Laser de femtosegons en forma de 8 basat en EDFA i controlat per Arduino

2013/201

Solvent-cast direct-writing and electrospinning as a dual fabrication strategy for drug-eluting polymeric bioresorbable stents

Bioresorbable stents (BRS) are conceived to retain sufficient radial strength after implantation while releasing an antiproliferative drug in order to prevent vessel restenosis until complete resorption. Ongoing research trends involve the use of innovative manufacturing techniques to achieve thinner struts combined with optimized local drug delivery. This work presents a combination of solvent-cast direct-writing (SC-DW) and electrospinning (ES) using poly-l-lactic acid (PLLA) and poly(l-lactic-co-¿-caprolactone) (PLCL) as a new approach to generate everolimus-eluting BRS for cardiovascular applications. A Design of Experiment (DoE) was conducted to determine the optimal parameters to obtain a homogeneous coating with high specific surface. Manufactured stents were characterized by means of mechanical tests and scanning electron microscopy (SEM), with everolimus release in accelerated conditions quantified through High Performance Liquid Chromatography (HPLC). Drug loading was achieved either encapsulated in the struts of the stent or in an electrospun PLCL membrane covering the stent. In the former case, everolimus release was found to be insufficient, less than 3% of total drug loading after 8 weeks. In the latter, everolimus release considerably increased with respect to drug-loaded 3D-printed stents, with over 50% release in the first 6 hours of the test. In conclusion, everolimus release from PLCL-coated 3D-printed stents would match the dose and timeframe required for in vivo applications, while providing thinner struts than SC-DW drug-loaded stents.Peer ReviewedPostprint (published version

Solvent-cast direct-writing as a fabrication strategy for radiopaque stents

Bioresorbable stents (BRS) potential in treating coronary heart disease is still to be further developed. Current trends include research with new polymeric materials, the need for thinner struts combined with appropriate mechanical properties, radiopacity and optimized local drug delivery. This work presents a novel solvent-cast direct-write (SC-DW) printing system to manufacture BRS onto a rotating cylinder with poly-l-lactic acid (PLLA) and poly(l-lactic-co- ¿ -caprolactone) (PLCL) inks. Printed stents were characterized in terms of mechanical, thermal and biological properties with human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Expansion assays showed that stents withstood pressures of at least 16 atm and the indirect cytotoxicity test indicated that stents were biocompatible. Polymeric inks were further modified with the addition of 3 radiopaque agents, namely iodine, triiodobenzoic acid (TIBA) and barium sulfate (BaSO) to render stents radiopaque. Subsequent characterization showed a general increase in strut thickness with respect to control PLLA or PLCL stents, which in turn resulted in higher resistance to compression. Microcomputed tomography was used to assess stents’ radiopacity, showing that TIBA and BaSO-containing stents presented high X-ray attenuation values and maintained their radiopacity after 3 months incubation time.Peer ReviewedPostprint (published version

Dual peptide functionalization of Zn alloys to enhance endothelialization for cardiovascular applications

A new generation of fully bioresorbable metallic Zn-based alloys could be used for stenting applications; however, the initial surface degradation delays stent re-endothelialization. Thus, this work proposes a dual strategy to control the corrosion and accelerate the endothelialization of ZnMg and ZnAg biodegradable alloys. First, a stable polycaprolactone (PCL) coating is obtained and followed by its functionalization with either linear RGD (Arg-Gly-Asp) or REDV (Arg-Glu-Asp-Val) peptides or a dual peptide-based platform combining both sequences (RGD-REDV). Scratching tests showed neither delamination nor detachment of the polymeric coating. Potentiodynamic polarization (PDP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements confirmed the corrosion resistance after PCL coating by revealing lower current density and higher absolute impedance values. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and fluorescent microscopy confirmed the correct peptide immobilization onto PCL coated Zn alloys. The functionalized samples exhibited enhanced human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) adhesion. The higher number of adhered cells to the functionalized surfaces with the RGD-REDV platform demonstrates the synergistic effect of combining both RGD and REDV sequences. Higher corrosion resistance together with enhanced endothelialization indicates that the dual functionalization of Zn alloys with PCL and peptide-based RGD-REDV platform holds great potential to overcome the clinical limitations of current biodegradable metal stents.Peer ReviewedPostprint (published version

3D-printed polymeric bioresorbable stents for cardiovascular applications

(English) Bioresorbable stents (BRS) have been envisioned as a revolution in the treatment of coronary heart disease. Ideally, stents would initially retain sufficient radial strength after implantation to prevent vessel recoil while degrading and ultimately being resorbed, thus leaving the vessel with a healthy endothelium. Still, the main challenge of BRS lies in simultaneously providing enough mechanical support to prevent recoil in the first months while controlling the degradation rate, minimizing strut thickness and improving BRS hemocompatibility and tissue integration. The main aim of the present PhD Thesis is the design and development of tunable novel polymeric bioresorbable stents manufactured by means of solvent-cast direct-writing (SC-DW) with reinforced mechanical properties, suitable degradation timeframe, drug release capability and enhanced biointegration. First, a novel versatile additive manufacturing fabrication strategy for BRS production by using polymeric inks and SC-DW onto a rotating cylinder is presented. Initially, poly-L-lactic acid (PLLA) was used to manufacture and characterize a variety of designs with different mesh patterns. In a second step, poly(L-lactic-co-caprolactone) (PLCL) was introduced, and inks were further modified with the addition of iodine, triiodobenzoic acid (TIBA) and barium sulfate (BaSO4) in order to produce radiopaque BRS. Microcomputed tomography was used to assess stents' radiopacity, showing that TIBA and BaSO4-containing stents presented high X-Ray attenuation values, maintained over 3 months incubation time. With the aim to gain further insight into PLLA and PLCL stents degradation, a complete study was performed by comparing chemical vs thermal accelerated degradation assays. The results showed that under alkaline conditions, stents underwent surface erosion, whereas stents immersed at 50 ºC experienced bulk degradation. Molecular weight decrease was accurately described by the autocatalyzed kinetic model, with PLCL showing a degradation rate 1.5 times higher than PLLA. Regarding sterilization, whereas EtO-sterilized stents remained structurally unaltered, ¿-irradiated stents presented severe deterioration as a result of extensive chain scission. In the following, a combination of SC-DW and electrospinning (ES) was proposed as a new approach to generate everolimus-eluting BRS for cardiovascular applications. A Design of Experiment was conducted to determine the parameters necessary for optimal homogeneous coating with high specific surface. Drug loading was achieved either encapsulated in the struts of the stent or in an electrospun PLCL membrane covering the stent. When encapsulated, everolimus release was found to be insufficient, whereas release from PLCL-coated 3D-printed stents would match the dose and timeframe required for in vivo applications. Finally, functionalization of 3D-printed PLLA and PLCL BRS with endothelial cell (EC) adhesive peptides was explored. Solid phase peptide synthesis was used to synthesize linear RGDS and YIGSR sequences, as well as a dual peptidic platform (PF) containing both motifs in a single biomolecule. Endothelial cell adhesion assays evidenced significantly increased cell number and spreading onto functionalized films with respect to control samples. Stents' hemocompatibility was evaluated upon a blood perfusion assay, with PLCL showing pronouncedly diminished platelet adhesion with reference to PLLA. In addition, functionalization with RGDS, YIGSR and the PF rendered BRS stents displaying even further reduced platelet adhesion.(Català) Els stents bioabsorbibles (BRS) s'han plantejat com una revolució en el tractament de la malaltia de les artèries coronàries. Idealment, els stents conservarien inicialment la força radial després de la implantació per evitar el retrocés del vas sanguini mentre es degraden i finalment es reabsorbeixen, deixant així l'artèria amb un endoteli sa. Tot i així, el principal repte dels BRS rau a proporcionar prou suport mecànic per evitar el retrocés durant els primers mesos, alhora que es minimitza el gruix de filament per millorar-ne l'hemocompatibilitat i la integració en el teixit. L'objectiu principal de la present tesi doctoral és el disseny i desenvolupament d'stents bioabsorbibles polimèrics fabricats mitjançant escriptura directa amb dissolvent (SC-DW) amb propietats mecàniques reforçades, període de degradació adequat i biointegració millorada. En primer lloc, es presenta una nova estratègia versàtil de fabricació additiva per a la producció de BRS mitjançant l'ús de tintes polimèriques i SC-DW en un cilindre giratori. Inicialment, l'àcid poli-L-làctic (PLLA) s'ha utilitzat per fabricar i caracteritzar una varietat de dissenys amb diferents patrons de malla. En un segon pas, s'ha introduït el copolímer poli(L-làctic-co-caprolactona) (PLCL) i s'han modificat les tintes amb l'addició de iode, àcid triiodobenzoic (TIBA) i sulfat de bari (BaSO4) per tal de produir BRS radioopacs. S'ha utilitzat la microtomografia computada per avaluar la radiopacitat dels stents, mostrant que els stents que contenien TIBA i BaSO4 presenten valors alts d'atenuació de raigs X, mantinguts durant 3 mesos de temps d'incubació. Amb l'objectiu d'obtenir més informació sobre la degradació dels stents de PLLA i PLCL, s'ha realitzat un estudi complet tot comparant assaigs de degradació accelerada química i tèrmica. Els resultats han mostrat que en condicions alcalines els stents van patir erosió superficial, mentre que els stents immersos a 50 ºC van experimentar una degradació en massa. La disminució del pes molecular ha estat descrita amb precisió pel model cinètic autocatalitzat, amb el copolímer PLCL mostrant una taxa de degradació 1,5 vegades superior a la del PLLA. Pel que fa a l’esterilització, els stents esterilitzats amb EtO no han presentat canvis estructurals, els stents irradiats amb raigs ¿ han sofert un greu deteriorament com a resultat d'escissió de la cadena generalitzada. A continuació, es proposa una combinació de SC-DW i electrofilat (ES) com a nou enfocament per generar BRS amb everolimus per a aplicacions cardiovasculars. La càrrega de fàrmacs s'ha aconseguit o bé encapsulada en els filaments de l'stent o en una membrana electrofilada de PLCL que recobreix l'stent. En el cas encapsulat, s'ha trobat que l'alliberament d'everolimus és insuficient, mentre que l'alliberament dels stents impresos en 3D recoberts de PLCL coincidiria amb la dosi i el període de temps necessaris per a aplicacions in vivo. Finalment, s'ha explorat la funcionalització d'stents de PLLA i PLCL impresos en 3D amb pèptids adhesius de cèl·lules endotelials (ECs). La síntesi de pèptids en fase sòlida s'ha utilitzat per sintetitzar les seqüències lineals RGDS i YIGSR, així com una plataforma peptídica dual que conté tots dos motius en una sola biomolècula. Els assajos d'adhesió de cèl·lules endotelials han evidenciat un augment significatiu del nombre i extensió de cèl·lules en mostres funcionalitzades. L'hemocompatibilitat dels stents s'ha avaluat mitjançant un assaig de perfusió de sang, obtenint una disminució marcada en termes d'adhesió plaquetària en stents de PLCL respecte als de PLLA, i encara més en estar funcionalitzats.Postprint (published version

3D-printed polymeric bioresorbable stents for cardiovascular applications

(English) Bioresorbable stents (BRS) have been envisioned as a revolution in the treatment of coronary heart disease. Ideally, stents would initially retain sufficient radial strength after implantation to prevent vessel recoil while degrading and ultimately being resorbed, thus leaving the vessel with a healthy endothelium. Still, the main challenge of BRS lies in simultaneously providing enough mechanical support to prevent recoil in the first months while controlling the degradation rate, minimizing strut thickness and improving BRS hemocompatibility and tissue integration. The main aim of the present PhD Thesis is the design and development of tunable novel polymeric bioresorbable stents manufactured by means of solvent-cast direct-writing (SC-DW) with reinforced mechanical properties, suitable degradation timeframe, drug release capability and enhanced biointegration. First, a novel versatile additive manufacturing fabrication strategy for BRS production by using polymeric inks and SC-DW onto a rotating cylinder is presented. Initially, poly-L-lactic acid (PLLA) was used to manufacture and characterize a variety of designs with different mesh patterns. In a second step, poly(L-lactic-co-caprolactone) (PLCL) was introduced, and inks were further modified with the addition of iodine, triiodobenzoic acid (TIBA) and barium sulfate (BaSO4) in order to produce radiopaque BRS. Microcomputed tomography was used to assess stents' radiopacity, showing that TIBA and BaSO4-containing stents presented high X-Ray attenuation values, maintained over 3 months incubation time. With the aim to gain further insight into PLLA and PLCL stents degradation, a complete study was performed by comparing chemical vs thermal accelerated degradation assays. The results showed that under alkaline conditions, stents underwent surface erosion, whereas stents immersed at 50 ºC experienced bulk degradation. Molecular weight decrease was accurately described by the autocatalyzed kinetic model, with PLCL showing a degradation rate 1.5 times higher than PLLA. Regarding sterilization, whereas EtO-sterilized stents remained structurally unaltered, ¿-irradiated stents presented severe deterioration as a result of extensive chain scission. In the following, a combination of SC-DW and electrospinning (ES) was proposed as a new approach to generate everolimus-eluting BRS for cardiovascular applications. A Design of Experiment was conducted to determine the parameters necessary for optimal homogeneous coating with high specific surface. Drug loading was achieved either encapsulated in the struts of the stent or in an electrospun PLCL membrane covering the stent. When encapsulated, everolimus release was found to be insufficient, whereas release from PLCL-coated 3D-printed stents would match the dose and timeframe required for in vivo applications. Finally, functionalization of 3D-printed PLLA and PLCL BRS with endothelial cell (EC) adhesive peptides was explored. Solid phase peptide synthesis was used to synthesize linear RGDS and YIGSR sequences, as well as a dual peptidic platform (PF) containing both motifs in a single biomolecule. Endothelial cell adhesion assays evidenced significantly increased cell number and spreading onto functionalized films with respect to control samples. Stents' hemocompatibility was evaluated upon a blood perfusion assay, with PLCL showing pronouncedly diminished platelet adhesion with reference to PLLA. In addition, functionalization with RGDS, YIGSR and the PF rendered BRS stents displaying even further reduced platelet adhesion.(Català) Els stents bioabsorbibles (BRS) s'han plantejat com una revolució en el tractament de la malaltia de les artèries coronàries. Idealment, els stents conservarien inicialment la força radial després de la implantació per evitar el retrocés del vas sanguini mentre es degraden i finalment es reabsorbeixen, deixant així l'artèria amb un endoteli sa. Tot i així, el principal repte dels BRS rau a proporcionar prou suport mecànic per evitar el retrocés durant els primers mesos, alhora que es minimitza el gruix de filament per millorar-ne l'hemocompatibilitat i la integració en el teixit. L'objectiu principal de la present tesi doctoral és el disseny i desenvolupament d'stents bioabsorbibles polimèrics fabricats mitjançant escriptura directa amb dissolvent (SC-DW) amb propietats mecàniques reforçades, període de degradació adequat i biointegració millorada. En primer lloc, es presenta una nova estratègia versàtil de fabricació additiva per a la producció de BRS mitjançant l'ús de tintes polimèriques i SC-DW en un cilindre giratori. Inicialment, l'àcid poli-L-làctic (PLLA) s'ha utilitzat per fabricar i caracteritzar una varietat de dissenys amb diferents patrons de malla. En un segon pas, s'ha introduït el copolímer poli(L-làctic-co-caprolactona) (PLCL) i s'han modificat les tintes amb l'addició de iode, àcid triiodobenzoic (TIBA) i sulfat de bari (BaSO4) per tal de produir BRS radioopacs. S'ha utilitzat la microtomografia computada per avaluar la radiopacitat dels stents, mostrant que els stents que contenien TIBA i BaSO4 presenten valors alts d'atenuació de raigs X, mantinguts durant 3 mesos de temps d'incubació. Amb l'objectiu d'obtenir més informació sobre la degradació dels stents de PLLA i PLCL, s'ha realitzat un estudi complet tot comparant assaigs de degradació accelerada química i tèrmica. Els resultats han mostrat que en condicions alcalines els stents van patir erosió superficial, mentre que els stents immersos a 50 ºC van experimentar una degradació en massa. La disminució del pes molecular ha estat descrita amb precisió pel model cinètic autocatalitzat, amb el copolímer PLCL mostrant una taxa de degradació 1,5 vegades superior a la del PLLA. Pel que fa a l’esterilització, els stents esterilitzats amb EtO no han presentat canvis estructurals, els stents irradiats amb raigs ¿ han sofert un greu deteriorament com a resultat d'escissió de la cadena generalitzada. A continuació, es proposa una combinació de SC-DW i electrofilat (ES) com a nou enfocament per generar BRS amb everolimus per a aplicacions cardiovasculars. La càrrega de fàrmacs s'ha aconseguit o bé encapsulada en els filaments de l'stent o en una membrana electrofilada de PLCL que recobreix l'stent. En el cas encapsulat, s'ha trobat que l'alliberament d'everolimus és insuficient, mentre que l'alliberament dels stents impresos en 3D recoberts de PLCL coincidiria amb la dosi i el període de temps necessaris per a aplicacions in vivo. Finalment, s'ha explorat la funcionalització d'stents de PLLA i PLCL impresos en 3D amb pèptids adhesius de cèl·lules endotelials (ECs). La síntesi de pèptids en fase sòlida s'ha utilitzat per sintetitzar les seqüències lineals RGDS i YIGSR, així com una plataforma peptídica dual que conté tots dos motius en una sola biomolècula. Els assajos d'adhesió de cèl·lules endotelials han evidenciat un augment significatiu del nombre i extensió de cèl·lules en mostres funcionalitzades. L'hemocompatibilitat dels stents s'ha avaluat mitjançant un assaig de perfusió de sang, obtenint una disminució marcada en termes d'adhesió plaquetària en stents de PLCL respecte als de PLLA, i encara més en estar funcionalitzats.DOCTORAT EN CIÈNCIA I ENGINYERIA DELS MATERIALS (Pla 2012

Producció fotoquímica d’hidrogen en un microreactor amb nanopartícules Au/TiO2

The major aim of this bachelor’s thesis is the production of hydrogen (H2) from mixtures containing water (H2O) & ethanol (EtOH) by means of a photocatalytic process using Au/TiO2 nanoparticles. The reaction was carried out in a quartz microchannel plate inside of a photoreactor equipped with LEDs emitting at 365 nm. Two configurations were analyzed regarding the situation of the photocatalyst with respect to the liquid reactants: microslurry and microdeposition. In the former, Au/TiO2 was dispersed into the solution mixture containing water and ethanol. In the latter, microchannels walls were coated with the photocatalyst. H2 generation was characterized employing gas chromatography analysis with a gas carrier of argon (Ar). The work developed at the laboratory includes the design and implementation of the experimental set-up, as well as the preparation of Au/TiO2 nanoparticles and its deposition inside of the quartz microchannels. Polydimethylsiloxane (PDMS) layers were fabricated to seal the microchannels plate by means of an oxygen plasma treatment (OPT). The performance of the system was monitored depending on parameters such as catalyst loading, light intensity, gas & liquid flux and EtOH relative concentration. The best results in H2 production were obtained for the microdeposition configuration. Photocatalyst activity (A) was found to be increased by a factor 3.5 with respect to the photoactivity presented by the microslurry configuration.El objetivo principal de este trabajo es la producción de hidrógeno (H2) a partir de soluciones de agua (H2O) y etanol (EtOH) por medio de un proceso fotocatalítico con nanopartículas de oro sobre dióxido de titanio (Au/TiO2). La reacción fue llevada a cabo en una placa de microcanales de cuarzo en un fotoreactor equipado con LEDs emitiendo a 365 nm. Dos fueron las configuraciones analizadas en lo que se refiere a la situación del fotocatalizador respecto a los reactivos líquidos: microslurry y microdeposición. En la primera, las nanopartículas Au/TiO2 fueron dispersadas en la solución de agua y etanol. En la segunda, las paredes de los microcanales fueron impregnadas con el fotocatalizador. La generación de H2 fue caracterizada mediante análisis de cromatografía de gases, con argón (Ar) como gas portador. El trabajo desarrollado en el laboratorio incluye el diseño y la implementación del montaje experimental, así como la preparación de las nanopartículas Au/TiO2 y su deposición sobre el interior de los microcanales de cuarzo. Capas de polidimetilsiloxano (PDMS) fueron fabricadas para sellar la placa de microcanales mediante un tratamiento de plasma de oxígeno (OPT). El comportamiento del sistema fue monitorizado en la dependencia de parámetros como la carga de catalizador, la intensidad de la luz, los flujos de gas y líquido y la concentración relativa de EtOH. Los mejores resultados en producción de H2 fueron obtenidos para la configuración de microdeposición. La actividad (A) del fotocatalizador se vio incrementada en un factor 3,5 respecto a la actividad presentada por la configuración de microslurry.L’objectiu principal d’aquest treball és la producció d’hidrogen (H2) a partir de solucions d’aigua (H2O) i etanol (EtOH) per mitjà d’un procés fotocatalític amb nanopartícules d’or sobre diòxid de titani (Au/TiO2). La reacció fou duta a terme en una placa de microcanals de quars en un fotoreactor equipat amb LEDs emetent a 365 nm. Dues configuracions van ésser analitzades pel que fa a la situació del fotocatalitzador respecte els reactius líquids: microslurry i microdeposició. En la primera, les nanopartícules Au/TiO2 foren dispersades en la solució d’aigua i etanol. En la segona, les parets dels microcanals van ésser impregnades amb el fotocatalitzador. La generació d’H2 fou caracteritzada empleant anàlisi de cromatografia de gasos, amb argó (Ar) com a gas portador. La feina desenvolupada al laboratori inclou el disseny i la implementació del muntatge experimental, així com la preparació de les nanopartícules Au/TiO2 i la seva deposició sobre l’interior dels microcanals de quars. Capes de polidimetilsiloxà (PDMS) van ésser fabricades per a sellar la placa de microcanals mitjançant un tractament de plasma d’oxigen (OPT). El comportament del sistema fou monitoritzat depenent de paràmetres com ara la càrrega de catalitzador, la intensitat de la llum, els fluxos de gas i líquid i la concentració relativa d’EtOH. Els millors resultats en producció d’H2 s’obtingueren per la configuració de microdeposició. L’activitat (A) del fotocatalitzador es veié incrementada en un factor 3,5 respecte a l’activitat presentada per la configuració de microslurry

Producció fotoquímica d’hidrogen en un microreactor amb nanopartícules Au/TiO2

The major aim of this bachelor’s thesis is the production of hydrogen (H2) from mixtures containing water (H2O) & ethanol (EtOH) by means of a photocatalytic process using Au/TiO2 nanoparticles. The reaction was carried out in a quartz microchannel plate inside of a photoreactor equipped with LEDs emitting at 365 nm. Two configurations were analyzed regarding the situation of the photocatalyst with respect to the liquid reactants: microslurry and microdeposition. In the former, Au/TiO2 was dispersed into the solution mixture containing water and ethanol. In the latter, microchannels walls were coated with the photocatalyst. H2 generation was characterized employing gas chromatography analysis with a gas carrier of argon (Ar). The work developed at the laboratory includes the design and implementation of the experimental set-up, as well as the preparation of Au/TiO2 nanoparticles and its deposition inside of the quartz microchannels. Polydimethylsiloxane (PDMS) layers were fabricated to seal the microchannels plate by means of an oxygen plasma treatment (OPT). The performance of the system was monitored depending on parameters such as catalyst loading, light intensity, gas & liquid flux and EtOH relative concentration. The best results in H2 production were obtained for the microdeposition configuration. Photocatalyst activity (A) was found to be increased by a factor 3.5 with respect to the photoactivity presented by the microslurry configuration.El objetivo principal de este trabajo es la producción de hidrógeno (H2) a partir de soluciones de agua (H2O) y etanol (EtOH) por medio de un proceso fotocatalítico con nanopartículas de oro sobre dióxido de titanio (Au/TiO2). La reacción fue llevada a cabo en una placa de microcanales de cuarzo en un fotoreactor equipado con LEDs emitiendo a 365 nm. Dos fueron las configuraciones analizadas en lo que se refiere a la situación del fotocatalizador respecto a los reactivos líquidos: microslurry y microdeposición. En la primera, las nanopartículas Au/TiO2 fueron dispersadas en la solución de agua y etanol. En la segunda, las paredes de los microcanales fueron impregnadas con el fotocatalizador. La generación de H2 fue caracterizada mediante análisis de cromatografía de gases, con argón (Ar) como gas portador. El trabajo desarrollado en el laboratorio incluye el diseño y la implementación del montaje experimental, así como la preparación de las nanopartículas Au/TiO2 y su deposición sobre el interior de los microcanales de cuarzo. Capas de polidimetilsiloxano (PDMS) fueron fabricadas para sellar la placa de microcanales mediante un tratamiento de plasma de oxígeno (OPT). El comportamiento del sistema fue monitorizado en la dependencia de parámetros como la carga de catalizador, la intensidad de la luz, los flujos de gas y líquido y la concentración relativa de EtOH. Los mejores resultados en producción de H2 fueron obtenidos para la configuración de microdeposición. La actividad (A) del fotocatalizador se vio incrementada en un factor 3,5 respecto a la actividad presentada por la configuración de microslurry.L’objectiu principal d’aquest treball és la producció d’hidrogen (H2) a partir de solucions d’aigua (H2O) i etanol (EtOH) per mitjà d’un procés fotocatalític amb nanopartícules d’or sobre diòxid de titani (Au/TiO2). La reacció fou duta a terme en una placa de microcanals de quars en un fotoreactor equipat amb LEDs emetent a 365 nm. Dues configuracions van ésser analitzades pel que fa a la situació del fotocatalitzador respecte els reactius líquids: microslurry i microdeposició. En la primera, les nanopartícules Au/TiO2 foren dispersades en la solució d’aigua i etanol. En la segona, les parets dels microcanals van ésser impregnades amb el fotocatalitzador. La generació d’H2 fou caracteritzada empleant anàlisi de cromatografia de gasos, amb argó (Ar) com a gas portador. La feina desenvolupada al laboratori inclou el disseny i la implementació del muntatge experimental, així com la preparació de les nanopartícules Au/TiO2 i la seva deposició sobre l’interior dels microcanals de quars. Capes de polidimetilsiloxà (PDMS) van ésser fabricades per a sellar la placa de microcanals mitjançant un tractament de plasma d’oxigen (OPT). El comportament del sistema fou monitoritzat depenent de paràmetres com ara la càrrega de catalitzador, la intensitat de la llum, els fluxos de gas i líquid i la concentració relativa d’EtOH. Els millors resultats en producció d’H2 s’obtingueren per la configuració de microdeposició. L’activitat (A) del fotocatalitzador es veié incrementada en un factor 3,5 respecte a l’activitat presentada per la configuració de microslurry

Producció fotoquímica d’hidrogen en un microreactor amb nanopartícules Au/TiO2

The major aim of this bachelor’s thesis is the production of hydrogen (H2) from mixtures containing water (H2O) & ethanol (EtOH) by means of a photocatalytic process using Au/TiO2 nanoparticles. The reaction was carried out in a quartz microchannel plate inside of a photoreactor equipped with LEDs emitting at 365 nm. Two configurations were analyzed regarding the situation of the photocatalyst with respect to the liquid reactants: microslurry and microdeposition. In the former, Au/TiO2 was dispersed into the solution mixture containing water and ethanol. In the latter, microchannels walls were coated with the photocatalyst. H2 generation was characterized employing gas chromatography analysis with a gas carrier of argon (Ar). The work developed at the laboratory includes the design and implementation of the experimental set-up, as well as the preparation of Au/TiO2 nanoparticles and its deposition inside of the quartz microchannels. Polydimethylsiloxane (PDMS) layers were fabricated to seal the microchannels plate by means of an oxygen plasma treatment (OPT). The performance of the system was monitored depending on parameters such as catalyst loading, light intensity, gas & liquid flux and EtOH relative concentration. The best results in H2 production were obtained for the microdeposition configuration. Photocatalyst activity (A) was found to be increased by a factor 3.5 with respect to the photoactivity presented by the microslurry configuration.El objetivo principal de este trabajo es la producción de hidrógeno (H2) a partir de soluciones de agua (H2O) y etanol (EtOH) por medio de un proceso fotocatalítico con nanopartículas de oro sobre dióxido de titanio (Au/TiO2). La reacción fue llevada a cabo en una placa de microcanales de cuarzo en un fotoreactor equipado con LEDs emitiendo a 365 nm. Dos fueron las configuraciones analizadas en lo que se refiere a la situación del fotocatalizador respecto a los reactivos líquidos: microslurry y microdeposición. En la primera, las nanopartículas Au/TiO2 fueron dispersadas en la solución de agua y etanol. En la segunda, las paredes de los microcanales fueron impregnadas con el fotocatalizador. La generación de H2 fue caracterizada mediante análisis de cromatografía de gases, con argón (Ar) como gas portador. El trabajo desarrollado en el laboratorio incluye el diseño y la implementación del montaje experimental, así como la preparación de las nanopartículas Au/TiO2 y su deposición sobre el interior de los microcanales de cuarzo. Capas de polidimetilsiloxano (PDMS) fueron fabricadas para sellar la placa de microcanales mediante un tratamiento de plasma de oxígeno (OPT). El comportamiento del sistema fue monitorizado en la dependencia de parámetros como la carga de catalizador, la intensidad de la luz, los flujos de gas y líquido y la concentración relativa de EtOH. Los mejores resultados en producción de H2 fueron obtenidos para la configuración de microdeposición. La actividad (A) del fotocatalizador se vio incrementada en un factor 3,5 respecto a la actividad presentada por la configuración de microslurry.L’objectiu principal d’aquest treball és la producció d’hidrogen (H2) a partir de solucions d’aigua (H2O) i etanol (EtOH) per mitjà d’un procés fotocatalític amb nanopartícules d’or sobre diòxid de titani (Au/TiO2). La reacció fou duta a terme en una placa de microcanals de quars en un fotoreactor equipat amb LEDs emetent a 365 nm. Dues configuracions van ésser analitzades pel que fa a la situació del fotocatalitzador respecte els reactius líquids: microslurry i microdeposició. En la primera, les nanopartícules Au/TiO2 foren dispersades en la solució d’aigua i etanol. En la segona, les parets dels microcanals van ésser impregnades amb el fotocatalitzador. La generació d’H2 fou caracteritzada empleant anàlisi de cromatografia de gasos, amb argó (Ar) com a gas portador. La feina desenvolupada al laboratori inclou el disseny i la implementació del muntatge experimental, així com la preparació de les nanopartícules Au/TiO2 i la seva deposició sobre l’interior dels microcanals de quars. Capes de polidimetilsiloxà (PDMS) van ésser fabricades per a sellar la placa de microcanals mitjançant un tractament de plasma d’oxigen (OPT). El comportament del sistema fou monitoritzat depenent de paràmetres com ara la càrrega de catalitzador, la intensitat de la llum, els fluxos de gas i líquid i la concentració relativa d’EtOH. Els millors resultats en producció d’H2 s’obtingueren per la configuració de microdeposició. L’activitat (A) del fotocatalitzador es veié incrementada en un factor 3,5 respecte a l’activitat presentada per la configuració de microslurry