Evaporative respiratory cooling augments pit organ thermal detection in rattlesnakes

Rattlesnakes use their facial pit organs to sense external thermal fluctuations. A temperature decrease in the heat-sensing membrane of the pit organ has the potential to enhance heat flux between their endothermic prey and the thermal sensors, affect the optimal functioning of thermal sensors in the pit membrane and reduce the formation of thermal ‘‘afterimages’’, improving thermal detection. We examined the potential for respiratory cooling to improve strike behaviour, capture, and consumption of endothermic prey in the South American rattlesnake, as behavioural indicators of thermal detection. Snakes with a higher degree of rostral cooling were more accurate during the strike, attacking warmer regions of their prey, and relocated and consumed their prey faster. These findings reveal that by cooling their pit organs, rattlesnakes increase their ability to detect endothermic prey; disabling the pit organs caused these differences to disappear. Rattlesnakes also modify the degree of rostral cooling by altering their breathing pattern in response to biologically relevant stimuli, such as a mouse odour. Our findings reveal that low humidity increases their ability to detect endothermic prey, suggesting that habitat and ambush sites election in the wild may be influenced by external humidity levels as well as temperature.

Study of the diffusion in polymer solutions and hydrogels by NMR spectroscopy and NMR imaging

Afin d'étudier la diffusion et la libération de molécules de tailles inférieures dans un gel polymère, les coefficients d'auto-diffusion d'une série de polymères en étoile avec un noyau d'acide cholique et quatre branches de poly(éthylène glycol) (PEG) ont été déterminés par spectroscopie RMN à gradient de champ pulsé dans des solutions aqueuses et des gels de poly(alcool vinylique). Les coefficients de diffusion obtenus ont été comparés avec ceux des PEGs linéaires et dendritiques pour étudier l'effet de l'architecture des polymères. Les polymères en étoile amphiphiles ont des profils de diffusion en fonction de la concentration similaires à leurs homologues linéaires dans le régime dilué. Ils diffusent plus lentement dans le régime semi-dilué en raison de leur noyau hydrophobe. Leurs conformations en solution ont été étudiées par des mesures de temps de relaxation spin-réseau T1 du noyau et des branches. L'imagerie RMN a été utilisée pour étudier le gonflement des comprimés polymères et la diffusion dans la matrice polymère. Les comprimés étaient constitués d'amidon à haute teneur en amylose et chargés avec de l'acétaminophène (de 10 à 40% en poids). Le gonflement des comprimés, ainsi que l'absorption et la diffusion de l'eau, augmentent avec la teneur en médicament, tandis que le pourcentage de libération du médicament est similaire pour tous les comprimés. Le gonflement in vitro des comprimés d'un complexe polyélectrolyte à base d'amidon carboxyméthylé et de chitosane a également été étudié par imagerie RMN. Ces comprimés sont sensibles au pH : ils gonflent beaucoup plus dans les milieux acides que dans les milieux neutres en raison de la dissociation des deux composants et de la protonation des chaînes du chitosane. La comparaison des résultats avec ceux d'amidon à haute teneur en amylose indique que les deux matrices ont des gonflements et des profils de libération du médicament semblables dans les milieux neutres, alors que les comprimés complexes gonflent plus dans les milieux acides en raison de la dissociation du chitosane et de l'amidon.

Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

The Role of Diffusion in ISOL Targets for the Production of Radioactive Ion Beams

On line isotope separation techniques (ISOL) for production of ion beams of short-lived radionuclides require fast separation of nuclear reaction products from irradiated target materials followed by a transfer into an ion source. As a first step in this transport chain the release of nuclear reaction products from refractory metals has been studied systematically and will be reviewed. High-energy protons (500 - 1000 MeV) produce a large number of radionuclides in irradiated materials via the nuclear reactions spallation, fission and fragmentation. Foils and powders of Re, W, Ta, Hf, Mo, Nb, Zr, Y, Ti and C were irradiated with protons (600 - 1000 MeV) at the Dubna synchrocyclotron, the CERN synchrocyclotron and at the CERN PS-booster to produce different nuclear reaction products. The main topic of the paper is the determination of diffusion coefficients of the nuclear reaction products in the target matrix, data evaluation and a systematic interpretation of the data. The influence of the ionic radius of the diffusing species and the lattice type of the host material used as matrix or target on the diffusion will be evaluated from these systematics. Special attention was directed to the release of group I, II and III-elements. Arrhenius plots lead to activation energies of the diffusion process.

Photoacoustic evaluation of the thermal effusivity in the isotropic phase of certain comb-shaped polymers

The thermal effusivity values in the isotropic phase of certain comb-shaped polymers have been evaluated for the first time using an open photoacoustic cell configuration. The compounds investigated have siloxane and acrylate backbone and they carry mesogenic groups in their side chain. The results indicate that the polymer chain length as well as the side chain length have pronounced influence on the thermal effusivity values in liquid crystalline polymers

Experimental investigation of optical limiting and thermal lensing in toluene solutions of C70

Optical limiting and thermal lensing studies are carried out in C70–toluene solutions. The measurements are performed using 9-ns pulses generated from a frequencydoubled Nd:YAG laser at 532 nm. Optical limiting studies in fullerene molecules lead to the conclusion that reverse saturable absorption is the major mechanism for limiting. Analysis of thermal lensing measurements showed a quadratic dependence of thermal lens signal on incident laser energy, which also supports the view that optical limiting in C70 arises due to sequential two-photon absorption via excited triplet state (reverse saturable absorption).

Pulsed photoacoustic technique to study nonlinear processes in liquids: Results in toluene

Pulsed photoacoustic measurements have been carried out in toluene at 532 nm wavelength using a Q-switched frequency doubled Nd:YAG laser. The variation of photoacoustic signal amplitude with incident laser power indicates that at lower laser powers one photon absorption takes place at this wavelength while a clear two photon absorption occurs in this liquid at higher laser powers. The studies made here demonstrate that pulsed photoacoustic technique is simple and effective for the investigation of multiphoton processes in liquids.

Study of Laser Ablation in Liquids Using Pulsed Photoacoustic Technique

Laser ablation processes in liquid benzene, toluene and carbon disulphide have been investigated by pulsed photoacoustic technique using 532 nm radiation from a frequency doubled Q-switched Nd:YAG laser. The nature of variation of photoacoustic signal amplitude with laser energy clearly indicates that different phenomena are involved in the generation of photoacoustic effect and these are discussed in detail. Our results suggest multiphoton induced photofragmentation as the most plausible interaction process occurring during laser ablation in these liquids.

Thermal Conduction in Polymeric Nanofluids and Nanosolids Controlled by Interfacial Scattering:Solutions to Some Selected Problems

Dept.of Instrumentation,Cochin University of Science and Technology

Studies on Thermal structure in the seas around in India

The thesis entitled Studies on Thermal Structure in the Seas Around India. An attempt is made in this study to document the observed variability of thermal structure, both on seasonal and short-term scales, in the eastern Arabian Sea and southwestern Bay of Bengal, from the spatial and time series data sets from a reasonably strong data base. The present study has certain limitations. The mean temperatures are based on an uneven distribution of data in space and time. Some of the areas, although having a ‘full annual coverage, do not have adequate data for some months. Some portions in the area under study are having data gaps. The consistency and the coherence in the internal wave characteristics could not be examined due to non-availability of adequate data sets. The influence of generating mechanisms; other than winds and tides on the observed internal wave fields could not be ascertained due to lack of data. However, a comprehensive and intensive data collection can overcome these limitations. The deployment of moored buoys with arrays of sensors at different depths at some important locations for about 5 to 10 years can provide intensive and extensive data sets. This strong data base can afford to address the short-term and seasonal variability of thermal field and understand in detail the individual and collective influences of various physical and dynamical mechanisms responsible for such variability.