diferents entorns. La manca d'un estàndard unificat i acceptat a nivell mundial per al desplegament de continguts interactius en plataformes de televisió requereix de tècniques especials per adaptar els continguts d'una plataforma a una altra. Així, els productors de contingut interactiu poden estalviar temps i recursos en el desenvolupament dels mateixos continguts per a diferents plataformes. El principal objectiu d’aquesta dissertació és la proposta i validació de una metodologia apropiada per la generació i manteniment eficients d’aplicacions per a TV interactiva. Això permet una millor separació entre el proses de disseny d’una aplicació i les múltiples implementacions que es poden fer per plataformes diferents. Aquesta tesi analitza l’estat actual de la televisió interactiva i proposa una metodologia concreta per generar “write once, adapt to anywhere” (“escriu una vegada i adapta-ho a qualsevol plataforma”) basada en un format estàndard per a contingut portable anomenat DVB-PCF. La metodologia proposta és validada a través de l’aplicació de diferent casos d’ús que han servit per testejar les eines desenvolupades en el transcurs d’aquesta recerca. Això inclou els mòduls necessàries per traduir les descripcions multiplataforma (escrites en DVB-PCF) en aplicacions iTV per a plataformes especifiques (com MHP, HTML5, …) i un entorn de desenvolupament integrat que incorpora un editor visual d’interfícies d’usuari basat en el format seleccionat per descriure contingut portable. L’estudi de la sincronització del contingut multimèdia en plataformes web ha generat una aportació secundària relativa al desenvolupament de sistemes de subtitulació basats en HTML5. Aquesta proposta treu profit de SVG i SMIL per sincronitzar subtítols que son personalitzables per l’usuari i mostrar-los en qualsevol plataforma que s’hi connecti. Això també redueix considerablement el codi necessari per mantenir una línia de temps global. Els resultats de l’avaluació de l’experiència d’usuari per al sistema proposat de subtitulació mostren que les característiques de temps proporcionades per SMIL permeten una gestió eficient dels subtítols a través de múltiples plataformes HTML5 sense perdre la sincronització entre els components de la presentació. / The current diversity of internet-connected consumer devices enables an increasing variety of multimedia platforms for accessing audiovisual content, interactive services, games and all kind of user applications. The concept of digital TV is evolving from being an isolated unidirectional technology to become part of the ecosystem of services users consume in their multimedia home or nomadic environment. In this context, the convergence between interactive TV, Internet, and applications is a reality thanks to the family of smart devices that are available on the market. Smart TVs, smartphones, tablets, and game consoles allow users to access TV contents and interactive applications through multiple networks. The number of different application formats and runtime environments that currently enable interactive TV services hinders the portability of applications developed for those environments. The lack of a globally unified and accepted standard for the deployment of interactive contents on TV platforms requires the use of special techniques to adapt those contents from one platform to another. Interactive content producers can save both time and resources when developing the same content for different platforms. The main objective of this dissertation is the proposal and validation of a suitable methodology for the efficient generation and maintenance of cross-platform iTV applications, which allows the separation between the design process and its multiple implementations for different platforms. This thesis analyzes the current context of interactive TV and proposes a solution for generating “write once, adapt to anywhere” applications based on a portable content format for TV environments. The proposed methodology is validated through different application use cases that have been tested using the software framework developed in the course of this research. This includes the required modules for translating cross-platform descriptions into platform-specific iTV applications and an integrated development environment containing a visual editor for graphic user interfaces that stores the interface description in the portable content format. The study of multimedia content synchronization in web-based platforms generated a secondary contribution for the development of subtitling systems based on HTML5. This proposal takes advantage of SVG and SMIL for synchronizing customizable video subtitles across web platforms. It also enables to reduce considerably the code required by an application for managing time issues. The results of the user experience evaluation for the proposed subtitling system show that SMIL time features allow an efficient management of subtitles across different HTML5 platforms without losing the synchronization between the presentation components.

Tot i les avantatges que presenta la sang de cordó umbilical (SCU) respecte el moll d’os i la sang perifèrica mobilitzada (SPM) com a font de cèl·lules mare hematopoètiques (CMH), la seva utilització pel tractament de l’aplàsia mieloide queda limitada degut al retard que pateixen els pacients a recuperar els nivells normals de neutròfils i plaquetes en sang. S’especula que aquest fet es deu bàsicament a dos factors: la reduïda dosi de CMH disponible per unitat i a l’estat d’immaduresa de les seves cèl·lules. Tenint en compte aquesta conjuntura, l’objectiu d’aquest treball es centra en el desenvolupament d’un producte de teràpia cel·lular avançada a partir de l’expansió i diferenciació selectiva dels progenitors hematopoètics de la sang de cordó umbilical per tal de superar els inconvenients que en limiten la seva utilització i aprofitar així les múltiples avantatges que presenta com a font cel·lular. En primer lloc s’ha estudiat la cinètica de creixement in vitro dels progenitors hematopoètics aïllats de la SCU amb l’objectiu d’aproximar una estratègia de cultiu que en permeti la seva expansió. Una vegada definida l’estratègia d’expansió, s’ha procedit a la caracterització del producte resultant. Per una banda, s’ha realitzat una caracterització funcional in vitro per tal d’aproximar el mecanisme d’acció de les diferents poblacions cel·lulars generades. Per altra banda, s’han dut a terme els estudis preclínics consistents en la determinació de l’eficàcia i seguretat del producte cel·lular en un model animal. La caracterització funcional in vitro ha posat de manifest que el producte cel·lular resultant del procés d’expansió no tan sols està format per CMH (cèl·lules CD34+), sinó que està compost per progenitors neutròfils en diferent grau de maduració amb activitat fagocítica. A més, també s’ha determinat la presència de cèl·lules mieloides supressores (MDSC) tant de llinatge granulocític com monocític. El estudis de limfoproliferació duts a terme han permès concloure que aquestes cèl·lules presenten la seva activitat immunosupressora característica. A continuació s’han realitzat els estudis preclínics a partir del trasplantament d’igual dosis de CMH en el model murí NOD-scid IL2rynull. Aquests estudis han consistit en determinar la capacitat d’empelt i repoblació de les CMH obtingudes al llarg del cultiu, en comparació amb CMH aïllades de SCU sense expandir. Els resultats obtinguts han permès concloure que sota les condicions de cultiu fixades, s’afavoreix l’expansió dels progenitors hematopoètics amb activitat repobladora a curt termini, mentre que es genera un empobriment de les cèl·lules amb activitat repobladora a llarg termini, resultat positiu tenint en compte que el producte de teràpia cel·lular està orientat a la reducció dels períodes d’aplàsia. Addicionalment s’ha pogut concloure que el producte de teràpia cel·lular no té efectes potencialment tòxics, evidenciant, per tant, la seva seguretat. Finalment, s’ha escalat el procés productiu, assolint uns factors d’expansió que permeten obtenir dosis d’1x106 CD34+/kg de pacient. En les proves pilot realitzades s’ha obtingut una dosi màxima de 92x106 CD34+. A més, aquest escalat s’ha dut a terme de forma paral·lela a la definició de la totalitat del bioprocés sota els estàndards de seguretat fixats per la normativa GMP (Good Manufacturing Practices). / Despite the advantages of umbilical cord blood (UCB) as a source of hematopoietic stem cells (HSC) compared to bone marrow or mobilized peripheral blood, its use for the treatment of aplastic anemia is limited due to the fact that patients undergo a delay in reaching normal levels of neutrophils and platelets. It has been suggested that this problem is due to two main reasons: a reduced amount of available HSC per unit and their immaturity. Given this situation, the aim of this work was to develop an advanced cell therapy product based on the expansion and selective differentiation of hematopoietic progenitor cells from UCB, in order to overcome the disadvantages that limit its use as a stem cell source. First we studied the in vitro growth kinetics of HSC from UCB in order to establish a cell culture strategy for its expansion. After that, the resulting cell product was characterized in vitro and in vivo in order to establish the functional profile and to determine its safety and efficacy in an animal model, respectively. The in vitro functional characterization revealed that the cell product obtained from the expansion culture contained not only HSC (CD34+ cells) but also neutrophil progenitors at different maturation stages with phagocytic activity. Moreover, it was found the presence of myeloid-derived suppressor cells (MDSC) from both granulocytic and monocytic lineages. Lymphocyte proliferation assays revealed that these cells displayed the expected immunosuppressive activity, which is characteristic of this cell type. Preclinical studies consisting in transplantation of equal doses into the murine model NOD-scid IL2rynull were performed. In these experiments, the engraftment and repopulation activity of the expanded product were compared to HSC isolated from UCB. Our results indicated that under the culture conditions developed in this PhD project, short-term repopulating progenitors were expanded, and long-term repopulating progenitors were depleted. These results are positive when considering that the advanced cell therapy product is designed to reduce aplastic periods. Moreover, the safety of this product was confirmed by the absence of toxic effects. Finally, the culture strategy was scaled up, reaching the expansion factor needed to produce clinical doses (1x106 CD34+/kg patient). The maximum dose obtained during a pilot test was 92x106 CD34+. On this, it is worth mentioning that the scaling process was carried out in parallel with the definition of the bioprocess under the standards established by the GMP (Good Manufacturing Practices) regulations.

En las últimas décadas, la globalización ha impulsado la adaptación del sector del Transporte y la Logística a las nuevas demandas sociales. Al mismo tiempo, el transporte ha sido la columna vertebral de la globalización. Esta necesidad social crea consumidores ambiciosos que necesitan sus productos de forma rápida y a un precio asequible muchas veces sin ser conscientes de su origen, el transporte o los aspectos medioambientales, entre otros factores. Sin embargo, para satisfacer las demandas del cliente, es necesario encontrar el modo de transporte más barato, que significa la mejora de la logística del transporte de estos productos. Por lo tanto, estas demandas requieren un servicio cada vez más flexible para satisfacer las necesidades del cliente, y, además, las empresas quieren un transporte eficiente y productivo. Traveling Salesman Problems (TSP) and Vehicle Routing Problems (VRP) proporcionan el marco teórico para tratar este tipo de problemas logísticos relacionados con la distribución física de mercancías desde un almacén central hasta los clientes. Son dos de los problemas más desafiantes e investigados debido a su complejidad y aplicabilidad. El objetivo principal de esta tesis doctoral es la introducción de metodologías híbridas que integran varias técnicas para resolver de manera eficiente rich VRPs con restricciones realistas. Esta tesis comienza con problemas teóricos y evoluciona hacia escenarios más realistas abordando un total de seis problemas combinatorios relacionados con el transporte por carretera. Una metaheurística llamada Tailored Lagrangian Metaheuristic (TLM) se ha desarrollado para abordar el TSP. Está basa en la relajación de Lagrange que se utiliza para explotar la estructura del problema que reduce considerablemente su complejidad moviendo restricciones difíciles de satisfacer a la función objetivo, asociando una penalización en caso de que no se cumplen. La metaheurística desarrollada para el TSP se ha integrado en dos metodologías híbridas combinadas con Constraint Programming para hacer frente a problemas más complejos. En primer lugar, el Capacitated Vehicle Routing Problem (CVRP), cuyos los vehículos tienen limitaciones de capacidad de carga de las mercancías que deben ser entregadas, es abordado. En segundo lugar, se ha abordado un problema real, Home Health Care (HHC), del servicio de Salud en el municipio de Ferrara, Italia. Este consiste en la asignación de los tratamientos de los pacientes a las enfermeras que viajan a las casas de los pacientes. Investigaciones teóricas suelen asumir la simetría de los costes basados en la distancia de viajar de un lugar a otro y la existencia de una flota homogénea de vehículos con una misma capacidad. Esta tesis estudia diferentes variantes centradas en el impacto que causa la asimetría de los costes y la heterogeneidad de la flota. Para estos estudios, se abordan la versión con costes asimétricos del TSP y del CVRP -el Asymmetric Traveling Salesman Problem (ATSP) y el Asymmetric Capacitated Vehicle Routing Problem (ACVRP)- y la versión con flota heterogénea del ACVRP –el Asymmetric and Heterogeneous Vehicle Routing Problem (AHVRP). / Over the last decades, globalization has driven the adaptation of the Transport and Logistics sector to new social demands. At the same time, transport has been the backbone of globalization. This social need creates ambitious consumers who need their products quickly and an affordable price often unaware of their origin, transport mode or environmental aspects, among other factors. Nevertheless, to satisfy customer demands, it is needed to find the cheapest transport mode, which in turn means the improvement of transport logistics of the products. Therefore, these demands require an increasingly flexible service to meet customer requirements, and in addition companies want an efficient and productive transport. The so called Traveling Salesman Problems (TSP) and Vehicle Routing Problems (VRP) provide the theoretical framework for approaching this class of logistic problems associated with the physical distribution of goods from a central depot to customers. They are two of the most challenging and researched problems because of their complexity and applicability. The main goal of this PhD thesis is to introduce hybrid methodologies that integrate several techniques to efficiently solve rich VRPs with realistic constraints. It starts with theoretical problems and evolves into more realistic scenarios tackling six combinatorial problems related to road transport. A metaheuristic named Tailored Lagrangian Metaheuristic (TLM) has been developed to tackle the TSP. It is based on the Lagrangian Relaxation which is used to exploit the structure of the problem reducing considerably its complexity by moving hard-to-satisfy constraints into the objective function, associating a penalty in case the constraints are not satisfied. The developed metaheuristic for the TSP has been integrated into two hybrid methodologies combined with Constraint Programming to tackle more complex problems. First of all, it is addressed the Capacitated Vehicle Routing Problem (CVRP), whose vehicles have limited loading capacity of the goods that must be delivered. Secondly, it has been addressed a real problem of the Home Health Care (HHC) service in the municipality of Ferrara, Italy. It consists on assigning patients' services to nurses which travel to each patient’s home. Theoretical researches typically assume the symmetry of the distance-based costs associated with traveling from one place to another as well as the existence of a homogeneous fleet of vehicles with limited capacity. This thesis studies different variants focusing on the impact that causes the asymmetry of the costs and the heterogeneity of the fleet. For these purpose, the Asymmetric Traveling Salesman Problem (ATSP), the Asymmetric Capacitated Vehicle Routing Problem (ACVRP) and the Asymmetric and Heterogeneous Vehicle Routing Problem (AHVRP) are addressed.

L’aplicació industrial de biofiltres percoladors per la dessulfuració de corrents de biogàs en condicions aeròbies requereix del desenvolupament i aplicació d’estratègies de control per poder aconseguir una operació robusta, estable i fiable davant de condicions de carga de H2S variables. El control d’aquest tipus de reactors es difícil ja que la seva controlabilitat depèn de diversos paràmetres com el transport O2, l’activitat biològica,l’ estructura de la bio-pel·lícula i la variabilitat de la carga entre altres. Degut a això, abans de la implementació experimental de les estratègies de control, el sistema ha de ser profundament estudiat per poder de caracteritzar les diferents variables que comprenen un llaç de control. En aquesta tesi, no només s’ha dut a terme un estudi experimental per poder entendre el funcionament dels biofiltres percoladors per a la dessulfuració aeròbia de corrents de biogàs, sinó que també s’ha inclòs un estudi utilitzant un model amb el objectiu d’avaluar les diferents estratègies abans de la seva implementació experimental. L’estudi abiòtic sobre el tipus de configuració del flux gas-líquid realitzat prèviament a la posada en marxa del biofiltre percolador, va indicar que la configuració en paral·lel es la mes adequada per a millorar el transport gas-líquid d’oxigen, el qual va ser avaluat mitjançant la taxa estàndard de transport d’oxigen. A més a més, es va demostrar que la regulació de la velocitat de percolació era una variable més efectiva per tal de obtenir taxes de transferència d’oxigen mes altes si es comparava amb la regulació del cabal d’aeració. Aquest resultat va ser posteriorment confirmat durant els experiments biòtics, on l’efecte del rendiment del biofiltre percolador davant la regulació de la velocitat de percolació i del cabal d’aeració va ser quantificat. La regulació de la velocitat de percolació va demostrar tenir una major influència en els principals paràmetres de rendiment tal com l’eficiència d’eliminació, la capacitat d’eliminació i principalment sobre la selectivitat de sulfat, indicant ser una variable adequada per la millora del transport de O2 en el llit empacat. Posteriorment la tritimetria va ser avaluada com a possible variable mesurada, amb el fi de poder relacionar l’activitat biològica i els canvis operacionals amb la producció de protons i la taxa de producció de protons generat per la reacció biòlogica. La titrimetria va ser aplicada a tant a un procés en continu, com en un procés discontinu, indicant que la producció de protons es una variable més adequada per a la monitorització del procés que per l’aplicació en un llaç de control. Abans de la implementació experimental de les estratègies de control, un model dinàmic incloent els diferents processos fisicoquímics i biològics que formen part de la eliminació de altes carregues de H2S en corrents de biogàs mitjançant biofiltres percoladors va ser desenvolupat, i satisfactòriament calibrat i validat. Aquest model va permetre l’avaluació de la influencia de diferents paràmetres sobre les principals variables operacionals mitjançant un anàlisi de sensibilitat, així com dels límits de controlabilitat, les capacitats màximes i conèixer el valor afegit de les estratègies de control en la dessulfuració de biogàs en biofiltres percoladors en condiciones aeròbies. Finalment, control retro-alimentat i anticipatiu basat en la regulació de la velocitat de percolació va ser experimentalment avaluat. Aquestes estratègies van ser dissenyades a partir de informació obtinguda durant la caracterització de les variables manipulades i amb el anàlisi realitzat amb el model. Les estratègies de control basades en la regulació de la velocitat de percolació van demostrar ser una eina efectiva per la millora del rendiment dels biofiltres percoladors en condicions aeròbies degut a una considerable millora del transport gas-líquid d’oxigen, sense la necessitat de diluir el corrent de biogàs. / La aplicación industrial de biofiltros percoladores para la desulfuración de biogás en condiciones aerobias requiere del desarrollo y aplicación de estrategias de control con el fin de poder conseguir una operación robusta, estable y fiable en condiciones de carga variable de H2S. El control de este tipo de reactores biológicos es difícil ya que su controlabilidad depende de parámetros como el transporte de O2, actividad biológica, estructura de la biopelícula, y la variabilidad de la carga entre otros. Por ello, antes de realizar la implementación de las estrategias de control, el sistema debe de ser profundamente estudiado para caracterizar las diferentes variables que comprenden un lazo de control. En esta tesis, no solo trabajo experimentación en diferentes condiciones de operación ha sido realizado para entender la desulfuración de biogás en biofiltros percoladores en condiciones aeróbicas, sino que también un estudio utilizando un modelo también ha sido incluido con el fin de poder evaluar las diferentes estrategias antes de su implementación experimental. El estudio abiótico sobre el tipo de patrón de flujo gas-liquido realizado previo a la puesta en marcha del biofiltro percolador, indico que el patrón en paralelo era la configuración más adecuada para mejorar el transporte gas-liquido de O2, el cual fue evaluado utilizando la tasa de estándar de transferencia de oxígeno. Además, se demostró que la regulación de la velocidad de percolación era la variable más efectiva para poder obtener mayores tasas de transferencia de oxígeno si se comparaba con la regulación del caudal de aireación. Este resultado luego fue confirmado en los experimentos bióticos, donde el efecto en el rendimiento del biofiltro percolador de la regulación de la velocidad de percolación y del caudal de aireación fue cuantificado. La regulación de la velocidad de percolación demostró tener una mayor influencia en los principales parámetros de rendimiento tales como la eficiencia de eliminación, la capacidad de eliminación y principalmente sobre la selectividad de sulfato, indicando ser una variable manipulada adecuada para poder mejorar el transporte de O2 en el lecho empacado. Posteriormente la titrimetría fue evaluada como posible variable medida, con el fin de relacionar la actividad biológica y los cambios operacionales mediante la producción de protones y la tasa de producción de protones. La titrimetría fue aplicada tanto a un proceso continuo como un proceso discontinuo, indicando que la producción de protones era una variable adecuada más adecuada para la monitorización de procesos que para el control de procesos. Antes de la implementación experimental de las estrategias de control, un modelo dinámico incluyendo los procesos físico-químicos y biológicos envueltos en la eliminación de altas cargas de H2S en corrientes de biogás mediante biofiltros percoladores fue desarrollado, y satisfactoriamente calibrado y validado. Este modelo permitió evaluar la influencia de diferentes parámetros sobre los principales parámetros operacionales a través de un análisis de sensibilidad, así como determinar los límites de controlabilidad, las capacidades máximas y conocer el valor añadido que tienen las estrategias de control en la desulfuración de biogás mediantes biofiltros percoladores en condiciones aerobias. Finalmente, control retroalimentado y control anticipativo basado en la regulación de la velocidad de percolación fueron experimentalmente evaluados. Dichas estrategias de control fueron diseñadas en base a la información obtenida durante la caracterización de las variables manipuladas y mediante el análisis realizado con el modelo. Las estrategias de control basadas en la regulación de la velocidad de percolación demostraron ser una herramienta efectiva para mejorar el rendimiento de los biofiltros percoladores debido a una mejora en el transporte de oxígeno, sin la necesidad de diluir la corriente de biogás. / Industrial application of biotrickling filters (BTF) for biogas desulfurization under aerobic conditions requires the development and application of control strategies in order to achieve a robust, stable and reliable operation under variable hydrogen sulfide (H2S) loading rates (LR) conditions. Controlling this type of biological reactors is highly difficult since their controllability depends on several parameters such as O2 transfer, biological activity, biofilm structure, and LR variability among others. Therefore, before the implementation of control strategies, these systems must be deeply studied to characterize the different variables involved in control loops. In this thesis, not only experimental work under different operational conditions has been performed to understand biogas desulfurization under aerobic conditions in BTFs, but a model-based study has been also included in order to test and evaluate different control strategies before its experimental implementation. The abiotic study of gas-liquid flow pattern performed before BTF start-up, indicated that co-current flow pattern was the most suitable configuration in order to improve the O2 mass transport from the gas to the liquid phase, which was evaluated through the standard oxygen transfer rate (SOTR). Moreover, it was demonstrated that trickling liquid velocity (TLV) regulation provided higher SOTR values when compared to air flowrate (AFR) regulation. This result was later confirmed in biotic tests, where the effect in BTF performance of TLV and AFR regulation was quantified. TLV showed a high influence over the main performance parameters such as removal efficiency (RE), elimination capacity (EC) and principally over sulfate selectivity, indicating that TLV is a suitable variable to manipulate in order to improve O2 transport in the packed bed. Afterwards titrimetry was evaluated as possible measured variable, in order to relate biological activity and operational changes through proton production (HP) and proton production rate (HPR). Titrimetry was applied for a continuous process as well in a discontinuous process, indicating that HP was a suitable indicator to use in processes monitoring, in order to provide further information of the process state rather for control purposes. Before implementing control strategies, a dynamic model describing physical-chemical and biological processes for the removal of high loads of H2S from biogas streams in BTFs was developed and successfully calibrated and validated allowing a proper description of different operational scenarios. This model was used to evaluate the influence of different parameters over the main process variables through a sensitivity analysis, and mainly to determine the control limits, capabilities and added value of different feedback control strategies applied to biogas desulfurization in aerobic BTFs. Finally, feedback and feedforward control strategies based on TLV regulation were experimentally evaluated in a desulfurizing BTF under aerobic conditions. Control strategies were designed based in knowledge obtained in the characterization manipulated variables and with the model-based analysis. Application of control strategies based in TLV regulation showed to be a suitable tool in order to improve BTF performance through O2 transport improvement, without increasing biogas dilution.

En aquesta tesi s’avalua un sistema híbrid de jet impactant/ microcanals, a escala micromètrica. S’inclou el procediment de dimensionament i la construcció del dissipador mitjançant el procés de microfabricació. Amb proves experimentals que permeten el càlcul de paràmetres com el coeficient de resistència tèrmica i la desviació estàndard de la temperatura, s’avalua el comportament del sistema en comparació amb d’altres de similars a escala mil•limètrica. Paral•lelament es desenvolupa i valida un model numèric per simular el comportament del dispositiu. El model permet analitzar l’efecte de la velocitat del fluid refrigerant així com l’impacte del material d’interfície tèrmica (TIM). També s’estudia l’efecte de la geometria del jet utilitzant el quocient entre l’amplitud de l’entrada del fluid i la distància entre aquesta i el punt d’impacte (z/b). La resistència tèrmica, la uniformitat de temperatura i les pèrdues de pressió s’analitzen en funció d’aquest paràmetre z/b. Finalment, per estudiar l’adaptació del dissipador a fluxos de calor bidimensionals s’avalua un disseny de matriu d’agulles, comparant-lo amb el dissipador de microcanals. / En esta tesis se evalúa un sistema híbrido de jet impactante/microcanales, a escala micrométrica. Se incluye el procedimiento de dimensionamiento y la construcción del disipador mediante el proceso de microfabricación. Con pruebas experimentales que permiten el cálculo de parámetros como el coeficiente de resistencia térmica y la desviación estándar de la temperatura se evalúa el comportamiento del sistema en comparación con otros de similares a escala milimétrica. Paralelamente se desarrolla y valida un modelo numérico para simular el comportamiento del dispositivo. El modelo permite analizar el efecto de la velocidad del fluido refrigerante así como el impacto del material de interfaz térmica (TIM). También se estudia el efecto de la geometría del jet utilizando el cociente entre la amplitud de la entrada del fluido y la distancia entre ésta y el punto de impacto (z/b). La resistencia térmica, la uniformidad de temperatura y las pérdidas de presión se analizan en función de este parámetro z/b. Finalmente, para estudiar la adaptación del disipador a flujos de calor bidimensionales se evalúa un diseño de matriz de agujas, comparándolo con el disipador de microcanales. / This thesis evaluates a hybrid microchannels/jet impingement system, in a micrometer scale. The work includes the dimensioning process and the heat sink development using a microfabrication process. With the experimental tests that allow to calculate parameters like the thermal resistance coefficient and the temperature standard deviation, the system behaviour is evaluated in comparison to similar ones in a millimeter scale. In parallel a numeric model is developed and validated in order to simulate the behaviour of the device. The model makes possible to analyse the effect of the cooling fluid velocity as well as the impact of the thermal interface material (TIM). In addition the effect of the jet geometry is studied using the nozzle to plate spacing (z/b) . The thermal resistance, temperature uniformity and pressure drop are analysed in function of this z/b parameter. Finally, a pin fins design is evaluated comparing it with the microchannels heat sink, in order to study the adjustment of the heat sink to bidimensional heat fluxes.

Probablement, el sistema-en-xip encastat futur estarà compost per desenes o centenars de nuclis de Propietat Intel·lectual heterogenis que executaran una aplicació paral·lela o fins i tot diverses aplicacions que funcionin en paral·lel. Aquests sistemes seran possible gràcies a l’evolució constant de la tecnologia que segueix la llei de Moore, que ens durà a integrar més transistors en un únic dau, o el mateix nombre de transistors en un dau més petit. En els sistemes MPSoC encastats, les xarxes intenrades (NoC) poden proporcionar una infraestructura de comunicació flexible, en què diversos components, com ara els nuclis microprocessadors, MCU, DSP, GPU, memòries i altres components IP, poden estar interconnectats. En primer lloc, en aquesta tesi presentem un procés de desenvolupament complet creat per desenvolupar MPSoC en clústers reconfigurables tot complementant el procés de desenvolupament SoC actual amb passos addicionals per admetre la programació paral·lela i l’optimització del software. Aquest treball explica de manera sistemàtica els problemes i les solucions per aconseguir un MPSoC basat en FPGA seguint el nostre flux sistemàtic, i s’ofereixen eines i tècniques per desenvolupar aplicacions paral·leles per a aquests sistemes. D’altra banda, descrivim diversos models de programació per a MPSoC encastats i proposem adoptar MPI per a aquests sistemes, i mostrem algunes implementacions creades en aquesta tesi amb arquitectures de memòria compartida i distribuïda. Finalment, ens centrem en la sobrecarrega de temps que produeix la llibreria MPI i intentarem trobar solucions per tal de minimitzar aquesta sobrecàrrega i, per tant, poder accelerar l’execució de l’aplicació, descarregant algunes parts del software stack al controlador d’interfície de la xarxa. / Future embedded System-on-Chip (SoC) will probably be made up of tens or hundreds of heterogeneous Intellectual Properties (IP) cores, which will execute one parallel application or even several applications running in parallel. These systems could be possible due to the constant evolution in technology that follows the Moore’s law, which will lead us to integrate more transistors on a single dice, or the same number of transistors in a smaller dice. In embedded MPSoC systems, NoCs can provide a flexible communication infrastructure, in which several components such as microprocessor cores, MCU, DSP, GPU, memories and other IP components can be interconnected. In this thesis, firstly, we present a complete development process created for developing MPSoCs on reconfigurable clusters by complementing the current SoC development process with additional steps to support parallel programming and software optimization. This work explains systematically problems and solutions to achieve a FPGA-based MPSoC following our systematic flow and offering tools and techniques to develop parallel applications for such systems. Additionally, we show several programming models for embedded MPSoCs and propose the adoption of MPI for such systems and show some implementations created in this thesis over shared and distributed memory architectures. Finally, the focus will be set on the overhead produced by MPI library and on trying to find solutions to minimize this overhead and then be able to accelerate the execution of the application, offloading some parts of the software stack to the Network Interface Controller.

Los metamateriales (MTMs) representan una interesante área de investigación emergente que promete lograr un importante progreso tecnológico y científico en diversas áreas como las telecomunicaciones, la microelectrónica, radar, e imágenes médicas. La cantidad de artículos dedicados a la investigación en esta área (MTMs) se mantiene en pleno crecimiento en la actualidad. Las estructuras MTMs pueden sostener una fuerte resonancia electromagnética con longitudes de onda electricamente pequeñas y por lo tanto son potencialmente aplicables para la miniaturización de los componentes. La miniaturización, optimización del rendimiento del dispositivo mediante la eliminación de frecuencias espurias, y la posibilidad de controlar el ancho de banda del filtro para amplios márgenes de frecuencias es un reto para los presentes y futuros dispositivos de comunicación. Esta tesis se focaliza en el estudio de ambos temas (MTMs y miniaturización) centrándose en las nuevas estrategias para la miniaturización de componentes basados en MTMs. Desde la aparición de estos, los resonadores dieléctricos (DR) son un nuevo tipo de MTMs distinguidos por sus pequeñas pérdidas, así como su fácil combinación con estructuras externas; son la elección adecuada para todo proceso de desarrollo. La principal ventaja de utilizar una alta constante dieléctrica como DR es miniaturizar el tamaño del filtro. El tamaño del filtro de DR es considerablemente menor que la dimensión de la guía de ondas de otros filtros que operan a la misma frecuencia. Dada una constante dieléctrica, tanto la frecuencia de resonancia como el factor de calidad Q se definen a partir de las dimensiones del resonador dieléctrico. Cuanto mayor es la constante dieléctrica, menor es el espacio en el que se concentran los campos, y por lo tanto las dimensiones necesarias para trabajar a una frecuencia de operación definida quedan reducidas. Con el objetivo de miniaturizar las dimensiones del dispositivo, en este trabajo se propone un nuevo diseño para un filtro rechaza banda basado en la alta constante dieléctrica que proporciona una fina capa de pasta epoxy (TFDR) como material DRs excitado a través de una línea microstrip. Además, se propone un filtro pasa banda diseñado en base a los resonadores dieléctricos incrustados (EDR), esto constituye un nuevo enfoque en el campo de los resonadores miniaturizados adaptado a los metamateriales, logrando evitar la degradación del factor Q inherente al coeficiente de acoplamiento basado en partículas eléctricamente pequeñas. En esta tesis se propone también un nuevo filtro pasa de banda basado en resonadores de anillo dividido (SRRs), que es uno de los bloques de construcción MTMs más popular hoy en día. Los filtros de paso de banda basados en este concepto resultan prometedores para las aplicaciones donde la miniaturización y la compatibilidad con la tecnología de ondas planares milimétricas son los requisitos críticos del diseño. Además, para mayor miniaturización, tecnología DR de incrustado es reportada. Otro enfoque para la reducción de tamaño se basa en modificar el resonador tradicional para generar modos adicionales, los cuales hacen que el resonador se comporte como un resonador multimodal. Por último, se propone un filtro compacto paso banda de banda ultra ancha (UWB) utilizando un resonador de anillo abierto conectado a tierra empleado como un resonador multimodal (MMR). Esta propuesta permite utilizar cinco resonancias para producir un ancho de banda fraccional del 128% dentro de la banda ultra ancha. Para demostrar y validar la funcionalidad de los diseños, todos los dispositivos propuestos se han implementado y fabricado, con una excelente concordancia entre las simulaciones y las medidas experimentales. A través de estos métodos ha quedado demostrado que los modelos de sus circuitos equivalentes proporcionan una descripción precisa del comportamiento de las estructuras. En este trabajo se ha conseguido relacionar una relación directa entre las dimensiones físicas del dispositivo y su modelo equivalente eléctrico en forma de circuito. / Metamaterials (MTMs) represent an exciting emerging research area that promises to bring about important technological and scientific advancement in various areas such as telecommunication, radar, microelectronic, and medical imaging. The amount of research on this MTMs area has grown extremely quickly in this time. MTM structure are able to sustain strong sub-wavelength electromagnetic resonance and thus potentially applicable for component miniaturization. Miniaturization, optimization of device performance through elimination of spurious frequencies, and possibility to control filter bandwidth over wide margins are challenges of present and future communication devices. This thesis is focused on the study of both interesting subject (MTMs and miniaturization) which is new miniaturization strategies for MTMs component. Since, the dielectric resonators (DR) are new type of MTMs distinguished by small dissipative losses as well as convenient conjugation with external structures; they are suitable choice for development process. The primary advantage in using a high dielectric constant as a DR is to miniaturize the filter size. The size of DR filter is considerably smaller than the dimension of waveguide filters operate at the same frequency. For a given dielectric constant, both resonant frequency and Q-factor are defined according to the dielectric resonator dimensions. That, the higher the dielectric constant, the smaller the space within which the fields are concentrated, the lower the dimension at a defined frequency. To obtain the required compact sizes new stop-band filter is proposed in this work based on number of thick film high dielectric constant epoxy paste (TFDR) as DRs which excited with a microstrip line. In addition, a band-pass filter is proposed based on embedded dielectric resonators (EDR) constitutes a new approach to the miniaturized resonators suitable for metamaterials design without the Q degradation inherent to the coupling coefficient based on sub-wavelength particles. Also this thesis is proposed a new band-pass filter based on split ring resonators (SRRs), which is a one of the popular MTMs building blocks today. The band-pass filters based on this concept can be very promising for the applications where miniaturization and compatibility with planar millimeter wave technology are the important issues. Also, for further miniaturization, embedded DR technology is reported. Another approach for size reduction is modifying the traditional resonator to generate additional modes, which make the resonator to behave as a multimode resonator. Finally a compact ultra-wide band-pass (UWB) band-pass filter using grounded open ring resonator as a multimode resonator (MMR) is proposed. The approach allows using five resonances to produce a 128% fractional bandwidth into the ultra-wide band. A general theoretic framework has been established using transmission matrix description of the filter constituent components. To demonstrate and validate designs functionality, all the proposed devices are implemented and fabricated, which a good agreement between simulations and measurement are obtained. Through these methods it is demonstrated that their equivalent circuit models provide an accurate description of the considered structures. Indeed, a clear relationship between their equivalents circuit model and the layout physical dimensions were found.