Oscillatory magnetic tweezers based on ferromagnetic beads and simple coaxial coils

We report the design and validation of simple magnetic tweezers for oscillating ferromagnetic beads in the piconewton and nanometer scales. The system is based on a single pair of coaxial coils operating in two sequential modes: permanent magnetization of the beads through a large and brief pulse of magnetic field and generation of magnetic gradients to produce uniaxial oscillatory forces. By using this two step method, the magnetic moment of the beads remains constant during measurements. Therefore, the applied force can be computed and varies linearly with the driving signal. No feedback control is required to produce well defined force oscillations over a wide bandwidth. The design of the coils was optimized to obtain high magnetic fields (280 mT) and gradients (2 T/m) with high homogeneity (5% variation) within the sample. The magnetic tweezers were implemented in an inverted optical microscope with a videomicroscopy-based multiparticle tracking system. The apparatus was validated with 4.5 ¿m magnetite beads obtaining forces up to ~2 pN and subnanometer resolution. The applicability of the device includes microrheology of biopolymer and cell cytoplasm, molecular mechanics, and mechanotransduction in living cells.

Després del Big Bang: les forces de canvi i la formació electrònica

Pete Johnston fa un repàs del què poden representar els desenvolupaments recents en el camp de la formació electrònica per als professionals que es fan càrrec dels recursos d'informació requerits com a suport a l'ensenyament i l'aprenentatge.

Millora de la resposta electro-mecànica per a ressonadors d'alta freqüència basats en MEMS

Report for the scientific sojourn at the Department of Micro and Nanotechnology of the Technical University of Denmark from August until December 2006. The research was focused on designing and carrying out a technological process for fabricating high frequency resonators with dielectric solid transducer gaps.

Nano-electro-mechanical in dynamical cellular processes

Report for the scientific sojourn carried out at the Department of Structure and Constituents of Matter during 2007.The main focus of the work was on phenomena related to nano-electromechanical processes that take place on a cellular level. Additionally, it has also been performed independent work related to charge and energy transfer in bio molecules, energy transfer in coupled spin systems as well as electrodynamics of nonlinear metamaterials.

Disseny i implementació d'una etapa d'acondicionament per a mesures de conductivitat realitzades amb un microscopi de forces atòmiques

En aquest treball, s’ha dissenyat un mòdul d’acondicionament a fi de millorar les mesures de conductivitat realitzades amb un AFM (Microscopi de Forces Atòmiques). L’equip actual disposa d’un preamplificador de baix soroll amb un guany de 10 10V/A. Donat que els corrents que es pretenen mesurar són extremadament petits (~pA), s’ha dissenyat un filtre per eliminar diferents fonts de soroll, com ara el soroll que introdueix la xarxa elèctrica a 50Hz. Es pretén reduir aquesta component freqüencial un factor mínim de 10 (20dB). També s’ha afegit un filtre passa baixos per eliminar els soroll que es troba fora de l’amplada de banda del preamplificador. S’ha introduït una etapa d’amplificació de guany variable: 1, 10 i 100 per augmentar la flexibilitat de l’equip i finalment també s’ha dissenyat una etapa per eliminar la tensió d’offset d’aquest amplificador. L’abast del treball anirà des del disseny fins la implementació final sobre una placa PCB.

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Forces de Casimir i les seves aplicacions

Report for the scientific sojourn carried out at the Darmouth College, from august 2007 until february 2008. It has been very successful, from different viewpoints: scientific, philosophical, human. We have definitely advanced, during the past six months, towards the comprehension of the behaviour of the fluctuations of the quantum vacuum in the presence of boundaries, moving and non-moving, and also in situations where the topology of space-time changes: the dynamical Casimir effect, regularization problems, particle creation statistics, according to different BC, etc. We have solved some longstanding problems and got in this subject quite remarkable results (as we will explain in more detail below). We also pursued a general approach towards a viable modified f(R) gravity in both the Jordan and the Einstein frames (which are known to be mathematically equivalent, but physically not so). A class of exponential, realistic modified gravities has been introduced by us and investigated with care. Special focus was made on step-class models, most promising from the phenomenological viewpoint and which provide a natural way to classify all viable modified gravities. One- and two-steps models were considered, but the analysis is extensible to N-step models. Both inflation in the early universe and the onset of recent accelerated expansion arise in these models in a natural, unified way, what makes them very promising. Moreover, it is monstrated in our work that models in this category easily pass all local tests, including stability of spherical body solution, non-violation of Newton's law, and generation of a very heavy positive mass for the additional scalar degree of freedom.

Disseny d’un electro-filtre a pressió a escala de laboratori per filtrar suspensions sòlid-líquid

La idea principal d’aquest projecte és dissenyar i muntar un electro-filtre a pressió, per tal d’observar si aquesta nova tècnica provoca uns majors rendiments (reducció del temps de filtració i disminució del % d’aigua en el tortó format) respecte la filtració a pressió tradicional emprada en la indústria

Conjugation of genetically-engineered protein phosphatases to magnetic particles for okadaic acid detection

This work presents the functional characterisation of a protein phosphatase 2A (PP2A) catalytic subunit obtained by genetic engineering and its conjugation to magnetic particles (MPs) via metal coordination chemistry for the subsequent development of assays for diarrheic lipophilic marine toxins. Colorimetric assays with free enzyme have allowed the determination of the best enzyme activity stabiliser, which is glycerol at 10%. They have also demonstrated that the recombinant enzyme can be as sensitive towards okadaic acid (OA) (LOD=2.3μg/L) and dinophysistoxin-1 (DTX-1) (LOD=15.2μg/L) as a commercial PP2A and, moreover, it has a higher operational stability, which makes possible to perform the protein phosphatase inhibition assay (PPIA) with a lower enzyme amount. Once conjugated to MPs, the PP2A catalytic subunit still retains its enzyme activity and it can also be inhibited by OA (LOD=30.1μg/L).

Nuclear magnetic resonance chemical shifts with the statistical average of orbital-dependent model potentials in Kohn-Sham density functional theory

The performance of the SAOP potential for the calculation of NMR chemical shifts was evaluated. SAOP results show considerable improvement with respect to previous potentials, like VWN or BP86, at least for the carbon, nitrogen, oxygen, and fluorine chemical shifts. Furthermore, a few NMR calculations carried out on third period atoms (S, P, and Cl) improved when using the SAOP potential

Characterization of myocardial deformation in patients with different etiologies of left ventricular hypertrophy by using strain distribution from Magnetic Resonance Imaging

Introducción y objetivos. Se ha señalado que, en la miocardiopatía hipertrófica (MCH), la desorganización de las fibras regionales da lugar a segmentos en los que la deformación es nula o está gravemente reducida, y que estos segmentos tienen una distribución no uniforme en el ventrículo izquierdo (VI). Esto contrasta con lo observado en otros tipos de hipertrofia como en el corazón de atleta o la hipertrofia ventricular izquierda hipertensiva (HVI-HT), en los que puede haber una deformación cardiaca anormal, pero nunca tan reducida como para que se observe ausencia de deformación. Así pues, proponemos el empleo de la distribución de los valores de strain para estudiar la deformación en la MCH. Métodos. Con el empleo de resonancia magnética marcada (tagged), reconstruimos la deformación sistólica del VI de 12 sujetos de control, 10 atletas, 12 pacientes con MCH y 10 pacientes con HVI-HT. La deformación se cuantificó con un algoritmo de registro no rígido y determinando los valores de strain sistólico máximo radial y circunferencial en 16 segmentos del VI. Resultados. Los pacientes con MCH presentaron unos valores medios de strain significativamente inferiores a los de los demás grupos. Sin embargo, aunque la deformación observada en los individuos sanos y en los pacientes con HVI-HT se concentraba alrededor del valor medio, en la MCH coexistían segmentos con contracción normal y segmentos con una deformación nula o significativamente reducida, con lo que se producía una mayor heterogeneidad de los valores de strain. Se observaron también algunos segmentos sin deformación incluso en ausencia de fibrosis o hipertrofia. Conclusiones. La distribución de strain caracteriza los patrones específicos de deformación miocárdica en pacientes con diferentes etiologías de la HVI. Los pacientes con MCH presentaron un valor medio de strain significativamente inferior, así como una mayor heterogeneidad de strain (en comparación con los controles, los atletas y los pacientes con HVI-HT), y tenían regiones sin deformación.

Forces

Aquest treball descriu una unitat didàctica de Física per estudiants de 4rt d’ESO. Els següents conceptes son introduïts i practicats durant un total de nou sessions: massa i pes, diferents tipus de forces, representació vectorial de forces, i dinàmica. A més dels exercicis de classe estàndard, els alumnes són exposats a dos laboratoris virtuals diferents que els ajuden a visualitzar i explorar els conceptes esmentats. Els estudiants més motivats poden escollir fer exercicis addicionals d’una llista d’activitats lliures. La unitat inclou una descripció completa de totes les activitats proposades.

Nanocrystalline M-type hexaferrite powders: preparation, geometric and magnetic propertiess

Co-Ti-Sn-Ge substituted M-type bariumhexaferrite powders with mean grain sizes between about 10 nm and about 1 ¿m and a narrow size distribution were prepared reproducibly by means of a modified glass crystallization method. At annealing temperatures between 560 and 580°C of the amorphous flakes nanocrystalline particles grow. They behave superparamagnetically at room temperature and change into stable magnetic single domains at lower temperatures. The magnetic volume of the powders is considerably less than the geometric one. However, the effective anisotropy fields are larger by a Factor of two to three.