Air pollution is a major environmental and public health concern, especially in urban areas where both emission sources and population are concentrated. The pollution sources and the evolution of aerosols and gaseous pollutants once emitted into the atmosphere depend on geographical, climatological and meteorological conditions of the study area. In the Western Mediterranean Basin, the coastal city of Barcelona (Spain) is characterized by a warm dry climate, scarce precipitation and high urban density, as well as being geographically constrained by the coastal range thus hindering the dispersion of pollutants. Within this context, the intensive SAPUSS (Solving Aerosol Problems by Using Synergistic Strategies) campaign developed in October 2010 in Barcelona consisted on concurrent aerosol measurements at different sites in the city region, with the aim of studying the aerosol temporal variability and spatial distribution, progressively moving away from urban aerosol sources. Several sites were selected: Road Site (RS) and Urban Background (UB) were located on ground levels, whereas Torre Mapfre (TM) and Torre Collserola (TC), representative of the urban/suburban environment were located at certain height (150 m a.s.l. and 415 m a.s.I., respectively). Finally, the Regional Background site (RB) located 50 km from the city allowed for the study of the transport of urban emissions outside the city. Results from simultaneous measurements of aerosol size distributions at the RS, UB, TC and RB with a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) were studied after performing a k-means cluster analysis on the combined data sets. This allowed the classification of all size distributions in 9 clusters: three clusters account for traffic conditions (30% of the time), three account for background pollution (54%) and three described specific special cases (16%). Traffic emissions heavily impact the closest sites, and some of these particles evaporate when the air mass move away from the traffic hot spots. The analysis of long term SMPS data sets in the high insolation urban environments of Barcelona, Madrid, Brisbane, Rome and Los Angeles also by k-means clustering analysis revealed traffic and nucleation events as the two most relevant sources of ultrafine particles (44-63% and 14-19% of the time, respectively). Moreover, nucleation particles accounted for 21% of total N, evidencing the importance of nucleation processes to ultrafine particles concentrations in high insolation urban areas. The urban nucleation events consist on particles bursts starting around midday and lasting 3-4 hours while growing to 20-40 nm, opposite to regional nucleation “banana shape” events which usually grow to larger sizes. Regarding the composition of the PM1 fraction (PM mass levels below 1 μm) at the RS and UB during SAPUSS, a source apportionment PMF analysis was carried out. The resulting 9 factors could be broadly grouped in the following categories: road traffic (23-36% of PM1 mass), industrial and shipping emissions (42%), secondary aerosols (29%) and biomass burning (1%). The joint analysis of organic and inorganic species was able to identify a high number of sources resulting in in a more complete and realistic study of the aerosol sources in Barcelona. The study of the PM10 fraction (PM mass levels below 10 μm) at the RS, UB, TM and TC during SAPUSS by means of a PMF source apportionment study enabled the assessment of the spatial variability in vertical and horizontal levels. The 8 resulting factors accounted for primary traffic emissions (Exhaust and wear and Road dust, 19- 38% of PM10 mass), primary inorganic aerosols (Mineral dust and Aged marine, 28- 39%), industry (Heavy oil and Industrial, 5-7%) and secondary aerosols (Sulphate and Nitrate,28-36%). The main factors influencing the different sources concentration at each site were: proximity to the emission source, air mass origin and meteorological parameters. The complete study of aerosol fractions affecting the urban area of Barcelona and similar urban environments (Madrid, Brisbane, Roma and Los Angeles), from ultrafine to coarse particles, enables the identification of the main sources affecting each size fraction in particular and aerosols in general. Owing to the results obtained and the different techniques applied, recommendations regarding air pollution studies and air quality measures have been proposed. / La contaminació atmosfèrica en ambients urbans és motiu de preocupació pel seu impacte en el medi ambient i en la salut de la població. Les fonts d'emissió d'aerosols atmosfèrics i la seva evolució a l'atmosfera depenen de factors geogràfics així com de les condicions climàtiques i meteorològiques de l'àrea d'estudi. A la conca Mediterrània Occidental, i a la ciutat de Barcelona en particular, el clima càlid, l'escassa precipitació, l'alta densitat de població i determinats factors geogràfics que poden dificultar la dispersió dels contaminants i influenciar molt marcadament els nivells i composició dels aerosols. En aquest context es va desenvolupar la campanya intensiva SAPUSS (Solving Aerosol Problems by Using Synergistic Strategies) a Barcelona a l'octubre de 2010, que consistia en mesures simultànies d'aerosols a diversos llocs de la ciutat, amb l'objectiu d'estudiar la variabilitat espacial i temporal dels aerosols. L'estudi dels nivells d'aerosols en funció de la mida de les partícules a 4 ciutats més amb un clima d'alta insolació similar al de Barcelona (Madrid, Brisbane, Roma i Los Angeles) ha permès avaluar les fonts que afecten a la variabilitat de partícules ultrafines en aquests ambients urbans. En particular s'han estudiat les característiques dels episodis de nucleació urbans (formació de noves partícules), així com la seva freqüència. També s'han caracteritzat les principals fonts d'aerosols de diàmetre inferior a 1µm i 10 iim (PM1 i PM10, respectivament) en diverses ambients urbans de Barcelona durant SAPUSS. Això ha permès estudiar la variabilitat a nivells horitzontal i vertical dins l'atmosfera urbana. L'estudi de les fonts que afecten els aerosols de l' àrea urbana de Barcelona i ambients similars en funció de la seua mida (des de les ultrafines fins a les grolleres) ha permès identificar les principals fonts que afecten a cada fracció en particular i als aerosols en general i per tant proposar mesures aplicables per a l'avaluació i millora de la qualitat de l'aire.

From the fundamental point of view, NPs formed by MFe2O4 with (M= Co, Fe) are ideal system models to study the new magnetic phenomena associated with the so-called particle-like behaviour, which emerges from the size reduction towards the nanometre scale and contrasts with the well-established magnetic properties of their bulk-counterparts. It is well known that most of the particle-like behaviour and in general the large variability of the magnetic properties observed in this kind of nanomaterials are related to structural features of the NPs rather than being originated from intrinsic finite-size or surface effects, at least for NPs bigger than a few nanometers. These structural features, such as crystallographic defects, polycrystalline nature of the NPs, lack of crystallinity at the particle surface, etc., have strong influence on their magnetic properties and can be modified at will through the synthesis method. Therefore, whenever this particle-like behaviour is unwanted for applications with highly demanding requirements, the choice of a suitable synthesis method is of key importance to obtain NPs of high-crystalline quality. On the contrary, particle-like behaviour controlled by the crystalline nature of the NPs could be useful to tailor their magnetic properties for specific applications. Among the common synthesis methods, high-temperature decomposition of metal-organic precursors results the best alternative due to the remarkable final properties of the obtained NPs, such as narrow size distribution, high crystallinity and relatively simple tuning of their size and shape. So this will be the chemical route chosen in this work to study the capabilities of this synthesis method to control the final properties of the NPs through their nanostructure. In addition, to get a deeper insight in the magnetic and structural properties of those materials and to shed light on relevant issues that are still under discussion (dynamic response, magnetic frustration or inter¬particle interactions) it could be useful to combine experimental techniques enabling the characterization of the system from macroscopic scales towards single-particle structures. Within this framework, we present this work that is divided into three main parts. First, it is studied the effect of the concentration of two common reactants, involved in the thermal decomposition method, on the final properties of magnetic NPs based on iron oxides aiming at optimizing the synthesis procedure and getting a good control of the structure of the final product. In the second part, those NPs obtained in the former way are applied to demonstrate the crucial role of the nanostructure on the physical properties of nanoparticulate systems; specially, the strong interplay existent between structure and both magnetic frustration and interparticle interactions. Finally, in the third part, MFM experiments with an external applied magnetic field have been performed to directly observe the reversal of the magnetization of isolated particles and the dynamic behaviour of small aggregates.

In this thesis we have made progress on the study of higher dimensional gravity by focusing on the properties of black holes and branes and their dynamics. We have developed two main projects: • provide several maps between different spacetimes • determine the hydrodynamical behavior of fluids dual to some classes of black holes This work improves the current understanding of GR in spacetimes with general dimension and gives hints for holography in spacetimes different from AdS. Here we give a brief summary of the work developed underling the main results achieved. In Chapter 2, we introduce the techniques applied for studying black brane hydrodynamics. In the long-wavelength regime, black hole dynamics can be related to fluid dynamics and one can develop effective theories which capture the hydrodynamical description of such black holes. We review two of these: the fluid/gravity correspondence and the blackfold approach. We have hence learnt that black holes behave as fluids under certain circumstances. One can therefore compute the effective stress energy tensor associated to the fluid, extract the corresponding dissipative transport coefficients and possibly perform a stability analysis. In Chapter 3, we have introduced the AdS/Ricci flat correspondence, which is a relation between a class of AdS spacetimes and Einstein solutions with zero cosmological constant. Remarkably, we have developed an extension of such correspondence to spacetimes with positive cosmological constant, including scalar matter. This AdS/dS correspondence may possibly give hints to improve our understanding of holography in dS space. We have also found a new Kerr/AdS solution with hyperbolic horizon from a known Kerr/dS one through the map. The hydrodynamics of fluids using the KK dimensional reduction was studied in Chapter 4. Choosing a generic relativistic fluid, performing a boost in N internal dimensions, compactifing them and reducing on an N dimensional torus we have obtained a charged fluid with N charges. Therefore, we have investigated the variation of the transport coefficients, the shear and bulk viscosity, of the original theory and we were also able to compute the thermal conductivity. The same analysis has been applied to a particular fluid: the fluid dual to a black p-brane. We were able to compute the shear viscosity, bulk viscosity and thermal conductivity matrix for a black p-brane with N charges in the compact directions. This method is particularly interesting since it allows studying the hydrodynamics of charged objects without performing a perturbative analysis but only applying dimensional reduction techniques. Using the AdS/Ricci flat correspondence we have checked that our mapped transport coefficients coincide with the ones obtained for a known charged AdS black branes. In Chapter 5 we have investigated the hydrodynamics properties of fundamentally charged (dilatonic) black branes and branes with Maxwell charge smeared over their worldvolume. We have determined the dissipative behavior of the effective fluids associated to those branes in terms of the transport coefficients of the effective stress energy tensor. Studying the response to small long-wavelength perturbations we have analyzed the dynamical stability of both classes of charged black branes. We have moreover modified the AdS/Ricci flat correspondence to include charged cases using a non-diagonal KK reduction. In this thesis we have shown how higher dimensional gravity is surprisingly rich of new phenomena and bizarre features. Playing with spacetime dimension is the key to probe GR. Hopefully, we will able to improve our comprehension of this mysterious and powerful theory. Holography is an extremely useful tool available for this aim. Mapping apparently unrelated theories living in different number of dimensions has revealed various successful predictions and results but above all opens new perspective for our perception and understanding of GR. / Esta tesis se centra principalmente en el estudio de la gravedad en dimensiones superiores con un enfoque en las relaciones entre diferentes tipos de espaciotiempo y el análisis y caracterización de agujeros negros. Para este último objetivo hemos desarrollado y adaptado teorías efectivas que nos permiten estudiar la dinámica de agujeros negros en ciertos regímenes. Hemos presentado dos de ellas: la "fluid/gravity correspondence" y el metodo de "blackfold". Se puede demostrar entonces que los agujero negros admiten una descripción hidrodinámica y se puede calcular el tensor energía-impulso asociado al fluido dual al agujero negro y extraer los coeficientes de transporte al primer orden en derivadas. Hemos utilizado estas técnicas para analizar propiedades hidrodinámicas de branas negras en el caso en que las branas llevan cargas de diferentes tipos. En particular, consideramos los casos en que la brana negra está acoplada a un potencial de (p+1)-forma, que llamamos brana con carga fundamental, y brana acoplada a un campo de Maxwell. También hemos investigado las propiedades de estabilidad de estos sistemas hidrodinámicos . Otra línea de investigación es el estudio de la hidrodinámica de fluidos utilizando la reducción dimensional de Kaluza Klein. Empezamos considerando un fluido genérico y luego hemos particularizado el cálculo al fluido dual a una p-brana negra. Hemos investigado como varían los coeficientes de transporte de la teoría inicial como la "shear and bulk viscosity" y además hemos conseguido calcular la matriz de conductividad térmica. Como último proyecto hemos desarrollo mapas entre espaciotiempos diferentes. En particular hemos extendido el "AdS/Ricci-flat correspondence" para espacios de Einstein con curvatura positiva y negativa. Una vez derivado el mapa, lo hemos aplicado a espacios de Sitter (dS) y AdS y a agujeros negros de Schwarzschild-dS/AdS. Además, hemos estudiado perturbaciones en la frontera de AdS, que a través del mapa nos dan sugerencias sobre una posible construcción de holografía en espacio de dS. De hecho, la frontera de un espacio asintóticamente AdS se mapea en una brana en el centro de dS y las perturbaciones cerca de la frontera tienen como fuente un tensor energía-impulso confinado en esta brana.

The main objective of this thesis is the development of Raman scattering based methodologies for the analysis of advanced electrodeposition-based CIGS technologies, with the identification and characterization of parameters relevant for the efficiency of the solar cells and modules that can be used for quality control and process monitoring applications. The work aims to propose methodologies and tools that can be implemented for the monitoring of the processes at on-line level, contributing to increase the yield and reliability of the processes involved in the fabrication of these devices. The thesis is structured around five papers that have been published in peer-reviewed journals, according to the requirements for the achievement of the degree of Doctor in the Doctoral Program of Engineering and Advanced Technologies in the University of Barcelona. The thesis is structured in seven chapters. The first chapter is an introduction into Chalcopyrite photovoltaic technologies, including their background, current production strategies and optical characterization by Raman scattering based techniques. The main processes used for the fabrication of the CIGS solar cells and modules are described. Later in the introduction Raman scattering is presented as the main technique used in this work and the approach of this thesis to develop process monitoring techniques to assess parameters for each of the layers in the devices is described. Raman spectra are sensitive to chemico-physical and structural parameters of the layers that determine the device efficiency, as the crystalline quality and presence of defects, the chemical composition, as well as stress and strain effects and presence of secondary phases. The second chapter is dedicated to the disclosure of the Raman experimental set-ups that have been developed and that have been used to obtain the data presented in this work and the experimental conditions chosen to ensure reliability in the measurements. A more detailed description of the application of Raman spectroscopy are disclosed in the following chapters, that address the detection of secondary phases in the absorber layers that are relevant for device performance in high efficiency devices (Chapter 3), the chemical characterization of the surface region of the absorbers (Chapter 4), the assessment of the thickness of the CdS buffer layers (Chapter 5) and the electrical conductivity of the window layers (Chapter 6). The secondary phases studied in Chapter 2 are the OVC ones in Cu(In,Ga)Se2 alloys and CuAu polytypes in CuInS2 based cells; determining and clarifying their impact on the optoelectronic characteristics of the cells. This work reports for the first time in the literature clear experimental evidences of the impact of the presence of the OVC phases on the optoelectronic characteristics of the cells. Although the efficiencies achieved within CuInS2 (CIS) solar cells are lower (12.7% ) than the yielded by CIGS devices, the larger bandgap of the CIS semiconductor (1.55 eV) gives interest to these devices for the increase of the open circuit voltage Voc. In this work, the role of the presence of CuAu polytypic domains in advanced cells made by electrochemical processes is investigated. The fourth chapter addresses the development of methodologies for the quantitative analysis of the chemical composition of the surface region of the absorber layers, including the Ga/(In+Ga) relative content in Cu(In,Ga)Se2 absorbers and the S/(S+Se) relative content in Cu(In,Ga)(S,Se)2 absorbers. These are the parameters that allow suitable control of the value of the band gap in the surface region of the absorbers. Next chapters address the Raman scattering assessment of the CdS buffer and Al-doped ZnO window layers, being the control of the thickness of the buffer and conductivity of the window layer are relevant for the device efficiency. The final chapter summarizes the main conclusions / El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de metodologías basadas en la espectroscopia Raman para el análisis de tecnologías fotovoltaicas Cu(In,Ga)(S,Se)2 avanzadas basadas en procesos electroquímicos, con la identificación y caracterización de parámetros relevantes para la eficiencia de las celdas solares y módulos. El trabajo desarrolla y propone metodologías y herramientas que pueden ser implementadas para aplicaciones de control de calidad y monitorización de procesos a nivel "on-line", contribuyendo a incrementar el rendimiento y la fiabilidad de los procesos involucrados en la fabricación de estos dispositivos. La tesis está estructurada en siete capítulos. El primer capítulo es una introducción a las tecnologías fotovoltaicas de la calcopirita, incluyendo las estrategias actuales de producción y su caracterización óptica por medio de técnicas basadas en espectroscopia Raman; más tarde en el capítulo se presenta la espectroscopia Raman como la técnica principal utilizada en el trabajo y se describe el enfoque abordado en la tesis para el desarrollo de técnicas para la monitorización de los procesos. Los espectros Raman permiten obtener información de parámetros estructurales y químico-físicos de las diferentes capas en la estructura que determinan la eficiencia del dispositivo, como la calidad cristalina y presencia de defectos, composición química, estrés y presencia de fases secundarias. El Segundo capítulo describe los sistemas experimentales que se han desarrollado en el trabajo, y las condiciones experimentales determinadas para garantizar la fiabilidad de las medidas. Una descripción más detallada de la aplicación de la espectroscopia Raman se describe en los siguientes capítulos, que abordan la detección de fases secundarias en la capa del absorbedor que son relevantes para la eficiencia de la celda en dispositivos de alta eficiencia (Capítulo 3), la caracterización química de la región superficial de las capas absorbedoras (Capítulo 4), el espesor de las capa buffer de CdS (capítulo 5) y la conductividad eléctrica de las capas ventana (capítulo 6). El último capítulo de la tesis resume las principales conclusiones del trabajo.

The present thesis deals with a deep analysis of the genetic structure of extant human worldwide populations, with a special focus on the Mediterranean. Different genetic markers, 18 Alu insertions and 367 single nucleotide polymorphisms (SNPs), were analysed for the first time in general populations and Bedouins from Jordan. The same SNPs were also genotyped in a consistent set of samples from the Mediterranean Basin. Specifically, Alu markers were used to assess the genetic diversity within Jordan and to define the relationships across present-day Middle Eastern, North African, and European populations. While SNPs located in the top coronary artery disease (CAD) risk regions (1p13, 1q41, 9p21, and 10q11) were used to explore the genetic variation and the LD patterns across 19 populations from Europe, Middle East and North Africa, together with Asian and African samples from the 1000 Genomes Project. Furthermore, Tunisian and Moroccan case-control samples were used to test for the first time the applicability of European GWAS results in these four genomic regions to North African populations. Finally, simulated genomic data were used to evaluate the consistency of association results across European, Asian and Sub-Saharan African case-control samples. Neutral and CAD risk markers pointed out a low but significant geographic structure in the Mediterranean area. As a particular case in the Mediterranean context, Bedouins and general population from Jordan showed statistical differences (p=0.038). The genetic heterogeneity detected is likely related to the fact that urban areas have been subject to several external influences but Bedouins have preserved their own genetic background because of their nomadic and isolated lifestyle. The general patterns of genetic variation observed in the four CAD risk regions analysed are in agreement with the genetic structure generated by demographic processes. Despite this fact, the present work also identified potential signals of positive and balancing selection in some specific risk markers and haplotypes. Actually, potential signatures of positive selection in the 9p21 region and of balancing selection in 9p21 and 10q11 have been observed. The regions under positive or balancing selection are shared across continents but the specific markers under selection are, in some cases, continent-specific. Results from the association study in North Africa revealed significant association signals in the four genomic regions analysed in Moroccan and Tunisian samples confirming the trans-ethnic importance of these genomic regions for the risk of CAD. However, in the meta-analyses performed with the North African case-control samples, only the 9p21 and 10q11 regions showed association signals and none of the North African risk SNPs was associated with CAD in Europe. These arguments suggest the existence of continent-specific CAD risk variants in these chromosomal regions. Significant differences in the LD and in the haplotype patterns confirm the heterogeneity in the genomic structure between North Africans and Europeans. In addition, differences in the LD structure persist even across Europeans, North Africans, Asians, and Sub-Saharan Africans. Finally, the simulation study highlighted an overall consistency in effect direction across populations of different ancestry, specially between Europeans and Asians. Because simulations assumed no actual differences in genetic effect size between populations and because the rate of between-population effect size differences generated by our study was considerably lower than the rate reported from empirical studies using real data, our study supports the existence of real differences in the genetic risk architecture of complex traits between populations. In general, this study confirmed that a substantial fraction of association signals are shared across people of different ancestries. However, some discrepancies in the effect size across populations highlighted the importance of accounting for population structure in association studies. / Esta tesis analiza la variación genética de muestras poblacionales europeas, africanas y asiáticas, con particular énfasis en la región mediterránea. Se usaron 18 marcadores Alu para evaluar la diversidad genética dentro de Jordania (en beduinos y en población general) y para definir la relación entre las actuales poblaciones del Mediterráneo. Por otra parte, 367 polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs) localizados en cuatro regiones de riesgo para la enfermedad arterial coronaria (CAD) (1p13, 1q41, 9p21 y 10q11) se utilizaron para explorar la variación genética en 19 poblaciones de Europa, Oriente Medio y África del Norte, junto a las muestras asiáticas y africanas del Proyecto 1000 Genomas. Estas cuatro regiones de riesgo CAD fueron analizadas también en un conjunto de muestras de casos y controles de Marruecos y Túnez. Por último, se simularon muestras de casos y controles africanos, europeos, y asiáticos para evaluar el nivel de consistencia interpoblacional en los estudios de asociación. Como caso particular en el Mediterráneo, los beduinos y la población general de Jordania mostraron diferencias significativas (p=0,038). Los beduinos se agruparon con los norteafricanos, mientras que los jordanos generales se agruparon con las poblaciones más orientales del Mediterráneo. Los patrones generales de variación observados en las cuatro regiones de riesgo CAD mostraron una estructura genética plausiblemente modelada por procesos demográficos. A pesar de esto, el presente trabajo también detectó señales potenciales de selección natural positiva en la región 9p21 y de selección equilibradora en las regiones 9p21 y 10q11. También fueron detectadas asociaciones significativas en las cuatro regiones genómicas analizadas, previamente identificadas en europeos, en Marruecos y Túnez. Sin embargo, sólo las regiones 9p21 y 10q11 mostraron asociación en el meta-análisis realizado utilizando las muestras de casos y controles norteafricanos. El estudio de simulación destacó una alta replicabilidad de las señales de asociación entre los distintos continentes. Sin embargo, algunas discrepancias en el tamaño del efecto revelaron la posible existencia de diferencias interpoblacionales en la arquitectura del riesgo genético de caracteres complejos y destacaron la importancia de incluir la estructura poblacional en los estudios de asociación.

La modalidad de trabajo a gran altitud en Chile denominada hipobaria intermitente crónica a gran altitud abarca tanto la explotación de la gran minería, como la actividad de los grandes centros astronómicos, puestos fronterizos y centros recreativos en la zona norte del país. La gran expansión del trabajo en hipobaria intermitente crónica en las últimas décadas, ha provocado que alrededor de 170.000 personas trabajen en ésta modalidad, la mayoría directamente en las faenas y el resto vinculado a las actividades relacionadas al encadenamiento productivo de éste rubro; con un incremento potencial de la masa laboral hacia el 2020 debido a nuevas inversiones tanto en ésta área como en el de la astronomía. Los estudios realizados hasta hoy establecen que en cada nuevo ascenso a gran altitud por razones laborales persisten las alteraciones del sueño, la sintomatología de mal agudo de montaña, el aumento de la presión arterial sistémica, de la presión arterial pulmonar y deterioro de la capacidad cognitiva y física, independiente del nº de años que las personas lleven en esta modalidad de trabajo o que haya ocurrido algún grado de aclimatación ventilatoria o hematológica. En esta tesis doctoral hemos tratado de determinar la efectividad y viabilidad de algunas medidas preventivas dirigidas a prevenir, mejorar o mitigar los desajustes fisiopatológicos inducidos por la exposición intermitente crónica en trabajadores de gran altitud. Se ha escogido el caso de la construcción y puesta en marcha del observatorio ALMA en el llano de Chajnantor (Norte de Chile) por sus peculiares condiciones de trabajo: la instalación de las antenas de radiofrecuencia a una altitud muy cercana a la altitud extrema en el llano de Chajnantor a 5050 msnm y a la gran diferencia de altitud entre el trayecto del campamento base (2900m) y el sitio de las antenas (5050m), lo que obliga a transiciones rápidas de trayecto entre estas dos diferentes altitudes, desplazamiento en función de demandas que no siempre se ajustan a los tiempos de progresión del ascenso/descenso recomendados tradicionalmente para evitar los efectos agudos de la hipoxia hipobárica, constituyéndose en una oportunidad natural de investigar precisamente esta fase de la exposición laboral a altitud que no ha respondido a la aclimatación. Nuestros hallazgos y conclusiones permiten establecer ciertas premisas en este tipo de trabajos. El uso de oxígeno suplementario portátil para el trabajo a campo abierto, incluso a bajo flujo y según sea requerido por el trabajador, ha sido una medida eficaz, económica y segura para garantizar un desempeño laboral más saludable y que permite mejorar el desempeño a gran altitud. Los desplazamientos continuos de los conductores de vehículos e incluso de quienes viajan como pasajeros en vehículos de los vehículos de transporte, sufren ciclos de hipoxia/re-oxigenación que pueden desencadenar eventos arrítmicos y que hemos comprobado que ocurren con mayor frecuencia durante la etapa de descenso desde la mayor altitud y con una mayor incidencia entre los trabajadores más jóvenes. El tiempo de permanencia a 5050 msnm se asoció positivamente a la ocurrencia de eventos arrítmicos; de tal manera que una medida preventiva derivada de lo anterior es limitar el tiempo de permanencia a gran altitud, medida que ha sido implementada para todos los visitantes al sitio. Finalmente el uso de luz azul podría mantener un mayor estado de alerta y corregir algunos de los indicadores de fatiga cognitiva en condiciones de hipoxia hipobárica y a futuro podría ser una medida de mitigación de la somnolencia y la fatiga especialmente para conductores en horario nocturno. / In this thesis dissertation, we have tried to determine the effectiveness and viability of some preventive measures to avoid or ameliorate the pathological disturbances induced by chronic intermittent exposure at high altitude workers. We have chosen the case of the construction and commissioning of ALMA on the Chajnantor plateau (North of Chile) for their particular conditions. 1) The wide altitude difference between two well-defined areas of work: base camp (2900m) and antenna array site (5050m), 2) The rapid work shifts according to technical demands, which do not always fit in the ascent times traditionally considered as secure by mountain and expedition medicine, and 3) The large number of workers involved in this project. Our findings and conclusions allow establishing certain assumptions in this type of work. The use of supplemental oxygen, even in small quantities, as required by the worker is an efficient, economical and safe measure. The continuous movement of vehicle drivers between the different altitude places can trigger arrhythmic events, which are more frequent in younger workers. The use of blue light could maintain a better alertness and improve the indicators of cognitive and physical fatigue in high workplaces, especially for nighttime workers. The blue light appears to have also differential effects between men and women.

Regenerative medicine takes multifaceted approaches towards healing complex injury and restoring normal tissue function by combining biomaterials with cells and drugs. Recently, naturally occurring polymers found in the human body have inspired biomaterials that play active roles in the regenerative process. One polymer, hyaluronic acid, has ubiquitous roles in the human body, and is an important component to tissue development and healing. These materials are proving to be more capable to the complex tasks of guiding tissue regeneration; however, the search continues for laboratory inspired solutions to help guide the regeneration process. We need to be able to control the presentation of bioactive agents in the microenvironment which is the level at which cells operate. Some researchers have attempted to augment the scaffold biochemistry by controlling the spatial presentation of bioactive molecules by playing with clustering peptide sequences, but they do not have a high control over the nanoscale aspect. For the problem of controlling the molecular architecture of the biomaterial microenvironment, nanotechnology has a solution. Dendrimers are synthetic branched macromolecules which are symmetric, monodisperse, and globular in shape. Most importantly however, is that their inherent structure maintains strict presentation of terminal groups. Up to this point, never before have dendrimers been covalently mixed with biomaterials to provide strict control over the presentation of biomolecules in the scaffold microenvironment. This novel technology poses a new biomaterials niche for guiding bone regeneration. The motivation of the thesis is to contribute to the development of intelligent biomaterial platforms by combining peptide epitope binding dendrimers with a thermoreversible biomaterial platform based on hyaluronic acid in the hope to advance bone regeneration. / La medicina regenerativa utiliza distintos enfoques hacia procesos complejos de curación de lesiones: uno de ellos es la restauración de la función normal de tejidos mediante la combinación de biomateriales con células y fármacos. Pero si nos centramos en lo que ahora pueden hacer los biomateriales sabemos que son un material capaz de guiar tareas complejas en procesos de regeneración tisular. No obstante, la investigación en los laboratorios continua explorando este mundo inspirada por la búsqueda de soluciones para mejorar, todavía más, esta función de guía en el proceso de regeneración tisular. Hemos de ser capaces de controlar la entrega de agentes bioactivos en los microambientes que se encuentran a niveles en los que las células operan. Algunos investigadores han intentado aumentar la funcionalidad bioquímica de las estructuras de los polímeros, o “andamios” (en la literatura inglesa scaffold), mediante el control de la presentación espacial de moléculas bioactivas jugando con clústeres de secuencias de péptidos, pero sin tener un alto control a escala nanoscópica. Ahora, para el problema sobre el control de la arquitectura molecular del microambiente de un biomaterial la nanotecnología tiene una solución. Se trata de los dendrímeros, moléculas sintéticas ramificadas, simétricas, monodispersas y con forma globular. Más importante todavía, su estructura inherente mantiene una presentación estricta de los grupos terminales. Hasta este momento, nunca antes se habían mezclado covalentemente dendrímeros con biomateriales para proporcionar un control estricto de la presentación de biomoléculas en el microambiente de “andamio”. Esta nueva tecnología (la de los dendrímeros) coloca a los biomateriales en el nicho para la guía de la regeneración ósea. El objetivo de estas tesis es contribuir al desarrollo de biomateriales inteligentes mediante la combinación de dendrímeros con afinidad por proteínas específicas en una plataforma de biomaterial termorreversible a base de ácido hialurónico. La meta: avanzar en el campo de la regeneración ósea.

Tesi realitzada a l'Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera (CSIC) / In this thesis I present a geophysical and petrological study that aims to define the lithosphere structure and the chemical variations in the compositions in the lithosphere mantle in the Iberian plate, the western Mediterranean and North Africa. Also, the low Pn velocities measured in the western Mediterranean basins and the sub-lithospheric low-velocity anomaly imaged from tomography models in the Iberian plate and North Africa and the relationship with high mean topography are investigated. I present the crust and upper mantle structure along four transects, crossing the NE-Iberian Peninsula, the Western Mediterranean basin and the Algeria margin and ends at the Tell—Atlas Mountains, two profiles crossing the entire Iberian plate in N-S direction and another transect across the southern Central Iberian Zone, the Gibraltar Arc System and the Atlas Mountais. The modeling in the present work is based on an integrated geophysical-petrological methodology combining elevation, gravity, geoid, surface heat flow, seismic and geochemical data. Unlike previous models proposed for the region where the density of the lithospheric mantle is only temperature-dependent, the applied methodology allows inferring seismic velocities and density in the mantle down to 400 km depth from its chemical composition through self-consistent thermodynamic calculations. The crustal structure is mainly constrained by active-source and passive-source seismic experiments, whereas the upper mantle is constrained by tomography models. In lithospheric mantle composition, this methodology allows us to reproduce the main trends of the geophysical observables as well as the inferred P-, Pn- and S-wave seismic velocities from tomography models and seismic experiments available for the study region. The first geo-transect is a new model on the present-day lithospheric structure along a 1100 km crossing the NE-Iberian Peninsula, the Western Mediterranean basin and the Algeria margin and ending at the Tell—Atlas Mountains. Five lithospheric mantle compositions are considered including predominantly average Phanerozoic and lherzolitic Proterozoic in the continental mainland, and more fertile PUM (primitive upper mantle) compositions in the Western Mediterranean basin. The second profile running from the North-Iberian Margin to the Duero basin and is extended to the Alboran basin in the third profile. In this case I have considered four lithospheric mantle compositions: a predominantly average Phanerozoic in the continental mainland, two more fertile compositions in the Alboran Sea and in the Calatrava Volcanic Province, and a hydrated uppermost mantle in the North-Iberian Margin. In the fourth geo-transect, I defined three distinct chemical lithospheric mantle domains: a predominantly average Phanerozoic composition in the continental mainland, and two rather fertile mantle compositions beneath the Volcanic areas, close to the Calatrava Volcanic Province and the Atlas Mountains. Mantle petrology affects the resulting density distribution and LAB (lithosphere—asthenosphere boundary) geometry and allows a direct comparison with tomography models and seismic data. The obtained LAB geometries in lithosphere show large variations in lithospheric mantle thickness. Deepest LAB geometries are found below the Pyreenes, Cantabrian Mountains, Betics Range and Strait of Gibraltar while the shallowest LAB is reached in the Mediterranean basins (Valencia Through, Balearic Promontory, Algerian and Alboran basins). The LAB depth beneath the Iberia Meseta is deeper than in previous studies while in the Atlas Mountains the resulting LAB is relatively shallow as expect from others studies. Measured low Pn velocities in the Western Mediterranean basin can be explained by either serpentinization and/or seismic anisotropy and only partly by transient thermal effects whereas in the Bay of Biscay is explained by only by serpentinization. Also, the sub-lithospheric negative anomaly imaged in tomography models below the Iberian plate and the Atlas Mountains, is related to the high mean topography in these areas and can be partly consistent with a low-velocity/high- temperature/low-density modelled layer in the sublithospheric mantle. / En esta tesis se presenta un estudio geofísico y petrológico con el objetivo de definir la estructura litosférica y las variaciones laterales en composición del manto litosférico en Iberia, el Mediterráneo occidental y África del Norte. También se ha estudiado las bajas velocidades Pn registradas en las cuencas marinas del Mediterráneo occidental y en el golfo de Vizcaya, y la anomalía sublitosférica de baja velocidad detectada en los modelos tomográficos en Iberia y el norte de África además de su relación con la alta topografía encontrada en estas áreas. Para ello, se han realizado cuatro diferentes transectas litosféricas. La primera empieza en el NE de la Península Ibérica, cruzando el Mediterráneo occidental para terminar en la cordillera Tell-Atlas. El segundo perfil empieza en el golfo de Vizcaya, cruza la Cordillera Cantábrica y finaliza en la Cuenca del Duero. El tercero es una extensión del segundo cruzando el Sistema Central, la Cuenca del Tajo, las Béticas terminando en Alborán. Por último, el cuarto, comienza en la Cuenca del Tajo, cruza el estrecho de Gibraltar, el Rif y el Atlas para terminar en la Plataforma sahariana. Para realizar estos modelos hemos usado la metodología LitMod. Esta metodología combina observables geofísicos como elevación, gravedad, geoide, flujo de calor superficial, velocidades sísmicas y datos geoquímicos. La estructura cortical es construida a partir de datos de experimentos sísmicos y de cortes geológicos en la parte más superficial mientras que el manto superior es constreñido mediante modelos tomográficos. A lo largo de los perfiles encontramos variaciones composicionales y de espesor litosférico, engrosándose bajo Pirineos, la Cantábrica, Béticas y Rif fundamentalmente, y adelgazándose en las cuencas marinas del Mediterráneo, en la provincia volcánica de Calatarava y en el Atlas marroquí. Las bajas velocidades Pn registradas en el en el Mediterráneo occidental pueden explicarse por una combinación de serpentinización, anisotropía sísmica y por el efecto térmico transitorio, mientras en el golfo de Vizcaya sólo puede explicarse por serpentinización. Además, la alta topografía en Iberia y el Atlas, puede ser parcialmente explicada con una capa de baja velocidad/alta temperatura/baja densidad como se intuye de los modelos tomográficos.

En un periodo de tiempo determinado, solamente una fracción de la cantidad total de una sustancia química presente en la columna de agua o en el sedimento está en forma bioaccesible o biodisponible. Por otra parte, aun cuando la fracción disuelta de un contaminante puede ser muy baja y a veces indetectable, una exposición muy larga puede dar lugar a su acumulación por parte de los organismos. Esta cuestión es especialmente relevante para los contaminantes hidrofóbicos, que tienden a persistir en el ambiente uniéndose a las partículas de sedimento y a ser acumulados por la biota. Una determinación precisa del riesgo asociado a la presencia de estos contaminantes en el medio acuático debe partir de medidas que tengan en cuenta su disponibilidad espacial y temporal para los seres vivos en cada circunstancia. La tesis se enmarca en este contexto y se centra en dos grupos de contaminantes haloaromáticos: el histórico pesticida diclorodifeniltricloroetano (DDT) y sus productos de transformación (DDX, en conjunto) y los retardantes de llama difeniléteres polibromados (PBDE), incluidos más recientemente en la legislación. El objetivo general era el desarrollo y aplicación de métodos analíticos con los que medir sus concentraciones en las distintas fases o compartimentos del medio acuático que fuesen representativas exposición real de los organismos vivos. En la primera parte de la tesis, se empleó una técnica moderna para la extracción cuantitativa en sedimento y en peces, adecuada a los requisitos normativos actuales de exhaustividad para la vigilancia de contaminantes. Para ello, se optimizó un método analítico mediante extracción selectiva con líquidos presurizados (SPLE) acoplada a cromatografía de gases y espectrometría de masas (GC-MS) que permitió realizar una extracción y purificación simultánea de las muestras con una reducción importante del tiempo de análisis, la manipulación de la muestra y el uso de disolventes frente a métodos tradicionales. Los métodos optimizados fueron aplicados para el análisis de PBDE y DDX en muestras de sedimentos y peces procedentes de distintos puntos de la costa peninsular y en la cuenca del río Ebro. La metodología desarrollada permitió, además, la detección en estas muestras de hexabromociclododecano (HBCD), un retardante de llama que comenzaba a utilizarse como sustituto de los PBDE y cuya presencia en el medioambiente apenas había sido descrita en ese momento. El análisis de las muestras demostró las diferencias relativas con que los peces acumulan cada uno de los analitos respecto a sus cantidades en el sedimento. Posteriormente, se evaluaron dos tipos de técnicas biomiméticas que utilizan una fase sustituta para cuantificar el contaminante bioaccesible y bioacumulable en el medio. En primer lugar, la extracción exhaustiva de los contaminantes presentes en los sedimentos realizada mediante el método de SPLE fue comparada con la extracción acuosa con Tenax®, lo que permitió cuantificar la fracción susceptible de pasar a la fase disuelta en periodos concretos de tiempo o fracción bioaccesible. La existencia de fracciones residuales de contaminante que mantienen asociados a la fase particulada de manera casi irreversible, diferentes según los analitos, es una de las causas que contribuyen a la formación de los patrones diferenciales entre biota y sedimento. Por último, dentro de la línea de trabajo de técnicas biomiméticas, se evaluó la aplicabilidad de distintas versiones de un dispositivo de muestreo pasivo en fase experimental, el Chemcatcher®, capaz de acumular los PBDE y DDX disueltos en el medio y proporcionar una medida promediada en el tiempo. Los límites de detección obtenidos indican que este sistema podría ser apto para el monitoreo de estos contaminantes en cuerpos de agua muy contaminados como efluentes de depuradoras, pero no para determinar las concentraciones en que se suelen encontrar en aguas superficiales. / In a given period of time, only a fraction of the total amount of a chemical present in the water column or in the sediment is bioaccesible or bioavailable. In turn, even though the dissolved fraction of a contaminant may be very low, sometimes undetectable, a long exposure can lead to accumulation by the organisms. This issue is especially relevant for hydrophobic contaminants, as they tend to persist in the environment bound to sediment particles and to be accumulated by biota. The thesis is focused on two groups of pollutants haloaromatics: the historical pesticide dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) and its transformation products, and the flame retardants polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), most recently included in legislation. The overall objective was the development and application of analytical methods by which to measure their concentrations in different phases or compartments in the aquatic environment that take into account the spatial and temporal availability for living beings. In the first part of the thesis, a modern technique for quantitative extraction from sediment and fish, adapted to current regulatory requirements of exhaustiveness for monitoring of pollutants, was used. In order to do so, an analytical method by selective extraction with pressurized liquids (SPLE) coupled to gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS) was optimized. Optimized methods were applied for the analysis of sediment and fish samples from different parts of the mainland coast and the Ebro river basin. The developed methodology also allowed detection of hexabromocyclododecane (HBCD), a flame retardant that was just beginning to be used as a substitute for PBDEs and whose presence in the environment had just been described in that time. Afterwards, two types of biomimetic techniques using a surrogate phase for measuring the bioavailable and bioaccumulative pollutant in the medium were evaluated. First, the exhaustive extraction of contaminants in the sediment carried by SPLE method was compared with the aqueous extraction with Tenax®, allowing to quantify the fraction susceptible of passing to the dissolved phase in specific time periods or bioaccessible fraction. Finally, within the line of work of biomimetic techniques, the applicability of different versions of an experimental passive sampling device, the Chemcatcher®, able to accumulate PBDEs and DDX dissolved in the medium and provide a time-averaged measure was assessed.

Tesi realitzada a l'Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis de l'Aigua (IDAEA-CSIC) / En los últimos años, los contaminantes emergentes (ECs) están recibiendo una creciente atención debido a los efectos nocivos que suponen para los organismos vivos y al riesgo ambiental que representan. Existen una gran cantidad de productos considerados como ECs presentes en el medio ambiente acuático. En la presente tesis se han estudiado dos de estas familias, los ácidos perfluoroalquilados (PFAAs), compuestos antropogénicos, y las microcistinas (MCs), toxinas de origen natural. Los PFAAs son una familia de contaminantes orgánicos considerados como emergentes, persistentes y bioacumulables, que se transportan a largas distancias, se biomagnifican en la cadena trófica y pueden tener efectos nocivos inmediatos o a largo plazo sobre el medio ambiente y la salud humana. Por su parte, las MCs se producen como metabolitos secundarios en el interior de las células de las cianobacterias y están consideradas como hepatotóxicas. Debido a que la información actual que se dispone relativa a la presencia y eliminación en el medio acuático de estas dos familias de ECs es aun limitada, es de interés disponer de métodos de análisis rápidos y fiables que permitan su determinación con una elevada sensibilidad y selectividad. En este contexto, en esta tesis se han desarrollado metodologías analíticas de alto rendimiento, sensibles, selectivas y robustas para el análisis en agua de las dos familias de ECs. Por un lado, se han utilizado técnicas de extracción en fase sólida en línea, inyección directa e ionización por desorción por láser y asistida por la matriz (MALDI), que han permitido el análisis rápido, automatizado y sencillo, minimizando el tratamiento de la muestra y evitando posibles fuentes externas de contaminación y mejorando la eficiencia económica del análisis. Por otro lado, se ha estudiado, la potencialidad de la espectrometría de masas en tándem (MS/MS) y de alta resolución (HRMS) mediante métodos de LC-ESI-MS/MS (triple cuadrupolo), MALDI-TOF/TOF y LC-ESI-HRMS (Orbitrap-Exactive HCD) para la identificación y cuantificación fiable de los analitos. Estos métodos se han combinado y comparado poniendo de manifiesto sus ventajas, desventajas y su complementariedad. Los métodos desarrollados se han aplicado al estudio de la presencia de los analitos en muestras acuosas. Por un lado, se ha estudiado la presencia de PFAAs en aguas superficiales, subterráneas y tratadas y su eliminación en una estación de tratamiento de aguas potables (ETAP) que combina tratamientos convencionales y avanzados en líneas paralelas, lo que ha permitido el estudio de ambos tipos de tratamientos simultáneamente y a escala real. Los tratamientos que han resultado efectivos para la eliminación de los PFAAs en estudio han sido la filtración con carbón y la ósmosis inversa. Por otro lado, se ha estudiado la presencia de MCs en aguas superficiales y tratadas y se han caracterizado diversos cultivos y materiales de referencia de cianobacterias. Se ha trabajado con la muestra total de agua, analizando la fracción disuelta y sestónica independientemente y se han descrito las cianobacterias y variantes de MCs presentes. La presencia de las distintas floraciones y el potencial de las cianobacterias tóxicas en los embalses estudiados indican la necesidad de programas de vigilancia para evitar el riesgo para la salud humana y los animales. También se muestran los resultados de la monitorización de la presencia de MCs a la entrada y salida de una ETAP. Durante los años en que se ha controlado, no se ha observado la presencia de blooms y el tratamiento realizado en la ETAP ha sido efectivo para la eliminación de las MCs a niveles traza. Por su parte, la caracterización de cultivos de cianobacterias permite establecer las bases del desarrollo tecnológico y la producción de estándares analíticos de toxinas y materiales de referencia para la cuantificación e identificación individual de variantes de MCs y su utilización en estudios de validación y ejercicios de intercomparación. / Water pollution is a severe worldwide problem. In recent years, emerging contaminants (ECs) are receiving increasing attention due to their harmful effects on the environment and human health. This thesis has focused on two families of ECs: anthropogenic perfluoroalkyl acids (PFAAs), considered as persistent organic pollutants; and microcystins (MCs), a family of more than 94 natural toxins produced as secondary metabolites of cyanobacteria. The current available information on the presence and disposal into the aquatic environment of these two families of ECs is still limited. Accordingly, it would be interesting to have reliable and fast methods of analysis for their determination with high sensitivity and selectivity. In this regard, the mainly aims of this thesis were to study the potential of tandem (MS/MS) and high resolution mass spectrometry (HRMS) for reliable identification and quantitation and to develop high throughput analysis of PFAAs and MCs in water. Different MS methodologies by LC-ESI-MS/MS (triple quadrupole), MALDI-TOF/TOF and LC-ESI-HRMS (Orbitrap-Exactive HCD) have been developed and combined. On-line solid phase extraction, direct injection and matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) techniques have been allowed rapid, automated and simple analysis, minimizing sample treatment and avoiding possible external sources of contamination and improving economic efficiency analysis. Developed methods have been applied to the study of the presence of analytes in surface, ground and treated waters. PFAAs behaviour was studied in a drinking water treatment plant (DWTP) with conventional and advanced treatments in parallel lines, allowing the study of two types of treatments simultaneously in real scale. The results of monitoring the presence of MCs at the influent an effluent of other DWTP are also shown. The analysis of MCs was performed in whole water sample and the dissolved and sestonic fractions were analysed independently. The cyanobacteria species and MCs variants present in both fractions were described. Finally, different cyanobacteria cultures and reference materials have been characterised in order to provide the basis for technological development and production of toxins analytical standards and reference materials.