Differentiated chemical reactivity of nanoparticles toward DTT

RATIONALE: Induction of oxidative stress and impairment of the antioxidant defense are considered important biological responses following nanoparticle (NP) exposure. The acellular in vitro dithiothreitol (DTT) assay is proposed to measure the oxidative potential of NP. In addition, DTT can be considered as a model compound of sulfur containing antioxidants. The objective of this work is to evaluate the surface reactivity in solution of a NP panel toward DTT. METHOD: The NP panel was composed of four carbonaceous particles, six types of metal oxides and silver with primary size ranged from 7 to 300 nm. Suspensions were prepared in surfactant solution with 30 min sonication. DTT was used as reductant to evaluate the oxidative properties of the different NP. The determination of the NP ability to catalyze electron transfer from DTT to oxygen was carried out as described in Sauvain et al., Nanotoxicology, 2008, 2:3, 121−129. RESULTS: All the carbonaceous NP catalyzed the oxidation of DTT by oxygen following the mass based order: carbon black > diesel exhaust particle > nanotubes > fullerene. A contrasting reactivity was observed for the metallic NP. Except for nickel oxide and metallic silver, which reacted similarly to the carbonaceous NP, all other metal oxides hindered the oxidation of DTT by oxygen, with ZnO being the most effective one. CONCLUSIONS : DTT was stabilized against oxidation in the presence of metal oxide NP in the solution. This suggests that different chemical interactions take place compared with carbonaceous NP. To explain these differences, we hypothesize that DTT could form complexes with the metal oxide surface (or dissolved metal ions), rendering it less susceptible to oxidation. By analogy, such a process could be thought to apply in biological systems with sulfur−containing antioxidants, reducing their buffer capacity. Such NP could thus contribute to oxidative stress by an alternative mechanism.

Effects of beta-blockade on energy metabolism following burns.

The purpose of this study was to compare the effects of propranolol administered either by i.v. infusion or by prolonged oral administration (4 days) during the first 3 weeks following burns. The resting metabolic rate (RMR) of 10 non-infected fasting burned patients (TBSA: 28 per cent, range 18-37 per cent) was determined four times consecutively by indirect calorimetry (open circuit hood system) following: (1) i.v. physiological saline; (2) i.v. propranolol infusion (2 micrograms/kg/min following a bolus of 80 micrograms/kg); (3) oral propranolol (40 mg q.i.d. during 4 +/- 1 days); and (4) in control patients. All patients showed large increases in both RMR (144 +/- 2 per cent of reference values) and in urinary catecholamine excretion (three to four times as compared to control values). The infusion of propranolol induced a significant decrease in RMR to 135 +/- 2 per cent and oral propranolol to 129 +/- 3 per cent of reference values. A decrease in lipid oxidation but no change in carbohydrate and protein oxidation were observed during propranolol administration. It is concluded that the decrease in RMR induced by propranolol was not influenced by the route of administration. The magnitude of the decrease in energy expenditure suggests that beta-adrenergic hyperactivity represents only one of the mediators of the hypermetabolic response to burn injury.

The effect of obesity, age, puberty and gender on resting metabolic rate in children and adolescents.

During puberty fat-free mass (FFM) and fat mass (FM) change quickly and these changes are influenced by sex and obesity. Since it is not completely known how these changes affect resting metabolic rate (RMR), the aim of the present study was to investigate the effect of body composition, age, sex and pubertal development of postabsorptive RMR in 9.5- to 16.5- year-old obese and non-obese children. Postabsorptive RMR was measured in a sample of 371 pre- and postpubertal children comprising 193 males (116 non-obese and 77 obese) and 178 females (119 non-obese and 59 obese). RMR was assessed by indirect calorimetry using a ventilated hood system for 45 min after an overnight fast. Body composition (FFM and FM) was estimated from skinfold measurements. The mean (+/- SD) RMR was significantly (P < 0.001) lower in non-obese (males: 5600 +/- 972 kJ/24 h; females: 5112 +/- 632 kJ/24 h) than in obese (males: 7223 +/- 1220 kJ/24 h; females: 6665 +/- 1106 kJ/24 h) children. This difference became non-significant when RMR was adjusted for body composition (FFM+FM). However, the difference between the genders still remained significant (control male: 6118 +/- 507, control female: 5652 +/- 507, P < 0.001; obese male: 6256 +/- 507, obese female: 5818 +/- 507 kJ/24 h, P < 0.001). The main determinant of RMR was FFM. In the whole cohort. FFM explained 79.8% of the variation in RMR, followed by age, gender and FM adding further 3.8%, 1.1% and 0.8% to the predictability of RMR, respectively. No significant contribution for study group (obese, non-obese), pubertal stage, or fat distribution was found in the regression for RMR. The adjusted value of RMR (for FFM and FM) slightly, but significantly (P < 0.01) decreased between the age of 10-16 years, demonstrating the important effect of age on RMR. CONCLUSIONS: The resting metabolic rate of obese and control children is not different when adjusted for body composition. The main determinant of RMR is the fat-free mass, however, age, gender and fat mass are also significant factors. Pubertal development and fat distribution do not influence RMR independently from the changes in body composition.

Use of Reagent Grade Versus Industrial Grade Trichlorethylene in Asphalt Recoveries, MLR-83-05, 1983

This is a continuation of a project initiated a year ago to determine any differences in test results on recovered asphalt cements caused by the use of industrial grade of solvent as compared with the reagent grade. AASHTO specifies the use of reagent grade of trichlorethylene, but the Laboratory uses industrial grade which costs much less. Last year this objective of the project was aborted when it was found that a larger difference in test results was obtained between the two distillation apparatuses than between the two solvents, Then all efforts were directed toward obtaining uniformity in test results between the apparatuses under the east hood as compared with that under the west hood. Considerable progress was made toward this end. (See report under this same title dated April 1982). The objective this year was to again evaluate the results when using both variables (apparatuses and solvents). Another objective developed later in this investigation; this was to determine any differences in test results on recovered asphalt cements caused by the use of reclaimed trichlorethylene (from the distillation process) as compared with the use of industrial grade of solvent. At the present time the reclaimed trichlorethylene is discarded. If the reclaimed solvent could be used for further recoveries, a considerable savings in solvent costs would result.

Genomic islands: tools of bacterial horizontal gene transfer and evolution.

Abstract Bacterial genomes evolve through mutations, rearrangements or horizontal gene transfer. Besides the core genes encoding essential metabolic functions, bacterial genomes also harbour a number of accessory genes acquired by horizontal gene transfer that might be beneficial under certain environmental conditions. The horizontal gene transfer contributes to the diversification and adaptation of microorganisms, thus having an impact on the genome plasticity. A significant part of the horizontal gene transfer is or has been facilitated by genomic islands (GEIs). GEIs are discrete DNA segments, some of which are mobile and others which are not, or are no longer mobile, which differ among closely related strains. A number of GEIs are capable of integration into the chromosome of the host, excision, and transfer to a new host by transformation, conjugation or transduction. GEIs play a crucial role in the evolution of a broad spectrum of bacteria as they are involved in the dissemination of variable genes, including antibiotic resistance and virulence genes leading to generation of hospital 'superbugs', as well as catabolic genes leading to formation of new metabolic pathways. Depending on the composition of gene modules, the same type of GEIs can promote survival of pathogenic as well as environmental bacteria.

A whole body transportable indirect calorimeter for human use in the tropics.

A transportable, whole body indirect calorimeter, designed for use in the tropics, is described. The calorimeter was built to study energy expenditure of people having chronically or acutely low levels of food intake, and it will help to determine energy adaptations made by individuals with restricted food intake. The calorimeter comprises two units: a 27 m3 ventilated chamber connected to an office housing control and monitoring equipment. The system also allows the experimenter to assess the rate of energy expenditure by means of a ventilated hood or a baby respiration chamber. The incoming air flow rate is variable and is typically set at approximately 30 l/min. Carbon dioxide production (VCO2) and oxygen consumption (VO2) are continuously monitored by means of differential gas analysers via a computerized data acquisition unit. Gas production/consumption rates are measured with a delay of 80 s, the complete response to step changes in VCO2 or VO2 consumption being calculated over 15 min using the rate of change terms in the gas exchange equations. The total electrical power required for the whole system is 12 kW. The calorimeter has been functioning for nearly 4 years in a rural village of The Gambia during which ambient temperatures have ranged from 16 to 44 degrees C and dewpoints from -8 to 24 degrees C. The performance and accuracy of the calorimeter were tested using 20 per cent CO2 in N2 infusion and butane burning. Agreement between the theoretical and the measured values was found to be 99 per cent for VO2 and 100 per cent for VCO2 with a precision for both gases of +/- 10 ml/min over a 1-h period.

Silene as a model system in ecology and evolution.

The genus Silene, studied by Darwin, Mendel and other early scientists, is re-emerging as a system for studying interrelated questions in ecology, evolution and developmental biology. These questions include sex chromosome evolution, epigenetic control of sex expression, genomic conflict and speciation. Its well-studied interactions with the pathogen Microbotryum has made Silene a model for the evolution and dynamics of disease in natural systems, and its interactions with herbivores have increased our understanding of multi-trophic ecological processes and the evolution of invasiveness. Molecular tools are now providing new approaches to many of these classical yet unresolved problems, and new progress is being made through combining phylogenetic, genomic and molecular evolutionary studies with ecological and phenotypic data.

Estimating parameters for generalized mass action models using constraint propagation.

As modern molecular biology moves towards the analysis of biological systems as opposed to their individual components, the need for appropriate mathematical and computational techniques for understanding the dynamics and structure of such systems is becoming more pressing. For example, the modeling of biochemical systems using ordinary differential equations (ODEs) based on high-throughput, time-dense profiles is becoming more common-place, which is necessitating the development of improved techniques to estimate model parameters from such data. Due to the high dimensionality of this estimation problem, straight-forward optimization strategies rarely produce correct parameter values, and hence current methods tend to utilize genetic/evolutionary algorithms to perform non-linear parameter fitting. Here, we describe a completely deterministic approach, which is based on interval analysis. This allows us to examine entire sets of parameters, and thus to exhaust the global search within a finite number of steps. In particular, we show how our method may be applied to a generic class of ODEs used for modeling biochemical systems called Generalized Mass Action Models (GMAs). In addition, we show that for GMAs our method is amenable to the technique in interval arithmetic called constraint propagation, which allows great improvement of its efficiency. To illustrate the applicability of our method we apply it to some networks of biochemical reactions appearing in the literature, showing in particular that, in addition to estimating system parameters in the absence of noise, our method may also be used to recover the topology of these networks.

Total and exogenous carbohydrate oxidation in obese prepubertal children.

The aim was to explore whether the origin of carbohydrate oxidation (exogenous compared with endogenous carbohydrate) after consumption of a mixed meal was influenced by obesity in children. Ten obese prepubertal children 8 y of age (44.2 +/- 3.6 kg) were studied over 9.5 h and compared with eight normal-weight, matched control children (28.5 +/- 1.6 kg). They were fed a mixed meal containing naturally enriched [13C]carbohydrate (cane sugar and popcorn) providing 55% of the daily energy requirement as measured by 24-h resting metabolic rate. Total carbohydrate oxidation was calculated by indirect calorimetry (hood system) whereas exogenous carbohydrate oxidation was estimated from carbon dioxide production (VCO2), the isotopic enrichment of breath 13CO2, and the abundance of [13C]carbohydrate in the meal ingested. The time course of 13CO2 in breath-measured over 570 min-followed a similar pattern in both groups. Although total carbohydrate oxidation was not significantly different among the two groups, exogenous carbohydrate utilization was significantly greater (P < 0.03) and endogenous carbohydrate oxidation was significantly lower (P < 0.05) in obese compared with control children. In addition, the rate of exogenous carbohydrate oxidation expressed as a proportion of total carbohydrate oxidation was positively related to the body fat of the children (r = 0.68, P < 0.01). The study suggests that in the postprandial phase, a smaller proportion of carbohydrate oxidation is accounted for by glycogen breakdown in obese children. The sparing of endogenous glycogen may result from decreased glycogen turnover already present at an early age.

Vaneri- ja kertopuutehtaiden kuivatuskoneiden lämmöntalteenottojen järjestelmäselvitys

Vanerin tai kertopuun valmistusprosessissaviilun kuivaukseen käytetään suurin osa koko valmistusprosessin primäärienergiasta. Viilunkuivauskoneessa viilun sisältämä vesi siirretään tyypillisesti prosessihöyryllä lämmitettyyn viilunkuivaajan kiertoilmaan höyrystämällä ja poistetaanviilunkuivaajasta poistoilman mukana. Viilunkuivaajan poistoilma on lämmintä jaerittäin suuren kosteuspitoisuutensa takia sisältää runsaasti energiaa. Tyypillisellä viilunkuivaajalla poistoilmaan sitoutunut lämpöteho vaihtelee prosessiolosuhteista riippuen välillä 2,7-5,7 MW. Diplomityössä tutkittiin viilunkuivaajan poistoilman sisältämän lämmön talteenottoa laitteistolla, johon kuuluu lämmöntalteenottopesuri, jossa poistoilmalla lämmitetään tuotantolaitoksen tukkipuun hautomon kiertovettä sekä ilma-ilma-lämmönsiirrin, jolla lämmitetään pesurista poistuvan ilman jäännöslämmöllä ulkoilmaa tehdassalin tuloilmakäyttöön. Työn tavoitteena oli kehittää lämmöntalteenottojärjestelmän suunnittelua, mitoitusta ja ajotapoja. Työssä analysoitiin teoreettisesti pesuria ja ilmalämmönsiirrintä, kehitettiin lämmöntalteenottopesurin simulointimenetelmä ja mitattiin toiminnassa olevia talteenottolaitteistoja. Tutkimuksessa todettiin lämmöntalteenottohyötysuhteen vaihtelevan lämmityskaudella välillä 50-70 %. Lämmöntalteenottolaitteiston pesurin veteen saatava teho riippuu ensisijaisesti viilunkuivaajan poistoilman lämpösisällöstä, joka on enimmäkseen kosteusriippuvainen ja ilmanvaihtoilmaan saatava teho ulkolämpö-tilan määräämästä tehontarpeesta. Pesurin vesijärjestelmän vaikutusmekanismit pesurin suorituskykyyn tunnistettiin ja niiden pohjalta annetaan suositukset mitoitukseen ja ajotapaan. Lämmöntalteenottolaitteiston lämpötehon tasapainottamiseen pesurin ja ilma-ilma-lämmönsiirtimen välillä mitoituksen avulla esitellään työkalut.

Lasirakenteiden aiheuttamien konvektiovirtausten hallinta lattialämmitysjärjestelmässä

Diplomityössä suoritettiin Lappeenrannassa uudessa asuntokerrostalossa asumisviihtyvyysmittauksia vuonna 2002. Kohteessa on koneellinen poistoilmanvaihto, jossa raitisilma johdetaan huonetilaan ikkunan yläpuolella sijaitsevien rakomaisten raitisilmaventtiilien kautta, sekä vesikiertoinen lattialämmitys. Diplomityössä kehitettiin Fluent-virtauslaskentaohjelmalla kaksiuloitteinen malli asuntokerrostalon huoneesta. Kehitettyä simulointimenetelmää käytettiin huoneen lämpöolosuhteiden hallinnan kehittämisessä mallintamalla tilan ilmavirtauskentälle yksityiskohtainen lämpötila- ja nopeusjakauma. Huoneen ilman nopeus- ja lämpötilajakaumaa tarkasteltiin eri lattia- ja ikkunapinnan lämpötiloilla, eri geometrioilla ja käyttäeneri virtauksia kuvaavia malleja. Huoneesta simuloitiin 12 eri tapausta, joista valittiin parhaiten mittaustuloksiin sopiva. Tähän tapaukseen tehtiin muutoksia lattia- ja ikkunapinnan lämpötiloihin. Työssä selvitettiin, kuinka nämä muutokset vaikuttavat huoneen nopeus- ja lämpötilajakaumiin.

Huoneistokohtaisen ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenoton ja äänenvaimentimien kehitys

Tämän työn tavoitteena oli selvittää erään ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottokennon vuosihyötysuhde japohtia voitaisiinko ilmastointikoneen energiatehokkuutta parantaa käyttämällä nykyisen ristivirtalämmönsiirtimen tilalla vastavirtalämmönsiirrintä tai poistoilmalämpöpumppua. Lisäksi tavoitteena oli mitata kahden ilmanvaihtokoneeseen liitettävän äänenvaimentimen vaimennuskyky ja pyrkiä parantamaan näiden vaimennusta. Työn teoriaosassa käsitellään yleisellä tasolla eri ilmanvaihtotapojen ja lämmöntalteenottomenetelmien toimintaperiaatteita ja soveltuvuuksiaeri tilanteisiin. Työn kokeellisessa osassa mitataan ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenoton toiminta eri sääolosuhteissa ja lasketaan tulosten perusteella laitteelle lämpötila- ja entalpiavuosihyötysuhteet. Äänenvaimentimesta rakennetaan kaksi kehitysversiota, joiden mittaustuloksia verrataan alkuperäisen vaimentimen vaimennuskykyyn. Lämmöntalteenottoja vertailtaessa havaittiin, että suositeltavin kehitysvaihtoehto olisi vastavirtalämmönsiirtimeen siirtyminen sen yksinkertaisen rakenteen ja hyvän hyötysuhteen ansiosta.Äänenvaimentimien rakenteessa kannattaa mittausten ja pohdinnan perusteella siirtyä seinämillä jaettuun vaimentimeen.

Pysäköintihallien pakokaasupäästöjen mittaaminen ja ilmanvaihdon ohj

Henkilöautojen pakokaasut sisältävät satoja eri yhdisteitä, joista monet ovat ihmisen terveydelle haitallisia. Pysäköintihallien ilmanlaatua on tähän asti mitattu pääasiassa hiilimonoksidiantureilla, jolloin ilmanvaihtokoneita on voitu käyttää tarvepohjaisesti. Parantunut pakokaasujen puhdistustekniikka on vähentänyt perinteisesti haitallisimmaksi koettujen hiilimonoksidin ja typenoksidien määräpakokaasuissa. Tästä johtuen hiilidioksidin määrä pysäköintihallissa voi kohota haitalliselle tasolle ennen kuin hiilimonoksidianturit reagoivat tilanteeseen. Tässä diplomityössä tarkasteltiin pysäköintihallien ilmanlaatua ja hiilidioksidiantureiden edellytyksiä toimia ilmanvaihdon ohjauksessa. Hiilimonoksidi- ja hiilidioksidipitoisuuksia mitattiin Kampin ja Koskikeskuksen pysäköintihalleissa. Tuloksissa esitetään hiilimonoksidin ja hiilidioksidin riippuvuus ilmanvaihdon tehosta ja pysäköintihallin liikenteen määrästä. Johtopäätöksissä on kuvattu ehdotus hiilidioksidiantureiden käytöstä pysäköintihallien ilmanvaihdon ohjauksessa.

Ilmavirtausten laskennallinen mallinnus

Diplomityössä tutkitaan kolmea erilaista virtausongelmaa CFD-mallinnuksella. Yhteistä näille ongelmille on virtaavana aineena oleva ilma. Lisäksi tapausten perinteinen mittaus on erittäin vaikeaa tai mahdotonta. Ensimmäinen tutkimusongelma on tarrapaperirainan kuivain, jonka tuotantomäärä halutaan nostaa kaksinkertaiseksi. Tämä vaatii kuivatustehon kaksinkertaistamista, koska rainan viipymäaika kuivausalueella puolittuu. Laskentayhtälöillä ja CFD-mallinnuksella tutkitaan puhallussuihkun nopeuden ja lämpötilan muutoksien vaikutusta rainan pinnan lämmön- ja massansiirtokertoimiin. Tuloksena saadaan varioitujen suureiden sekä massan- ja lämmönsiirtokertoimien välille riippuvuuskäyrät, joiden perusteella kuivain voidaan säätää parhaallamahdollisella tavalla. Toinen ongelma käsittelee suunnitteilla olevan kuparikonvertterin sekundaarihuuvan sieppausasteen optimointia. Ilman parannustoimenpiteitä käännetyn konvertterin päästöistä suurin osa karkaa ohi sekundaarihuuvan. Tilannetta tutkitaan konvertterissa syntyvän konvektiivisen nostevirtauksen eli päästöpluumin sekä erilaisten puhallussuihkuratkaisujen CFD-mallinnuksella. Tuloksena saadaan puhallussuihkuilla päästöpluumia poikkeuttava ilmaverho. Suurin osa nousevasta päästöpluumista indusoituu ilmaverhoon ja kulkeutuu poistokanavaan. Kolmas tutkittava kohde on suunnitteilla oleva kuparielektrolyysihalli, jossa ilmanvaihtoperiaatteena on luonnollinen ilmanvaihto ja mekaaninen happosumun keräysjärjestelmä. Ilmanvaihtosysteemin tehokkuus ja sisäilman virtaukset halutaan selvittää ennen hallin rakentamista. CFD-mallinnuksella ja laskentayhtälöillä tutkitaan lämpötila- ja virtauskentät sekä hallin läpi virtaava ilmamäärä ja ilmanvaihtoaste. Tulo- ja poistoilma-aukkojen mitoitukseen ja sijoitukseen liittyvät suunnitteluarvot varmennetaan sekä löydetään ilmanvaihdon ongelmakohdat. Ongelmakohtia tutkitaan ja niille esitetään parannusehdotukset.

Energiankäytön tehostamispotentiaalit UPM-Pelloksen vaneritehtailla

UPM-Pelloksen vaneritehtaat muodostavat Euroopan suurimman vanerintuotantoyksiköntuotantokapasiteetilla mitattuna. Pelloksen vaneritehtailla on kolme eri tehdasta yhdellä tehdasalueella. Vaneritehtaiden viilunkuivaus on hyvin merkittävä primäärienergian kuluttaja. Tehtaiden prosessienergian saannista huolehtii Järvi-Suomen Voiman voimalaitos. Viilunkuivaajien poistokaasuista jalauhteista saadaan talteen merkittävästi sekundäärienergiaa. Sekundäärienergia kulutetaan pääosin hautomoaltaalla tukkien haudontaan. Tukkien haudonta pyritäänhoitamaan lähes kokonaan sekundäärienergialla. Primäärihöyryä tarvitaan altaalle kuitenkin huoltoseisakkien aikana. Tässä diplomityössä tutustutaan vanerin valmistuksen prosessiin Pelloksen vaneritehtailla. Työssä kartoitetaan tehtaiden prosessien, hautomoaltaan ja voimalaitoksen välisiä energiavirtauksia. Työn tarkoituksena on saada selville mahdollisia hyödyntämättömiä potentiaaleja tehtaiden energiankäytössä. Työssä pohditaan myös mahdollisia eri tapoja energiankäytön tehostukselle. Voimalaitoksen höyrykuorma on kuivauskoneiden kulutuksesta riippuen ajoittain voimakkaasti vaihtelevaa. Höyrykuorman vaihtelu aiheuttaa ongelmia voimalaitoksen tuotannolle. Työssä pohditaan höyrykuorman tasausmahdollisuutta muun muassa höyryakun avulla.