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En la presente Tesis para optar por el título de Doctor en Física se presenta el trabajo realizado para el estudio y caracterización de un sistema de formación de imágenes médicas mediante reflectancia difusa de campo completo usando luz infrarroja. El cáncer de mama, y lesiones cancerosas de tejidos suaves similares, son una causa mayor de mortalidad y morbilidad tanto en países desarrollados como en vías de desarrollo. Como tal, muchos grupos de investigación de diferentes áreas de las ciencias trabajan en el tema y nuevos tratamientos y métodos diagnósticos se desarrollan constantemente. Más allá de estos avances, es sabido que un diagnóstico rápido y preciso es imprescindible para lograr un buen pronóstico.Los sistemas de formación de imágenes, como la radiografía y la ecografía, son los métodos por defecto usados para el diagnostico y el seguimiento del cáncer de mama. Sin embargo, estas técnicas tienen desventajas importantes. Por un lado, dada su naturaleza ionizante, el uso de rayos X es potencialmente nocivo para la salud.Debido a esto, no se recomienda que las pacientes sean sometidas a mamografías más de una vez por año o antes de los 40 años de edad, incluso si cuentan con elevados factores de riesgo. La ecografía, por otro lado, tiene poca especificidad y sensibilidad.Como consecuencia de estos problemas, existe la necesidad de desarrollar sistemas de diagnóstico y seguimiento de tumores de tejidos blandos más seguros y efectivos. Un área que viene siendo objeto de investigación creciente en pos de esta búsqueda es la de la formación de imágenes usando radiación en el infrarrojo cercano. Esta radiación es completamente inocua y puede penetrar el tejido blando varios centímetros, permitiendo potencialmente la extracción de información estructural de los mismos.Sin embargo, el comportamiento de la luz en los tejidos biológicos difiere muy fundamentalmente de los rayos X. Es necesario, entonces, el desarrollo de técnicas y protocolos de medición y procesamiento de datos completamente diferentes.En el presente trabajo presentamos un análisis de un sistema novedoso de formación de imágenes diagnósticas. El mismo se basa en la captura de imágenes decampo completo usando la propagación difusa de radiación en el infrarrojo cercano mediante geometría de reflectancia. En esta configuración, las medidas se realizan sobre la misma cara que es iluminada, permitiendo una posición mas cómoda para la paciente. Además, la relativa simplicidad del equipamiento necesario hace a la propuesta una técnica de comparativo bajo costo y fácil implementación. De la misma forma que otras técnicas que hacen uso de radiación infrarroja,la aquí estudiada puede complementarse con el uso de marcadores fluorescentes o absorbentes extrínsecos. Esto mejora considerablemente tanto la sensibilidad como la especificidad del diagnóstico.El texto se encuentra organizado de la siguiente forma:En una primera Parte, se desarrollan conceptualmente las generalidades necesarias para la comprensión del trabajo realizado. Inicialmente, en el Capítulo 1, se introducen los conceptos básicos de óptica biomédica de medios turbios que serán utilizados durante la Tesis. Seguidamente, un breve repaso del estado del arte busca poner al lector en el contexto en el cual se realizó el trabajo. Tras lo cual, en el Capítulo 2, se presentan los principios básicos de la técnica propuesta.En la segunda Parte, el texto se adentra en las herramientas utilizadas durante la presente Tesis, algunas de las cuales son preexistentes y otras fueron desarrolladas como parte del trabajo presentado. Así el Capítulo 3 se dedica al estudio de la formulación teórica del problema y el Capítulo 4 presenta un novedoso algoritmo de Monte Carlo para la simulación de la propagación de luz en medios turbios arbitrarios.En la tercera Parte, se presenta el trabajo realizado utilizando las herramientas previamente mencionadas. En el Capítulo 5 se muestra la validación experimental de la propuesta. También aquí se estudian los limites de detectabilidad. El Capítulo 6, por su parte, profundiza en detalles necesarios para una posible implementación clínica de la técnica. Puntualmente se analiza la resolución en profundidad de posibles inclusiones y los efectos de la interfaz entre el tejido y el medio.Finalmente, en la cuarta Parte, se resumen las conclusiones y resultados obtenidos, así como el posible trabajo futuro.

El objetivo de esta tesis consiste en estudiar los efectos del confinamiento en un modelo con tres estados de espín y, en particular, la segregación del tercer estado de espín (que también suele ser identificado como impurezas) en la interfase. Dicho fenómeno se conoce como adsorción interfacial. Para ello se combinarán técnicas computacionales y métodos utilizados en la mecánica estadística. En una primera etapa, estas herramientas permitirán caracterizar el modelo de Blume-Emery-Griffiths (BEG) con interacciones tanto a primeros como a segundos vecinos, mediante la construcción de su diagrama de fases. En este modelo, las impurezas pueden crearse/destruirse en cualquier sitio de la red, por lo que se consideran impurezas móviles. La caracterización de dicho modelo es la base del presente trabajo. Luego, a partir del diagrama de fases del modelo BEG, se estudiarán los efectos causados por el confinamiento sobre este, en particular las transiciones de mojado, las cuales se pueden caracterizar mediante el empleo de una hipótesis de escala recientemente propuesta, y la adsorción interfacial. Por último, se estudiarán los efectos causados por el confinamiento sobre un modelo con desorden congelado (Random Bond Ising Model), es decir, un modelo en el cual las impurezas causadas por la aleatoriedad de la constante de acoplamiento se encuentren fijas. En dicho estudio se observa una violación a la hiper escala, por lo tanto, se propone una nueva hipótesis de escala de tamaño finito que permite caracterizar el RBIM.

En la primera parte de esta Tesis son presentados los resultados del estudio de la cinética de molienda, donde se investigan los efectos del tiempo de molienda sobre los parámetros estructurales e hiperfinos. En una segunda parte se presentan y discuten los resultados del efecto del contenido de Cu en las propiedades estructurares, hiperfinas y magnéticas de la aleación ternaria, empleando para ello las técnicas mencionadas a continuación. La información aportada por DRX permitió determinar las fases presentes, parámetros de red de la fase mayoritaria y el tamaño de cristalita, y cómo éstos evolucionaban al variar el contenido de Cu en las muestras. La posibilidad de realizar medidas de XAS en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) ubicado en Campinas, Brasil permitió conocer como se distribuían los átomos en la estructura fcc, es decir, si ésta era una distribución al azar o si existían regiones ricas en un material u otro, lo que podría suceder debido a las distintas entalpías de mezcla que poseen los elementos constituyentes entre si. Además de ésto se pudo determinar la variación de la distancia a primeros vecinos con la concentración de Cu, y estudiar si existía oxidación de los metales en la aleación. Los resultados de EM a temperatura ambiente brindaron información sobre el entorno atómico de los átomos de Fe, pudiendo de esta forma determinar, por medio de modelos de ajuste, parámetros que indiquen si existen gradientes de campo eléctrico producidos por una asimetría en la distribución de carga o desdoblamientos magnéticos debido a las fases con orden magnético presentes. La incorporación substitucional de los átomos de Cu en la estructura fcc-FeMn fue seguida mediante la evolución de los parámetros hiperfinos con el contenido de dicho aleante. Para completar el estudio hiperfino se realizaron medidas empleando un criógeno de ciclo cerrado de He en el rango de temperaturas entre 300 K y 21 K. Las temperaturas características obtenidas en cada caso fueron comparadas posteriormente con las correspondientes a las medidas magnéticas realizadas. La información obtenida mediante diversas técnicas de caracterización magnética, junto con distintos modelos en los que se estudian la evolución de los parámetros obtenidos, brindan un amplio panorama de la respuesta estructural y magnética del sistema.

Fil:Silva, Adrián Mario. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

El objetivo de este Trabajo de Tesis fuá desarrollar un Sistema Termogravimétrico, adecuado para el estudio de reacciones de cloración, y aplicarlo al estudio de la cinética de la reacción de CI2 con C y ZrO2; reacción que conduce a la formación de ZrCI4; producto de interés en la industria nuclear. El diseño, construcción y calibración del Sistema Termogravimétrico, construido sobre la base de una electrobalanza Cahn 2000, fue una parte muy importante de la Tesis. En la construcción del Sistema Termogravimétrico se realizó: el diseño; el montaje propiamente dicho; la calibración, con vistas a aplicarlo al estudio cinético de la reacción a estudiar y el acoplamiento con un sistema de adquisición de datos. En este aspecto, las calibraciones y su aplicación a estudios de cinética química significaron una contribución original a las técnicas termogravimétricas. La cloración de óxidos metálicos en presencia de carbono se conoce con el nombre de reacciones de carbocloración y se aplica fundamentalemnte a la obtención industrial de los cloruros de titanio y circonio. Una característica del sistema de reacción propuesto para este estudio, es la escasa información bibliográfica sobre el mismo, o sobre sistemas similares. Esta escasa información previa hizo necesario la realización del estudio de los sistemas de interacción parciales : CI2-C y CI2-ZrO2. La interacción CI2-C se estudió por termogravimetría. Se realizó también mediciones complementarias por espectrometría de masa de haz modulado. Por otra parte, el sistema Cl2-ZrO2 fue estudiado, fundamentalmente, por difracción de rayos X y por microscopía electrónica de transmisión. Una vez realizados los estudios mencionados se estuvo en condiciones de iniciar el estudio de la reacción de carbocloración, que involucra a ambas interacciones parciales, además de la reacción quimica misma. Los resultados obtenidos en estos estudios permitieron proponer un mecanismo para la metaestabilidad de la fase tetragonal de la circonia y un mecanismo para la interacción CI2-C; pusieron en evidencia que la carbocloración de circonia ocurre por dos mecanismos de reacción diferentes y permitieron proponer un mecanismo de reacción para cada una de las etapas de reacción.

La zona central de la provincia de Santa Fe presenta condiciones agroecológicas adecuadas para la producción de cítricos, aunque para extender la producción de estos frutales, se hace necesaria la difusión de los conocimientos de adaptación de los diferentes cultivares, así como la información referente al comportamiento frente a las enfermedades más importantes de los cítricos. En relación a este punto, la cancrosis bacteriana de los cítricos (CBC), causada por Xanthomonas citri subsp. citri (X. citri), es una de las enfermedades que mayores daños causa en las plantaciones de la provincia. Entre todas las medidas de manejo aplicables a la CBC, el cultivo de genotipos resistentes es la mejor solución a largo plazo. Afortunadamente, existen diferencias de susceptibilidad entre las especies y cultivares del género Citrus. Específicamente, entre los genotipos de mandarino, ha sido reportado que el cv. 'Okitsu' es más resistente al desarrollo del cancro que el cv. 'Clemenules', aunque los mecanismos involucrados en esta resistencia diferencial son desconocidos. En la presente Tesis Doctoral se describen los resultados obtenidos en el análisis de la interacción entre X. citri y los cultivares de mandarino 'Clemenules' y 'Okitsu', tanto bajo condiciones de campo como bajo condiciones de crecimiento controladas. Las evaluaciones a campo demostraron que las hojas de 'Okitsu' presentan un menor período de susceptibilidad a X. citri. Por otro lado, en cámara de crecimiento se comprobó que la resistencia a cancrosis en el cv. 'Okitsu' se ‚quiebra‛ cuando las hojas son inoculadas con X. citri por el método de infiltración, indicando que la resistencia en este cultivar depende de la integridad de las barreras superficiales de las hojas. Por métodos de inoculación no invasivos como la aspersión, las diferencias entre ambos cultivares en la susceptibilidad a X. citri fueron mayores en hojas inoculadas entre los 15 y 22 días de edad, por lo cual se analizaron las posibles barreras de defensa en este estadio en particular. El estudio de la dinámica temporal y espacial de las barreras estructurales de la hoja de ambos cultivares de mandarino, sugiere que en 'Okitsu' la cutícula constituye una barrera de defensa constitutiva que impide el ingreso de X. citri al mesófilo de las hojas. Un acercamiento al estudio de la biogénesis de la cutícula en ambos cultivares de mandarino permitió identificar genes candidatos, los cuales podrán ser utilizados para el desarrollo de estrategias biotecnológicas que permitan manipular la composición de la cutícula y desarrollar cultivares resistentes a CBC u a otros patógenos de cítricos.

En consonancia con los recientes desarrollos en nanociencia y nanotecnología, la óptica a escala nanométrica (Nanoóptica o Nanofotónica) está en el centro del interés científico y tecnológico a nivel mundial. Desde comienzos de la década de 1990, el número de trabajos relacionados con esta temática se ha incrementado casi exponencialmente. Una de las áreas de mayor actividad dentro de la Nanofotónica resulta del estudio de la interacción de la luz con superficies o estructuras metálicas con dimensiones típicas de decenas de nm. Dependiendo de las características del material, del medio y de la longitud de onda, se producen oscilaciones colectivas de los electrones libres del metal (plasmones) que generan absorbancias en determinadas bandas del espectro de luz incidente. Estas fluctuaciones de carga eléctrica son acompañadas por oscilaciones acopladas de campo electromagnético, por lo que las resonancias se llaman plasmones polaritones, y al área de investigación se la conoce como Plasmónica. Estos campos electromagnéticos resultan confinados en volúmenes nanométricos, por lo que resultan en refuerzos de campo de varios órdenes de magnitud. Una de las líneas frecuentemente analizadas en esta área se orienta al estudio de las propiedades plasmónicas de nanopartículas esféricas de metales nobles. Con el avance de diferentes métodos de síntesis, en particular la síntesis por ablación láser, es posible generar nanopartículas de diferentes metales, con diferentes capas de cobertura y hasta de formas no esféricas. El desarrollo de esta tesis incluye aspectos teóricos y experimentales complementarios. La motivación principal de esta tesis en el aspecto teórico, apunta a extender el estudio de las propiedades plasmónicas de nanopartículas esféricas de metales no nobles, de estructura compuesta (núcleo y simple o doble cubierta) como así también de geometría no esférica. Dichas propiedades plasmónicas se analizan a través de la resonancia que presenta el espectro de extinción óptica de los coloides de nanopartículas fabricadas por ablación láser de femtosegundos o por síntesis química. Estos espectros pueden reproducirse utilizando teoría de Mie para partículas esféricas, que incluye, entre otros parámetros, la función dieléctrica del material de la partícula. Para tamaños por debajo de unas pocas decenas de nanómetros, esta última no sólo depende de la longitud de onda sino también del tamaño (radio). Para describir la dependencia de la función dieléctrica, con la frecuencia y con el tamaño de la nanopartículas, primero se modeló la dependencia de la función dieléctrica de volumen con la longitud de onda como la suma de dos contribuciones: la contribución de los electrones libres y la contribución de los electrones ligados. Luego se incorporaron correcciones por tamaño a la función dieléctrica así calculada. Para realizar estas correcciones se requería conocer parámetros tales como la frecuencia de plasma y la constante de amortiguamiento de cada metal analizado. En muchos casos, no se conocían los valores de estos parámetros, haciéndose necesaria su determinación. En esta tesis se realizó un exhaustivo estudio del tema, lográndose determinar la frecuencia de plasma y la constante de amortiguamiento de 9 metales diferentes, desarrollando un novedoso método que utiliza como punto de partida las medidas experimentales de la función dieléctrica de volumen. El método desarrollado, que fue aplicado y validado para nanopartículas de metales nobles, permitió la determinación de aquellos parámetros con una mayor exactitud en un rango amplio de longitudes de onda y permitió extender el estudio de las propiedades plasmónicas a nanopartículas de metales de transición como son Ti, Ta, Fe, V, Pt y Al, entre otros. Por otra parte, se abordó la descripción teórica de la extinción y la absorción de nanopartículas esféricas formadas por un núcleo y dos cubiertas desarrollando la teoría de Mie para ese tipo de estructura compleja considerando condiciones de contorno en las dos interfaces, incluyendo la función dieléctrica de cada material modificada por tamaño y calculando los refuerzos de campo en cada una de las regiones. En el caso de nanopartículas con características magnéticas, se describió teóricamente la dependencia de la permeabilidad magnética con la frecuencia utilizando la ecuación de Gilbert y utilizando la expresión determinada por Landau para nanopartículas esféricas de núcleo desnudo. Se calculó la contribución de las corrientes de Eddy a la extinción óptica para el caso de nanopartículas complejas de núcleo y dos cubiertas, destacándose la importancia de su inclusión. Para nanoestructuras no esféricas, se implementó la aproximación de dipolos discretos (DDA) para calcular la eficiencia de extinción, previamente validada por comparación con espectros de extinción obtenidos de la teoría de Mie para nanopartículas esféricas. Esta aproximación fue utilizada para describir la respuesta de cristales fotónicos formados por arreglos de nanopartículas esféricas con características magnéticas. En cuanto al abordaje de la parte experimental, se han fabricado nanopartículas en solución coloidal por ablación láser de femtosegundos, a partir de blancos sólidos de diferentes metales. A partir del análisis de los espectros de extinción se ha podido determinar la distribución de tamaños como así también la composición y estructura de las especies que componen los coloides mediante el ajuste por teoría de Mie, incluyendo las correcciones a la función dieléctrica por tamaño. Estos estudios han sido complementados por otras técnicas como microscopía AFM y TEM. También se ha aplicado el mismo tipo de análisis a la determinación de tamaño de nanopartículas en solución coloidal fabricadas por síntesis química.

En la presente Tesis se utilizan diversas técnicas experimentales, principalmente fotofïsicas, para estudiar la transición sol-gel de sistemas basados en titania. La sintesis de los mismos se realizó en diversos medios -acuoso, alcohólico y en micelas inversas- a partir de la hidrólisis de Ti(OBnu)4. Se empleó una variedad de sondas ópticas en estudios de anisotropía de fluorescencia y optoacústica, obteniéndose información sobre cambios de microviscosidad y de la evolución de las cavidades formadas al desarrollarse redes de polímeros o de nanopartículas de titania, según el tipo de gel. Complementariamente se utilizaron técnicas de caracterización de los materiales obtenidos: espectoscopía IR y UV-visible, difractometría de RX, mediciones con balanza de cuarzo y de viscosidad macroscópica. Las características del material obtenido dependen del medio en el que se realiza la síntesis. En cada caso se discute el tipo de estructura obtenida. La variación de los parámetros viscoelástícos, microscópicos y macroscópicos, durante la transición sol-gel se analiza empleando modelos de percolación.

A pesar de su importancia en los procesos de formación de estrellas y planetas, así como en la estructura física, química y morfológica de las galaxias, varios parámetros astrofísicos fundamentales de las estrellas de gran masa son hasta ahora muy poco conocidos, y el primero de ellos es justamente la masa. En esta tesis intentamos incrementar el conocimiento de estas estrellas, y en especial de su masa, mediante el estudio del movimiento de la línea de las ápsides de sus órbitas, también conocido como movimiento apsidal o precesión orbital. Nuestra atención se centró en todos los sistemas binarios tipo O+OB conocidos, con soluciones orbitales excéntricas publicadas, y observables con el instrumental disponible desde el hemisferio sur. Mediante una búsqueda bibliográfica encontramos 17 sistemas con estas características. Recolectamos 853 espectros de alta resolución de dichos sistemas, obtenidos desde CASLEO haciendo uso de turnos otorgados especialmente para esta tesis, y también desde Las Campanas Observatory y ESO - La Silla en Chile, en el marco del relevamiento OWN Survey. Medimos las velocidades radiales de las componentes de los sistemas y simultáneamente separamos sus espectros, mediante una técnica conocida como disentangling. Clasificamos espectralmente esas componentes y medimos su velocidad de rotación proyectada. Ajustamos nuevas soluciones orbitales a todos los sistemas utilizando las velocidades radiales medidas. Comparamos los elementos orbitales actuales con los anteriores y encontramos 2 casos con períodos incorrectos, y 2 con órbitas circulares, no excéntricas. Detectamos cambios, con diferentes grados de certeza, en la longitud del periastro de las órbitas de los restantes 13 sistemas. En 8 de esos sistemas pudimos detectar claramente movimiento apsidal y ajustamos nuevas soluciones orbitales, que consideran este movimiento, utilizando nuestras medidas de velocidad radial junto con todas las publicadas anteriormente. De este modo, obtuvimos la velocidad del movimiento apsidal en ellos. En los otros 5 sistemas encontramos indicios de movimiento apsidal, y calculamos un primer valor tentativo de su velocidad, que deberá ser confirmado con estudios posteriores. Descubrimos que uno de los sistemas estudiados (HD165052), presenta el movimiento apsidal más rápido conocido hasta el momento para un sistema binario O+OB. Usando la velocidad del movimiento apsidal y modelos de evolución estelar, con el método del movimiento apsidal calculamos las masas de las estrellas componentes de 7 sistemas binarios de gran masa, las cuales se encuentran dentro de los rangos determinados previamente para sus tipos espectrales. En 3 de estos sistemas, que eran eclipsantes, las diferencias entre las masas obtenidas por el método tradicional y por el método del movimiento apsidal están entre el 1 y el 15%. De este modo, mostramos que el estudio del movimiento apsidal puede aportar nuevos conocimientos sobre parámetros astrofísicos fundamentales de las estrellas masivas y, especialmente, sobre sus masas.

La descripción de las partículas e interacciones fundamentales de la naturaleza es tema de estudio de la Física de altas energías (HEP) y se describen en forma de leyes y modelos matemáticos. Estos modelos poseen parámetros que caracterizan el tipo e intensidad de las interacciones, los cuales son determinados experimental y una vez medidos, otras observaciones pueden ser predichas, verificando la consistencia de la teoría. Los experimentos que dan (y dieron) origen a estos modelos comprenden desde estudios de momento angular en átomos, donde el impulso transferido es del orden de 10^-10GeV, hasta colisiones pp a energías de centro de masa de 10³ GeV. La teoría actualmente aceptada para explicar las interacciones fundamentales, excepto la gravedad, es el llamado Modelo Standard (MS). Los orígenes del MS pueden remontarse al modelo de Fermi y a la propuesta de la existencia del neutrino, una partícula (fermión) muy curiosa ya que la única interacción que experimenta es la interacción débil (hasta el momento no se ha podido registrar masa para esta partícula) y no existe otra partícula observada que tenga la misma propiedad. Las interacciones débiles han sido estudiadas primeramente en electrones y muones, cada uno asociado a su neutrino correspondiente. Más recientemente, con el descubrimiento del leptón τ (tau), se abrió una nueva puerta para las investigaciones en esa dirección. El τ ofrece un laboratorio único para el estudio de las interacciones fundamentales ya que, debido a su gran masa, sus posibilidades de desintegración son muy variadas, incluyendo procesos intermedios que involucran también a las interacciones fuertes. Los taus se producen copiosamente en procesos de colisión electrón-positrón. Los experimentos en LEP (CERN) y SLC (SLAC) permiten realizar tests de precisión sobre las predicciones y necesidades del MS, en particular, sobre el sector electrodébil, del cual nos ocuparemos en esta tesis.