Equilibrium self-assembly of colloids with distinct interaction sites: Thermodynamics, percolation, and cluster distribution functions

We calculate the equilibrium thermodynamic properties, percolation threshold, and cluster distribution functions for a model of associating colloids, which consists of hard spherical particles having on their surfaces three short-ranged attractive sites (sticky spots) of two different types, A and B. The thermodynamic properties are calculated using Wertheim's perturbation theory of associating fluids. This also allows us to find the onset of self-assembly, which can be quantified by the maxima of the specific heat at constant volume. The percolation threshold is derived, under the no-loop assumption, for the correlated bond model: In all cases it is two percolated phases that become identical at a critical point, when one exists. Finally, the cluster size distributions are calculated by mapping the model onto an effective model, characterized by a-state-dependent-functionality (f) over bar and unique bonding probability (p) over bar. The mapping is based on the asymptotic limit of the cluster distributions functions of the generic model and the effective parameters are defined through the requirement that the equilibrium cluster distributions of the true and effective models have the same number-averaged and weight-averaged sizes at all densities and temperatures. We also study the model numerically in the case where BB interactions are missing. In this limit, AB bonds either provide branching between A-chains (Y-junctions) if epsilon(AB)/epsilon(AA) is small, or drive the formation of a hyperbranched polymer if epsilon(AB)/epsilon(AA) is large. We find that the theoretical predictions describe quite accurately the numerical data, especially in the region where Y-junctions are present. There is fairly good agreement between theoretical and numerical results both for the thermodynamic (number of bonds and phase coexistence) and the connectivity properties of the model (cluster size distributions and percolation locus).

Eliminação do Cr(VI) na fase de neutralização de um efluente industrial proveniente de processos de galvanoplastia

A presente tese teve por base a identificação e resolução de um problema existente no tratamento de efluentes provenientes dos processos de tratamento de superfícies por galvanoplastia, na OGMA – Indústria Aeronáutica de Portugal S.A.. Observou-se a ocorrência, esporádica, de crómio hexavalente, (Cr (VI)), em valor superior ao valor limite de emissão (VLE). Os resultados foram monitorizados e os dados recolhidos no decorrer da actividade de tratamento de efluentes, durante o período de, aproximadamente, 5 anos (2006 a 2011). A recolha de resultados decorreu no âmbito da actividade profissional da mestranda, que, para além da responsabilidade técnica dos processos de galvanoplastia na empresa, é também responsável pelo suporte técnico ao processo de tratamento de efluentes resultantes da actividade de tratamento de superficies por processos de galvanoplastia. A empresa OGMA – Indústria Aeronáutica de Portugal S.A., é uma empresa de actividade aeronáutica dedicada à Fabricação e Manutenção de aeronaves, nomeadamente a prestação de serviços de Manutenção, Revisão e Modernização de, Aeronaves, Motores e Componentes, bem como Fabricação e Montagem de Aeroestruturas. Integrada na OGMA, S.A. encontra-se a área de tratamentos electroquímicos, onde são realizados processos de tratamento de materiais metálicos por electrodeposição, deposição química e conversão química. Desta actividade resulta uma quantidade considerável de efluentes líquidos que necessitam de tratamento adequado previamente à sua descarga em cursos de água. Devido ao tipo de contaminantes que estes efluentes possuem, o tratamento dos mesmos é realizado em várias etapas, passando pela oxidação de cianetos, a redução de cromatos e a neutralização. Posteriormente segue-se uma sedimentação e a remoção de lamas. De modo a garantir um controlo dos parâmetros de descarga dos efluentes tratados, de acordo com a legislação ambiental em vigor, o efluente obtido é analisado periodicamente em laboratório acreditado. Na perspectiva de solucionar o problema em questão, procedeu-se à realização de ensaios experimentais utilizando os efluentes provenientes dos tanques de reacção da redução de cromatos e da oxidação de cianetos da linha com cádmio, com especial incidência na variação dos intervalos de pH recomendados para cada uma das fases do tratamento de efluentes, e observação do comportamento das misturas em termos de presença de Cr (VI), quando sujeitos a variações de pH. Após análise dos dados disponíveis e realização de todos os ensaios, conclui-se que, o processo de oxidação de cianeto da linha com cádmio e o processo de redução de cromatos na mesma linha estão a funcionar adequadamente. Concluiu-se que o reaparecimento de Cr (VI) ocorre devido à existência de hipoclorito de sódio, em excesso, no tanque de oxidação de cianeto que, quando passa para o tanque de neutralização e entra em contacto com o efluente proveniente do tanque de redução de cromatos, oxida parte do crómio trivalente, (Cr (III)), existente, a Cr (VI). Para impedir a ocorrência deste fenómeno separou-se todo o efluente contendo crómio que passou a ser tratado na linha de tratamento de efluentes isenta de cádmio, não entrando assim em contacto com o efluente que contém hipoclorito não reagido, evitando a oxidação do Cr (III) a Cr (VI).

CCTα and CCTδ chaperonin subunits are essential and required for cilia assembly and maintenance in Tetrahymena

Background - The eukaryotic cytosolic chaperonin CCT is a hetero-oligomeric complex formed by two rings connected back-to-back, each composed of eight distinct subunits (CCTalpha to CCTzeta). CCT complex mediates the folding, of a wide range of newly synthesised proteins including tubulin (alpha, beta and gamma) and actin, as quantitatively major substrates. Methodology/Principal findings - We disrupted the genes encoding CCTalpha and CCTdelta subunits in the ciliate Tetrahymena. Cells lacking the zygotic expression of either CCTalpha or CCTdelta showed a loss of cell body microtubules, failed to assemble new cilia and died within 2 cell cycles. We also show that loss of CCT subunit activity leads to axoneme shortening and splaying of tips of axonemal microtubules. An epitope-tagged CCTalpha rescued the gene knockout phenotype and localized primarily to the tips of cilia. A mutation in CCTalpha, G346E, at a residue also present in the related protein implicated in the Bardet Biedel Syndrome, BBS6, also caused defects in cilia and impaired CCTalpha localization in cilia. Conclusions/Significance - Our results demonstrate that the CCT subunits are essential and required for ciliary assembly and maintenance of axoneme structure, especially at the tips of cilia.

Self-assembly in chains, rings, and branches: a single component system with two critical points

Agências financiadoras: FCT - PEstOE/FIS/UI0618/2011; PTDC/FIS/098254/2008 ERC-PATCHYCOLLOIDS e MIUR-PRIN

Quantitative description of the self-assembly of patchy particles into chains and rings

We numerically study a simple fluid composed of particles having a hard-core repulsion complemented by two patchy attractive sites on the particle poles. An appropriate choice of the patch angular width allows for the formation of ring structures which, at low temperatures and low densities, compete with the growth of linear aggregates. The simplicity of the model makes it possible to compare simulation results and theoretical predictions based on the Wertheim perturbation theory, specialized to the case in which ring formation is allowed. Such a comparison offers a unique framework for establishing the quality of the analytic predictions. We find that the Wertheim theory describes remarkably well the simulation results.

Generalization of Wertheim's theory for the assembly of various types of rings

We generalize Wertheim's first order perturbation theory to account for the effect in the thermodynamics of the self-assembly of rings characterized by two energy scales. The theory is applied to a lattice model of patchy particles and tested against Monte Carlo simulations on a fcc lattice. These particles have 2 patches of type A and 10 patches of type B, which may form bonds AA or AB that decrease the energy by epsilon(AA) and by epsilon(AB) = r epsilon(AA), respectively. The angle theta between the 2 A-patches on each particle is fixed at 601, 90 degrees or 120 degrees. For values of r below 1/2 and above a threshold r(th)(theta) the models exhibit a phase diagram with two critical points. Both theory and simulation predict that rth increases when theta decreases. We show that the mechanism that prevents phase separation for models with decreasing values of theta is related to the formation of loops containing AB bonds. Moreover, we show that by including the free energy of B-rings ( loops containing one AB bond), the theory describes the trends observed in the simulation results, but that for the lowest values of theta, the theoretical description deteriorates due to the increasing number of loops containing more than one AB bond.