Los compromisos asumidos por España, junto con la Unión Europea, con la entrada en vigor del protocolo de Kioto y el compromiso de Montreal son la reducción de las emisiones de CO2 fósil emitidas al ambiente. Una de las principales fuentes de emisión de CO2 tiene su origen en la necesidad de climatizar los edificios (calefacción, refrigeración y ACS). Con esta finalidad España establece el Real Decreto RD 47/ 2007 de certificación energética en edificios de nueva construcción, cuya finalidad es informar sobre las emisiones de CO2 fósil emitidos por los edificios. Para determinar la etiqueta energética, se ponen a disposición de los técnicos, métodos generales de certificación, implementados en los programas CALENER VYP y CALENER GT. Estos programas realizan una simulación del edificio, determinando las demandas y consumos de energía de los mismos. A partir de coeficientes de paso (conversión de energía a emisiones de CO2) se calcula la calificación energética del edificio. En este trabajo se propone un método alternativo al programa oficial (CALENER VYP) de certificación energética dirigida a edificios del tipo residencial. Este método es abreviado, pero realiza una simulación del edificio similar a los métodos generales. Como ventajas presenta un cálculo rápido, la fácil entrada de datos y los resultados permiten evaluar el impacto de distintas alternativas en las características del edificio, ayudando a profesionales a mejorar el diseño de los mismos. El método propuesto en la simulación utiliza factores de respuesta para determinar los fenómenos de transferencia por conducción. Para contabilizar el intercambio energético entre los cerramientos interiores de la zona, el método aplica como una aproximación el método de las series temporales radiantes "Radiant Time Series". La validez de la aproximación ha sido evaluada comparando con el programa EnergyPlus. Programa que utiliza para el cálculo el método del balance. / Lamas Sivila, EV. (2011). ANÁLISIS Y PROPUESTA DE UN NUEVO MÉTODO DE SIMULACIÓN ABREVIADO PARA LA CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA EN EDIFICIOS RESIDENCIALES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10986

La formación de la mezcla aire-combustible es uno de los procesos que tienen un efecto de mayor importancia en las prestaciones y las emisiones de contaminantes de los motores Diesel. Con el objetivo de incrementar el conocimiento respecto a este fenómeno numerosos estudios, tanto teóricos como experimentales, así como de modelado fluidodinámico, han sido desarrollados a lo largo de las últimas décadas. Sin embargo, el estudio del flujo en el interior de las toberas de inyección, así como su efecto sobre la atomización del combustible y el desarrollo del chorro en sus primeras etapas, muestra aún incertidumbres significativas, constituyendo un reto importante para la investigación en este campo. En esta tesis se desarrolla una técnica de visualización a alta resolución para la caracterización del chorro Diesel en campo próximo. De esta forma se puede establecer de forma más directa la relación entre las características del flujo en el interior de los orificios de descarga y la formación del chorro. Además, la obtención de imágenes con una gran resolución espacial permite caracterizar la estructura del chorro de forma más exhaustiva de lo que es habitual con otras técnicas. En este sentido, se ha analizado en primer lugar la influencia que tiene la aparición de cavitación en el interior de los orificios de descarga de las toberas sobre la formación del chorro. Para ello se han utilizado una serie de modelos simplificados de tobera consistentes en láminas de acero taladradas, así como una tobera mono-orificio cilíndrica. Como resultado de este estudio se puede ver que la cavitación aumenta de forma significativa tanto el ángulo de apertura del chorro como las irregularidades del contorno del mismo, favoreciendo el proceso de atomización. Una vez estudiada la influencia de la cavitación se han utilizado tres toberas de geometría cónica, con el fin de realizar un estudio similar en condiciones no cavitantes. / De La Morena Borja, J. (2011). ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO INTERNO EN TOBERAS SOBRE EL PROCESO DE INYECCIÓN DIÉSEL EN CAMPO PRÓXIMO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11098

El objetivo principal de esta tesis doctoral es el diseño de un andamio polimérico bicapa macroporoso para la regeneración del complejo osteocondral. El material empleado para la fabricación del constructo ha sido el ácido poli(L-láctico), un polímero biodegradable de la familia de los poliésteres. Una de las capas del andamio ha sido diseñada para asistir la regeneración del cartílago articular. La otra capa sirve de anclaje al hueso subcondral, y se diferencia de la anterior en sus propiedades mecánicas y bioactividad. Este comportamiento ha sido logrado por combinación del ácido poli(L-láctico) con nanopartículas inorgánicas. Ambas capas están unidas entre sí por una fina capa de material no poroso que evita el flujo de células de una parte a otra del constructo. Para lograr este objetivo se realizó un primer estudio de diseño variando la morfología de los andamios hasta obtener aquella arquitectura más adecuada para la regeneración de ambos tejidos. Se varió parámetros de síntesis tales como la concentración de polímero y el ratio entre polímero y porógeno. Los andamios fueron evaluados mecánica y fisicoquímicamente y se seleccionó los parámetros de síntesis del ácido poli(L-láctico) que dieron mejores resultados. En la regeneración del tejido es esencial conocer cómo variarán las propiedades del material una vez sea implantado y comience su degradación. Por lo tanto, fue considerado oportuno realizar un estudio de degradación del material in vitro en diversas condiciones. El estudio de la degradación fue realizado en condiciones estáticas durante 6, 12, 18, 24 semanas y 1 año y en condiciones dinámicas durante 1, 2, 4 y 6 semanas. Se evaluó tanto las características mecánicas como las fisicoquímicas tras los diversos tiempos de la degradación. Posteriormente, y para aumentar las características mecánicas y la bioactividad del anclaje óseo, se incorporó distintas cantidades de nanopartículas inorgánicas de hidroxiapatita y sílice a los andamios. / Deplaine ., H. (2012). Scaffold design and characterisation for osteochondral tissue regeneration [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14638

La presente tesis pretende seguir la línea de investigación sobre caracterización experimental y modelado de sistemas de refrigeración, usando hidrocarburos (HCs) como refrigerantes, iniciada en 1994 por el grupo IMST (Investigación y Modelado de Sistemas Térmicos) en el Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica de Valencia. Esta línea responde a la necesidad que existe de encontrar soluciones alternativas a la utilización de los refrigerantes CFCs y HCFCs por su efecto degradante de la capa de ozono y HFCs por su potencial al calentamiento global. El principal objetivo de esta tesis ha sido analizar, a partir de medidas experimentales y con la ayuda de un modelo matemático validado con dichas medidas, la interrelación entre las condiciones de funcionamiento y las diferentes pérdidas energéticas que existen en el interior del compresor al trabajar con R407C (HFC) y su posible sustituto, el Propano (HC) como refrigerante natural inocuo para el medio ambiente. El modelo matemático utilizado, puramente teórico, permite obtener las variables internas de un compresor de desplazamiento positivo a partir de las condiciones de funcionamiento. Para ello aborda los dos principales problemas físicos existentes, el de dinámica del fluido (problema hidráulico) y el de transmisión de calor entre elementos internos (problema térmico), calculando cada uno de ellos por separado y resolviendo el problema conjunto iterativamente. Su uso ha permitido explicar los comportamientos experimentales observados en las diferentes condiciones de operación, esclareciendo en cada una de ellas el efecto de las pérdidas energéticas en el interior del compresor. La caracterización experimental del compresor se ha llevado en un banco de ensayos calorimétrico, en el que se controlan automáticamente tanto las presiones de aspiración y descarga, como el recalentamiento y el subenfriamiento del ciclo. / Alonso Burgal, J. (2012). Estudio experimental del efecto de las condiciones de funcionamiento de un compresor de pistón hermético en su rendimiento, trabajando con Propano y R407C. Análisis teórico de los resultados mediante un modelo matemático avanzado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15575

Los tendones juegan un papel clave en la mecánica articular. Estos tejidos poseen una actividad celular escasa y poca capacidad de regenerarse; debido a ello cuando sufren una lesión grave, se requiere el uso de prótesis sintéticas. Debido a los numerosos problemas que presentan las prótesis actuales, se presenta un nuevo concepto de prótesis tendinosa diseñada siguiendo las estrategias de la Ingeniería Tisular del tendón. El concepto que presentamos es el de una prótesis apta para tendón, que tras su implante, se degrada mientras induce la autoregeneración del tejido natural. Para conseguirlo, la prótesis se cultiva, previamente o durante el implante, con células capaces de inducir la regeneración del tejido natural. Para acelerar esta regeneración se puede hacer uso de factores estimulantes, tales como factores de crecimiento y biorreactores. La prótesis consta de un trenzado hueco de ácido poli-L-láctico (PLA), que reproduce el comportamiento mecánico del tendón o ligamento natural. El hueco del trenzado va relleno de una combinación de micropartículas de PLA y ácido hialurónico (HA), que sirven de soporte (scaffold) a las células precursoras de los tenocitos. Este combinado es introducido mediante una jeringuilla en el interior del trenzado. La parte exterior del trenzado lleva un recubrimiento de HA que evita las adherencias de la prótesis con los tejidos circundantes, permitiendo, sin embargo, el suministro de nutrientes a las células del interior de la trenza. Objetivos Se pretende verificar que el nuevo concepto de prótesis es apto para tal aplicación. Para ello una vez diseñado el prototipo se ha realizado una caracterización física, química y mecánica, para cerciorarnos que las propiedades de los materiales que la forman se asemejan a las propiedades del tejido a reemplazar. Además se ha realizado una caracterización biológica para observar el comportamiento de diferentes fuentes celulares, al mismo tiempo que se han usado factores estimulantes (factores de crecimiento y biorreactor) para estudiar la respuesta celular a estos estímulos y observar si se produce diferenciación celular, incremento en la producción de matriz extracelular y alineamiento celular, entre otros. Elementos de la metodología a destacar Se ha utilizado numerosas técnicas para la fabricación y caracterización de los materiales, incluyendo el diseño y la fabricación de un biorreactor. Resultados logrados. Tras el estudio de caracterización física, química y mecánica de los materiales se ha demostrado que poseen características idóneas para ser utilizados en la fabricación de una futura prótesis tendinosa. Con respecto a los ensayos biológicos se ha podido comprobar que las células cultivadas muestran un buen comportamiento proliferando y adhiriéndose al material. Además, los resultados indican que el uso de los factores estimulantes promueve la diferenciación tenocítica, demostrando que las células mesenquimales provenientes de médula ósea son una fuente celular apropiada para utilizarlas en la regeneración tendinosa. / Araque Monrós, MC. (2013). DESARROLLO DE UNA PRÓTESIS REGENERATIVA DE TENDÓN [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30313

El objetivo principal de esta tesis ha sido el estudio del modelado Euleriano-Lagrangiano (E-L) 3D-CFD como herramienta para el análisis de la dinámica y estructura del chorro Diesel en condiciones de inyección y ambientales similares a las que existen en un motor. Como hipótesis simplificativas se ha considerado el chorro libre (sin interacción con la pared de la cámara de combustión) e inerte. La investigación ha partido de una revisión de los procesos físicos que tienen lugar en el chorro desde la perspectiva del modelado E-L 3D-CFD. Esta revisión ha permitido en primera instancia identi¿car las características y limitaciones del planteamiento. Seguidamente, se ha desarrollado una metodología de análisis de la estructura del chorro simulado basándose en indicadores con contrastación experimental, fundamentalmente la penetración del chorro, así como de otros que han permitido describir de manera detallada la dinámica del flujo en el chorro. Empleando estos indicadores se han llevado a cabo estudios de sensibilidad del modelo a diferentes parámetros numéricos y de sub-modelos de turbulencia y de chorro. En base a ellos se ha definido una con¿guración numérica de referencia para las simulaciones posteriormente realizadas. Por otra parte, la inconsistencia del modelo E-L estándar en la zona cercana a la tobera, debido a la alta densidad de gotas que invalida diferentes hipótesis de partida, ha dado pie al desarrollo de un planteamiento que combina un modelo Euleriano-1D basado en la teoría del chorro gaseoso turbulento con el E-L 3D-CFD. De esta manera se ha podido mejorar los resultados de las simulaciones de chorro en dicha zona. Finalmente, la comparación con resultados experimentales de las simulaciones en diferentes condiciones con los modelos estándar 3D y 1D3D ha permitido evaluar el planteamiento propuesto en esta tesis y completar una descripción y análisis de la evolución del chorro Diese / Chávez Cobo, MDJ. (2013). Modelado CFD Euleriano-Lagrangiano del chorro diesel y evaluación de su combinación con modelos fenomenológicos y unidimensionales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32954

This thesis is focused on the development and evaluation of different hybrid scaffolds for the treatment of injuries in cartilage or bone. These hybrid materials were three-dimensional polycaprolactone macroporous scaffolds obtained through freeze extraction and particle leaching combined method and modified with hyaluronic acid or mineral particles. In order to facilitate the description of the obtained results, the thesis is divided in two sections dedicated to bone and cartilage tissue engineering respectively. In the case of bone tissue engineering we addressed the treatment of disorders associated with the spine that require spinal immobilization. This Thesis proposes the development of a synthetic macroporous support for intervertebral fusion as an alternative to commercial bone substitutes. Macroporous scaffolds were developed with bare polycaprolactone or its blends with polylactic acid in order to increase its mechanical properties and degradation rate. Furthermore, the scaffolds obtained were reinforced with hydroxyapatite or Bioglass®45S5 to improve their mechanical properties and turn them in bioactive scaffolds. The supports were characterized physicochemically and biologically to determine if they met the requirements of the project. Finally, materials were tested in vivo in a bone critical size defect preformed in a rabbit model against a commercial support. Cartilage engineering has been extensively studied in the last years due to the inherent limited self repair ability of this tissue. The second part of the thesis was focused in developing a construct composed by in vitro differentiated chondrocyte like cells in a hybrid scaffold for cartilage tissue engineering. Polycaprolactone hybrid substrates coated with hyaluronic acid scaffold were developed obtaining a substrate with positive influence over the development of chondrocyte phenotype in culture and able to protect the cells from excessive mechanical loading in the joint. Cell-scaffolds constructs were obtained combining hybrid scaffolds with mesenchymal stem cells and differentiating them to chondrocytes using chondrogenic culture medium combined with hypoxia, mechanical stimulus or co-culture. Finally the cellularized scaffolds were mechanically, biochemically and histologically characterized to determine the production of extracellular matrix and expression of chondrogenic markers. / Ródenas Rochina, J. (2015). Scaffold surface modifications and culture conditions as key parameters to develop cartilage and bone tissue engineering implants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48526

During the last two centuries, the development of the internal combustion engine has followed the evolution of the customer expectations. From the race for pure performances, high power, and fun to drive, perfectly well illustrated by the fabulous Mercedes 300 SL, the focus moved towards fuel efficient engines under the pressure of the still increasing oil prices. The well-known Diesel powertrain, up to this period limited to industrial vehicles, suddenly became the object of many researches, even for automotive manufacturers, specialists for sport cars. Technologic developments, mainly concerning turbocharging and injection, allowed the opening of the passenger cars market to CI engines due to acceptable noise, power and still unreachable efficiency. On the gasoline side, direct injection moved from racing to economic cars by the introduction of the stratified combustion. More recently, the pressure rose for dramatically reducing the air pollution, both in urban areas, by limiting NOx and soot, but also, at the scale of the earth, for managing CO2 rejections and thereby enlarging the efforts on efficiency. The two first combustion systems described in this document are concerning spray guided and air guided design alternatives to obtain a fuel stratification, and thereby operate the gasoline engine without throttling the air intake, aiming at a better fuel efficiency. The first concept, called MID3S, was based on a 3 valve combustion chamber with a large squish area and a high compression ratio over 12; inspired from the May Fireball system, it was developed with a house made high pressure injector operating up to 80 bars with an outwardly opening needle. An ultra-lean flame-able mixture was formed at WOT in the vicinity of the spark plug for different operating points as low as idle, while the maximum performances were quite close to the targeted 37 kW/l. The efficiency was significantly improved compared to a similar MPI engine while CO and HC were quite acceptable. On the contrary, NOx and soot would have to be improved. The robustness of the squish aerodynamic motion was unfortunately balanced by the sensitivity of spray angle and penetration versus the back pressure and thereby late injection timings, creating plug wetting and fouling. The hollow cone structure of the fuel plume was clearly responsible of this behavior, especially because of the effect of the air entrainment inside the spray. An increase of the injection pressure from 30 to 80 bar, and probably upper, would probably reduce this effect. Concerning methodologies, a dedicated cylinder head was designed with two endoscope locations in order to visualize the interaction between spray, air, walls and combustion –or more precisely soot- with a high speed camera operating within visible wavelengths. The spray structure, formed by a succession of ligaments at the surface of the plume, was clearly emphasized in atmospheric conditions. The second design, called K5M, was based on an adjustable high tumble motion generated in the intake port. A swirl injector provided by Siemens and located between the two intake valves of the pent roof chamber, was operated until 80 bar. Mixture preparation was relying on the interaction between the air motion and the spray, the tumble velocity deviating fuel droplets towards the spark plug situated at the center of the chamber. 3D CFD simulation, PIV and LIF visualization techniques on an optical single cylinder engine were used in parallel in order to understand the spatial evolution of the equivalence ratio during the cycle and the ability to operate the engine at WOT, even at part load. At low BMEP and speed, the natural reduction of the tumble intensity might have been followed by a significant reduction of the injection pressure in order to secure an accurate balance between the two momentum energies; unfortunately, both high cycle to cycle aerodynamic fluctuations and a poor spray atomization at 30 bar didn’t allow to achieve an acceptable ignition stability at low loads due to a too lean mixture in the plug vicinity. Protruded electrodes could have been a solution to the problem but their reliable use in serial life was not secured. On the contrary, mid load performances were globally adequate. The third concept is concerning Diesel combustion aiming at very low NOx and soot emissions by using an innovative injection system. The basic idea relies on the use of a quite homogeneous combustion at low load –called Mild HCCI- and on a diffusion controlled one at higher loads. Based on two injections close one of the other in the vicinity of TDC, the Mild HCCI allows to moderate the combustion noise inherent to the premixed burning phase as the fuel injected during the second injection cools down the first combustion; the advantages of very low NOx and soot emissions until around 8 bar BMEP are meanwhile maintained. Above this value, the noise level becomes unacceptable for automotive applications and the come back to a conventional diffusive combustion becomes mandatory. Based on early academic investigations pointing out the positive effect of small nozzle holes associated to high injection pressures in terms of soot via a significant difference between the lift-off length and the liquid penetration length, an innovative injection system was adapted to a conventional combustion chamber. The first conclusion was concerning a significant improvement of the NOx/soot tradeoff at mid and high loads with quite usual EGR rates. This advantage was due to a much better fuel atomization linked to both small holes and high pressures. The second conclusion was related to the possibility to achieve a “0 soot/ 0 NOx” combustion at high loads while very much increasing EGR and air mass flows. In this case, a Lifted Flame Diffusion Controlled combustion was generated, confirming on a scale 1 engine the results obtained in academic conditions. Nevertheless, the use of 3D simulation allowed to demonstrate that mixture preparation was only one part of the result; the location of the different stages of the combustion in a Kamimoto diagram, much away from the NOx and soot peninsula, highlighted the impact of the LTC (Low Temperature Combustion) thermodynamics. Unfortunately, despite these good results, industrially available EGR and air systems are not able to provide the necessary mass flows. Concerning tools, the development steps were followed by intensive spray visualizations for both the liquid and the vapor phases, in conditions closer and closer to the actual engine. These measurements allowed to precisely evaluate the impact of the diameter size, the rail pressure and the oxygen content on the difference between lift-off and liquid lengths. Finally, the importance of coupling investigation tools like visualization and 3D simulation in conditions as close as possible to the actual engine in terms of temperature, pressure and timing –eg the ability to record a complete mixture and combustion cycle- has been emphasized for both future SI and Diesel engines. In particular, the forecasted increase of the rail pressures will lead to re-optimize the different available spray models and eventually to re-adapt them in terms of physical phenomena because of the great variations of the spray velocity and of the Weber number. The presence of cavitation in the nozzle holes will also have to be taken into account as it has a key role versus coking. In conclusion, it is quite clear that the development of stratified gasoline and low emissions Diesel engines will more and more rely on the mixture preparation and on its association with low gas temperatures. / Gastaldi, P. (2015). INFLUENCE OF THE MIXTURE PREPARATION ON THE COMBUSTION IN DIRECT INJECTION ENGINES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48534

[EN] Abstract The main purpose of this thesis is the design and characterization of an experimental articular cartilage model. The in vitro model is composed of a macro and micro- porous Polycaprolactone scaffold with a Poly(Vinyl Alcohol) filling. The scaffold/hydrogel construct has been subjected to repeating number of freezing and thawing cycles in order to crosslink the hydrogel inside the scaffold's pores. The Poly(Vinyl Alcohol) resembles the growing cartilaginous tissue inside the scaffolds pores, as it gets denser and stiffer for each cycle of freezing and thawing. The in vitro model allows studying a variety of characteristics of the scaffold and hydrogel, revealing interesting features. The importance of water flow on the mechanical properties is studied, so as the influence of micro-porosity. It can be seen that the mechanical properties of the porous scaffolds are influenced in distinct ways by the hydrogel density and micro-porosity of the scaffold. The permeability of the scaffolds is studied and is seen independent of crosslinking density of the hydrogel inside the porous scaffolds. The experimental cartilage model has also been applied on a macro porous acrylic scaffold. The results show that the water has different effect on the mechanical properties, for macro, or macro and micro-porous scaffolds. The in vitro cartilage model has elastic modulus, aggregate modulus and permeability values in the same order as human articular cartilage. The model is useful to predict the mechanical behavior of porous scaffolds in vivo. A scaffold implant device for animal studies has been designed based on a previous patent of the research group, and implanted in two different in vivo trials in sheep. The results show that the fixation and anchoring to the subchondral bone improve the tissue repair and diminish alterations in the subchondral bone. ¿ / [ES] Resumen El objetivo principal de esta tesis doctoral es el diseño y caracterización de un modelo de cartílago articular experimental. El modelo in vitro se compone de un scaffold micro- y macroporoso de Policaprolactona con un relleno de Poli(Vinil Alcohol). El constructo scaffold/hidrogel ha sido sometido a ciclos consecutivos de congelación y descongelación con objeto de entrecruzar el hidrogel dentro de los poros del scaffold. El Poli(Vinil Alcohol) mimetiza al tejido de cartílago que se regenerará en los poros, ya que en cada ciclo de congelación y descongelación se vuelve más denso y duro. El modelo in vitro permite estudiar una gran variedad de características del scaffold e hidrogel, revelando fenómenos interesantes para la ingeniería tisular. Se ha estudiado la importancia del flujo de agua a través del scaffold en las propiedades mecánicas, así como la influencia de la microporosidad. Se ha podido constatar que la densidad del hidrogel y la microporosidad influyen de distinta forma en las propiedades mecánicas de los scaffolds porosos. Se ha estudiado la permeabilidad de los scaffolds, que ha resultado ser independiente de la densidad de entrecruzamiento del hidrogel dentro de sus poros. El modelo experimental de cartílago se ha aplicado también a un scaffold macroporoso acrílico. Los resultados muestran que el agua tiene un efecto distinto en las propiedades mecánicas de los scaffolds macroporosos y en los micro- macroporosos. El modelo de cartílago in vitro tiene valores del modulo elástico, módulo agregado y permeabilidad que son del mismo orden de magnitud que los del cartílago articular humano. El modelo permite predecir el comportamiento mecánico in vivo de scaffolds porosos. Se ha diseñado un dispositivo de implante de scaffold para experimentos en animales basado en una patente del grupo de investigación, que ha sido implantado en dos ensayos in vivo diferentes en ovejas. Los resultados muestran que la fijación y anclaje al hueso subcondral tiene un gran papel en la reparación del tejido. / [CA] Resum L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és el disseny i caracterització d'un model de cartílag articular experimental. El model in vitro es compon d'un scaffold micro- i macroporós de Policaprolactona amb un farciment de Poli(Vinil Alcohol). El constructe scaffold/hidrogel ha estat sotmès a cicles consecutius de congelació i descongelació amb l'objectiu d'entrecreuar l'hidrogel dins del porus del scaffold. El Poli(Vinil Alcohol) mimetitza al teixit de cartílag que es regenerarà en el porus, ja que en cada cicle de congelació i descongelació es torna més dens i dur. El model in vitro permet estudiar una gran varietat de característiques del scaffold i hidrogel, posant de manifest fenòmens interessants per a l'enginyeria tissular. S'ha estudiat la importància del flux d'aigua a través del scaffold en les propietats mecàniques, així com la influència de la microporositat. S'ha pogut constatar que la densitat de l'hidrogel i la microporositat influeixen de distinta manera en les propietats mecàniques dels scaffolds porosos. S'ha estudiat la permeabilitat dels scaffolds, que ha resultat ser independent de la densitat d'entrecreuament de l'hidrogel dins dels seus porus. El model experimental de cartílag s'ha aplicat també a un scaffold macroporós acrílic. Els resultats mostren que l'aigua té un efecte distint en les propietats mecàniques dels scaffolds macroporosos i en els micro- macroporosos. El model de cartílag in vitro té valors del mòdul elàstic, mòdul agregat i permeabilitat que són del mateix ordre de magnitud que els del cartílag articular humà. El model permet predir el comportament mecànic in vivo de scaffolds porosos. S'ha dissenyat un dispositiu d'implant de scaffold per a experiments en animals basat en una patent del grup d'investigació, que ha segut implantat en dos assaigs in vivo diferents en ovelles. Els resultats mostren que la fixació i ancoratge a l'os subcondral té un gran paper en la reparació del teixit. / Vikingsson, LKA. (2015). An experimental model to mimic the mechanical behavior of a scaffold in a cartilage defect [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53912

[ES] El poli glycerol sebacato es un polímero que posee gran versatilidad gracias a sus propiedades mecánicas adaptables en función del proceso de síntesis que le preceda. Posee características tales como gran biocompatibilidad y buena biodegradabilidad que le confieren un gran atractivo en el ámbito de la ingeniería tisular y de diversas aplicaciones biomédicas como liberación de fármacos. Dichas propiedades son proporcionadas gracias a sus componentes principales, glicerol y ácido sebácico, ya que ambos poseen la aprobación de la “U.S. Food and Drug Administration”. Para sintetizar dicho polímero, se emplea un proceso de policondensación basado en dos etapas. La primera llamada prepolimerización, suele durar alrededor de 24h y se efectúa a altas temperaturas y bajo una atmósfera inerte de nitrógeno o argón. La siguiente etapa, la de polimerización, requiere de periodos más largos, alrededor de 48h, bajo las mismas condiciones de temperatura. En este proceso es cuando se suele emplear el uso de moldes para poder general el soporte material necesario para futuras aplicaciones biomédicas. Como se mencionaba anteriormente, posee alta capacidad de adaptabilidad mecánica en función de qué parámetros de síntesis sean los empleados. Entre los parámetros que más afectan a las propiedades finales de la red polimérica de PGS se encuentran la temperatura, el tiempo de reacción y el ratio de sus componentes principales. A pesar de que la síntesis se realice del mismo modo en diferentes grupos de investigación, el material final que se obtiene puede variar mucho de uno a otro. Esto es debido a la inconsistencia en los procesos de síntesis y al desconocimiento de los efectos de los diferentes parámetros de síntesis. Por ello, un mayor entendimiento del proceso de síntesis es necesario, pudiendo reducir los costes de producción y permitir la producción a escala de este biomaterial. En primer lugar, se estudió la etapa temprana de síntesis, la prepolimeración, mediante diversas técnicas de caracterización para determinar las propiedades fisicoquímicas del prepolímero durante los primeros momentos de su síntesis. Los resultaros mostraron la cinética de la reacción de policondensación entre los diferentes hidroxilos del glicerol y los carboxilos del ácido sebácico, formando en primer lugar cadenas largas mediante la reacción de los hidroxilos primarios, que luego, durante el proceso de polimerización entrecruzaban a través de la reacción de los remanentes hidroxilos secundarios. Además de ello, se planteó una hipótesis acerca de uno de los parámetros de síntesis que no se habían estudiado anteriormente, la atmosfera aplicada. Este estudio reveló como las atmósferas inertes favorecen la generación de una red más ordenada, pero con menor grado de entrecruzamiento, mientras que atmósferas más oxidativas generaban una estructura menos organizada, pero con mayor entrecruzamiento de su red polimérica. Para concluir, se empleó el PGS para poder resolver un problema de índole biológica. Se buscaba estudiar el efecto de la variación de la temperatura de curado del PGS mediante proteínas pertenecientes a la matriz extracelular (fibronectina y colágeno tipo I) en las etapas tempranas de adhesión de células de cordón umbilical humano. Para ello fue necesario la optimización de la técnica de recubrimiento material llamada spin coating para lograr obtener recubrimientos lo suficientemente finos como para que su rugosidad no afecte al comportamiento de las proteínas y las células durante el estudio in vitro de los diferentes efectos de las diferentes redes poliméricas. / [EN] Poly (glycerol sebacate) is a polymer that has great versatility thanks to its adaptable mechanical properties depending on the synthesis process that precedes it. It has characteristics such as great biocompatibility and good biodegradability that make it highly attractive in the field of tissue engineering and biomedical applications such as drug delivery. These properties are provided thanks to its main components, glycerol and sebacic acid since both have the approval of the "U.S. Food and Drug Administration". To synthesize the named polymer, a two-stage polycondensation process is used. The first called prepolymerization, usually lasts around 24 hours and is carried out at high temperatures and under inert atmosphere of nitrogen or argon. The next stage, the polymerization stage, requires longer periods, around 48 hours, under the same temperature conditions. To generate the material scaffold necessary for future biomedical applications moulds templates are usually used. As mentioned previously, it has a high capacity for mechanical adaptability depending on which synthesis parameters are used. Among the parameters that most affect the final properties of the PGS polymer network are temperature, reaction time and the ratio of its main components. Although the synthesis is carried out in the same way in different research groups, the final material obtained can vary greatly from one to the other. This is due to the inconsistency in the synthesis processes and the lack of knowledge of the effects of the different synthesis parameters. Therefore, a better understanding of the synthesis process is necessary, being able to reduce production costs and allow the production of this biomaterial at scale. Consequently, the early stage of synthesis (prepolymerization), was first studied by using various characterization techniques to determine its physicochemical properties during the first moments of its synthesis. The results showed the kinetic tendency of the polycondensation reaction between the different hydroxyls of glycerol and the carboxyls of sebacic acid. Firstly, linear chains are formed by the reaction of the primary hydroxyls, which then, during the polymerization process, cross-link through the reaction of the secondary hydroxyl remnants. In addition to this, a hypothesis was raised about one of the synthesis parameters that had not been previously studied, the applied atmosphere. This study revealed how inert atmospheres favour the generation of a more ordered network but with a lesser degree of crosslinking, while more oxidative atmospheres generated a less organized structure but with greater crosslinking of its polymeric network. To conclude, PGS was used to solve a biological problem. The aim was to study the effect of the variation of the PGS curing temperature using proteins belonging to the extracellular matrix (fibronectin and type I collagen) in the early stages of adhesion of human umbilical cord cells. For this, it was necessary to optimize the material coating technique called spin coating to obtain coatings thin enough so that their roughness does not affect the behaviour of proteins and cells during the in vitro study of the different effects of the different polymeric networks. / [CA] El poli (glycerol sebacato) és un polímer que posseeix gran versatilitat gràcies a les seves propietats mecàniques adaptables en funció del procés de síntesi que el precedeixi. Posseeix característiques com ara gran biocompatibilitat i bona biodegradabilitat que li confereixen un gran atractiu en l'àmbit de l'enginyeria tissular i de diverses aplicacions biomèdiques com a alliberament de fàrmacs. Aquestes propietats són proporcionades gràcies als seus components principals, glicerol i àcid sebácico, ja que tots dos tenen l'aprovació de la "U.S. Aliments i medicaments ". Per sintetitzar dit polímer, s'empra un procés de policondensació basat en dues etapes. La primera, anomenada prepolimerizació, sol durar al voltant de 24hores i s'efectua a altes temperatures i sota una atmosfera inert de nitrogen o argó. La següent etapa, la de polimerització, requereix de períodes més llargs, al voltant de 48 hores, sota les mateixes condicions de temperatura. En aquest procés és quan se sol emprar l'ús de motlles per a poder general el suport material necessari per a futures aplicacions biomèdiques. Com s'esmentava anteriorment, posseeix alta capacitat d'adaptabilitat mecànica en funció de quins paràmetres de síntesi siguin els empleats. Entre els paràmetres que més afecten a les propietats finals de la xarxa polimèrica de PGS es troben la temperatura, el temps de reacció i la ràtio dels seus components principals. Tot i que la síntesi es faci de la mateixa manera en diferents grups de recerca, el material final que s'obté pot variar molt d'un a un altre. Això és a causa de la inconsistència en els processos de síntesi i a el desconeixement dels efectes dels diferents paràmetres de síntesi. Per això un major enteniment del procés de síntesi és necessari i pot reduir els costos de producció i permetre la producció a escala d'aquest biomaterial. Per això en primer lloc es estudi l'etapa primerenca de síntesi, la prepolimerizació, mitjançant diverses tècniques de caracterització per a determinar les propietats fisicoquímiques de l'prepolímer durant els primers moments de la seva síntesi. Els resultar-van mostrar la tendència cinètica de la reacció de policondensació entre els diferents hidroxils de l'glicerol i els carboxils de l'àcid sebácico. Formant en primer lloc cadenes llargues mitjançant la reacció dels hidroxils primaris, que després, durant el procés de polimerització s'entrecreuaven a través de la reacció dels romanents hidroxils secundaris. A més d'això, es va plantejar una hipòtesi sobre un dels paràmetres de síntesi que no s'havien estudiat anteriorment, l'atmosfera aplicada. Aquest estudi va revelar com les atmosferes inerts afavoreixen la generació d'una xarxa més ordenada però amb menor grau d'entrecreuament, mentre que atmosferes més oxidatives generaven una estructura menys organitzada però amb major entrecreuament de la seva xarxa polimèrica. Per concloure, es va emprar el PGS per poder resoldre un problema d'índole biològica. Es buscava estudiar l'efecte de la variació de la temperatura de curat de l'PGS mitjançant proteïnes pertanyents a la matriu extracel·lular (fibronectina i col·lagen tipus I) en les etapes primerenques d'adhesió de cèl·lules de cordó umbilical humà. Per això va ser necessari l'optimització de la tècnica de recobriment material anomenada spin coating per aconseguir obtenir recobriments prou fins com perquè la seva rugositat no afecti el comportament de les proteïnes i les cèl·lules durant l'estudi in vitro dels diferents efectes de les diferents xarxes polimèriques. / Martín Cabezuelo, R. (2020). Monitoring of the parameters of synthesis of poly(glycerol sebacate) and influence on the physicochemical and biological properties of its elastomer [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/152824