Engineering tissue barrier models on hydrogel microfluidic platforms

Tissue barriers play a crucial role in human physiology by establishing tissue compartmentalization and regulating organ homeostasis. At the interface between the extracellular matrix (ECM) and flowing fluids, epithelial and endothelial barriers are responsible for solute and gas exchange. In the past decade, microfluidic technologies and organ-on-chip devices became popular as in vitro models able to recapitulate these biological barriers. However, in conventional microfluidic devices, cell barriers are primarily grown on hard polymeric membranes within polydimethylsiloxane (PDMS) channels that do not mimic the cell¿ECM interactions nor allow the incorporation of other cellular compartments such as stromal tissue or vascular structures. To develop models that accurately account for the different cellular and acellular compartments of tissue barriers, researchers have integrated hydrogels into microfluidic setups for tissue barrier-on-chips, either as cell substrates inside the chip, or as self-contained devices. These biomaterials provide the soft mechanical properties of tissue barriers and allow the embedding of stromal cells. Combining hydrogels with microfluidics technology provides unique opportunities to better recreate in vitro the tissue barrier models including the cellular components and the functionality of the in vivo tissues. Such platforms have the potential of greatly improving the predictive capacities of the in vitro systems in applications such as drug development, or disease modeling. Nevertheless, their development is not without challenges in their microfabrication. In this review, we will discuss the recent advances driving the fabrication of hydrogel microfluidic platforms and their applications in multiple tissue barrier models

Bending kinetics of a photo-actuating nematic elastomer cantilever

Liquid crystal elastomers (LCE) containing embedded carbon nanotubes(CNTs) contract when exposed to light, due to LC disordering induced by the ability of CNTs to absorb light and convert it into thermal energy. A cantilever made of LCE-CNTs exposed to light demonstrates dynamic bending due to inhomogeneous strain distribution caused by exponential heat generation across the cantilever width. Analysis of bending dynamics helps to extract parameters that are important for designing actuators based on these materials. In this work, we have carried out direct measurements of temperature evolution inside the cantilever and related its kinetics to the applied irradiation power

Nanoscale imaging of buried topological defects with quantitative X-ray magnetic microscopy

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.-- et al.Advances in nanoscale magnetism increasingly require characterization tools providing detailed descriptions of magnetic configurations. Magnetic transmission X-ray microscopy produces element specific magnetic domain images with nanometric lateral resolution in films up to ∼100 nm thick. Here we present an imaging method using the angular dependence of magnetic contrast in a series of high resolution transmission X-ray microscopy images to obtain quantitative descriptions of the magnetization (canting angles relative to surface normal and sense). This method is applied to 55-120 nm thick ferromagnetic NdCo 5 layers (canting angles between 65° and 22°), and to a NdCo 5 film covered with permalloy. Interestingly, permalloy induces a 43° rotation of Co magnetization towards surface normal. Our method allows identifying complex topological defects (merons or 1/2 skyrmions) in a NdCo 5 film that are only partially replicated by the permalloy overlayer. These results open possibilities for the characterization of deeply buried magnetic topological defects, nanostructures and devices.Work supported by Spanish MINECO under grant FIS2013-45469. A. Hierro-Rodriguez acknowledges support from FCT of Portugal (Grant SFRH/BPD/90471/2012). C. Blanco-Roldán thanks support from CSIC JAE Predoc Program.Peer Reviewe

Ensayo de una tipología de las cuencas mediterráneas del proyecto GUADALMED siguiendo las directrices de la Directiva Marco del Agua

RESUMEN Utilizando la propuesta de tipología de ríos de la Directiva Marco del Agua en su anexo 2 se realiza un ensayo tipológico de los puntos de muestreo del proyecto GUADALMED. Según el sistema A, se presentan 16 ecotipos, lo que se juzga poco adecuado para la gestión de los mismos y sin una base ecológica que lo justifique. De acuerdo con la selección previa hecha por los miembros del grupo GUADALMED para 5 de estos ecotipos no habría estaciones de referencia. Con algunas variables medidas en los puntos de muestreo y otras de tipo geológico e hidromorfológico, se realiza un ensayo tipológico usando el sistema B. El método implica un análisis de la correlación entre variables, un cluster de las estaciones utilizando el método K-means y un análisis discriminante de cuáles son las variables que distinguen estos grupos. El estudio da como resultado la caracterización de 6 ecotipos que sin embargo, a juicio de los miembros del proyecto GUADALMED, no recogen la variedad de tipos de ríos mediterráneos. Valorando cualitativamente parámetros no introducidos (por falta de datos) en el análisis K-means, se propone una tipología provisional en 9 grupos. Un análisis de las comunidades de macroinvertebrados (a nivel taxonómico de familia) revela un grado importante de coherencia entre las familias asociadas a cada tipo y sus preferencias ecológicas conocidas. ABSTRACT A preliminary analysis was conducted of the river types in the GUADALMED project using the river typology proposed in the Water Framework Directive (WFD) in its annex 2. Using System A, 16 different types were found, a number too high for water management purposes and such typology lacks a supportive ecological basis. For 5 of these 16 ecotypes, no reference stations exist. Reference stations were selected a priori in project GUADALMED for each of the 12 basins sampled. An ecotypological analysis was performed using System B of the WFD using several variables measured during the study, and other variables obtained from maps or data bases (e.g., geology). The method included the analysis of the calibration between variables, the clustering of stations by the K-means method and a discriminant analysis. The latter revealed which factors were distinctive of each group. Six ecotypes were established for the GUADALMED study sites. These, however, do not include all the mediterranean-type streams of the region. This is mainly due to the absence in the data base of some important features of streams in the data base such as temporality or the dependence of flow on the presence of karstic aquifers, attribute

Smart Opto-mechanical actuators for tactile applications

La discapacitat visual és una greu amenaça que limita la capacitat de les persones per comunicar-se. Amb els anys, s’han explorat diverses propostes tecnològiques basades tan en estímuls auditius com tàctils per aportar solucions reals a la gent que pateix aquest tipus de discapacitat. Entre les més rellevants destaquen les tècniques d’audiodescripció i els dispositius Braille basats en actuació piezoelèctrica, que són els que actualment es troben al mercat. A dia d’avui, al vell mig de la cursa tecnològica, hi ha una demanda creixent de comunicació rica i fluida mitjançant el tacte. Tan és així que la majoria interruptors, botons i tecles de gran part dels dispositius electrònics del nostre entorn estan essent substituïts per pantalles tàctils, afegint barreres físiques i augmentant les dificultats de comunicació de les persones cegues. Noves generacions de materials, principalment els polímers, han despertat un gran interès en els darrers anys gràcies a les seves atractives propietats, que poden adaptar-se a la carta en funció de les necessitats. De tots ells, els elastòmers de cristalls líquids, LCE, en són un clar exemple. Els LCE tenen la capacitat intrínseca d’auto-organitzar-se a nivell molecular, desencadenant canvis controlats i totalment reversibles en les seves dimensions a escala macroscòpica, en resposta a diversos tipus d’estímuls externs; canvis que poden adaptar-se per desenvolupar actuadors capaços de produir tan esforços mecànics de tracció com d’empenta. La recerca presentada en aquesta tesi descriu les principals característiques dels LCE des del punt de vista de l’enginyeria i discuteix les seves possibles aplicacions com a actuadors, amb el principal objectiu d’aportar solucions innovadores als actuals sistemes tàctils, a partir del disseny, fabricació i caracterització de diferents actuadors basats en aquests materials i la seva foto-actuació a partir de llum visible. Propostes que combinen tècniques de processament de materials i tecnologia de microsistemes per aportar solucions tecnològiques innovadores cap a una nova generació d’actuadors intel·ligents.La discapacidad visual es una grave amenaza que limita la capacidad de las personas para comunicarse. Con los años. Se han explorado diversas propuestas tecnológicas basadas tanto en estímulos auditivas como en estímulos táctiles para aportar soluciones reales al colectivo que sufre este tipo de discapacidad. Entre las más relevantes destacan las técnicas de audio descripción y los dispositivos Braille basados en actuación piezoeléctrica, que son los que actualmente se encuentran en el mercado. A día de hoy, en medio de la carrera tecnológica, hay una demanda creciente de comunicación rica y fluida a través del tacto. Tanto es así que la mayoría de los interruptores, botones y teclas de gran parte de los dispositivos electrónicos a nuestro alcance están siendo reemplazados por pantallas táctiles, añadiendo barreras físicas y aumentando las dificultades de comunicación de las personas ciegas. Nuevas generaciones de materiales, principalmente los polímeros, han despertado un gran interés en los últimos años gracias a sus atractivas propiedades, que pueden adaptarse a la carta en función de las necesidades. De todos ellos, los elastómeros de cristales líquidos, LCE, son un claro ejemplo. Los LCE tienen la capacidad intrínseca de auto-organizarse a nivel molecular, produciendo cambios controlados y totalmente reversibles de sus dimensiones a escala macroscópica, en respuesta a varios tipos de estímulos externos; cambios que pueden adaptarse a demanda para desarrollar actuadores capaces de producir distintos tipos de esfuerzos mecánicos de tracción. La investigación recogida y presentada en este documento de tesis describe las principales características de los LCE desde el punto de vista de la ingeniería y discute sus posibles aplicaciones cómo actuadores, con el principal objetivo de aportar soluciones innovadoras a los actuales sistemas táctiles, a partir del diseño, fabricación y caracterización de distintos actuadores basados en estos materiales y su foto-actuación a partir de luz visible. Propuestas que combinan técnicas de procesado de materiales y tecnología de microsistemas para aportar soluciones tecnológicas innovadoras hacia una nueva generación de actuadores inteligentes.Visual disability is a serious threat that limits the persons’ ability to communicate. Over the years several attempts for the development of technologies based on audio and tactile stimuli have been explored to provide real solutions to individuals with this disability. Among them, audio description techniques and Braille devices based on piezoelectric actuation are the most relevant solutions on the market. Nowadays, with all the technological improvements, there is a growing demand for rich communication through touch. Thus switches, buttons and keyboards of most commonly used electrical devices are being replaced by tactile displays, adding new physical barriers and increasing communications difficulties of blind people. New generation of materials, especially soft polymer composites, have been of increased interest in the last few years due to their many attractive properties, which can be tailored on demand to achieve a broad range of requirements. Liquid-crystalline elastomers, LCE, are a clear example. Such materials possess the intrinsic ability to self-organize at molecular level resulting in a controllable and fully reversible change on their dimensions at macroscale in response to applied external stimuli, which can be easily adapted to make actuators producing pulling or pushing forces. The research presented in this thesis describes the main characteristics of LCE materials from engineering point of view and discusses their potential applications as actuators with the main objective to provide innovative solutions towards current tactile available systems, through the design, fabrication and characterization of different actuator approaches based on these interesting elastomeric materials and their photo-induced actuation using visible light. Novel approaches combining material processing techniques and microsystems technology to provide original solutions towards a new generation of smart actuators

Smart opto-mechanical actuators for tactile applications

La discapacitat visual és una greu amenaça que limita la capacitat de les persones per comunicar-se. Amb els anys, s'han explorat diverses propostes tecnològiques basades tan en estímuls auditius com tàctils per aportar solucions reals a la gent que pateix aquest tipus de discapacitat. Entre les més rellevants destaquen les tècniques d'audiodescripció i els dispositius Braille basats en actuació piezoelèctrica, que són els que actualment es troben al mercat. A dia d'avui, al vell mig de la cursa tecnològica, hi ha una demanda creixent de comunicació rica i fluida mitjançant el tacte. Tan és així que la majoria interruptors, botons i tecles de gran part dels dispositius electrònics del nostre entorn estan essent substituïts per pantalles tàctils, afegint barreres físiques i augmentant les dificultats de comunicació de les persones cegues. Noves generacions de materials, principalment els polímers, han despertat un gran interès en els darrers anys gràcies a les seves atractives propietats, que poden adaptar-se a la carta en funció de les necessitats. De tots ells, els elastòmers de cristalls líquids, LCE, en són un clar exemple. Els LCE tenen la capacitat intrínseca d'auto-organitzar-se a nivell molecular, desencadenant canvis controlats i totalment reversibles en les seves dimensions a escala macroscòpica, en resposta a diversos tipus d'estímuls externs; canvis que poden adaptar-se per desenvolupar actuadors capaços de produir tan esforços mecànics de tracció com d'empenta. La recerca presentada en aquesta tesi descriu les principals característiques dels LCE des del punt de vista de l'enginyeria i discuteix les seves possibles aplicacions com a actuadors, amb el principal objectiu d'aportar solucions innovadores als actuals sistemes tàctils, a partir del disseny, fabricació i caracterització de diferents actuadors basats en aquests materials i la seva foto-actuació a partir de llum visible. Propostes que combinen tècniques de processament de materials i tecnologia de microsistemes per aportar solucions tecnològiques innovadores cap a una nova generació d'actuadors intel·ligents.La discapacidad visual es una grave amenaza que limita la capacidad de las personas para comunicarse. Con los años. Se han explorado diversas propuestas tecnológicas basadas tanto en estímulos auditivas como en estímulos táctiles para aportar soluciones reales al colectivo que sufre este tipo de discapacidad. Entre las más relevantes destacan las técnicas de audio descripción y los dispositivos Braille basados en actuación piezoeléctrica, que son los que actualmente se encuentran en el mercado. A día de hoy, en medio de la carrera tecnológica, hay una demanda creciente de comunicación rica y fluida a través del tacto. Tanto es así que la mayoría de los interruptores, botones y teclas de gran parte de los dispositivos electrónicos a nuestro alcance están siendo reemplazados por pantallas táctiles, añadiendo barreras físicas y aumentando las dificultades de comunicación de las personas ciegas. Nuevas generaciones de materiales, principalmente los polímeros, han despertado un gran interés en los últimos años gracias a sus atractivas propiedades, que pueden adaptarse a la carta en función de las necesidades. De todos ellos, los elastómeros de cristales líquidos, LCE, son un claro ejemplo. Los LCE tienen la capacidad intrínseca de auto-organizarse a nivel molecular, produciendo cambios controlados y totalmente reversibles de sus dimensiones a escala macroscópica, en respuesta a varios tipos de estímulos externos; cambios que pueden adaptarse a demanda para desarrollar actuadores capaces de producir distintos tipos de esfuerzos mecánicos de tracción. La investigación recogida y presentada en este documento de tesis describe las principales características de los LCE desde el punto de vista de la ingeniería y discute sus posibles aplicaciones cómo actuadores, con el principal objetivo de aportar soluciones innovadoras a los actuales sistemas táctiles, a partir del diseño, fabricación y caracterización de distintos actuadores basados en estos materiales y su foto-actuación a partir de luz visible. Propuestas que combinan técnicas de procesado de materiales y tecnología de microsistemas para aportar soluciones tecnológicas innovadoras hacia una nueva generación de actuadores inteligentes.Visual disability is a serious threat that limits the persons' ability to communicate. Over the years several attempts for the development of technologies based on audio and tactile stimuli have been explored to provide real solutions to individuals with this disability. Among them, audio description techniques and Braille devices based on piezoelectric actuation are the most relevant solutions on the market. Nowadays, with all the technological improvements, there is a growing demand for rich communication through touch. Thus switches, buttons and keyboards of most commonly used electrical devices are being replaced by tactile displays, adding new physical barriers and increasing communications difficulties of blind people. New generation of materials, especially soft polymer composites, have been of increased interest in the last few years due to their many attractive properties, which can be tailored on demand to achieve a broad range of requirements. Liquid-crystalline elastomers, LCE, are a clear example. Such materials possess the intrinsic ability to self-organize at molecular level resulting in a controllable and fully reversible change on their dimensions at macroscale in response to applied external stimuli, which can be easily adapted to make actuators producing pulling or pushing forces. The research presented in this thesis describes the main characteristics of LCE materials from engineering point of view and discusses their potential applications as actuators with the main objective to provide innovative solutions towards current tactile available systems, through the design, fabrication and characterization of different actuator approaches based on these interesting elastomeric materials and their photo-induced actuation using visible light. Novel approaches combining material processing techniques and microsystems technology to provide original solutions towards a new generation of smart actuators

Método de obtención de micropartículas planares con multiplexado molecular superficial, las micropartículas y su uso

La invención se refiere a la fabricación controlada de un array de micropartículas planares con multiplexado de moléculas en su superficie, cuya misión es funcionar como sensores y/o actuadores moleculares. La presente invención propone una matriz (array) de micropartículas en cuya superficie están impresos todos los componentes moleculares necesarios para dotarlas de funcionalidad. Es posible fabricar este producto gracias al diseño de un proceso en el cual los diferentes elementos moleculares son multiplexados en la superficie de cada partícula mientras están soportadas sobre un sustrato gracias al grabado de un pie debajo de ellas. Estas micropartículas pueden ser liberadas mecánicamente del soporte donde se fabrican por un método mecánico de ruptura controlada, que es un método no agresivo químicamente y por tanto no afecta a las moléculas previamente impresas en su superficie. El array y las partículas que contiene presentan una gran versatilidad en aplicaciones tanto químicas y/o biológicas.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España)T3 Traducción de patente europe

Bending kinetics of a photo-actuating nematic elastomer cantilever

Liquid crystal elastomers (LCE) containing embedded carbon nanotubes(CNTs) contract when exposed to light, due to LC disordering induced by the ability of CNTs to absorb light and convert it into thermal energy. A cantilever made of LCE-CNTs exposed to light demonstrates dynamic bending due to inhomogeneous strain distribution caused by exponential heat generation across the cantilever width. Analysis of bending dynamics helps to extract parameters that are important for designing actuators based on these materials. In this work, we have carried out direct measurements of temperature evolution inside the cantilever and related its kinetics to the applied irradiation power

Method for producing an array of planar microparticles with surface molecular multiplexing, resulting array and use thereof

[EN] The invention relates to the controlled production of an array of planar microparticles with the multiplexing of molecules on the surface thereof, intended to function as molecular sensors and/or actuators. The invention relates to a matrix (array) of microparticles, the surface thereof being printed with all of the molecular components required to provide same with functionality. This product can be produced thanks to the design of a process in which different molecular elements are multiplexed on the surface of each particle while they are supported on a substrate by means of a structural foot engraved below same. These microparticles can be released mechanically from the support where they are produced, by means of a controlled mechanical rupture method which is not chemically aggressive and therefore does not affect the molecules previously printed on the surface. The array and the particles contained therein offer great versatility in both chemical and/or biological applications.[ES] Método de obtención de un array de micropartículas planares con multiplexado molecular superficial, array obtenido y su uso. La invención se refiere a la fabricación controlada de un array de micropartículas planares con multiplexado de moléculas en su superficie, cuya misión es funcionar como sensores y/o actuadores moleculares. La presente invención propone una matriz (array) de micropartículas en cuya superficie están impresos todos los componentes moleculares necesarios para dotarlas de funcionalidad. Es posible fabricar este producto gracias al diseño de un proceso en el cual los diferentes elementos moleculares son multiplexados en la superficie de cada partícula mientras están soportadas sobre un sustrato gracias al grabado de un pie debajo de ellas. Estas micropartículas pueden ser liberadas mecánicamente del soporte donde se fabrican por un método mecánico de ruptura controlada, que es un método no agresivo químicamente y por tanto no afecta a las moléculas previamente impresas en su superficie. El array y las partículas que contiene presentan una gran versatilidad en aplicaciones tanto químicas y/o biológicas.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Universidad de BarcelonaB1 Patente sin examen previ

Método de obtención de un array de micropartículas planares con multiplexado molecular superficial, array obtenido y su uso

The invention relates to the controlled production of an array of planar microparticles with the multiplexing of molecules on the surface thereof, intended to function as molecular sensors and/or actuators. The invention relates to a matrix (array) of microparticles, the surface thereof being printed with all of the molecular components required to provide same with functionality. This product can be produced thanks to the design of a process in which different molecular elements are multiplexed on the surface of each particle while they are supported on a substrate by means of a structural foot engraved below same. These microparticles can be released mechanically from the support where they are produced, by means of a controlled mechanical rupture method which is not chemically aggressive and therefore does not affect the molecules previously printed on the surface. The array and the particles contained therein offer great versatility in both chemical and/or biological applications.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Universidad de BarcelonaA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic