Precise Near-to-Head Acoustics with Binaural Synthesis

For enhanced immersion into a virtual scene more than just the visual sense should be addressed by a Virtual Reality system. Additional auditory stimulation appears to have much potential, as it realizes a multisensory system. This is especially useful when the user does not have to wear any additional hardware, e.g., headphones. Creating a virtual sound scene with spatially distributed sources requires a technique for adding spatial cues to audio signals and an appropriate reproduction. In this paper we present a real-time audio rendering system that combines dynamic crosstalk cancellation and multi-track binaural synthesis for virtual acoustical imaging. This provides the possibility of simulating spatially distributed sources and, in addition to that, near-to-head sources for a freely moving listener in room-mounted virtual environments without using any headphones. A special focus will be put on near-to-head acoustics, and requirements in respect of the head-related transfer function databases are discussed.

Oligo(aryleneethynylene)s with Terminal Pyridyl Groups: Synthesis and Length Dependence of the Tunneling-to-Hopping Transition of Single-Molecule Conductances

The synthesis is reported of a new series of oligo(aryleneethynylene) (OAE) derivatives of up to ca. 6 nm in molecular length (OAE9) using iterative Pd-mediated Sonogashira cross-coupling methodology. The oligo-p-phenyleneethynylene cores of the molecular wires are functionalized at both termini with pyridyl units for attachment to gold leads. The molecular structures determined by single-crystal X-ray analysis are reported for OAE4, OAE5, OAE7, and OAE8a. The charge transport characteristics of derivatives OAE3–OAE9 in single-molecular junctions have been studied using the mechanically controlled break junction technique. The data demonstrate that the junction conductance decreases with increasing molecular length. A transition from coherent transport via tunneling to a hopping mechanism is found for OAE wires longer than ca. 3 nm.

UER technique: conceptualisation for agent oriented development

The problem of conceptualisation is the first step towards the identication of the functional requirements of a system. This article proposes two extensions of well-known object oriented techniques: UER (User-Environment-Responsibility) technique and enhanced CRC (Class-ResponsibilityCollaboration) cards. UER technique consists of (a) looking for the users of systems and describing the ways the system is used; (b) looking for the objects of the environment and describing the possible interactions; and (c) looking for the general requirements or goals of the system, the actions that it should carry out without explicit interaction. The enhanced CRC cards together with the internal use cases technique is used for dening collaborations between agents. These techniques can be easily integrated in UML (Unied Modelling Language) [2], dening the new notation symbols as stereotypes.

In situ synthesis of β-glucan microfibrils on tobacco plasma membrane sheets

A major concern in plant morphogenesis is whether cortical microtubules are responsible for the arrangement and action of β-glucan synthases in the plasma membrane. We prepared isolated plasma membrane sheets with cortical microtubules attached and tested whether β-glucan synthases penetrated through the membrane to form microfibrils and whether these synthases moved in the fluid membrane along the cortical microtubules. This technique enabled us to examine synthesis of β-glucan as a fiber with a two-dimensional structure. The synthesis of β-glucan microfibrils was directed in arrays by cortical microtubules at many loci on the membrane sheets. The microfibrils were mainly arranged along the microtubules, but the distribution of microfibrils was not always parallel to that of the microtubules. The rate of β-glucan elongation as determined directly on the exoplasmic surface was 620 nm per min. When the assembly of microtubules was disrupted by treatment with propyzamide, the β-glucans were not deposited in arrays but in masses. This finding shows that the arrayed cortical microtubules are not required for β-glucan synthesis but are required for the formation of arranged microfibrils on the membrane sheet.

Effect of age on in vivo rates of mitochondrial protein synthesis in human skeletal muscle

A progressive decline in muscle performance in the rapidly expanding aging population is causing a dramatic increase in disability and health care costs. A decrease in muscle endurance capacity due to mitochondrial decay likely contributes to this decline in muscle performance. We developed a novel stable isotope technique to measure in vivo rates of mitochondrial protein synthesis in human skeletal muscle using needle biopsy samples and applied this technique to elucidate a potential mechanism for the age-related decline in the mitochondrial content and function of skeletal muscle. The fractional rate of muscle mitochondrial protein synthesis in young humans (24 ± 1 year) was 0.081 ± 0.004%·h−1, and this rate declined to 0.047 ± 0.005%·h−1 by middle age (54 ± 1 year; P < 0.01). No further decline in the rate of mitochondrial protein synthesis (0.051 ± 0.004%·h−1) occurred with advancing age (73 ± 2 years). The mitochondrial synthesis rate was about 95% higher than that of mixed protein in the young, whereas it was approximately 35% higher in the middle-aged and elderly subjects. In addition, decreasing activities of mitochondrial enzymes were observed in muscle homogenates (cytochrome c oxidase and citrate synthase) and in isolated mitochondria (citrate synthase) with increasing age, indicating declines in muscle oxidative capacity and mitochondrial function, respectively. The decrease in the rates of mitochondrial protein synthesis is likely to be responsible for this decline in muscle oxidative capacity and mitochondrial function. These changes in muscle mitochondrial protein metabolism may contribute to the age-related decline in aerobic capacity and muscle performance.

Synthesis of mitochondrial DNA in permeabilised human cultured cells

The mechanisms that underlie the maintenance of and increase in mutant mitochondrial DNA (mtDNA) are central to our understanding of mitochondrial disease. We have therefore developed a technique based on saponin permeabilisation that allows the study of mtDNA synthesis in intact cells. Permeabilisation of cells has been extensively used in an established method both for studying transcription and DNA replication in the nucleus and for measuring respiratory chain activities in mitochondria. We have quantitatively studied incorporation of radiolabelled DNA precursors into mtDNA in human cell lines derived from controls and from patients with mitochondrial DNA disease. Total cell DNA is extracted, restriction digested and Southern blotted, newly synthesised mtDNA being proportional to the label incorporated in each restriction band. A rate of synthesis can then be derived by estimating the relative steady-state mtDNA after probing with full-length mtDNA. Where co-existing mutant and wild-type mtDNA (heteroplasmy) can be distinguished using restriction digestion, their rates of synthesis can be compared within a single cell line. This will be particularly useful in elucidating the pathophysiology of mtDNA diseases in which the distribution of mutant and wild-type mtDNA in cell lines in patient tissues may evolve with time.

Sequence-tagged microsatellite profiling (STMP): a rapid technique for developing SSR markers

We describe a technique, sequence-tagged microsatellite profiling (STMP), to rapidly generate large numbers of simple sequence repeat (SSR) markers from genomic or cDNA. This technique eliminates the need for library screening to identify SSR-containing clones and provides an ∼25-fold increase in sequencing throughput compared to traditional methods. STMP generates short but characteristic nucleotide sequence tags for fragments that are present within a pool of SSR amplicons. These tags are then ligated together to form concatemers for cloning and sequencing. The analysis of thousands of tags gives rise to a representational profile of the abundance and frequency of SSRs within the DNA pool, from which low copy sequences can be identified. As each tag contains sufficient nucleotide sequence for primer design, their conversion into PCR primers allows the amplification of corresponding full-length fragments from the pool of SSR amplicons. These fragments permit the full characterisation of a SSR locus and provide flanking sequence for the development of a microsatellite marker. Alternatively, sequence tag primers can be used to directly amplify corresponding SSR loci from genomic DNA, thereby reducing the cost of developing a microsatellite marker to the synthesis of just one sequence-specific primer. We demonstrate the utility of STMP by the development of SSR markers in bread wheat.

Measurement of muscle protein synthesis by positron emission tomography with L-[methyl-11C]methionine.

Positron emission tomography (PET) with L-[methyl-11C]methionine was explored as an in vivo, noninvasive, quantitative method for measuring the protein synthesis rate (PSR) in paraspinal and hind limb muscles of anesthetized dogs. Approximately 25 mCi (1 Ci = 37 GBq) of L-[methyl-11C]methionine was injected intravenously, and serial images and arterial blood samples were acquired over 90 min. Data analysis was performed by fitting tissue- and metabolite-corrected arterial blood time-activity curves to a three-compartment model and assuming insignificant transamination and transmethylation in this tissue. PSR was calculated from fitted parameter values and plasma methionine concentrations. PSRs measured by PET were compared with arterio-venous (A-V) difference measurements across the hind limb during primed constant infusion (5-6 h) of L-[1-13C, methyl-2H3]methionine. Results of PET measurements demonstrated similar PSRs for paraspinal and hind limb muscles: 0.172 +/- 0.062 vs. 0.208 +/- 0.048 nmol-1.min-1.(g of muscle)-1 (P = not significant). PSR determined by the stable isotope technique was 0.27 +/- 0.050 nmol-1.min-1.(g of leg tissue)-1 (P < 0.07 from PET) and indicated that the contribution of transmethylation to total hind limb methionine utilization was approximately 10%. High levels of L-[methyl-11C]methionine utilization by bone marrow were observed. We conclude that muscle PSR can be measured in vivo by PET and that this approach offers promise for application in human metabolic studies.

Regulation of glycolipid synthesis in HL-60 cells by antisense oligodeoxynucleotides to glycosyltransferase sequences: effect on cellular differentiation.

Treatment of the human promyelocytic leukemia cell line HL-60 with antisense oligodeoxynucleotides to UDP-N-acetylgalactosamine:beta-1,4-N-acetylgalactosaminyl-transferase (GM2-synthase; EC 2.4.1.92) and CMP-sialic acid:alpha-2,8-sialyltransferase (GD3-synthase; EC 2.4.99.8) sequences effectively down-regulated the synthesis of more complex gangliosides in the ganglioside synthetic pathways after GM3, resulting in a remarkable increase in endogenous GM3 with concomitant decreases in more complex gangliosides. The treated cells underwent monocytic differentiation as judged by morphological changes, adherent ability, and nitroblue tetrazolium staining. These data provide evidence that the increased endogenous ganglioside GM3 may play an important role in regulating cellular differentiation and that the antisense DNA technique proves to be a powerful tool in manipulating glycolipid synthesis in the cell.

A new technique for recovering energy in thermally coupled distillation using vapor recompression cycles

Even though it has been proved that a fully thermally coupled distillation (TCD) system minimizes the energy used by a sequence of columns, it is well-known that vapor/liquid transfers between different sections produce an unavoidable excess of vapor (liquid) in some of them, increasing both the investment and operating costs. It is proposed here to take advantage of this situation by extracting the extra vapor/liquid and subjecting it to a direct/reverse vapor compression cycle. This new arrangement restores the optimal operating conditions of some of the affected sections with energy savings of around 20–30% compared with conventional TCD columns. Various examples, including the direct and reverse vapor recompression cycles, are presented. Furthermore, in each example, all possible modes of distillation (direct, indirect and Petlyuk distillation) with and without vapor recompression cycles (VRC) are compared to ensure that this approach delivers the best results.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

A controller display technique for a terminal air traffic control system.

"Contract no. FAA/BRD-15, Task order no. 14. Prepared for Federal Aviation Agency, Bureau of Research and Development, Systems Analysis Division."

A Two-Step Sol–Gel Method for Synthesis of Nanoporous TiO2

This article reports a study of the effects of synthesis parameters on the preparation and formation of mesoporous titania nanopowders by employing a two-step sol-gel method. These materials displayed crystalline domains characteristic of anatase. The first step of the process involved the hydrolysis of titanium isopropoxide in a basic aqueous solution mediated by neutral surfactant. The solid product obtained from step 1 was then treated in an acidified ethanol solution containing the same titanium precursor to thicken the pore walls. Low pH and higher loading of the Ti precursor in step 2 produced better mesoporosity and crystallinity of titanium dioxide polymorphs. The resultant powder exhibited a high surface area (73.8 m(2)/g) and large pore volume (0.17 cm(3)/g) with uniform mesopores. These materials are envisaged to be used as precursors for mesoporous titania films as a wide band gap semiconductor in dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells.

Hydrothermal seeded synthesis of mesoporous titania for application in dye-sensitised solar cells (DSSCs)

A modified-templated- hydrothermal technique was used to prepare mesoporous titania powders through the interaction of tiny anatase seeds (