In situ NIR spectroscopy monitoring of plasmid production processes effect of producing strain, medium composition and the cultivation strategy

BACKGROUNDWhile the pharmaceutical industry keeps an eye on plasmid DNA production for new generation gene therapies, real-time monitoring techniques for plasmid bioproduction are as yet unavailable. This work shows the possibility of in situ monitoring of plasmid production in Escherichia coli cultures using a near infrared (NIR) fiber optic probe. RESULTSPartial least squares (PLS) regression models based on the NIR spectra were developed for predicting bioprocess critical variables such as the concentrations of biomass, plasmid, carbon sources (glucose and glycerol) and acetate. In order to achieve robust models able to predict the performance of plasmid production processes, independently of the composition of the cultivation medium, cultivation strategy (batch versus fed-batch) and E. coli strain used, three strategies were adopted, using: (i) E. coliDH5 cultures conducted under different media compositions and culture strategies (batch and fed-batch); (ii) engineered E. coli strains, MG1655endArecApgi and MG1655endArecA, grown on the same medium and culture strategy; (iii) diverse E. coli strains, over batch and fed-batch cultivations and using different media compositions. PLS models showed high accuracy for predicting all variables in the three groups of cultures. CONCLUSIONNIR spectroscopy combined with PLS modeling provides a fast, inexpensive and contamination-free technique to accurately monitoring plasmid bioprocesses in real time, independently of the medium composition, cultivation strategy and the E. coli strain used.

Chemical characterization and infrared spectroscopy of soil organic matter from two southern brazilian soils

Soil organic matter from the surface horizon of two Brazilian soils (a Latosol and a Chernosol), in bulk samples (in situ SOM) and in HF-treated samples (SOM), was characterized by elemental analyses, diffuse reflectance (DRIFT) and transmission Fourier transform infrared spectroscopy (T-FTIR). Humic acids (HA), fulvic acids (FA) and humin (HU) isolated from the SOM were characterized additionally by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS). After sample oxidation and alkaline treatment, the DRIFT technique proved to be more informative for the detection of "in situ SOM" and of residual organic matter than T-FTIR. The higher hydrophobicity index (HI) and H/C ratio obtained in the Chernosol samples indicate a stronger aliphatic character of the organic matter in this soil than the Latosol. In the latter, a pronounced HI decrease was observed after the removal of humic substances (HS). The weaker aliphatic character, the higher O/C ratio, and the T-FTIR spectrum obtained for the HU fraction in the Latosol suggest the occurrence of surface coordination of carboxylate ions. The Chernosol HU fraction was also oxygenated to a relatively high extent, but presented a stronger hydrophobic character in comparison with the Latosol HU. These differences in the chemical and functional group composition suggest a higher organic matter protection in the Latosol. After the HF treatment, decreases in the FA proportion and the A350/A550 ratio were observed. A possible loss of FA and condensation of organic molecules due to the highly acid medium should not be neglected.

Far-infrared spectroscopy of nanoscopic InAs rings

We have employed time-dependent local-spin-density theory to analyze the far-infrared transmission spectrum of InAs self-assembled nanoscopic rings recently reported [A. Lorke et al., Phys. Rev. Lett. (to be published)]. The overall agreement between theory and experiment is fairly good, which on the one hand confirms that the experimental peaks indeed reflect the ringlike structure of the sample, and on the other hand, asseses the suitability of the theoretical method to describe such nanostructures. The addition energies of one- and two-electron rings are also reported and compared with the corresponding capacitance spectra

Neuromonitoring after major neurosurgical procedures.

Postoperative care of major neurosurgical procedures is aimed at the prevention, detection and treatment of secondary brain injury. This consists of a series of pathological events (i.e. brain edema and intracranial hypertension, cerebral hypoxia/ischemia, brain energy dysfunction, non-convulsive seizures) that occur early after the initial insult and surgical intervention and may add further burden to primary brain injury and thus impact functional recovery. Management of secondary brain injury requires specialized neuroscience intensive care units (ICU) and continuous advanced monitoring of brain physiology. Monitoring of intracranial pressure (ICP) is a mainstay of care and is recommended by international guidelines. However, ICP monitoring alone may be insufficient to detect all episodes of secondary brain insults. Additional invasive (i.e. brain tissue PO2, cerebral microdialysis, regional cerebral blood flow) and non-invasive (i.e. transcranial doppler, near-infrared spectroscopy, EEG) brain monitoring devices might complement ICP monitoring and help clinicians to target therapeutic interventions (e.g. management of cerebral perfusion pressure, blood transfusion, glucose control) to patient-specific pathophysiology. Several independent studies demonstrate such multimodal approach may optimize patient care after major neurosurgical procedures. The aim of this review is to evaluate some of the available monitoring systems and summarize recent important data showing the clinical utility of multimodal neuromonitoring for the management of main acute neurosurgical conditions, including traumatic brain injury, subarachnoid hemorrhage and stroke.

Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

How to monitor the brain in septic patients?

Brain injury is frequently observed after sepsis and may be primarily related to the direct effects of the septic insult on the brain (e.g., brain edema, ischemia, seizures) or to secondary/indirect injuries (e.g., hypotension, hypoxemia, hypocapnia, hyperglycemia). Management of brain injury in septic patients is first focused to exclude structural intracranial complications (e.g., ischemic/hemorrhagic stroke) and possible confounders (e.g., electrolyte alterations or metabolic disorders, such as dysglycemia). Sepsis-associated brain dysfunction is frequently a heterogeneous syndrome. Despite increasing understanding of main pathophysiologic determinants, therapy is essentially limited to protect the brain against further cerebral damage, by way of "simple" therapeutic manipulations of cerebral perfusion and oxygenation and by avoiding over-sedation. Non-invasive monitoring of cerebral perfusion and oxygenation with transcranial Doppler (TCD) and near-infrared spectroscopy (NIRS) is feasible in septic patients. Electroencephalography (EEG) allows detection of sepsis-related seizures and holds promise also as sedation monitoring. Brain CT-scan detects intra-cerebral structural lesions, while magnetic resonance imaging (MRI) provides important insights into primary mechanisms of sepsis-related direct brain injury, (e.g., cytotoxic vs. vasogenic edema) and the development of posterior reversible encephalopathy. Together with EEG and evoked potentials (EP), MRI is also important for coma prognostication. Emerging clinical evidence suggests monitoring of the brain in septic patients can be implemented in the ICU. The objective of this review was to summarize recent clinical data about the role of brain monitoring - including TCD, NIRS, EEG, EP, CT, and MRI - in patients with sepsis and to illustrate its potential utility for the diagnosis, management and prognostication.

Radio continuum and near-infrared study of the MGRO J2019+37 region

MGRO J2019+37 is an unidentified extended source of very high energy gamma-rays originally reported by the Milagro Collaboration as the brightest TeV source in the Cygnus region. Its extended emission could be powered by either a single or several sources. The GeV pulsar AGL J2020.5+3653 , discovered by AGILE and associated with PSR J2021+3651 , could contribute to the emission from MGRO J2019+37 . Aims. Our aim is to identify radio and near-infrared sources in the field of the extended TeV source MGRO J2019+37 , and study potential counterparts to explain its emission. Methods. We surveyed a region of about 6 square degrees with the Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) at the frequency 610 MHz. We also observed the central square degree of this survey in the near-infrared -band using the 3.5 m telescope in Calar Alto. Archival X-ray observations of some specific fields are included. VLBI observations of an interesting radio source were performed. We explored possible scenarios to produce the multi-TeV emission from MGRO J2019+37 and studied which of the sources could be the main particle accelerator. Results. We present a catalogue of 362 radio sources detected with the GMRT in the field of MGRO J2019+37 , and the results of a cross-correlation of this catalog with one obtained at near-infrared wavelengths, which contains ~3105 sources, as well as with available X-ray observations of the region. Some peculiar sources inside the ~1° uncertainty region of the TeV emission from MGRO J2019+37 are discussed in detail, including the pulsar PSR J2021+3651 and its pulsar wind nebula PWN G75.2+0.1 , two new radio-jet sources, the H II region Sh 2-104 containing two star clusters, and the radio source NVSS J202032+363158 . We also find that the hadronic scenario is the most likely in case of a single accelerator, and discuss the possible contribution from the sources mentioned above. Conclusions. Although the radio and GeV pulsar PSR J2021+3651 / AGL J2020.5+3653 and its associated pulsar wind nebula PWN G75.2+0.1 can contribute to the emission from MGRO J2019+37 , extrapolation of the GeV spectrum does not explain the detected multi-TeV flux. Other sources discussed here could contribute to the emission of the Milagro source.

Determinação de açúcar total em café cru por espectroscopia no infravermelho próximo e regressão por mínimos quadrados parciais

In this work a fast method for the determination of the total sugar levels in samples of raw coffee was developed using the near infrared spectroscopy technique and multivariate regression. The sugar levels were initially obtained using gravimety as the reference method. Later on, the regression models were built from the near infrared spectra of the coffee samples. The original spectra were pre-treated according to the Kubelka-Munk transformation and multiplicative signal correction. The proposed analytical method made possible the direct determination of the total sugar levels in the samples with an error lower by 8% with respect to the conventional methodology.

Hot tool temperature analysis though infrared images

Textile manufacture occupies a prominent place in the national economy. Because of its importance researches have been made on the development of new materials, equipment and methods used in the production process. The cutting of textiles starts in the basic stage, to be followed by the process of the making of clothes and other articles. In the hot cutting of fabric, one of the variables of great importance in the control of the process is the contact temperature between the tool and the fabric. This work presents a technique for the measurement of the temperature based on the processing of infrared images. With this purpose, it was developed a system which is composed of an infrared camera, a framegrabber PC board and a software which analyses the punctual temperature in the cut area enabling the operator to achieve the necessary control of other variables involved in the process.

Conventional and nonconventional Kramers-Kronig analysis in optical spectroscopy

This Master’s Thesis is dedicated to the investigation and testing conventional and nonconventional Kramers-Kronig relations on simulated and experimentally measured spectra. It is done for both linear and nonlinear optical spectral data. Big part of attention is paid to the new method of obtaining complex refractive index from a transmittance spectrum without direct information of the sample thickness. The latter method is coupled with terahertz tome-domain spectroscopy and Kramers-Kronig analysis applied for testing the validity of complex refractive index. In this research precision of data inversion is evaluated by root-mean square error. Testing of methods is made over different spectral range and implementation of this methods in future is considered.

Apport de nouvelles techniques dans l’évaluation de patients candidats à une chirurgie d’épilepsie : résonance magnétique à haut champ, spectroscopie proche infrarouge et magnétoencéphalographie

L'épilepsie constitue le désordre neurologique le plus fréquent après les maladies cérébrovasculaires. Bien que le contrôle des crises se fasse généralement au moyen d'anticonvulsivants, environ 30 % des patients y sont réfractaires. Pour ceux-ci, la chirurgie de l'épilepsie s'avère une option intéressante, surtout si l’imagerie par résonance magnétique (IRM) cérébrale révèle une lésion épileptogène bien délimitée. Malheureusement, près du quart des épilepsies partielles réfractaires sont dites « non lésionnelles ». Chez ces patients avec une IRM négative, la délimitation de la zone épileptogène doit alors reposer sur la mise en commun des données cliniques, électrophysiologiques (EEG de surface ou intracrânien) et fonctionnelles (tomographie à émission monophotonique ou de positrons). La faible résolution spatiale et/ou temporelle de ces outils de localisation se traduit par un taux de succès chirurgical décevant. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré le potentiel de trois nouvelles techniques pouvant améliorer la localisation du foyer épileptique chez les patients avec épilepsie focale réfractaire considérés candidats potentiels à une chirurgie d’épilepsie : l’IRM à haut champ, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) et la magnétoencéphalographie (MEG). Dans une première étude, nous avons évalué si l’IRM de haut champ à 3 Tesla (T), présentant théoriquement un rapport signal sur bruit plus élevé que l’IRM conventionnelle à 1,5 T, pouvait permettre la détection des lésions épileptogènes subtiles qui auraient été manquées par cette dernière. Malheureusement, l’IRM 3 T n’a permis de détecter qu’un faible nombre de lésions épileptogènes supplémentaires (5,6 %) d’où la nécessité d’explorer d’autres techniques. Dans les seconde et troisième études, nous avons examiné le potentiel de la SPIR pour localiser le foyer épileptique en analysant le comportement hémodynamique au cours de crises temporales et frontales. Ces études ont montré que les crises sont associées à une augmentation significative de l’hémoglobine oxygénée (HbO) et l’hémoglobine totale au niveau de la région épileptique. Bien qu’une activation contralatérale en image miroir puisse être observée sur la majorité des crises, la latéralisation du foyer était possible dans la plupart des cas. Une augmentation surprenante de l’hémoglobine désoxygénée a parfois pu être observée suggérant qu’une hypoxie puisse survenir même lors de courtes crises focales. Dans la quatrième et dernière étude, nous avons évalué l’apport de la MEG dans l’évaluation des patients avec épilepsie focale réfractaire considérés candidats potentiels à une chirurgie. Il s’est avéré que les localisations de sources des pointes épileptiques interictales par la MEG ont eu un impact majeur sur le plan de traitement chez plus des deux tiers des sujets ainsi que sur le devenir postchirurgical au niveau du contrôle des crises.

Localisation des aires cérébrales impliquées dans le rappel de mots : validation d’un protocole d’imagerie optique

Jusqu'à récemment, les patients souffrant d'épilepsie réfractaire aux traitements médicamenteux étaient destinés à un avenir incertain. Le recours à la chirurgie comme traitement alternatif offre l'espoir de mener un jour une vie normale. Pour déterminer si un patient peut bénéficier d’une intervention chirurgicale, une évaluation complète est cruciale. Les méthodes d’évaluation préchirurgicale ont connu des progrès importants au cours des dernières décennies avec le perfectionnement des techniques d’imagerie cérébrale. Parmi ces techniques, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), aussi connue sous le nom d’imagerie optique, présente de nombreux avantages (coût, mobilité du participant, résolution spatiale et temporelle, etc.). L’objectif principal de cette étude est de développer un protocole d'évaluation préchirurgicale de la mémoire. Une tâche de mémoire verbale incluant l’encodage, le rappel immédiat et le rappel différé de listes de mots a été administrée à dix adultes sains lors d’un enregistrement en imagerie optique. Les résultats obtenus suggèrent l’activation bilatérale des aires préfrontales antérieures et dorsolatérales ainsi que des aires temporales antérieures et moyennes. Les aires préfrontales et temporales antérieures semblent modulées par les différents processus mnésiques et la position du rappel dans le temps. La première fois qu’une liste est rappelée, l’activité hémodynamique est plus élevée que lors des rappels subséquents, et ce, davantage dans l’hémisphère gauche que dans l’hémisphère droit. Cette étude constitue la première étape dans le processus de validation du protocole à des fins cliniques auprès de patients épileptiques.

Impact d'un repas méditerranéen complet sur les fonctions métaboliques et endothéliales postprandiales en comparaison à un repas riche en acides gras saturés chez des hommes sains.

Contexte L’américanisation des habitudes de vie, notamment de l’alimentation, semble être en grande partie responsable de l’augmentation incessante de l’incidence élevée des maladies cardiovasculaires. La période postprandiale, où l’homéostasie vasculaire et métabolique est mise à l’épreuve, est d’une importance considérable dans le développement ou la prévention de l’athérosclérose et représente maintenant la majeure partie du temps d’éveil. La compréhension de l’influence de la composition d’un repas sur son impact postprandial est donc essentielle dans notre lutte dans la prévention de ces maladies. Objectifs L’objectif principal de ce projet de recherche était d’étudier les réponses endothéliale et métabolique à un repas de type méditerranéen mixte (MMM), puisqu’elles sont inconnues. Ce projet avait aussi pour objectifs d’évaluer l’impact microvasculaire d’un tel repas et de caractériser la composition postprandiale des acides gras plasmatiques. À titre comparatif, ces éléments ont aussi été étudiés suite à un repas riche en gras saturés (HSFAM). Méthodes Vingt-huit (28) hommes sains, exempts de facteurs de risque de maladies cardiovasculaires ont reçu de façon randomisée les deux repas à l’étude. Le MMM, composé de saumon frais et de légumes cuits dans l'huile d'olive, contenait 7.87g de SFA et 2.29g d’acides gras polyinsaturés oméga-3, tandis que le HSFAM, composé d'un sandwich déjeuner avec œuf, saucisse et fromage, contenait 14.78g de SFA. Les mesures de la fonction endothéliale mesurée par échographie brachiale (FMD), de la fonction microvasculaire mesurée par spectroscopie proche de l’infrarouge (NIRS) et de la composition des acides gras plasmatique ont été effectuées à jeun et en période postprandiale. Résultats Deux sous-groupes de répondeurs aux repas à l’étude se sont dégagés de ces travaux. Un premier sous-groupe de sujets ayant une triglycéridémie à jeun élevée, mais normale (hnTG) a démontré des altérations endothéliales seulement suivant le repas HSFAM. Un second sous-groupe de sujets ayant une triglycéridémie plus faible et normale (lnTG) n’a quant à lui pas subi d’altérations endothéliales suivant les deux repas à l’étude. Les sujets hnTG ont aussi démontré une charge triglycéridémique postprandiale (iAUC) plus importante et qui était de surcroît enrichie en acide stéarique suivant la HSFAM et en acide gras polyinsaturés oméga-3 suivant le MMM. L’évaluation par NIRS de la fonction microvasculaire nous révèle un ralentissement de la réoxygénation post-ischémique qui suggère une altération postprandiale du recrutement capillaire chez les sujets hnTG seulement. De telles altérations, qui semblent être plus importantes suivant le HSFAM, pourraient être en partie responsables de l’impact endothélial de ce repas. Conclusions Cet essai clinique démontre donc de façon novatrice qu’un repas MMM n’a pas d’effet endothélial délétère et que cette neutralité est indépendante de la triglycéridémie à jeun. De plus, une triglycéridémie à jeun élevée mais normale semble indiquer des dysfonctions endothéliales et métaboliques à des épreuves nutritionnelles tel un repas HSFAM. La consommation de repas méditerranéens par des individus sains à la triglycéridémie marginale serait bénéfique, peut-être même davantage que pour des individus de triglycéridémie plus faible, dans la prévention de l’athérogénèse et des maladies cardiovasculaires.

Hemodynamic changes during posterior epilepsies: an eeg-fnirs study

Posterior epilepsies are relatively rare, mainly suspected clinically by the presence of visual auras. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is an emerging non-invasive imaging technique that has the potential to monitor hemodynamic changes during epileptic activity. Combined with electroencephalography (EEG), 9 patients with posterior epilepsies were recorded using EEG-fNIRS with large sampling (19 EEG electrodes and over 100 fNIRS channels). Spikes and seizures were carefully marked on EEG traces, and convolved with a standard hemodynamic response function for general linear model (GLM) analysis. GLM results for seizures (in 3 patients) and spikes (7 patients) were broadly sensitive to the epileptic focus in 7/9 patients, and specific in 5/9 patients with fNIRS deoxyhemoglobin responses lateralized to the correct lobe, and to plausible locations within the occipital or parietal lobes. This work provides evidence that EEG-fNIRS is a sensitive technique for monitoring posterior epileptic activity.

Applying scanning electron microscopy for the ultrastructural and clinical analysis of periprosthetic capsules in implant-based breast reconstruction

La reconstruction en deux étapes par expanseur et implant est la technique la plus répandue pour la reconstruction mammmaire post mastectomie. La formation d’une capsule périprothétique est une réponse physiologique universelle à tout corps étranger présent dans le corps humain; par contre, la formation d’une capsule pathologique mène souvent à des complications et par conséquent à des résultats esthétiques sous-optimaux. Le microscope électronique à balayage (MEB) est un outil puissant qui permet d’effectuer une évaluation sans pareille de la topographie ultrastructurelle de spécimens. Le premier objectif de cette thèse est de comparer le MEB conventionnel (Hi-Vac) à une technologie plus récente, soit le MEB environnemental (ESEM), afin de déterminer si cette dernière mène à une évaluation supérieure des tissus capsulaires du sein. Le deuxième objectif est d‘appliquer la modalité de MEB supérieure et d’étudier les modifications ultrastructurelles des capsules périprothétiques chez les femmes subissant différents protocoles d’expansion de tissus dans le contexte de reconstruction mammaire prothétique. Deux études prospectives ont été réalisées afin de répondre à nos objectifs de recherche. Dix patientes ont été incluses dans la première, et 48 dans la seconde. La modalité Hi-Vac s’est avérée supérieure pour l’analyse compréhensive de tissus capsulaires mammaires. En employant le mode Hi-Vac dans notre protocole de recherche établi, un relief 3-D plus prononcé à été observé autour des expanseurs BIOCELL® dans le groupe d’approche d’intervention retardée (6 semaines). Des changements significatifs n’ont pas été observés au niveau des capsules SILTEX® dans les groupes d’approche d’intervention précoce (2 semaines) ni retardée.