Speed of reaction-transport processes

We present an approach to determining the speed of wave-front solutions to reaction-transport processes. This method is more accurate than previous ones. This is explicitly shown for several cases of practical interest: (i) the anomalous diffusion reaction, (ii) reaction diffusion in an advective field, and (iii) time-delayed reaction diffusion. There is good agreement with the results of numerical simulations

Radiological detection of dissolved cocaine

Introduction: Smuggling dissolved drugs, especially cocaine, in bottled liquids is a problem at borders nowadays. Common fluoroscopy of packages at the border cannot detect contaminated liquids. To find a dissolved drug, an immunological test using a drug-test panel has to be performed. This means that a control sample of the cargo must be opened to perform the test. As it is not possible to open all boxes, and as smugglers hide the drugcontaining boxes between regularly filled boxes, contaminated cargos can be overlooked. Investigators sometimes cannot perform the drug-test panel because they try not to arouse the smugglers' suspicion in order to follow the cargo and to find the recipient. Aims: The objective of our studies was to define non-invasive examination techniques to investigate cargos that are suspicions to contain dissolved cocaine without leaving traces on the samples. We examined vessels containing cocaine by radiological cross-section techniques such as multidetector computed tomography (MDCT) and magnetic resonance spectroscopy (MRS). Methods: In a previous study, we examined bottles of wine containing dissolved cocaine in different quantities using an MDCT unit. To distinguish between bottles containing red wine and those where cocaine was solved in the wine, cross sectional 2D-images have been reconstructed and the absorption of X-rays was quantified by measuring the mean density of the liquid inside the bottles. In our new study, we investigated phantoms containing cocaine dissolved in water with or without ethanol as well as cocaine dissolved in different sorts of commercially available wine by the use of a clinical magnetic resonance unit (3 tesla). To find out if dissolved cocaine could be detected, magnetic resonance spectroscopy (1H MRS) was performed. Results: By using a MDCT-unit and measuring the mean attenuation of X-rays, it is possible to distinguish weather substances are dissolved in a liquid or not, if a comparative liquid without any solutions is available. The increase of the mean density indicates the presence of dissolved substances without the possibility to identify the substance. By using magnetic resonance spectroscopy, dissolved cocaine can be clearly identified because it produces distinctive resonances in the spectrum. In contrast to MDCT, this technique shows a high sensitivity (detection of 1 mM cocaine in wine). Conclusions: Cross-sectional imaging techniques such as MDCT and MRS appropriated to examine cargos that are suspicious to contain dissolved cocaine. They allow to perform non-invasive investigations without leaving any trace on the cargo. While an MDCT scan can detect dissolved substances in liquids, identification of cocaine can be obtained by MR-spectroscopy. Acknowledgment: This work was supported by the Centre d'Imagerie BioMédicale (CIBM) of the University of Lausanne (UNIL), the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL), the University of Geneva (UniGe), the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV), the Hôpitaux Universitaire de Genève (HUG) and the Leenaards and the Jeantet Foundations.

CT-guided cervical foraminal injection: Is a direct foraminal approach still necessary?

Purpose: Cervical foraminal injection performed with a direct foraminal approach may induce serious neurologic complications. We describe a technique of CT-guided cervical facet joint (CFJ) injection as an indirect foraminal injection, including feasibility and diffusion pathways of the contrast agent. Methods and materials: Retrospective study included 84 punctures in 65 consecutive patients presenting neck pain and/or radiculopathy related to osteoarthritis or soft disc herniation. CT images were obtained from C2 to T1 in supine position, with a metallic landmark on the skin. CFJ punctures were performed by MSK senior radiologists with a lateral approach. CT control of the CFJ opacification was performed after injections of contrast agent (1 ml), followed by slow-acting corticosteroid (25 mg). CFJ opacification was considered as successful when joint space and/or capsular recess opacification occurred. The diffusion of contrast agent in foraminal and epidural spaces was recorded. We assessed the epidural diffusion both on axial and sagittal images, with a classification in two groups (small diffusion or large diffusion). Results: CFJ opacification was successful in 82% (69/84). An epidural and/or foraminal opacification was obtained in 74% (51/69). A foraminal opacification occurred in 92% (47/51) and an epidural opacification in 63% (32/51), with small diffusion in 47% (15/32) and large diffusion in 53% (17/32). No complication occurred. Conclusion: CT- guided CFJ injection is easy to perform and safe. It is most often successful, with a frequent epidural and/or foraminal diffusion of the contrast agent. This technique could be an interesting and safe alternative to foraminal cervical injection.

X-Ray Diffraction Studies of Soils and Soil Stabilizers, HR-106, 1965

The two goals of this project stated in the Proposal were: (1) study lime diffusion in clayey soils, and (2) find the role of MgO in soil-dolomitic lime stabilization. Because of the practice significance of these goals we temporarily overstaffed this project, giving somewhat a "crash" program. As a result, proposed work was finished up early (as were the funds), and more important, some of the findings were early enough and of sufficient merit to put into field trials in the Fall of 1964. The work now being completed and the funds all being expended, this Final Report is therefore submitted before the anticipated project termination date.

Potassium supply to cotton roots as affected by potassium fertilization and liming

Cotton (Gossypium hirsutum) is known to have a high requirement for K and to be very sensitive to low soil pH. Most of K reaches plant roots by diffusion in the soil. As K interacts with Ca and Mg, liming can interfere in K movement in the soil, affecting eventually the plant nutrition. The objective of this work was to study the effect of dolomitic lime and 0, 15, 30, 45 and 60 g kg-1 of K on the supply of K to cotton roots. Cotton plants were grown up to 40 days in 5 L pots containing a Dark Red Latosol (Typic Haplusthox) with 68% and 16% of sand and clay, respectively. There was an increase in dry matter yields and in K accumulation due to K fertilization. Root interception of soil K was also increased by K application, but was not affected by lime. Mass flow and diffusion increased linearly with K levels up to 60 mg kg-1, in pots with lime. In pots without lime the amount of K reaching the roots by diffusion increased up to 45 mg kg-1, but decreased at the highest K level. Accordingly, there was more K reaching the roots through mass flow at the highest K level. This happened because there were more fine roots in pots without lime, at the highest K level. As the roots grew closer, there was a stronger root competition leading to a decrease in the amount of K diffused to cotton roots.

Time-delayed fronts from biased random walks

We generalize a previous model of time-delayed reaction–diffusion fronts (Fort and Méndez 1999 Phys. Rev. Lett. 82 867) to allow for a bias in the microscopic random walk of particles or individuals. We also present a second model which takes the time order of events (diffusion and reproduction) into account. As an example, we apply them to the human invasion front across the USA in the 19th century. The corrections relative to the previous model are substantial. Our results are relevant to physical and biological systems with anisotropic fronts, including particle diffusion in disordered lattices, population invasions, the spread of epidemics, etc

Fusion weld metal solidification:Continuum from weld interface to centerline

We present a brief résumé of the history of solidification research and key factors affecting the solidification of fusion welds. There is a general agreement of the basic solidification theory, albeit differing - even confusing - nomenclatures do exist, and Cases 2 and 3 (the Chalmers' basic boundary conditions for solidification, categorized by Savage as Cases) are variably emphasized. Model Frame, a tool helping to model the continuum of fusion weld solidification from start to end, is proposed. It incorporates the general solidification models, of which the pertinent ones are selected for the actual modeling. The basic models are the main solidification Cases 1…4. These discrete Cases are joined with Sub-Cases: models of Pfann, Flemings and others, bringing needed Sub-Case variables into the model. Model Frame depicts a grain growing from the weld interface to its centerline. Besides modeling, the Model Frame supports education and academic debate. The new mathematical modeling techniques will extend its use into multi-dimensional modeling, introducing new variables and increasing the modeling accuracy. We propose a model: melting/solidification-model (M/S-model) - predicting the solute profile at the start of the solidification of a fusion weld. This Case 3-based Sub-Case takes into account the melting stage, the solute back-diffusion in the solid, and the growth rate acceleration typical to fusion welds. We propose - based on works of Rutter & Chalmers, David & Vitek and our experimental results on copper - that NEGS-EGS-transition is not associated only with cellular-dendritic-transition. Solidification is studied experimentally on pure and doped copper with welding speed range from 0 to 200 cm/min, with one test at 3000 cm/min. Found were only planar and cellular structures, no dendrites - columnar or equiaxed. Cell sub structures: rows of cubic elements we call "cubelettes", "cell-bands" and "micro-cells", as well as an anomalous crack morphology "crack-eye", were detected, as well as microscopic hot crack nucleus we call "grain-lag cracks", caused by a grain slightly lagging behind its neighbors in arrival to the weld centerline. Varestraint test and R-test revealed a change of crack morphologies from centerline cracks to grainand cell boundary cracks with an increasing welding speed. High speed made the cracks invisible to bare eye and hardly detectable with light microscope, while electron microscope often revealed networks of fine micro-cracks.

Description of diffusive and propagative behavior on fractals

The known properties of diffusion on fractals are reviewed in order to give a general outlook of these dynamic processes. After that, we propose a description developed in the context of the intrinsic metric of fractals, which leads us to a differential equation able to describe diffusion in real fractals in the asymptotic regime. We show that our approach has a stronger physical justification than previous works on this field. The most important result we present is the introduction of a dependence on time and space for the conductivity in fractals, which is deduced by scaling arguments and supported by computer simulations. Finally, the diffusion equation is used to introduce the possibility of reaction-diffusion processes on fractals and analyze their properties. Specifically, an analytic expression for the speed of the corresponding travelling fronts, which can be of great interest for application purposes, is derived

Composição química e atividade biológica de extrato oleoso de própolis: uma alternativa ao extrato etanólico

Propolis is mostly used as hydroalcoholic extract. Recently there has been a growing number of patents dealing with new solvents for preparing propolis extracts. This study aimed to prepare edible oil propolis extracts and compare their chemical composition and biological activity with ethanolic propolis extracts. ESI-MS and spectrophotometric methods were used for qualitative and quantitative analyses, respectively. Antibacterial activity was evaluated by diffusion in agar. Cytotoxicity was tested by MTT assay using tumor cell lines. The oil is able to extract bioactive compounds from propolis. Further studies are needed to improve extraction efficiency and to characterize the active components.

Detection of Pathologic Changes Following Traumatic Brain Injury Using Magnetic Resonance Imaging

Background: Approximately two percent of Finns have sequels after traumatic brain injury (TBI), and many TBI patients are young or middle-aged. The high rate of unemployment after TBI has major economic consequences for society, and traumatic brain injury often has remarkable personal consequences, as well. Structural imaging is often needed to support the clinical TBI diagnosis. Accurate early diagnosis is essential for successful rehabilition and, thus, may also influence the patient’s outcome. Traumatic axonal injury and cortical contusions constitute the majority of traumatic brain lesions. Several studies have shown magnetic resonance imaging (MRI) to be superior to computed tomography (CT) in the detection of these lesions. However, traumatic brain injury often leads to persistent symptoms even in cases with few or no findings in conventional MRI. Aims and methods: The aim of this prospective study was to clarify the role of conventional MRI in the imaging of traumatic brain injury, and to investigate how to improve the radiologic diagnostics of TBI by using more modern diffusion-weighted imaging (DWI) and diffusion tensor imaging (DTI) techniques. We estimated, in a longitudinal study, the visibility of the contusions and other intraparenchymal lesions in conventional MRI at one week and one year after TBI. We used DWI-based measurements to look for changes in the diffusivity of the normal-appearing brain in a case-control study. DTI-based tractography was used in a case-control study to evaluate changes in the volume, diffusivity, and anisotropy of the long association tracts in symptomatic TBI patients with no visible signs of intracranial or intraparenchymal abnormalities on routine MRI. We further studied the reproducibility of different tools to identify and measure white-matter tracts by using a DTI sequence suitable for clinical protocols. Results: Both the number and extent of visible traumatic lesions on conventional MRI diminished significantly with time. Slightly increased diffusion in the normal-appearing brain was a common finding at one week after TBI, but it was not significantly associated with the injury severity. Fractional anisotropy values, that represent the integrity of the white-matter tracts, were significantly diminished in several tracts in TBI patients compared to the control subjects. Compared to the cross-sectional ROI method, the tract-based analyses had better reproducibility to identify and measure white-matter tracts of interest by means of DTI tractography. Conclusions: As conventional MRI is still applied in clinical practice, it should be carried out soon after the injury, at least in symptomatic patients with negative CT scan. DWI-related brain diffusivity measurements may be used to improve the documenting of TBI. DTI tractography can be used to improve radiologic diagnostics in a symptomatic TBI sub-population with no findings on conventional MRI. Reproducibility of different tools to quantify fibre tracts vary considerably, which should be taken into consideration in the clinical DTI applications.

Réécriture des récits bibliques dans les proses du Graal au XIIIe siècle

Ce mémoire présente les résultats et la réflexion d’une recherche qui avait pour but d’analyser les liens entre la Bible médiévale et les romans du Graal écrits au XIIIe siècle. À cet effet, nous avons eu recours aux paraphrases et aux traductions bibliques en prose écrites en ancien français afin de montrer comment les romans à l’étude réécrivaient l’héritage biblique qu’ils comportaient. Le mémoire s’articule en trois chapitres. Le premier chapitre présente les corpus principal et secondaire et en les mettant en contexte. Ce chapitre traite également de la Bible au Moyen Âge, c’est-à-dire de son statut et de sa diffusion dans la société. Le deuxième chapitre s’attache à l’analyse des réécritures bibliques présentes dans le corpus principal en traitant les questions de l’allégorie et de l’exégèse et en analysant la Légende de l’Arbre de Vie. Enfin, le troisième chapitre étudie la mise en récit du rêve comme processus d’écriture commun à la Bible et aux romans du Graal. Cette recherche montre comment les auteurs médiévaux reprennent non seulement les récits de la Bible, mais aussi ses procédés d’écriture. Cette dynamique de reprise permet également de voir comment les textes traitent la matière biblique dans le développement spécifique du roman du Graal, en s’intéressant particulièrement au phénomène de christianisation du roman.

Étude de l'influence de la perte de masse sur l'évolution d'étoiles de plusieurs types

Cette thèse a été réalisée en cotutelle. Pour la forme, Gérard Jasniewicz était mon codirecteur 'officiel' en France, bien que mon codirecteur était plutôt Olivier Richard qui m'a encadré lorsque j'étais en France.

Amélioration de la résistance à l'hypoxie des îlots de Langerhans microencapsulés par l’utilisation d’agrégats de cellules dispersées

La transplantation d’îlots de Langerhans microencapsulés est un traitement prometteur du diabète de type 1. La microcapsule protège l’îlot du système immunitaire, tout en permettant la diffusion de petites molécules. Comme la microcapsule empêche la revascularisation des îlots, leur oxygénation se fait par diffusion d’oxygène et ils sont exposés à l’hypoxie. Le manque d’oxygène est un facteur limitant dans la survie des îlots microencapsulés. Il est connu que les plus petits îlots sont plus résistant à l’hypoxie à cause d’une meilleure diffusion de l’oxygène. À cette fin, les agrégats de cellules dispersées d’îlots seront étudiés. Lorsque les cellules des îlots sont dispersées, elles ont la propriété de se ré-assembler dans une structure semblable à celle des îlots. La présente étude a permis de mettre au point une technique de formation des agrégats, de les caractériser et de comparer la résistance à l’hypoxie des îlots et des agrégats. Ceux-ci ont une structure semblable aux îlots et ils sont de plus petite taille. Pour cette raison, ils sont plus viables après un choc hypoxique tout en renversant efficacement l’hyperglycémie de souris diabétiques. Les agrégats sont une alternative intéressante pour la transplantation d’îlots microencapsulés puisque leur oxygénation est plus efficace.

Préparations de docosanol nanoformulées pour usage topique

La réduction de la taille des particules jusqu’à l’obtention de nanocristaux est l’une des approches utilisées afin d’améliorer la pénétration cutanée des médicaments à usage topique. Nous proposons que la fabrication d’une formulation semi solide (hydrogel) à base de nanosuspension de docosanol, aboutira à une diffusion du principe actif supérieure à celle du produit commercial Abreva®, à travers des membranes synthétiques de polycarbonates. Le broyage humide est la technique proposée pour la production des nanoparticules de docosanol. Nous proposons aussi la préparation d’une formulation semi-solide (hydrogel) à usage topique à partir de la nanosuspension de docosanol. La nanosuspension de docosanol est obtenue par dispersion du docosanol en solution aqueuse en présence du polymère stabilisant hydroxypropylcellulose (HPC) et du surfactant laurylsulfate de sodium (SDS) suivi d’un broyage humide à faible ou à haute énergie. L’hydrogel de docosanol nanoformulé est préparé à l’aide de la nanosuspension de docosanol qui subit une gélification par le carbopol Ultrez 21 sous agitation mécanique suivie d’une neutralisation au triéthanolamine TEA. La taille des particules de la nanosuspension et de l’hydrogel a été déterminée par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Une méthode analytique de chromatographie liquide à haute performance (HPLC) munie d’un détecteur évaporatif (ELSD) a été développée et validée pour évaluer la teneur de docosanol dans les préparations liquides, dans les différentes nanosuspensions et dans les hydrogels de docosanol. L’état de cristallinité des nanocristaux dans la nanosuspension et dans l’hydrogel a été étudié par calorimétrie différentielle à balayage. La morphologie de la nanosuspension et de l’hydrogel de docosanol a été examinée par microscopie électronique à balayage (MEB). Les propriétés rhéologiques et de stabilité physique à différentes températures ont été aussi étudiées pour la formulation semi-solide (hydrogel). De même, la libération in vitro du docosanol contenu dans l’hydrogel et dans le produit commercial Abreva® a été étudiée à travers deux membranes de polycarbonates de taille de pores 400 et 800 nm. Dans le cas de nanosuspensions, des cristaux de docosanol de taille nanométrique ont été produits avec succès par broyage humide. Les nanoparticules de tailles variant de 197 nm à 312 nm ont été produites pour des pourcentages différents en docosanol, en polymère HPC et en surfactant SDS. Après lyophilisation, une augmentation de la taille dépendant de la composition de la formulation a été observée tout en restant dans la gamme nanométrique pour la totalité presque des formulations étudiées. Dans le cas des hydrogels examinés, la taille moyenne des particules de docosanol est maintenue dans la gamme nanométrique avant et après lyophilisation. L’analyse thermique des mélanges physiques, des nanosuspensions et des hydrogels de docosanol a révélé la conservation de l’état de cristallinité des nanocristaux de docosanol après broyage et aussi après gélification. L’examen par microscopie électronique à balayage (MEB) a montré que la nanosuspension et l’hydrogel ont tous deux une morphologie régulière et les nanoparticules ont une forme sphérique. De plus les nanoparticules de la nanosuspension ont presque la même taille inférieure à 300 nm en accord avec le résultat obtenu par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Les nanoparticules de l’hydrogel ont une légère augmentation de taille par rapport à celle de la nanosuspension, ce qui est en accord avec les mesures de DLS. D’après les mesures rhéologiques, l’hydrogel de docosanol a un comportement pseudoplastique et un faible degré de thixotropie. L’étude de stabilité physique a montré que les formulations d’hydrogel sont stables à basse température (5°C) et à température ambiante (21°C) pendant une période d’incubation de 13 semaines et instable au-delà de 30°C après deux semaines. La méthode HPLC-ELSD a révélé des teneurs en docosanol comprises entre 90% et 110% dans le cas des nanosuspensions et aux alentours de 100% dans le cas de l’hydrogel. L’essai de diffusion in vitro a montré qu’il y a diffusion de docosanol de l’hydrogel à travers les membranes de polycarbonates, qui est plus marquée pour celle de pore 800 nm, tandis que celui du produit commercial Abreva® ne diffuse pas. Le broyage humide est une technique bien adaptée pour la préparation des nanosuspensions docosanol. Ces nanosuspensions peuvent être utilisée comme base pour la préparation de l’hydrogel de docosanol nanoformulé.

Caractérisation et évaluation de textiles antifongiques

Hypothèse: L’impression sur textile d’une formulation de microparticules lipidiques avec un principe actif (éconazole nitrate) permet de conserver ou d’améliorer son activité pharmaceutique ex vivo et in vitro. Méthode: Une formulation de microparticules d’éconazole nitrate (ECN) a été formulée par homogénéisation à haut cisaillement, puis imprimée sur un textile LayaTM par une méthode de sérigraphie. La taille des microparticules, la température de fusion des microparticules sur textile et la teneur en éconazole du tissu ont été déterminées. La stabilité de la formulation a été suivie pendant 4 mois à 25°C avec 65% humidité résiduelle (RH). L’activité in vitro des textiles pharmaceutiques a été mesurée et comparée à la formulation commerciale 1% éconazole nitrate (w/w) sur plusieurs espèces de champignons dont le C. albicans, C. glabrata, C. kefyr, C. luminisitae, T. mentagrophytes et T. rubrum. La thermosensibilité des formulations a été étudiée par des tests de diffusion in vitro en cellules de Franz. L’absorption cutanée de l’éconazole a été évaluée ex vivo sur la peau de cochon. Résultats: Les microparticules d’éconazole avaient des tailles de 3.5±0.1 μm. La température de fusion était de 34.8°C. La thermosensibilité a été déterminée par un relargage deux fois supérieur à 32°C comparés à 22°C sur 6 heures. Les textiles ont présenté une teneur stable pendant 4 mois. Les textiles d’ECN in vitro ont démontré une activité similaire à la formulation commerciale sur toutes ii espèces de Candida testées, ainsi qu’une bonne activité contre les dermatophytes. La diffusion sur peau de cochon a démontré une accumulation supérieure dans le stratum corneum de la formulation textile par rapport à la formulation Pevaryl® à 1% ECN. La thermo-sensibilité de la formulation a permis un relargage sélectif au contact de la peau, tout en assurant une bonne conservation à température ambiante.