Unidirectional current flow of reversible redox couples on a MoO3 film-modified microelectrode

In this paper, we have investigated the reactivity of the molybdenum oxide film toward some standard redox systems (e.g., ferrocene (Fc) and its derivatives) and observed a few interesting phenomena. The results demonstrate that the electrochemical behaviour of Fc and its derivatives at the oxide-modified carbon fiber (CF) microelectrode differs from that at a bare CF microelectrode, The conductivity of the molybdenum oxide film is seriously affected by the range and the direction of the potential scan, which influences the electrochemical behaviour of these redox systems at the film electrode. If the cycling potential is more positive than the reduction potential of the molybdenum oxide film, the reduction and oxidation peak currents of Fc and its derivatives could not be observed. The result indicates that the molybdenum oxide film on a microelectrode surface cannot transfer electrons between the surface of the electrode and Fc or its derivatives due to the existence of a high resistance between the interface in these potential ranges. On the other hand, if the lower limit of the scan potential was extended to a potential more negative than the reduction peak potential of the film, the oxidation peak of Fc or its derivatives appeared at about the potential relative to E-0 of Fc or its derivatives on the bare electrode, and the peak current is proportional to the concentration of these couples in the electrolyte. To our surprise, the peak height on the modified electrode is much larger than that on the bare CF microelectrode under the same conditions in the range of low concentration of these couples, and the oxidation peak potential of these couples is more negative than that on the bare CF microelectrode. On the basis of the experimental observation, we propose that these redox couples may undergo an interaction with the reduction state of the molybdenum oxide film. The new phenomena that we observed have been explained by using this interaction. (C) 1997 Elsevier Science S.A.

Microneedle-based drug delivery systems: Microfabrication, drug delivery, and safety

Many promising therapeutic agents are limited by their inability to reach the systemic circulation, due to the excellent barrier properties of biological membranes, such as the stratum corneum (SC) of the skin or the sclera/cornea of the eye and others. The outermost layer of the skin, the SC, is the principal barrier to topically-applied medications. The intact SC thus provides the main barrier to exogenous substances, including drugs. Only drugs with very specific physicochemical properties (molecular weight <500 Da, adequate lipophilicity, and low melting point) can be successfully administered transdermally. Transdermal delivery of hydrophilic drugs and macromolecular agents of interest, including peptides, DNA, and small interfering RNA is problematic. Therefore, facilitation of drug penetration through the SC may involve by-pass or reversible disruption of SC molecular architecture. Microneedles (MNs), when used to puncture skin, will by-pass the SC and create transient aqueous transport pathways of micron dimensions and enhance the transdermal permeability. These micropores are orders of magnitude larger than molecular dimensions, and, therefore, should readily permit the transport of hydrophilic macromolecules. Various strategies have been employed by many research groups and pharmaceutical companies worldwide, for the fabrication of MNs. This review details various types of MNs, fabrication methods and, importantly, investigations of clinical safety of MN.

Correlation approach to work extraction from finite quantum systems

Reversible work extraction from identical quantum systems via collective operations was shown to be possible even without producing entanglement among the sub-parts. Here, we show that implementing such global operations necessarily imply the creation of quantum correlations, as measured by quantum discord. We also reanalyze the conditions under which global transformations outperform local gates as far as maximal work extraction is considered by deriving a necessary and sufficient condition that is based on classical correlations.

Novel furan polymer materials based on the reversible Diels-Alder reaction

A futura e inevitável escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos seus preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento impressionante de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de fornecedores de energia, mas também de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, em particular da biomassa vegetal. Entre estes, os polímeros derivados de monómeros furânicos constituem uma classe única de materiais cujas estruturas podem, em princípio, simular virtualmente os seus homólogos actualmente derivados de recursos fósseis. O anel furânico é uma estrutura heterocíclica com um carácter diénico pronunciado, o que torna-o um dieno particularmente apropriado para a reacção de Diels-Alder (DA) com dienófilos como a maleimida. Um dos aspectos mais relevantes da reacção de DA é a sua reversibilidade em função da temperatura, a qual permite que os aductos sejam facilmente revertidos nos seus precursores por aumento da temperatura (reacção de retro-DA). No caso específico da combinação furano-maleimida, a formação do aducto predomina até cerca de 60ºC, enquanto a reacção inversa é dominante acima de 100ºC. A combinação desta característica da reacção de DA com a química de compostos furânicos pode abrir um novo caminho para a preparação de materiais macromoleculares funcionais com base em fontes renováveis e com aplicações promissoras como auto-reparação e reciclabilidade. O principal objectivo desta Tese, é a síntese e caracterização de novos materiais poliméricos termo-reversíveis, aplicando a reacção de DA a monómeros complementares com estruturas dos tipos furânico (o dieno, designado por A) e de maleimida (o dienófilo, designado por B). A primeira etapa neste trabalho envolveu a síntese, purificação e caracterização de novos monómeros furânicos e de maleimida do tipo AA, A3, BB, B3, AB, AB2, cada um com diferentes grupos separadores das funções reactivas. Posteriormente, estes monómeros foram polimerizados e despolimerizados por ciclos de DA/retro-DA utilizando diferentes combinações. A formação e dissociação de todos os aductos de DA foram seguidas por ambas espectroscopias de UV e RMN de 1H. O primeiro sistema de DA estudado foi uma combinação modelo entre reagentes mono-funcionais (-A+-B), nomeadamente o acetato furfurílico (FA) e a N-metilmaleimida (MM), ambos comercialmente disponíveis. O objectivo desta abordagem foi estudar a cinética e o equilíbrio da formação/dissociação dos aductos de DA e obter indicações sobre as condições mais adequadas a serem usadas na preparação dos correspondentes novos materiais macromoleculares. Além disso, pretendia-se verificar a presença ou ausência de reacções secundárias que poderiam intervir em ambas as vias directa e inversa das reacções, mesmo após vários ciclos. A espectroscopia de UV forneceu informação quantitativa sobre a cinética de formação do aducto através da diminuição progressiva da absorvência máxima a 293 nm correspondente ao grupo maleimida, a diferentes temperaturas (35, 50, 65 ºC) Reciprocamente, a correspondente reacção de retro-DA foi seguida a 90 ºC através do aumento do mesmo pico. A reversibilidade destes sistemas foi verificada com sucesso após uma sequência de ciclos de DA/retro-DA. Adicionalmente, verificou-se que os espectros originaram um ponto isosbéstico, provando que estes sistemas não envolvem quaisquer reacções secundárias. Uma vez que foi usado um excesso de FA, as reacções de DA modelo apresentaram um comportamento cinético de pseudo-primeira ordem, com a constante de velocidade k mais alta (2.1x10-5 dm3mol-1s-1) para T=65 ºC. A correspondente energia de activação foi de 39.0 kJ.mol-1. A reacção de retro-DA seguiu um comportamento de primeira ordem, com constante de velocidade de 1.6x10-6 s-1. A evolução deste sistema por RMN de 1H a 65ºC deu-nos informações mais detalhadas sobre a sua evolução estrutural, ou seja, à medida que a intensidade dos picos atribuídos à formação do aducto aumentaram progressivamente ao longo do tempo, os pertencentes aos reagentes iniciais diminuiram proporcionalmente. O “rendimento final”, calculado após 20 dias à temperatura ambiente, foi de aproximadamente 70%. A reacção de retro-DA foi depois seguida a 90ºC, observando-se tal como na espectroscopia de UV, o deslocamento da reacção no sentido da regeneração dos reagentes de partida. A viabilidade de múltiplos ciclos de DA/retro-DA estabelecidos pela espectroscopia de UV foi igualmente confirmada por RMN de 1H. O passo seguinte envolveu o estudo de um sistema de policondensação linear baseado no crescimento gradual por reacção de DA entre um monómero bisfurânico A-A e um do tipo bismaleimida B-B, seguindo a mesma abordagem que no sistema modelo. O poliaducto linear foi obtido a partir de soluções equimolares dos monómeros, por reacção de DA a 65ºC. O progresso desta polimerização foi seguido por espectroscopia de UV e RMN de 1H e, mais qualitativamente, pelo aumento da viscosidade do meio. A reacção seguiu um comportamento de segunda ordem, com uma constante de velocidade de 9.4x10-6 dm3mol-1s-1, e observou-se novamente um ponto isosbéstico nos dados de UV. Os espectros de RMN apresentaram o padrão esperado, nomeadamente o aumento progressivo dos sinais associados ao aducto e a correspondente diminuição dos grupos furano e maleimida livres. A despolimerização do poliaducto através da reacção de retro-DA foi seguida a 110ºC usando as mesmas técnicas. Os dados de UV mostraram o retorno progressivo da absorção dos grupos de maleimida, seguindo um comportamento cinético de primeira ordem, com constante de velocidade de 2.5x10-6 s-1, até à completa regeneração de ambos os monómeros. Os espectros de RMN providenciaram mais uma vez informação estrutural sobre o progresso da despolimerização, a qual foi acompanhada por uma diminuição progressiva da viscosidade. Adicionalmente, para seguir a retro- DA, adicionou-se um excesso de composto furânico monofuncional, nomeadamente o 2,5-dimetilfurano (DMFu), ao sistema de modo a bloquear as funções maleimida complementares, evitando assim a repolimerização após arrefecimento. Os productos isolados foram então o monómero bisfurânico AA, DMFu que não reagiu e o bisaducto não-polimerizável de BB com DMFu. Este resultado indicou claramente que o polímero foi de facto revertido nos seus monómeros durante a reacção de retro-DA. O terceiro sistema estudado foi outra polimerização linear, seguindo as mesmas condições experimentais que os anteriores, mas com uma estratégia diferente de modo a contornar o problema clássico de assegurar a estequiometria exacta dos monómeros. As estruturas dos monómeros utilizados incorporam ambos os grupos reactivos, i.e, moléculas do tipo A-B. A polimerização prematura destes monómeros intrinsecamente reactivos foi evitada com a protecção do grupo maleimida na forma de um aducto de DA com furano, até a incorporação do substituinte furânico na outra extremidade. Portanto, a policondensação destes monómeros foi iniciada após a desprotecção in situ deste composto mediante aquecimento, seguido de arrefecimento até à temperatura adequada para polimerizar. Os resultados obtidos por UV e RMN sugerem que de facto o uso de monómeros do tipo A-B oferece um melhor sistema linear. Em seguida, foram estudados sistemas de policondensação não-linear por reacção de DA, entre monómeros (um ou ambos) com funcionalidade superior a dois, nomeadamente sistemas do tipo A3+B-B ou A-A+B3, seguindo mais uma vez as mesmas condições experimentais. Uma vez que utilizam monómeros complementares contendo, em média, mais de duas funcionalidades, estes sistemas conduzem a materiais reticulados. Nestes estudos, foram usadas três razões molares de [maleimida]/[furano], nomeadamente 1.0, 0.75 e 0.5, de modo a estudar ambas as situações de não-gelificação e reticulação. Ambos sistemas apresentaram um comportamento regular e boa reciclabilidade quer para gerar situações que possam conduzir à formação de redes a diferentes graus de conversão, ou que possam parar antes da sua obtenção, conforme previsto pela equação de Flory-Stockmayer. Como esperado, a utilização de grupos complementares em quantidades estequiométricas produziu o espessamento mais rápido e a reticulação quase completa; à medida que a quantidade relativa de monómero trifuncional decresceu, as reacções pararam antes da reticulação, ou seja, originaram meios altamente viscosos contendo polímeros solúveis altamente ramificados. As reacções de retro-DA a 110 ºC conduziram à gradual dissolução das partículas de gel (quando presentes), tendo sido comprovado pelos espectros de UV e de RMN de 1H, evidenciado a regeneração dos monómeros. Tal como no sistema do tipo A-A+B-B, a reacção de retro-DA foi seguida adicionando um excesso de DMFu ao sistema reaccional. Como esperado, os produtos finais foram os monómeros furânicos, o DMFu em excesso e o trisaducto ou o bisaducto maleimida-DMFu, o que confirma a eficiência da despolimerização com regeneração dos monómeros iniciais. O último sistema de policondensação por reacção de DA envolveu um monómero assimetricamente substituído do tipo AB2, capaz de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas que não reticulam. Este estudo preliminar deste sistema foi seguido nas mesmas condições experimentais que os anteriores, apresentando um comportamento com as características esperadas.

Towards a better energy efficiency through a systems approach in an industrial forklift

The purpose of this study is to improve the potential energy recovery to electric energy in an electrohydraulic forklift system. The initial achieved result for energy saving ratio after structural optimization is 40 %. Component optimization is applied to the tested drive which consists of a DTC controlled electric servo motor directly running a reversible hydraulic pump. According to the study the energy efficiency and the energy recovery from the electro-hydraulic forklift system can be increased by 11 % units. New ideas and directions of further research were obtained during the study.

A general synthesis of macrocyclic pi-electron-acceptor systems

Cyclocondensations of aromatic diamines with 1,1'-bis(2,4-dinitrophenyl)-4,4'-bipyridinium salts afford doubly or quadruply charged, macrocyclic, N,N'-diarylbipyridinium cations. These are tolerant of a wide range of acids, bases, and nucleophiles, although they appear to undergo reversible, one-electron reduction by tertiary amines. Single-crystal X-ray analysis demonstrates the presence of a macrocycle conformation in which the 4,4'-bipyridinium and 4,4'-biphenylenedisulfonyl residues are suitably spaced and aligned for complexation with pi-donor arenes, and NMR studies in solution indeed confirm binding to 1,5-bis[hydroxy(ethoxy)ethoxy]naphthalene.

Healable Polymer Systems

Polymers are used in many everyday technologies and their degradation due to environmental exposure has lead to great interest in materials which can heal and repair themselves. In order to design new self healing polymers it's important to understand the fundamental healing mechanisms behind the material.Healable Polymer Systems will outline the key concepts and mechanisms underpinning the design and processing of healable polymers, and indicate potential directions for progress in the future development and applications of these fascinating and potentially valuable materials. The book covers the different techniques developed successfully to date for both autonomous healable materials (those which do not require an external stimulus to promote healing) and rehealable or remendable materials (those which only recover their original physical properties if a specific stimulus is applied). These include the encapsulated-monomer approach, reversible covalent bond formation, irreversible covalent bond formation and supramolecular self-assembly providing detailed insights into their chemistry.Written by leading experts, the book provides polymer scientists with a compact and readily accessible source of reference for healable polymer systems.

Reversible state transition in nanoconfined aqueous solutions

Using molecular dynamics simulations, we find a reversible transition between the dispersion and aggregation states of solute molecules in aqueous solutions confined in nanoscale geometry, which is not observed in macroscopic systems. The nanoscale confinement also leads to a significant increase of the critical aggregation concentration (CAC). A theoretical model based on Gibbs free energy calculation is developed to describe the simulation results. It indicates that the reversible state transition is attributed to the low free energy barrier (of order kBT) in between two energy minima corresponding to the dispersion and aggregation states, and the enhancement of the CAC results from the fact that at lower concentrations the number of solute molecules is not large enough to allow the formation of a stable cluster in the confined systems.

Controlled dehydration of a ruthenium complex-DNA crystal induces reversible DNA kinking

Hydration-dependent DNA deformation has been known since Rosalind Franklin recognised that the relative humidity of the sample had to be maintained to observe a single conformation in DNA fibre diffraction. We now report for the first time the crystal structure, at the atomic level, of a dehydrated form of a DNA duplex and demonstrate the reversible interconversion to the hydrated form at room temperature. This system, containing d(TCGGCGCCGA) in the presence of Λ-[Ru(TAP)2(dppz)]2+ (TAP = 1,4,5,8-tetraazaphenanthrene, dppz = dipyridophenazine), undergoes a partial transition from an A/B hybrid to the A-DNA conformation, at 84-79% relative humidity. This is accompanied by an increase in kink at the central step from 22° to 51°, with a large movement of the terminal bases forming the intercalation site. This transition is reversible on rehydration. Seven datasets, collected from one crystal at room temperature, show the consequences of dehydration at near-atomic resolution. This result highlights that crystals, traditionally thought of as static systems, are still dynamic and therefore can be the subject of further experimentation.

Incorporation of fused tetrathiafulvalenes (TTFs) into polythiophene architectures : varying the electroactive dominance of the TTF species in hybrid systems

A novel polythienylenevinylene (PTV) and two new polythiophenes (PTs), featuring fused tetrathiafulvalene (TTF) units, have been prepared and characterized by ultraviolet−visible (UV−vis) and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroelectrochemistry. All polymers undergo two sequential, reversible oxidation processes in solution. Structures in which the TTF species is directly linked to the polymer backbone (2 and 4) display redox behavior which is dictated by the fulvalene system. Once the TTF is spatially removed from the polymer chain by a nonconjugated link (polymer 3), the electroactivity of both TTF and polythiophene moieties can be detected. Computational studies confirm the delocalization of charge over both electroactive centers (TTF and PT) and the existence of a triplet dication intermediate. PTV 4 has a low band gap (1.44 eV), is soluble in common organic solvents, and is stable under ambient conditions. Organic solar cells of polymer 4:[6,6]-phenyl-C₆₁ butyric acid methyl ester (PCBM) have been fabricated. Under illumination, a photovoltaic effect is observed with a power conversion efficiency of 0.13% under AM1.5 solar simulated light. The onset of photocurrent at 850 nm is consistent with the onset of the π−π absorption band of the polymer. Remarkably, UV−vis spectroelectrochemistry of polymer 4 reveals that the conjugated polymer chain remains unchanged during the oxidation of the polymer.

A potential-controlled switch on/off mechanism for selective excitation in mixed electrochemiluminescent systems

We demonstrate the complete, rapid, and reversible switching between the emissions from two electrogenerated chemiluminescence (ECL) systems contained within the same solution, controlled by simple modification of the applied potential. The fundamental bases of the approach are the ability to selectively 'switch on' luminophores at distinct oxidation potentials, and an intriguing observation that the emission from the well-known electrochemiluminescent complex, fac-Ir(ppy)3, (where ppy is 2-phenylpyridinato), can be selectively 'switched-off' at high overpotentials. The dependence of this phenomenon on high concentrations of the co-reactant implicates quenching of the excited [Ir(ppy)3]* state by electron transfer. Rapid spectral scanning during modulation of the applied potential reveals well resolved maxima for mixtures comprising either green and red or green and blue luminophores, illustrating the vast potential of this approach for multiplexed ECL detection.

Carbon dioxide emissions after application of tillage systems for a dark red latosol in southern Brazil

Soil tillage may influence CO2 emissions in agricultural systems. Agricultural soils are managed in several ways in Brazil, ranging from no tillage to intensive land preparation. The objective of this study was to determine the effect of common soil tillage treatments (disk harrow, reversible disk plow, rotary tiller and chisel plow tillage systems) on the intermediate CO2 emissions of a dark red latosol, located in southern Brazil. Different tillage systems produced significant differences in the CO2 emissions, and the results indicate that the chisel plow produced the highest soil carbon loss during the 15 days period after tillage treatments were performed. Emissions to the atmosphere increased as much as 74 g CO2 m(-2), at the end of a 2-week period, in the plot where the chisel plow treatment was applied, in comparison to the non-disturbed plot. The results indicate that the total increase on the intermediate term soil CO2 emissions due to tillage treatments in southern Brazil is comparable to that reported for the more humid and cooler regions. (C) 2001 Elsevier B.V. B.V All rights reserved.

Thermo-reversible sol-gel transition of TiO2 nanoparticles with surface modified by p-toluene sulfonic acid

In this paper an unprecedent thermo-reversible sol-gel transition for titania nanoparticles dispersed in a solution of p-toluene sulfonic acid (PTSH) in isopropanol is reported. The sol formed by the thermo-hydrolysis at 60 degrees C of titanium tetraisopropoxide (Ti((OPr)-Pr-i)(4)) reversibly changes into a turbid gel upon cooling to room temperature. Turbidimetric measurements performed for samples containing different nominal acidity ratios (A = [PTSH]/[Ti]) have evidenced that the gel transformation temperature increases from 20 to 35 degrees C as the [PTSH]/[Ti] ratio increases from 0.2 to 2.0. SAXS results indicate that the thermo-reversible gelation is associated to a reversible aggregation of a monodisperse set of titania nanoparticles with average gyration radius of approximate to 2 nm. From the different PTSH species evidenced by Raman spectroscopy and TG/DTA of dried gels we proposed that the then-no-reversible gelation in this systems is induced by the formation of a supramolecular network, in which the protonated surface of nanoparticles is interconnected through cooperative hydrogen bonds between -SO3 groups of p-toluene sulfonic acid. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

On the number of critical periods for planar polynomial systems

In this paper we get some lower bounds for the number of critical periods of families of centers which are perturbations of the linear one. We give a method which lets us prove that there are planar polynomial centers of degree l with at least 2[(l - 2)/2] critical periods as well as study concrete families of potential, reversible and Lienard centers. This last case is studied in more detail and we prove that the number of critical periods obtained with our approach does not. increases with the order of the perturbation. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Reversible Hamiltonian Liapunov center theorem

We study the existence of periodic solutions in the neighbourhood of symmetric (partially) elliptic equilibria in purely reversible Hamiltonian vector fields. These are Hamiltonian vector fields with an involutory reversing symmetry R. We contrast the cases where R acts symplectically and anti-symplectically. In case R acts anti-symplectically, generically purely imaginary eigenvalues are isolated, and the equilibrium is contained in a local two-dimensional invariant manifold containing symmetric periodic solutions encircling the equilibrium point. In case R acts symplectically, generically purely imaginary eigenvalues are doubly degenerate, and the equilibrium is contained in two two-dimensional invariant manifolds containing nonsymmetric periodic solutions encircling the equilibrium point. In addition, there exists a three-dimensional invariant surface containing a two-parameter family of symmetric periodic solutions.