Unbinding forces of single antibody-antigen complexes correlate with their thermal dissociation rates

Point mutants of three unrelated antifluorescein antibodies were constructed to obtain nine different single-chain Fv fragments, whose on-rates, off-rates, and equilibrium binding affinities were determined in solution. Additionally, activation energies for unbinding were estimated from the temperature dependence of the off-rate in solution. Loading rate-dependent unbinding forces were determined for single molecules by atomic force microscopy, which extrapolated at zero force to a value close to the off-rate measured in solution, without any indication for multiple transition states. The measured unbinding forces of all nine mutants correlated well with the off-rate in solution, but not with the temperature dependence of the reaction, indicating that the same transition state must be crossed in spontaneous and forced unbinding and that the unbinding path under load cannot be too different from the one at zero force. The distance of the transition state from the ground state along the unbinding pathway is directly proportional to the barrier height, regardless of the details of the binding site, which most likely reflects the elasticity of the protein in the unbinding process. Atomic force microscopy thus can be a valuable tool for the characterization of solution properties of protein-ligand systems at the single molecule level, predicting relative off-rates, potentially of great value for combinatorial chemistry and biology.

Chemically distinct transition states govern rapid dissociation of single L-selectin bonds under force

Carbohydrate–protein bonds interrupt the rapid flow of leukocytes in the circulation by initiation of rolling and tethering at vessel walls. The cell surface carbohydrate ligands are glycosylated proteins like the mucin P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1), which bind ubiquitously to the family of E-, P-, and L-selectin proteins in membranes of leukocytes and endothelium. The current view is that carbohydrate–selectin bonds dissociate a few times per second, and the unbinding rate increases weakly with force. However, such studies have provided little insight into how numerous hydrogen bonds, a Ca2+ metal ion bond, and other interactions contribute to the mechanical strength of these attachments. Decorating a force probe with very dilute ligands and controlling touch to achieve rare single-bond events, we have varied the unbinding rates of carbohydrate–selectin bonds by detachment with ramps of force/time from 10 to 100,000 pN/sec. Testing PSGL-1, its outer 19 aa (19FT), and sialyl LewisX (sLeX) against L-selectin in vitro on glass microspheres and in situ on neutrophils, we found that the unbinding rates followed the same dependence on force and increased by nearly 1,000-fold as rupture forces rose from a few to ≈200 pN. Plotted on a logarithmic scale of loading rate, the rupture forces reveal two prominent energy barriers along the unbinding pathway. Strengths above 75 pN arise from rapid detachment (<0.01 sec) impeded by an inner barrier that requires a Ca2+ bond between a single sLeX and the lectin domain. Strengths below 75 pN occur under slow detachment (>0.01 sec) impeded by the outer barrier, which appears to involve an array of weak (putatively hydrogen) bonds.

Force and kinetic barriers to unzipping of the DNA double helix

A theory of the unzipping of double-stranded DNA is presented and is compared to recent micromanipulation experiments. It is shown that the interactions that stabilize the double helix and the elastic rigidity of single strands simply determine the sequence-dependent ≈12-pN force threshold for DNA strand separation. Using a semimicroscopic model of the binding between nucleotide strands, we show that the greater rigidity of the strands when formed into double-stranded DNA, relative to that of isolated strands, gives rise to a potential barrier to unzipping. The effects of this barrier are derived analytically. The force to keep the extremities of the molecule at a fixed distance, the kinetic rates for strand unpairing at fixed applied force, and the rupture force as a function of loading rate are calculated. The dependence of the kinetics and of the rupture force on molecule length is also analyzed.

Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos

O aumento no consumo energético e a crescente preocupação ambiental frente à emissão de gases poluentes criam um apelo mundial favorável para pesquisas de novas tecnologias não poluentes de fontes de energia. Baterias recarregáveis de lítio-ar em solventes não aquosos possuem uma alta densidade de energia teórica (5200 Wh kg-1), o que as tornam promissoras para aplicação em dispositivos estacionários e em veículos elétricos. Entretanto, muitos problemas relacionados ao cátodo necessitam ser contornados para permitir a aplicação desta tecnologia, por exemplo, a baixa reversibilidade das reações, baixa potência e instabilidades dos materiais empregados nos eletrodos e dos solventes eletrolíticos. Assim, neste trabalho um modelo cinético foi empregado para os dados experimentais de espectroscopia de impedância eletroquímica, para a obtenção das constantes cinéticas das etapas elementares do mecanismo da reação de redução de oxigênio (RRO), o que permitiu investigar a influência de parâmetros como o tipo e tamanho de partícula do eletrocatalisador, o papel do solvente utilizado na RRO e compreender melhor as reações ocorridas no cátodo dessa bateria. A investigação inicial se deu com a utilização de sistemas menos complexos como uma folha de platina ou eletrodo de carbono vítreo como eletrodos de trabalho em 1,2-dimetoxietano (DME)/perclorato de lítio (LiClO4). A seguir, sistemas complexos com a presença de nanopartículas de carbono favoreceu o processo de adsorção das moléculas de oxigênio e aumentou ligeiramente (uma ordem de magnitude) a etapa de formação de superóxido de lítio (etapa determinante de reação) quando comparada com os eletrodos de platina e carbono vítreo, atribuída à presença dos grupos laterais mediando à transferência eletrônica para as moléculas de oxigênio. No entanto, foi observada uma rápida passivação da superfície eletrocatalítica através da formação de filmes finos de Li2O2 e Li2CO3 aumentando o sobrepotencial da bateria durante a carga (diferença de potencial entre a carga e descarga > 1 V). Adicionalmente, a incorporação das nanopartículas de platina (Ptnp), ao invés da folha de platina, resultou no aumento da constante cinética da etapa determinante da reação em duas ordens de magnitude, o qual pode ser atribuído a uma mudança das propriedades eletrônicas na banda d metálica em função do tamanho nanométrico das partículas, e estas modificações contribuíram para uma melhor eficiência energética quando comparado ao sistema sem a presença de eletrocatalisador. Entretanto, as Ptnp se mostraram não específicas para a RRO, catalisando as reações de degradação do solvente eletrolítico e diminuindo rapidamente a eficiência energética do dispositivo prático, devido ao acúmulo de material no eletrodo. O emprego de líquido iônico como solvente eletrolítico, ao invés de DME, promoveu uma maior estabilização do intermediário superóxido formado na primeira etapa de transferência eletrônica, devido à interação com os cátions do líquido iônico em solução, o qual resultou em um valor de constante cinética da formação do superóxido de três ordens de magnitude maior que o obtido com o mesmo eletrodo de carbono vítreo em DME, além de diminuir as reações de degradação do solvente. Estes fatores podem contribuir para uma maior potência e ciclabilidade da bateria de lítio-ar operando com líquidos iônicos.

Efeito das farinhas de jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa Mart.) in natura e extrusada no metabolismo lipídico e parâmetros fermentativos em hamsters e resposta glicêmica em humanos após a extrusão

Introdução: A polpa farinácea do jatobá-do-cerrado (Hymenaea stigonocarpa Mart.) apresenta alto teor de fibra alimentar, em média 60 g/100 g, que são importantes para a redução do risco e controle de doenças crônicas não transmissíveis (DCNT). A extrusão termoplástica neutraliza aromas intensos, proporciona a formação de amido resistente, aumenta a fibra alimentar solúvel e melhora a textura do produto final. Objetivo: Estudar o efeito das farinhas de jatobá-do-cerrado in natura (FIN) e extrusada (FE) no metabolismo lipídico e parâmetros fermentativos em hamsters, bem como verificar a resposta glicêmica em humanos após a extrusão. Métodos: Processo de extrusão: velocidade de 200 rpm; matriz com 4 mm de diâmetro; taxa de compressão 3:1; alimentação constante de 70 gramas/minuto; temperatura de 150 °C; proporção farinha de jatobá-do-cerrado e amido de milho: 70:30 por cento e umidade a 25 por cento . Foi realizado um experimento animal com hamsters durante 21 dias, em que se analisou alguns parâmetros do metabolismo lipídico e colônico (fermentativos) dos animais, divididos em quatro grupos experimentais, se diferenciando pela dieta. As dietas controle (GC), in natura (GFI) e extrusada (GFE) eram hipercolesterolemizantes (13,5 por cento de gordura de coco e 0,1 por cento de colesterol) e a dieta referência (GR) com óleo de soja como fonte lipídica, não. Todas as dietas apresentavam 15 por cento de fibra alimentar, sendo que as dietas GR e GC tinham como fonte de fibra a celulose, e as dietas GFI e GFE tiveram as próprias fibras como fonte. A resposta glicêmica em humanos foi verificada por meio do ensaio do índice glicêmico e carga glicêmica da FE, com dez voluntários saudáveis que consumiram 25 gramas de carboidratos disponíveis do alimento teste (farinha extrusada) ou do pão branco como alimento controle. Resultados: Não foi observada diferença significativa entre o peso final, ingestão diária média e total, ganho de peso e CEA entre os animais dos quatro grupos. A concentração de triglicerídeos foi menor em 41 por cento e 38 por cento nos animais que receberam as dietas GFI e GFE, em relação aqueles que receberam a dieta GC, assim como também para o colesterol total (55 por cento e 47 por cento ), LDL-c (70 por cento e 53 por cento ) e não-HDL-c (63 por cento e 49 por cento ) séricos, lipídeos totais hepáticos (39 por cento e 45 por cento ) e o peso dos fígados dos animais também foi menor (21 por cento em ambos os grupos). Não houve diferença no colesterol hepático e excretado nas fezes dos animais dos quatro grupos. Os animais do GFE excretaram 57 por cento mais ácidos biliares nas fezes que os animais do GC. Com relação aos parâmetros fermentativos, observou-se maior excreção de fibras (1,24 ± 0,08 e 1,52 ± 0,09 gramas) nos animais dos grupos GR e GC respectivamente, em relação aos do GFI e GFE (0,50 e 0,48 gramas), porém o escore fecal (3,50 ± 0,19 e 3,38 ± 0,18) e o grau de fermentação (54 e 52 por cento ) foi maior nos animais dos grupos GFI e GFE. Houve uma maior produção de AGCC no ceco dos animais dos grupos GFI e GFE (80 e 57,5 µmol/g de ceco respectivamente) e maior diminuição do pH no conteúdo cecal nos animais do grupo GFI (7,49 ± 0,10), em relação ao GC (8,06 ± 0,13). Os ácidos acético e propiônico, estiveram presentes em maior quantidade no ceco dos animais dos grupos GFI (58,5 e 6,1 µmol/g de ceco) e GFE (42,5 e 6,6 µmol/g de ceco) e os animais do GFI produziram mais ácido butírico (15 µmol/g de ceco), em relação aos demais grupos. Quanto à resposta glicêmica da farinha pós extrusão, não houve diferença entre a área de resposta glicêmica da farinha extrusada e do pão branco, o índice glicêmico da farinha extrusada (glicose como controle) foi classificado como moderado, e a carga glicêmica (na porção de 30 gramas), baixa. Conclusão: As FIN e FE favoreceram a redução do colesterol total, LDL-c, não-HDL-c e dos triglicerídeos séricos, além da diminuição do acúmulo de lipídeos hepáticos. Foi observado também aumento expressivo na formação de AGCC e no grau de fermentação. A FE proporcionou um aumento na excreção de ácidos biliares nas fezes e apresentou índice glicêmico moderado e baixa carga glicêmica.

Análise biomecânica de resistência à fratura em dentes caninos artificiais de cães, com restauração metálica fundida e retentores intrarradiculares retos e curvos com núcleo - Estudo comparativo com análise por elementos finitos

Os cães, por fatores diversos, acabam por apresentar dentes fraturados com ou sem exposição de polpa. Estas fraturas basicamente são identificadas como fraturas recuperáveis não complicadas, recuperáveis complicadas ou irrecuperáveis. As fraturas recuperáveis (localizadas apenas no esmalte e dentina) são tratadas com dentística restauradora. As recuperáveis complicadas (com lesões em esmalte, dentina e exposição do canal radicular) passam por tratamento endodôntico, podendo ser seguidas de restaurações metálicas. Os dentes mais comumente acometidos são os dentes caninos, superiores ou inferiores. Este trabalho em dentes artificiais simulando considerável destruição de sua porção coronal objetivou testar, após a adaptação da restauração metálica fundida, a resistência às fraturas no dente canino. Os dentes artificiais foram padronizados com uma técnica de replicação de raízes artificiais em molde de resina acrílica quimicamente ativada. Oitenta réplicas iguais de resina composta fotopolimerizável, padronizadas em tamanho e forma, foram construídas a partir desta técnica. Antes da reconstrução protética, aplicou-se o tratamento endodôntico, desobturação, preparo do canal radicular e moldagem. Proteticamente, um pino intrarradicular reto e outro curvo, ambos com núcleo para sustentar a coroa metálica fundida foram cimentados na porção coronal de cada raiz-réplica. Os núcleos e coroa metálica foram ambos ferulados ou estojados. Avaliou-se os dois tipos de restauração com pino intrarradicular curvos ou retos cimentados com cimento de fosfato de zinco ou resinoso para identificar o melhor conjunto restaurador. Os testes de resistência biomecânica de 80 raízes-réplicas foram divididos em 4 grupos com 20 corpos de prova para cada um dos grupos. Grupo 1: das raízes-réplicas com pino intrarradicular curvo cimentados com cimento resinoso. Grupo 2: das raízes-réplicas com pino intrarradicular curvo cimentados com cimento de fosfato de zinco. Grupo 3: das raízes-réplicas com pino intrarradicular reto cimentados com cimento resinoso. Grupo 4: das raízes-réplicas com pino intrarradicular reto cimentados com cimento de fosfato de zinco. Estes grupos foram submetidos a teste de força com pré-carga de 1,5 N, com velocidade de avanço constante de 0,05 mm por minuto em ponto pré- determinado (mésio-lateral vestibularizada) até ocorrência de fratura do conjunto ou parte dele em uma Máquina Universal Kratos. Com a avaliação biomecânica e estudo estatístico de Kruskall-Wallis, identificou-se que os dados obtidos não seguiram distribuição normal. Esta diferença mostrou-se com o p<0,05 na interpretação do teste. No caso de dados não paramétricos o post-hoc do Kruskal-Wallis foi o teste de U de Mann-Withney. Paralelamente, um estudo com análise de elementos finitos comparou os resultados obtidos. Não houve diferença significativa sobre o tipo de cimento utilizado ou que favorecesse o uso do pino reto ou do pino curvo, recaindo a escolha para o operador decidir de acordo com a melhor indicação para cada caso clínico

Flotação aplicada ao pós-tratamento do efluente de reator anaeróbio de leito expandido tratando esgoto sanitário

Este trabalho apresenta e discute os resultados de um estudo amplo e aprofundado sobre os principais parâmetros operacionais da flotação por ar dissolvido, utilizada no pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio de leito expandido (RALEx), tratando 10 m3/hora de esgoto sanitário. Foram realizados preliminarmente ensaios utilizando o flotateste, unidade de flotação em escala de laboratório, para identificar as melhores dosagens de coagulante (cloreto férrico), o polímero mais adequado, dentre os 26 testados, e sua respectiva dosagem, o pH de coagulação adequado, o tempo (Tf) e o gradiente de velocidade (Gf) de floculação mais apropriados e a quantidade de ar (S*) requerida. Para obtenção das condições operacionais adequadas para a unidade piloto de flotação, os valores de Tf e de Gf foram variados de zero a 24 minutos e de 40 a 100 s-1, respectivamente. As concentrações de cloreto férrico e de polímero sintético variaram de 15 a 92 mg/L e de 0,25 a 7,0 mg/L, respectivamente. S* variou de 2.85 a 28.5 gramas de ar por metro cúbico de efluente e a taxa de aplicação superficial na unidade de flotação abrangeu de 180 a 250 m3/m2/d. O desempenho da flotação durante a partida do reator anaeróbio também foi investigado. O uso de 50 mg/L de cloreto férrico, de Tf igual a 20 min e Gf de 80 s-1, de S* de 19,7 g de ar por m3 de efluente e taxa de 180 m3/m2/d produziu excelentes resultados nos ensaios com a instalação piloto de flotação, com elevadas remoções de carga de DQO (80,6%), de fósforo total (90,1%) e de sólidos suspensos totais (92,1%) e com turbidez entre 1,6 e 15,4 uT e residuais de ferro de 0,5 mg/L, com remoção estimada, na forma de lodo, de 77 gramas de SST por m3 de efluente tratado. Nestas mesmas condições, no sistema RALEx+FAD, foram observadas remoções globais de 91,6% de carga de DQO, de 90,1% de carga de fósforo e de 96,6% de carga de SST. O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) mostrou-se alternativa bastante atraente para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Se a coagulação estiver bem ajustada, o sistema composto de reator anaeróbio seguido de unidade de flotação consegue alcançar excelente remoção de matéria orgânica, redução significativa da concentração de fósforo e de sólidos suspensos, além de precipitação dos sulfetos dissolvidos, gerados no reator anaeróbio. Bons resultados foram alcançados mesmo quando o reator RALEx produziu efluentes de baixa qualidade durante seu período de partida. Nesse período, o sistema de flotação atuou como barreira eficaz, evitando a emissão de efluente de baixa qualidade do sistema.

Strain and damage sensing properties on multifunctional cement composites with CNF admixture

Both strain and damage sensing properties on carbon nanofiber cement composites (CNFCC) are reported in the present paper. Strain sensing tests were first made on the material’s elastic range. The applied loading levels have been previously calculated from mechanical strength tests. The effect of several variables on the strain-sensing function was studied, e.g. cement pastes curing age, current density, loading rate or maximum stress applied. All these parameters were discussed using the gage factor as reference. After this first set of elastic experiments, the same specimens were gradually loaded until material’s failure. At the same time both strain and resistivity were measured. The former was controlled using strain gages, and the latter using a multimeter on a four probe setup. The aim of these tests was to prove the sensitivity of these CNF composites to sense their own damage, i.e. check the possibility of fabricating structural damage sensors with CNFCC’s. All samples with different CNF dosages showed good strain-sensing capacities for curing periods of 28 days. Furthermore, a 2%CNF reinforced cement paste has been sensitive to its own structural damage.

Influence of sludge retention time on filtration performance and biomass characteristics in a hollow fiber membrane bioreactor

In this study, the filtration process and the biomass characteristics in a laboratory-scale submerged membrane bioreactor (MBR) equipped with a hollow fiber (HF) microfiltration membrane were studied at different solid retention times (SRT). The MBR was fed by synthetic wastewater and the organic loading rate (OLR) was 0.5, 0.2, 0.1, and 0.08 kg COD kg VSS−1 d−1 for 10, 30, 60, and 90 days of SRT, respectively. The hydraulic retention time was 8.4 h and the permeate flux was 6 L m−2 h−1(LMH). Data analysis confirmed that at all the studied SRTs, the HF-MBR operated very good obtaining of high quality permeates. Chemical Oxygen Demand (COD) removal efficiencies were higher than 95%. The best filtration performance was reached at SRT of 30 d. On the other hand, the respirometric analysis showed that biomass was more active and there was more biomass production at low SRTs. The concentration of soluble extracellular polymeric substances (EPS) decreased with increasing SRT. A decrease of soluble EPS caused a decrease of membrane fouling rate, decreasing the frequency of chemical cleanings. The floc size decreased with SRT increasing. At high SRTs, there was more friction among particles due to the increase of the cellular density and the flocs broke decreasing their size.

Ethanol dehydration via azeotropic distillation with gasoline fractions as entrainers: A pilot-scale study of the manufacture of an ethanol–hydrocarbon fuel blend

We establish experimentally and through simulations the economic and technical viability of dehydrating ethanol by means of azeotropic distillation, using a hydrocarbon as entrainer. The purpose of this is to manufacture a ready-to-use ethanol–hydrocarbon fuel blend. In order to demonstrate the feasibility of this proposition, we have tested an azeotropic water–ethanol feed mixture, using a hydrocarbon as entrainer, in a semi pilot-plant scale distillation column. Four different hydrocarbons (hexane, cyclohexane, isooctane, and toluene) that are representative of the hydrocarbons present in ordinary gasoline have been tested. Each of these hydrocarbons was tested separately in experiments under conditions of constant feed rate and variable reboiler heat duty. The experimentally obtained results are compared with results calculated by a simulator. Finally, the proposed and traditional ethanol dehydration processes are compared to ascertain the advantages of the former over the latter.

Statistical tests of load-unload response ratio signals by lattice solid model: Implication to tidal triggering and earthquake prediction

Statistical tests of Load-Unload Response Ratio (LURR) signals are carried in order to verify statistical robustness of the previous studies using the Lattice Solid Model (MORA et al., 2002b). In each case 24 groups of samples with the same macroscopic parameters (tidal perturbation amplitude A, period T and tectonic loading rate k) but different particle arrangements are employed. Results of uni-axial compression experiments show that before the normalized time of catastrophic failure, the ensemble average LURR value rises significantly, in agreement with the observations of high LURR prior to the large earthquakes. In shearing tests, two parameters are found to control the correlation between earthquake occurrence and tidal stress. One is, A/(kT) controlling the phase shift between the peak seismicity rate and the peak amplitude of the perturbation stress. With an increase of this parameter, the phase shift is found to decrease. Another parameter, AT/k, controls the height of the probability density function (Pdf) of modeled seismicity. As this parameter increases, the Pdf becomes sharper and narrower, indicating a strong triggering. Statistical studies of LURR signals in shearing tests also suggest that except in strong triggering cases, where LURR cannot be calculated due to poor data in unloading cycles, the larger events are more likely to occur in higher LURR periods than the smaller ones, supporting the LURR hypothesis.

Comparison of cellulose solubilisation rates in rumen and landfill leachate inoculated reactors

The aim of this study was to conduct a number of controlled digestions to obtain easily comparable cellulose solubilisation rates and to compare these rates to those found in the literature to see which operational differences were significant in affecting cellulose degradation during anaerobic digestion. The results suggested that differences in volumetric cellulose solubilisation rates were not indicative of the true performance of cellulose digestion systems. When cellulose solubilisation rates were normalised by the mass of cellulose in the reactor at each time step, the comparison of the rates became more meaningful. Cellulose solubilisation was surface area limited. Therefore, changes in the loading rate of cellulose to the reactor altered the volumetric solubilisation rate without changing the mass normalised rate. Comparison of mass normalised solubilisation rates from this study and the literature demonstrated that differences in reactor configuration and operational conditions did not significantly impact on the solubilisation rate whereas the difference in composition of the microbial communities showed a marked effect. This work highlights the importance of using appropriately normalised data when making comparisons between systems with differing operational conditions. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Long-term flow rates and biomat zone hydrology in soil columns receiving septic tank effluent

Soil absorption systems (SAS) are used commonly to treat and disperse septic tank effluent (STE). SAS can hydraulically fail as a result of the low permeable biomat zone that develops on the infiltrative surface. The objectives of this experiment were to compare the hydraulic properties of biomats grown in soils of different textures, to investigate the long-term acceptance rates (LTAR) from prolonged application of STE, and to assess if soils were of major importance in determining LTAR. The STE was applied to repacked sand, Oxisol and Vertisol soil columns over a period of 16 months, at equivalent hydraulic loading rates of 50, 35 and 8 L/m(2)/d, respectively Infiltration rates, soil matric potentials, and biomat hydraulic properties were measured either directly from the soil columns or calculated using established soil physics theory. Biomats 1 to 2 cm thick developed in all soils columns with hydraulic resistances of 27 to 39 d. These biomats reduced a 4 order of magnitude variation in saturated hydraulic conductivity (K.) between the soils to a one order of magnitude variation in LTAR. A relationship between biomat resistance and organic loading rate was observed in all soils. Saturated hydraulic conductivity influenced the rate and extent of biomat development. However, once the biomat was established, the LTAR was governed by the resistance of the biomat and the sub-biomat soil unsaturated flow regime induced by the biomat. Results show that whilst initial soil K. is likely to be important in the establishment of the biomat zone in a trench, LTAR is determined by the biomat resistance and the unsaturated soil hydraulic conductivity, not the K, of a soil. The results call into question the commonly used approach of basing the LTAR, and ultimately trench length in SAS, on the initial K, of soils. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mechanics of cellular adhesion to artificial artery templates

We are using polymer templates to grow artificial artery grafts in vivo for the replacement of diseased blood vessels. We have previously shown that adhesion of macrophages to the template starts the graft formation. We present a study of the mechanics of macrophage adhesion to these templates on a single cell and single bond level with optical tweezers. For whole cells, in vitro cell adhesion densities decreased significantly from polymer templates polyethylene to silicone to Tygon (167, 135, and 65 cells/mm(2)). These cell densities were correlated with the graft formation success rate (50%, 25%, and 0%). Single-bond rupture forces at a loading rate of 450 pN/s were quantified by adhesion of trapped 2-mm spheres to macrophages. Rupture force distributions were dominated by nonspecific adhesion (forces, < 40 pN). On polystyrene, preadsorption of fibronectin or presence of serum proteins in the cell medium significantly enhanced adhesion strength from a mean rupture force of 20 pN to 28 pN or 33 pN, respectively. The enhancement of adhesion by fibronectin and serum is additive (mean rupture force of 43 pN). The fraction of specific binding forces in the presence of serum was similar for polystyrene and polymethyl-methacrylate, but specific binding forces were not observed for silica. Again, we found correlation to in vivo experiments, where the density of adherent cells is higher on polystyrene than on silica templates, and can be further enhanced by fibronectin adsorption. These findings show that in vitro adhesion testing can be used for template optimization and to substitute for in-vivo experiments.

Cellulosic waste degradation by rumen-enhanced anaerobic digestion

Anaerobic digestion of lignocellulosic material is carried out effectively in many natural microbial ecosystems including the rumen. A rumen-enhanced anaerobic sequencing batch reactor was used to investigate cellulose degradation to give analysis of overall process stoichiometry and rates of hydrolysis. The reactor achieved VFA production rates of 207-236 mg COD/L/h at a loading rate of 10 g/L/d. Overloading of the reactor resulted in elevated production of propionic acid, and on occasion, the presence of succinic acid. With improvements in mixing and solids wasting, the anaerobic sequencing batch reactor system could enable full-scale application of the process for treatment of cellulosic waste material.