962 resultados para Pattern-matching technique
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β-Galactosidases (EC 3.2.1.23) constitute a widespread family of enzymes characterized by their ability to hydrolyze terminal, nonreducing β-d-galactosyl residues from β-d-galactosides. Several β-galactosidases, sometimes referred to as exo-galactanases, have been purified from plants and shown to possess in vitro activity against extracted cell wall material via the release of galactose from wall polymers containing β(1→4)-d-galactan. Although β-galactosidase II, a protein present in tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) fruit during ripening and capable of degrading tomato fruit galactan, has been purified, cloning of the corresponding gene has been elusive. We report here the cloning of a cDNA, pTomβgal 4 (accession no. AF020390), corresponding to β-galactosidase II, and show that its corresponding gene is expressed during fruit ripening. Northern-blot analysis revealed that the β-galactosidase II gene transcript was detectable at the breaker stage of ripeness, maximum at the turning stage, and present at decreasing levels during the later stages of normal tomato fruit ripening. At the turning stage of ripeness, the transcript was present in all fruit tissues and was highest in the outermost tissues (including the peel). Confirmation that pTomβgal 4 codes for β-galactosidase II was derived from matching protein and deduced amino acid sequences. Furthermore, analysis of the deduced amino acid sequence of pTomβgal 4 suggested a high probability for secretion based on the presence of a hydrophobic leader sequence, a leader-sequence cleavage site, and three possible N-glycosylation sites. The predicted molecular mass and isoelectric point of the pTomβgal 4-encoded mature protein were similar to those reported for the purified β-galactosidase II protein from tomato fruit.
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By using a novel, extremely sensitive and specific gas chromatography-mass spectrometry technique we demonstrate in Pinus sylvestris (L.) trees the existence of a steep radial concentration gradient of the endogenous auxin, indole-3-acetic acid, over the lateral meristem responsible for the bulk of plant secondary growth, the vascular cambium. This is the first evidence that plant morphogens, such as indole-3-acetic acid, occur in concentration gradients over developing tissues. This finding gives evidence for a regulatory system in plants based on positional signaling, similar to animal systems.
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Riassunto La spettrometria di massa (MS) nata negli anni ’70 trova oggi, grazie alla tecnologia Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight (MALDI-TOF), importanti applicazioni in diversi settori: biotecnologico (per la caratterizzazione ed il controllo di qualità di proteine ricombinanti ed altre macromolecole), medico–clinico (per la diagnosi di laboratorio di malattie e per lo sviluppo di nuovi trattamenti terapeutici mirati), alimentare ed ambientale. Negli ultimi anni, questa tecnologia è diventata un potente strumento anche per la diagnosi di laboratorio in microbiologia clinica, rivoluzionando il flusso di lavoro per una rapida identificazione di batteri e funghi, sostituendo l’identificazione fenotipica convenzionale basata su saggi biochimici. Attualmente mediante MALDI-TOF MS sono possibili due diversi approcci per la caratterizzazione dei microrganismi: (1) confronto degli spettri (“mass spectra”) con banche dati contenenti profili di riferimento (“database fingerprints”) e (2) “matching” di bio-marcatori con banche dati proteomiche (“proteome database”). Recentemente, la tecnologia MALDI-TOF, oltre alla sua applicazione classica nell’identificazione di microrganismi, è stata utilizzata per individuare, indirettamente, meccanismi di resistenza agli antibiotici. Primo scopo di questo studio è stato verificare e dimostrare l’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF MS mediante approccio di comparazione degli spettri di differenti microrganismi di interesse medico per i quali l’identificazione risultava impossibile a causa della completa assenza o presenza limitata, di spettri di riferimento all’interno della banca dati commerciale associata allo strumento. In particolare, tale scopo è stato raggiunto per i batteri appartenenti a spirochete del genere Borrelia e Leptospira, a miceti filamentosi (dermatofiti) e protozoi (Trichomonas vaginalis). Secondo scopo di questo studio è stato valutare il secondo approccio identificativo basato sulla ricerca di specifici marcatori per differenziare parassiti intestinali di interesse medico per i quali non è disponibile una banca dati commerciale di riferimento e la sua creazione risulterebbe particolarmente difficile e complessa, a causa della complessità del materiale biologico di partenza analizzato e del terreno di coltura nei quali questi protozoi sono isolati. Terzo ed ultimo scopo di questo studio è stata la valutazione dell’applicabilità della spettrometria di massa con tecnologia MALDI-TOF per lo studio delle resistenze batteriche ai carbapenemi. In particolare, è stato messo a punto un saggio di idrolisi dei carbapenemi rilevata mediante MALDI-TOF MS in grado di determinare indirettamente la produzione di carbapenemasi in Enterobacteriaceae. L’efficacia identificativa della metodica MALDI-TOF mediante l’approccio di comparazione degli spettri è stata dimostrata in primo luogo per batteri appartenenti al genere Borrelia. La banca dati commerciale dello strumento MALDI-TOF MS in uso presso il nostro laboratorio includeva solo 3 spettri di riferimento appartenenti alle specie B. burgdorferi ss, B. spielmani e B. garinii. L’implementazione del “database” con specie diverse da quelle già presenti ha permesso di colmare le lacune identificative dovute alla mancanza di spettri di riferimento di alcune tra le specie di Borrelia più diffuse in Europa (B. afzelii) e nel mondo (come ad esempio B. hermsii, e B. japonica). Inoltre l’implementazione con spettri derivanti da ceppi di riferimento di specie già presenti nel “database” ha ulteriormente migliorato l’efficacia identificativa del sistema. Come atteso, il ceppo di isolamento clinico di B. lusitaniae (specie non presente nel “database”) è stato identificato solo a livello di genere corroborando, grazie all’assenza di mis-identificazione, la robustezza della “nuova” banca dati. I risultati ottenuti analizzando i profili proteici di ceppi di Borrelia spp. di isolamento clinico, dopo integrazione del “database” commerciale, indicano che la tecnologia MALDI-TOF potrebbe essere utilizzata come rapida, economica ed affidabile alternativa ai metodi attualmente utilizzati per identificare ceppi appartenenti a questo genere. Analogamente, per il genere Leptospira dopo la creazione ex-novo della banca dati “home-made”, costruita con i 20 spettri derivati dai 20 ceppi di riferimento utilizzati, è stata ottenuta una corretta identificazione a livello di specie degli stessi ceppi ri-analizzati in un esperimento indipendente condotto in doppio cieco. Il dendrogramma costruito con i 20 MSP-Spectra implementati nella banca dati è formato da due rami principali: il primo formato dalla specie non patogena L. biflexa e dalla specie a patogenicità intermedia L. fainei ed il secondo che raggruppa insieme le specie patogene L. interrogans, L. kirschneri, L. noguchii e L. borgpetersenii. Il secondo gruppo è ulteriormente suddiviso in due rami, contenenti rispettivamente L. borgpetersenii in uno e L. interrogans, L. kirschneri e L. noguchii nell’altro. Quest’ultimo, a sua volta, è suddiviso in due rami ulteriori: il primo comprendente la sola specie L. noguchii, il secondo le specie L. interrogans e L. kirshneri non separabili tra loro. Inoltre, il dendrogramma costruito con gli MSP-Spectra dei ceppi appartenenti ai generi Borrelia e Leptospira acquisiti in questo studio, e appartenenti al genere Brachyspira (implementati in un lavoro precedentemente condotto) mostra tre gruppi principali separati tra loro, uno per ogni genere, escludendo possibili mis-identificazioni tra i 3 differenti generi di spirochete. Un’analisi più approfondita dei profili proteici ottenuti dall’analisi ha mostrato piccole differenze per ceppi della stessa specie probabilmente dovute ai diversi pattern proteici dei distinti sierotipi, come confermato dalla successiva analisi statistica, che ha evidenziato picchi sierotipo-specifici. È stato, infatti, possibile mediante la creazione di un modello statistico dedicato ottenere un “pattern” di picchi discriminanti in grado di differenziare a livello di sierotipo sia i ceppi di L. interrogans sia i ceppi di L. borgpetersenii saggiati, rispettivamente. Tuttavia, non possiamo concludere che i picchi discriminanti da noi riportati siano universalmente in grado di identificare il sierotipo dei ceppi di L. interrogans ed L. borgpetersenii; i picchi trovati, infatti, sono il risultato di un’analisi condotta su uno specifico pannello di sierotipi. È stato quindi dimostrato che attuando piccoli cambiamenti nei parametri standardizzati come l’utilizzo di un modello statistico e di un programma dedicato applicato nella routine diagnostica è possibile utilizzare la spettrometria di massa MALDI-TOF per una rapida ed economica identificazione anche a livello di sierotipo. Questo può significativamente migliorare gli approcci correntemente utilizzati per monitorare l’insorgenza di focolai epidemici e per la sorveglianza degli agenti patogeni. Analogamente a quanto dimostrato per Borrelia e Leptospira, l’implementazione della banca dati dello spettrometro di massa con spettri di riferimento di miceti filamentosi (dermatofiti) si è rilevata di particolare importanza non solo per l’identificazione di tutte le specie circolanti nella nostra area ma anche per l’identificazione di specie la cui frequenza nel nostro Paese è in aumento a causa dei flussi migratori dalla zone endemiche (M. audouinii, T. violaceum e T. sudanense). Inoltre, l’aggiornamento del “database” ha consentito di superare la mis-identificazione dei ceppi appartenenti al complesso T. mentagrophytes (T. interdigitale e T. mentagrophytes) con T. tonsurans, riscontrata prima dell’implementazione della banca dati commerciale. Il dendrogramma ottenuto dai 24 spettri implementati appartenenti a 13 specie di dermatofiti ha rivelato raggruppamenti che riflettono quelli costruiti su base filogenetica. Sulla base dei risultati ottenuti mediante sequenziamento della porzione della regione ITS del genoma fungino non è stato possibile distinguere T. interdigitale e T. mentagrophytes, conseguentemente anche gli spettri di queste due specie presentavano picchi dello stesso peso molecoalre. Da sottolineare che il dendrogramma costruito con i 12 profili proteici già inclusi nel database commerciale e con i 24 inseriti nel nuovo database non riproduce l’albero filogenetico per alcune specie del genere Tricophyton: gli spettri MSP già presenti nel database e quelli aggiunti delle specie T. interdigitale e T. mentagrophytes raggruppano separatamente. Questo potrebbe spiegare le mis-identificazioni di T. interdigitale e T. mentagrophytes con T. tonsurans ottenute prima dell’implementazione del database. L’efficacia del sistema identificativo MALDI-TOF è stata anche dimostrata per microrganismi diversi da batteri e funghi per i quali la metodica originale è stata sviluppata. Sebbene tale sistema identificativo sia stato applicato con successo a Trichomonas vaginalis è stato necessario apportare modifiche nei parametri standard previsti per l’identificazione di batteri e funghi. Le interferenze riscontrate tra i profili proteici ottenuti per i due terreni utilizzati per la coltura di questo protozoo e per i ceppi di T. vaginalis hanno, infatti, reso necessario l’utilizzo di nuovi parametri per la creazione degli spettri di riferimento (MSP-Spectra). L’importanza dello sviluppo del nuovo metodo risiede nel fatto che è possibile identificare sulla base del profilo proteico (e non sulla base di singoli marcatori) microorganismi cresciuti su terreni complessi che potrebbero presentare picchi nell'intervallo di peso molecolare utilizzato a scopo identificativo: metaboliti, pigmenti e nutrienti presenti nel terreno possono interferire con il processo di cristallizzazione e portare ad un basso punteggio identificativo. Per T. vaginalis, in particolare, la “sottrazione” di picchi dovuti a molecole riconducibili al terreno di crescita utilizzato, è stata ottenuta escludendo dall'identificazione l'intervallo di peso molecolare compreso tra 3-6 kDa, permettendo la corretta identificazione di ceppi di isolamento clinico sulla base del profilo proteico. Tuttavia, l’elevata concentrazione di parassita richiesta (105 trofozoiti/ml) per una corretta identificazione, difficilmente ottenibile in vivo, ha impedito l’identificazione di ceppi di T. vaginalis direttamente in campioni clinici. L’approccio identificativo mediante individuazione di specifici marcatori proteici (secondo approccio identificativo) è stato provato ed adottato in questo studio per l’identificazione e la differenziazione di ceppi di Entamoeba histolytica (ameba patogena) ed Entamoeba dispar (ameba non patogena), specie morfologiacamente identiche e distinguibili solo mediante saggi molecolari (PCR) aventi come bersaglio il DNA-18S, che codifica per l’RNA della subunità ribosomiale minore. Lo sviluppo di tale applicazione ha consentito di superare l’impossibilità della creazione di una banca dati dedicata, a causa della complessità del materiale fecale di partenza e del terreno di coltura impiagato per l’isolamento, e di identificare 5 picchi proteici in grado di differenziare E. histolytica da E. dispar. In particolare, l’analisi statistica ha mostrato 2 picchi specifici per E. histolytica e 3 picchi specifici per E. dispar. L’assenza dei 5 picchi discriminanti trovati per E. histolytica e E. dispar nei profili dei 3 differenti terreni di coltura utilizzati in questo studio (terreno axenico LYI-S-2 e terreno di Robinson con e senza E. coli) permettono di considerare questi picchi buoni marcatori in grado di differenziare le due specie. La corrispondenza dei picchi con il PM di due specifiche proteine di E. histolytica depositate in letteratura (Amoebapore A e un “unknown putative protein” di E. histolytica ceppo di riferimento HM-1:IMSS-A) conferma la specificità dei picchi di E. histolytica identificati mediante analisi MALDI-TOF MS. Lo stesso riscontro non è stato possibile per i picchi di E. dispar in quanto nessuna proteina del PM di interesse è presente in GenBank. Tuttavia, va ricordato che non tutte le proteine E. dispar sono state ad oggi caratterizzate e depositate in letteratura. I 5 marcatori hanno permesso di differenziare 12 dei 13 ceppi isolati da campioni di feci e cresciuti in terreno di Robinson confermando i risultati ottenuti mediante saggio di Real-Time PCR. Per un solo ceppo di isolamento clinico di E. histolytica l’identificazione, confermata mediante sequenziamento della porzione 18S-rDNA, non è stata ottenuta mediante sistema MALDI-TOF MS in quanto non sono stati trovati né i picchi corrispondenti a E. histolytica né i picchi corrispondenti a E. dispar. Per questo ceppo è possibile ipotizzare la presenza di mutazioni geno/fenotipiche a livello delle proteine individuate come marcatori specifici per E. histolytica. Per confermare questa ipotesi sarebbe necessario analizzare un numero maggiore di ceppi di isolamento clinico con analogo profilo proteico. L’analisi condotta a diversi tempi di incubazione del campione di feci positivo per E. histolytica ed E. dipar ha mostrato il ritrovamento dei 5 picchi discriminanti solo dopo 12 ore dall’inoculo del campione nel terreno iniziale di Robinson. Questo risultato suggerisce la possibile applicazione del sistema MALDI-TOF MS per identificare ceppi di isolamento clinico di E. histolytica ed E. dipar nonostante la presenza di materiale fecale che materialmente può disturbare e rendere difficile l’interpretazione dello spettro ottenuto mediante analisi MALDI-TOF MS. Infine in questo studio è stata valutata l’applicabilità della tecnologia MALDI-TOF MS come saggio fenotipico rapido per la determinazione di ceppi produttori di carbapenemasi, verificando l'avvenuta idrolisi del meropenem (carbapeneme di riferimento utilizzato in questo studio) a contatto con i ceppi di riferimento e ceppi di isolamento clinico potenzialmente produttori di carbapenemasi dopo la messa a punto di un protocollo analitico dedicato. Il saggio di idrolisi del meropenem mediante MALDI-TOF MS ha dimostrato la presenza o l’assenza indiretta di carbapenemasi nei 3 ceppi di riferimento e nei 1219 (1185 Enterobacteriaceae e 34 non-Enterobacteriaceae) ceppi di isolamento clinico inclusi nello studio. Nessuna interferenza è stata riscontrata per i ceppi di Enterobacteriaceae variamente resistenti ai tre carbapenemi ma risultati non produttori di carbapenemasi mediante i saggi fenotipici comunemente impiegati nella diagnostica routinaria di laboratorio: nessuna idrolisi del farmaco è stata infatti osservata al saggio di idrolisi mediante MALDI-TOF MS. In un solo caso (ceppo di K. pneumoniae N°1135) è stato ottenuto un profilo anomalo in quanto presenti sia i picchi del farmaco intatto che quelli del farmaco idrolizzato. Per questo ceppo resistente ai tre carbapenemi saggiati, negativo ai saggi fenotipici per la presenza di carbapenemasi, è stata dimostrata la presenza del gene blaKPC mediante Real-Time PCR. Per questo ceppo si può ipotizzare la presenza di mutazioni a carico del gene blaKPC che sebbene non interferiscano con il suo rilevamento mediante PCR (Real-Time PCR positiva), potrebbero condizionare l’attività della proteina prodotta (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia negativi) riducendone la funzionalità come dimostrato, mediante analisi MALDI-TOF MS, dalla presenza dei picchi relativi sia all’idrolisi del farmaco sia dei picchi relativi al farmaco intatto. Questa ipotesi dovrebbe essere confermata mediante sequenziamento del gene blaKPC e successiva analisi strutturale della sequenza amminoacidica deducibile. L’utilizzo della tecnologia MALDI-TOF MS per la verifica dell’avvenuta idrolisi del maropenem è risultato un saggio fenotipico indiretto in grado di distinguere, al pari del test di Hodge modificato impiegato comunemente nella routine diagnostica in microbiologia, un ceppo produttore di carbapenemasi da un ceppo non produttore sia per scopi diagnostici che per la sorveglianza epidemiologica. L’impiego del MALDI-TOF MS ha mostrato, infatti, diversi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (Saggio di Hodge modificato e Test di Sinergia) impiegati nella routine diagnostica di laboratorio i quali richiedono personale esperto per l’interpretazione del risultato e lunghi tempi di esecuzione e di conseguenza di refertazione. La semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questa tecnica un metodo accurato e rapido. Inoltre, il metodo risulta conveniente dal punto di vista economico, con un costo totale stimato di 1,00 euro per ceppo analizzato. Tutte queste considerazioni pongono questa metodologia in posizione centrale in ambito microbiologico anche nel caso del rilevamento di ceppi produttori di carbapenemasi. Indipendentemente dall’approccio identificativo utilizzato, comparato con i metodi convenzionali il MALDI-TOF MS conferisce in molti casi un guadagno in termini di tempo di lavoro tecnico (procedura pre-analititca per la preparazione dei campioni) e di tempo di ottenimento dei risultati (procedura analitica automatizzata). Questo risparmio di tempo si accentua quando sono analizzati in contemporanea un maggior numero di isolati. Inoltre, la semplicità e la facilità richieste per la preparazione dei campioni e l’immediata acquisizione dei dati rendono questo un metodo di identificazione accurato e rapido risultando più conveniente anche dal punto di vista economico, con un costo totale di 0,50 euro (materiale consumabile) per ceppo analizzato. I risultati ottenuti dimostrano che la spettrometria di massa MALDI-TOF sta diventando uno strumento importante in microbiologia clinica e sperimentale, data l’elevata efficacia identificativa, grazie alla disponibilità sia di nuove banche dati commerciali sia di aggiornamenti delle stesse da parte di diversi utenti, e la possibilità di rilevare con successo anche se in modo indiretto le antibiotico-resistenze.
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Web transaction data between Web visitors and Web functionalities usually convey user task-oriented behavior pattern. Mining such type of click-stream data will lead to capture usage pattern information. Nowadays Web usage mining technique has become one of most widely used methods for Web recommendation, which customizes Web content to user-preferred style. Traditional techniques of Web usage mining, such as Web user session or Web page clustering, association rule and frequent navigational path mining can only discover usage pattern explicitly. They, however, cannot reveal the underlying navigational activities and identify the latent relationships that are associated with the patterns among Web users as well as Web pages. In this work, we propose a Web recommendation framework incorporating Web usage mining technique based on Probabilistic Latent Semantic Analysis (PLSA) model. The main advantages of this method are, not only to discover usage-based access pattern, but also to reveal the underlying latent factor as well. With the discovered user access pattern, we then present user more interested content via collaborative recommendation. To validate the effectiveness of proposed approach, we conduct experiments on real world datasets and make comparisons with some existing traditional techniques. The preliminary experimental results demonstrate the usability of the proposed approach.
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Support vector machines (SVMs) have recently emerged as a powerful technique for solving problems in pattern classification and regression. Best performance is obtained from the SVM its parameters have their values optimally set. In practice, good parameter settings are usually obtained by a lengthy process of trial and error. This paper describes the use of genetic algorithm to evolve these parameter settings for an application in mobile robotics.
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We have investigated the effect of ageing on the visual system using the relatively new technique of magentoencephalography (MEG). This technique measures the magnetic signals produced by the visual system using a SQUID magnetometer. The magnetic visual evoked field (VEF) was measured over the occipital cortex to pattern and flash stimuli in 86 normal subjects aged 15 - 86 years. Factors that influenced subject defocussing or defixating the stimulus or selective attention were controlled as far as possible. The latency of the major positive component to the pattern reversal stimulus (P100M) increased with age particularly after the age of 55 years while the amplitude of the P100M decreased over the life span. The latency of the major flash component (P2M) increased much more slowly with age, while its amplitude decreased in only a proportion of elderly subjects. Changes in the P100M with age may reflect senile changes in the eye and optic nerve, e.g. senile miosis or degenerative changes in the retina. The P2M may be more susceptible to senile changes in the retina. The data suggest that the spatial frequency channels deteriorate more rapidly with age than the luminance channels and that MEG may be an effective method of studying ageing in the visual system.
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This study characterizes the visually evoked magnetic response (VEMR) to pattern onset/offset stimuli, using a single channel BTi magnetometer. The influence of stimulus parameters and recording protocols on the VEMR is studied with inferences drawn about the nature of cortical processing, its origins and optimal recording strategies. Fundamental characteristics are examined, such as the behaviour of successive averaged and unaveraged responses; the effects of environmental shielding; averaging; inter- and intrasubject variability and equipment specificity. The effects of varying check size, field size, contrast and refractive error on latency, amplitude and topographic distribution are also presented. Latency and amplitude trends are consistent with previous VEP findings and known anatomical properties of the visual system. Topographic results are consistent with the activity of sources organised according to the cruciform model of striate cortex. A striate origin for the VEMR is also suggested by the results to quarter, octant and annulus field stimuli. Similarities in the behaviour and origins of the sources contributing to the CIIm and CIIIm onset peaks are presented for a number of stimulus conditions. This would be consistent with differing processing event in the same, or similar neuronal populations. Focal field stimuli produce less predictable responses than full or half fields, attributable to a reduced signal to noise ratio and an increased sensitivity to variations in cortical morphology. Problems with waveform peak identification are encountered for full field stimuli that can only be resolved by the careful choice of stimulus parameters, comparisons with half field responses or with reference to the topographic distribution of each waveform peak. An anatomical study of occipital lobe morphology revealed large inter- and intrasubject variation in calcarine fissure shape and striate cortex distribution. An appreciation of such variability is important for VEMR interpretation, due to the technique's sensitivity to source depth and orientation, and it is used to explain the experimental results obtained.
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A novel approach of normal ECG recognition based on scale-space signal representation is proposed. The approach utilizes curvature scale-space signal representation used to match visual objects shapes previously and dynamic programming algorithm for matching CSS representations of ECG signals. Extraction and matching processes are fast and experimental results show that the approach is quite robust for preliminary normal ECG recognition.
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We propose a novel template matching approach for the discrimination of handwritten and machine-printed text. We first pre-process the scanned document images by performing denoising, circles/lines exclusion and word-block level segmentation. We then align and match characters in a flexible sized gallery with the segmented regions, using parallelised normalised cross-correlation. The experimental results over the Pattern Recognition & Image Analysis Research Lab-Natural History Museum (PRImA-NHM) dataset show remarkably high robustness of the algorithm in classifying cluttered, occluded and noisy samples, in addition to those with significant high missing data. The algorithm, which gives 84.0% classification rate with false positive rate 0.16 over the dataset, does not require training samples and generates compelling results as opposed to the training-based approaches, which have used the same benchmark.
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The current mobile networks don't offer sufficient data rates to support multimedia intensive applications in development for multifunctional mobile devices. Ultra wideband (UWB) wireless technology is being considered as the solution to overcome data rate bottlenecks in the current mobile networks. UWB is able to achieve such high data transmission rates because it transmits data over a very large chunk of the frequency spectrum. As currently approved by the U.S. Federal Communication Commission it utilizes 7.5 GHz of spectrum between 3.1 GHz and 10.6 GHz. ^ Successful transmission and reception of information data using UWB wireless technology in mobile devices, requires an antenna that has linear phase, low dispersion and a voltage standing wave ratio (VSWR) ≤ 2 throughout the entire frequency band. Compatibility with an integrated circuit requires an unobtrusive and electrically small design. The previous techniques that have been used to optimize the performance of UWB wireless systems, involve proper design of source pulses for optimal UWB performance. The goal of this work is directed towards the designing of antennas for personal communication devices, with optimal UWB bandwidth performance. Several techniques are proposed for optimal UWB bandwidth performance of the UWB antenna designs in this Ph.D. dissertation. ^ This Ph.D. dissertation presents novel UWB antenna designs for personal communication devices that have been characterized and optimized using the finite difference time domain (FDTD) technique. The antenna designs reported in this research are physically compact, planar for low profile use, with sufficient impedance bandwidth (>20%), antenna input impedance of 50-Ω, and an omni-directional (±1.5 dB) radiation pattern in the operating bandwidth. ^
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We address the relative importance of nutrient availability in relation to other physical and biological factors in determining plant community assemblages around Everglades Tree Islands (Everglades National Park, Florida, USA). We carried out a one-time survey of elevation, soil, water level and vegetation structure and composition at 138 plots located along transects in three tree islands in the Park’s major drainage basin. We used an RDA variance partitioning technique to assess the relative importance of nutrient availability (soil N and P) and other factors in explaining herb and tree assemblages of tree island tail and surrounded marshes. The upland areas of the tree islands accumulate P and show low N concentration, producing a strong island-wide gradient in soil N:P ratio. While soil N:P ratio plays a significant role in determining herb layer and tree layer community assemblage in tree island tails, nevertheless part of its variance is shared with hydrology. The total species variance explained by the predictors is very low. We define a strong gradient in nutrient availability (soil N:P ratio) closely related to hydrology. Hydrology and nutrient availability are both factors influencing community assemblages around tree islands, nevertheless both seem to be acting together and in a complex mechanism. Future research should be focused on segregating these two factors in order to determine whether nutrient leaching from tree islands is a factor determining community assemblages and local landscape pattern in the Everglades, and how this process might be affected by water management.
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Significant improvements have been made in estimating gross primary production (GPP), ecosystem respiration (R), and net ecosystem production (NEP) from diel, “free-water” changes in dissolved oxygen (DO). Here we evaluate some of the assumptions and uncertainties that are still embedded in the technique and provide guidelines on how to estimate reliable metabolic rates from high-frequency sonde data. True whole-system estimates are often not obtained because measurements reflect an unknown zone of influence which varies over space and time. A minimum logging frequency of 30 min was sufficient to capture metabolism at the daily time scale. Higher sampling frequencies capture additional pattern in the DO data, primarily related to physical mixing. Causes behind the often large daily variability are discussed and evaluated for an oligotrophic and a eutrophic lake. Despite a 3-fold higher day-to-day variability in absolute GPP rates in the eutrophic lake, both lakes required at least 3 sonde days per week for GPP estimates to be within 20% of the weekly average. A sensitivity analysis evaluated uncertainties associated with DO measurements, piston velocity (k), and the assumption that daytime R equals nighttime R. In low productivity lakes, uncertainty in DO measurements and piston velocity strongly impacts R but has no effect on GPP or NEP. Lack of accounting for higher R during the day underestimates R and GPP but has no effect on NEP. We finally provide suggestions for future research to improve the technique.
Drying kinetic analysis of municipal solid waste using modified page model and pattern search method
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This work studied the drying kinetics of the organic fractions of municipal solid waste (MSW) samples with different initial moisture contents and presented a new method for determination of drying kinetic parameters. A series of drying experiments at different temperatures were performed by using a thermogravimetric technique. Based on the modified Page drying model and the general pattern search method, a new drying kinetic method was developed using multiple isothermal drying curves simultaneously. The new method fitted the experimental data more accurately than the traditional method. Drying kinetic behaviors under extrapolated conditions were also predicted and validated. The new method indicated that the drying activation energies for the samples with initial moisture contents of 31.1 and 17.2 % on wet basis were 25.97 and 24.73 kJ mol−1. These results are useful for drying process simulation and industrial dryer design. This new method can be also applied to determine the drying parameters of other materials with high reliability.
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With the popularization of GPS-enabled devices such as mobile phones, location data are becoming available at an unprecedented scale. The locations may be collected from many different sources such as vehicles moving around a city, user check-ins in social networks, and geo-tagged micro-blogging photos or messages. Besides the longitude and latitude, each location record may also have a timestamp and additional information such as the name of the location. Time-ordered sequences of these locations form trajectories, which together contain useful high-level information about people's movement patterns.
The first part of this thesis focuses on a few geometric problems motivated by the matching and clustering of trajectories. We first give a new algorithm for computing a matching between a pair of curves under existing models such as dynamic time warping (DTW). The algorithm is more efficient than standard dynamic programming algorithms both theoretically and practically. We then propose a new matching model for trajectories that avoids the drawbacks of existing models. For trajectory clustering, we present an algorithm that computes clusters of subtrajectories, which correspond to common movement patterns. We also consider trajectories of check-ins, and propose a statistical generative model, which identifies check-in clusters as well as the transition patterns between the clusters.
The second part of the thesis considers the problem of covering shortest paths in a road network, motivated by an EV charging station placement problem. More specifically, a subset of vertices in the road network are selected to place charging stations so that every shortest path contains enough charging stations and can be traveled by an EV without draining the battery. We first introduce a general technique for the geometric set cover problem. This technique leads to near-linear-time approximation algorithms, which are the state-of-the-art algorithms for this problem in either running time or approximation ratio. We then use this technique to develop a near-linear-time algorithm for this
shortest-path cover problem.
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This thesis details the top-down fabrication of nanostructures on Si and Ge substrates by electron beam lithography (EBL). Various polymeric resist materials were used to create nanopatterns by EBL and Chapter 1 discusses the development characteristics of these resists. Chapter 3 describes the processing parameters, resolution and topographical and structural changes of a new EBL resist known as ‘SML’. A comparison between SML and the standard resists PMMA and ZEP520A was undertaken to determine the suitability of SML as an EBL resist. It was established that SML is capable of high-resolution patterning and showed good pattern transfer capabilities. Germanium is a desirable material for use in microelectronic applications due to a number of superior qualities over silicon. EBL patterning of Ge with high-resolution hydrogen silsesquioxane (HSQ) resist is however difficult due to the presence of native surface oxides. Thus, to combat this problem a new technique for passivating Ge surfaces prior to EBL processes is detailed in Chapter 4. The surface passivation was carried out using simple acids like citric acid and acetic acid. The acids were gentle on the surface and enabled the formation of high-resolution arrays of Ge nanowires using HSQ resist. Chapter 5 details the directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) on EBL patterned Si and, for the very first time, Ge surfaces. DSA of BCPs on template substrates is a promising technology for high volume and cost effective nanofabrication. The BCP employed for this study was poly (styrene-b-ethylene oxide) and the substrates were pre-defined by HSQ templates produced by EBL. The DSA technique resulted into pattern rectification (ordering in BCP) and in pattern multiplication within smaller areas.