Anells de Liesegang (experimentació amb gels)

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. Aquest treball de recerca es basa en l'experimentació i, posteriorment, l'obtenció i anàlisi de resultats de l'experiment creador d'anells de Liesegang. Aquest experiment, consistent en la precipitació d'un compost en una base gelificada formant anells distanciats logarítmicament els uns dels altres, ha estat durant més d'un segle objecte d'investigació de moltíssims científics, els quals no han sabut mai treure'n una explicació lògica i raonable d'aquest rar comportament. L'autor ha pretès recrear els curiosos anells intentant formar-los amb diferents inhibidors i compostos als trobats en la bibliografia. Després de realitzar més d'una trentena d'experiments, s'ha realitzat una anàlisi exhaustiva dels resultats. Aquest apartat ha estat un dels més enriquidors, ja que s'han dut a terme en ell comparacions sorprenents i troballes molt curioses, com per exemple la similitud entre els anells de Liesegang i les estructures de Turing, la qual intenta explicar les formes presents en els ocels dels éssers vius; i l'aparició d'anells de Liesegang segons l’òptica visual, efecte inexistent en l’àmplia bibliografia consultada. A més a més, també s'han efectuat una sèrie d'estudis: un en què es confirmen les distàncies logarítmiques entre els anells i on es realitza una comparació entre les dades empíriques i el patró matemàtic; i un altre en què s'estudia el comportament dels anells al variar els factors que regulen la velocitat de reacció.

Membrane-destabilizing activity of pH-responsive cationic lysine-based surfactants: role of charge position and alkyl chain length

Many strategies for treating diseases require the delivery of drugs into the cell cytoplasm following internalization within endosomal vesicles. Thus, compounds triggered by low pH to disrupt membranes and release endosomal contents into the cytosol are of particular interest. Here, we report novel cationic lysine-based surfactants (hydrochloride salts of N¿- and N¿-acyl lysine methyl ester) that differ in the position of the positive charge and the length of the alkyl chain. Amino acid-based surfactants could be promising novel biomaterials in drug delivery systems, given their biocompatible properties and low cytotoxic potential. We examined their ability to disrupt the cell membrane in a range of pH values, concentrations and incubation times, using a standard hemolysis assay as a model of endosomal membranes. Furthermore, we addressed the mechanism of surfactant-mediated membrane destabilization, including the effects of each surfactant on erythrocyte morphology as a function of pH. We found that only surfactants with the positive charge on the ¿-amino group of lysine showed pH-sensitive hemolytic activity and improved kinetics within the endosomal pH range, indicating that the positive charge position is critical for pH-responsive behavior. Moreover, our results showed that an increase in the alkyl chain length from 14 to 16 carbon atoms was associated with a lower ability to disrupt cell membranes. Knowledge on modulating surfactant-lipid bilayer interactions may help us to develop more efficient biocompatible amino acid-based drug delivery devices.

The glucose transporter 4 FQQI motif is necessary for Akt Substrate of 160-Kilodalton-dependent plasma membrane translocation but not Golgi-localized g-ear-containing Arf-binding protein-dependent entry into the insulin-responsive storage compartment.

Newly synthesized glucose transporter 4 (GLUT4) enters into the insulin-responsive storage compartment in a process that is Golgi-localized γ-ear-containing Arf-binding protein (GGA) dependent, whereas insulin-stimulated translocation is regulated by Akt substrate of 160 kDa (AS160). In the present study, using a variety of GLUT4/GLUT1 chimeras, we have analyzed the specific motifs of GLUT4 that are important for GGA and AS160 regulation of GLUT4 trafficking. Substitution of the amino terminus and the large intracellular loop of GLUT4 into GLUT1 (chimera 1-441) fully recapitulated the basal state retention, insulin-stimulated translocation, and GGA and AS160 sensitivity of wild-type GLUT4 (GLUT4-WT). GLUT4 point mutation (GLUT4-F5A) resulted in loss of GLUT4 intracellular retention in the basal state when coexpressed with both wild-type GGA and AS160. Nevertheless, similar to GLUT4-WT, the insulin-stimulated plasma membrane localization of GLUT4-F5A was significantly inhibited by coexpression of dominant-interfering GGA. In addition, coexpression with a dominant-interfering AS160 (AS160-4P) abolished insulin-stimulated GLUT4-WT but not GLUT4-F5A translocation. GLUT4 endocytosis and intracellular sequestration also required both the amino terminus and large cytoplasmic loop of GLUT4. Furthermore, both the FQQI and the SLL motifs participate in the initial endocytosis from the plasma membrane; however, once internalized, unlike the FQQI motif, the SLL motif is not responsible for intracellular recycling of GLUT4 back to the specialized compartment. Together, we have demonstrated that the FQQI motif within the amino terminus of GLUT4 is essential for GLUT4 endocytosis and AS160-dependent intracellular retention but not for the GGA-dependent sorting of GLUT4 into the insulin-responsive storage compartment.

Controlling anomalous stresses in soft field-responsive systems

We report a phenomenon occurring in field-responsive suspensions: shear-induced anomalous stresses. Competition between a rotating field and a shear flow originates a multiplicity of anomalous stress behaviors in suspensions of bound dimers constituted by induced dipoles. The great variety of stress regimes includes nonmonotonic behaviors, multiresonances, negative viscosity effect, and blockades. The reversibility of the transitions between the different regimes and the self-similarity of the stresses make this phenomenon controllable and therefore applicable to modify macroscopic properties of soft condensed matter phases.

Corrigendum stable matchings and preferences of couples

We correct an omission in the definition of our domain of weakly responsive preferences introduced in Klaus and Klijn (2005) or KK05 for short. The proof of the existence of stable matchings (KK05, Theorem 3.3) and a maximal domain result (KK05, Theorem 3.5) are adjusted accordingly.

Paths to stability for matching markets with couples

We study two-sided matching markets with couples and show that for a natural preference domain for couples, the domain of weakly responsive preferences, stable outcomes can always be reached by means of decentralized decision making. Starting from an arbitrary matching, we construct a path of matchings obtained from `satisfying' blocking coalitions that yields a stable matching. Hence, we establish a generalization of Roth and Vande Vate's (1990) result on path convergence to stability for decentralized singles markets. Furthermore, we show that when stable matchings exist, but preferences are not weakly responsive, for some initial matchings there may not exist any path obtained from `satisfying' blocking coalitions that yields a stable matching.

Manipulation via endowments in exchange markets with indivisible goods

We consider exchange markets with heterogeneous indivisible goods. We are interested in exchange rules that are efficient and immune to manipulations via endowments (either with respect to hiding or destroying part of the endowment or transferring part of the endowment to another trader). We consider three manipulability axioms: hiding-proofness, destruction-proofness, and transfer-proofness. We prove that no rule satisfying efficiency and hiding-proofness (which implies individual rationality) exists. For two-agent exchange markets with separable and responsive preferences, we show that efficient, individually rational, and destruction-proof rules exist. However, for separable preferences, no rule satisfies efficiency, individual rationality, and destruction-proofness. In the case of transfer-proofness the compatibility with efficiency and individual rationality for the two-agent case extends to the unrestricted domain. For exchange markets with separable preferences and more than two agents no rule satisfies efficiency, individual rationality, and transfer-proofness.

On group strategy-proof mechanisms for a many-to-one matching model

For the many-to-one matching model in which firms have substitutable and quota q-separable preferences over subsets of workers we show that the workers-optimal stable mechanism is group strategy-proof for the workers. In order to prove this result, we also show that under this domain of preferences (which contains the domain of responsive preferences of the college admissions problem) the workers-optimal stable matching is weakly Pareto optimal for the workers and the Blocking Lemma holds as well. We exhibit an example showing that none of these three results remain true if the preferences of firms are substitutable but not quota q-separable.

Some things couples always wanted to know about stable matchings (but were afraid to ask)

It is well-known that couples that look jointly for jobs in the same centralized labor market may cause instabilities. We demonstrate that for a natural preference domain for couples, namely the domain of responsive preferences, the existence of stable matchings can easily be established. However, a small deviation from responsiveness in one couple's preference relation that models the wish of a couple to be closer together may already cause instability. This demonstrates that the nonexistence of stable matchings in couples markets is not a singular theoretical irregularity. Our nonexistence result persists even when a weaker stability notion is used that excludes myopic blocking. Moreover, we show that even if preferences are responsive there are problems that do not arise for singles markets. Even though for couples markets with responsive preferences the set of stable matchings is nonempty, the lattice structure that this set has for singles markets does not carry over. Furthermore we demonstrate that the new algorithm adopted by the National Resident Matching Program to fill positions for physicians in the United States may cycle, while in fact a stable matchings does exist, and be prone to strategic manipulation if the members of a couple pretend to be single.

Preparació de materials híbrids orgànico-inorgànics a partir de sals d'imidazoli

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier, França, durant 2006. S’han sintetitzat materials híbrids orgànico-inorgànics mitjançant el procés sol-gel i altres estratègies sintètiques. En alguns casos, s’ha intentat estructurar aquests materials, ja sigui per autoestructuració o per mitjà de tensioactius. Com a catalitzadors de les reaccions d'hidròlisi i policondensació s’han utilitzat àcids, bases i fluorurs. Els materials obtinguts s’han caracteritzat mitjançant diferents tècniques: BET (Brunauer-Emmett-Teller), TEM (microscopia electrònica de transmissió), SEM (microscòpia electrònica de rastreig), raigs X en pols , IR i RMN (ressonància magnètica nuclear) en estat sòlid. Amb aquests materials es pretén preparar catalitzadors heterogenis de Pd per reaccions d’acoblament creuat, i de Ru per reaccions de metàtesi. També s’han sintetitzat sals d'imidazoli amb cadenes hidrocarbonades llargues amb l'objectiu de preparar gels de sílice amb aquestes molècules atrapades dins la matriu inorgànica. Aquests materials s’utilitzaran com a organocatalitzadors i també es prepararan els corresponents catalitzadors de Pd per reaccions de Heck, Suzuki i Sonogashira. Les sals d’imidazoli s’han utilitzat com a tensioactius en la preparació de gels de sílice estructurats. Aquestes molècules han resultat ser cristalls líquids i s’han caracteritzar mitjançant DSC (differential scanning calorimetry), microscopia òptica i raigs X.

A Model of ethnic conflict

We present a model of conflict, in which discriminatory government policy or social intolerance is responsive to various forms of ethnic activism, including violence. It is this perceived responsiveness -captured by the probability that the government gives in and accepts a proponed change in ethnic policy- that induces individuals to mobilize in support for their cause. Yet, mobilization is costly and demonstrators have to be compensated accordingly. Individuals have to weigh their ethnic radicalism with their material well-being to determine the size of their money contribution to the cause. Our main results are: (i) a one-sided increase in radicalism or in population size increases conflict; (ii) a one-sided increase in income has ambiguous effects depending on the elasticity of contributions to income; (iii) an increase in within-group inequality increases conflict; and (iv) an increase in the correlation between ethnic radicalism and inequality also increases conflict.

Corrigendum: stable matchings and preferences of couples

We correct an omission in the definition of the domain of weakly responsive preferences introduced in Klaus and Klijn (2005) or KK05 for short. The proof of the existence of stable matchings (KK05, Theorem 3.3) and a maximal domain result (KK05, Theorem 3.5) are adjusted accordingly.

Thickening of phase change materials (PCM) to avoid segregation

Estudi elaborat a partir d’una estada a Çukurova University, Turquia, al juliol del 2006. L’emmagatzematge d’energia tèrmica ha atret interès en aplicacions tèrmiques com l’aigua calenta, la calefacció i l’aire condicionat. Aquests sistemes són útils per corregir la no coincidència entre la oferta i la demanda d’energia. Principalment hi ha dos tipus de sistemes d’emmagatzematge d’energia tèrmica, emmagatzematge amb calor sensible i amb calor latent. L’emmagatzematge amb calor latent és particularment atractiu degut a la seva habilitat de donar una densitat d’emmagatzematge d’energia més alt i la seva característica d’emmagatzemar calor a una temperatura constant corresponent a la temperatura de transició de fase de la substància emmagatzemadora de calor. Les salts hidratades orgàniques tenen certes avantatges com a materials d’emmagatzematge de calor latent sobre els materials orgànics. En canvi, quan les salts hidratades s’utilitzen com a materials de canvi de fase (PCM) apareixen alguns problemes en les aplicacions d’emmagatzematge de calor latent. Aquests són el subrefredament de les salts hidratades quan es congelen degut a les seves dèbils propietats de nucleació, i la separació de fase que hi apareix degut a una fusió incongruent. En aquest estudi, s’estabilitza sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) amb diferents concentracions de poliacrilamida i gelatina per prevenir la fusió incongruent. Per prevenir el subrefredament s’utilitza un agent nucleant amb una estructura cristal•lina semblant a la de la sal de Glauber. La capacitat d’emmagatzematge de calor de les mostres de PCM estabilitzades amb diferents concentracions de gels polimèrics es determinen amb DCS i amb el mètode T-history.

Materials porosos per liofilització: els liogels

En aquest treball sobre materials porosos obtinguts per liofilització, s’ha demostrat que es poden produir materials anàlegs als aerogels de sílice mitjançant un procés de congelació i posterior sublimació. Malgrat les dificultats que es presenten en el procés de congelació, s’ha aconseguit un nou producte que hem denominat LIOGELS (per diferenciar-los dels aerogels) amb més o menys graus de monoliticitat segons la composició i el procés realitzat. S’han estudiat diversos sistemes de congelació, principalment amb nitrogen líquid i en la cambra del liofilitzador a -80ºC, però també s’han comparat els resultats de congelacions de gels amb tert-butanol a 12ºC (el tert-butanol fon a 25,69ºC). S’han sintetitzat diferents tipus de gels, de cara a la seva liofilització posterior. Alguns dels gels s’han deixat assecar amb molta cura i molt lentament per produir xerogels monolítics, amb l’objectiu de comparar les estructures dels aerogels, els xerogels i els nous liogels produïts en aquest treball. Per tal d’aconseguir líquids de rentat que al congelar no trenquessin l’estructura, s’han buscat les mescles idònies de dissolvents (que no canviessin de volum al congelar). S’ha instal·lat un equip de liofilització a l’Icmab, que s’ha utilitzat per elaborar les mostres estudiades. L’equip de liofilització té fonamentalment dos modes de funcionament: sublimació a través d’un "manifold" i dins d’una cambra amb safates. Per a la caracterització de les mostres dels nous materials obtinguts, s’ha utilitzat l’equip BET, i els equips de microscòpia electrònica SEM i TEM de l’ICMAB. S’han avaluat els resultats obtinguts amb l’equip de porosimetria (BET) i s’han analitzat les fotografies del SEM i del TEM, fent les oportunes comparacions entre aerogels i liogels, i entre aquests i els xerogels.

Mobile termination, network externalities, and consumer expectations

We re-examine the literature on mobile termination in the presence of network externalities. Externalities arise when firms discriminate between on- and off-net calls or when subscription demand is elastic. This literature predicts that profit decreases and consumer surplus increases in termination charge in a neighborhood of termination cost. This creates a puzzle since in reality we see regulators worldwide pushing termination rates down while being opposed by network operators. We show that this puzzle is resolved when consumers' expectations are assumed passive but required to be fulfilled in equilibrium (as defined by Katz and Shapiro, AER 1985), instead of being rationally responsive to non-equilibrium prices, as assumed until now.