Dynamic response of spring mounted flexible platforms carring rotating machinery

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Cultural Heritage Archives on Bulgarian National Radio Platforms

The article describes radio archives as cultural heritage and presents their practical use as integrated resources on different radio platforms. The current situation and plans for the Bulgarian National Radio (BNR) for preserving and using these repositories are discussed.

Agitation conditions for the culture and detachment of hMSCs from microcarriers in multiple bioreactor platforms

In our recent work in different bioreactors up to 2.5L in scale, we have successfully cultured hMSCs using the minimum agitator speed required for complete microcarrier suspension, N JS. In addition, we also reported a scaleable protocol for the detachment from microcarriers in spinner flasks of hMSCs from two donors. The essence of the protocol is the use of a short period of intense agitation in the presence of enzymes such that the cells are detached; but once detachment is achieved, the cells are smaller than the Kolmogorov scale of turbulence and hence not damaged. Here, the same approach has been effective for culture at N JS and detachment in-situ in 15mL ambr™ bioreactors, 100mL spinner flasks and 250mL Dasgip bioreactors. In these experiments, cells from four different donors were used along with two types of microcarrier with and without surface coatings (two types), four different enzymes and three different growth media (with and without serum), a total of 22 different combinations. In all cases after detachment, the cells were shown to retain their desired quality attributes and were able to proliferate. This agitation strategy with respect to culture and harvest therefore offers a sound basis for a wide range of scales of operation.

Digital surveillance based on video CODEC System-on-a-Chip (SoC) platforms

Today, most conventional surveillance networks are based on analog system, which has a lot of constraints like manpower and high-bandwidth requirements. It becomes the barrier for today's surveillance network development. This dissertation describes a digital surveillance network architecture based on the H.264 coding/decoding (CODEC) System-on-a-Chip (SoC) platform. The proposed digital surveillance network architecture includes three major layers: software layer, hardware layer, and the network layer. The following outlines the contributions to the proposed digital surveillance network architecture. (1) We implement an object recognition system and an object categorization system on the software layer by applying several Digital Image Processing (DIP) algorithms. (2) For better compression ratio and higher video quality transfer, we implement two new modules on the hardware layer of the H.264 CODEC core, i.e., the background elimination module and the Directional Discrete Cosine Transform (DDCT) module. (3) Furthermore, we introduce a Digital Signal Processor (DSP) sub-system on the main bus of H.264 SoC platforms as the major hardware support system for our software architecture. Thus we combine the software and hardware platforms to be an intelligent surveillance node. Lab results show that the proposed surveillance node can dramatically save the network resources like bandwidth and storage capacity.

Real-time scheduling of embedded applications on multi-core platforms

For the past several decades, we have experienced the tremendous growth, in both scale and scope, of real-time embedded systems, thanks largely to the advances in IC technology. However, the traditional approach to get performance boost by increasing CPU frequency has been a way of past. Researchers from both industry and academia are turning their focus to multi-core architectures for continuous improvement of computing performance. In our research, we seek to develop efficient scheduling algorithms and analysis methods in the design of real-time embedded systems on multi-core platforms. Real-time systems are the ones with the response time as critical as the logical correctness of computational results. In addition, a variety of stringent constraints such as power/energy consumption, peak temperature and reliability are also imposed to these systems. Therefore, real-time scheduling plays a critical role in design of such computing systems at the system level. We started our research by addressing timing constraints for real-time applications on multi-core platforms, and developed both partitioned and semi-partitioned scheduling algorithms to schedule fixed priority, periodic, and hard real-time tasks on multi-core platforms. Then we extended our research by taking temperature constraints into consideration. We developed a closed-form solution to capture temperature dynamics for a given periodic voltage schedule on multi-core platforms, and also developed three methods to check the feasibility of a periodic real-time schedule under peak temperature constraint. We further extended our research by incorporating the power/energy constraint with thermal awareness into our research problem. We investigated the energy estimation problem on multi-core platforms, and developed a computation efficient method to calculate the energy consumption for a given voltage schedule on a multi-core platform. In this dissertation, we present our research in details and demonstrate the effectiveness and efficiency of our approaches with extensive experimental results.

Control of mobile robotic platforms by handheld devices

The intent of this work was to develop a mobile robotic platform that was controlled by a Palm Pilot PDA. Advances in consumer electronics are producing powerful yet small handheld devices. Some of these devices present quasi-PC capabilities for a fraction of the cost; furthermore, they are compact enough that they fit in all but the smallest of platforms. The platform prototype built for testing purposes has a differential-drive configuration to provide simple but agile movement control. The sensor package consisted of two infrared ranging sensors mounted on servomotors that provide a wide area of detection. Building such a platform involved selection of hardware, circuit integration and software development. The software suite selected to develop code for the Palm Pilot was CodeWarrior, a C compiler that can generate code in Palm-native PRC files.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Beyond local search:bridging platforms and inter-sectoral technological integration

This paper explores the dynamics of inter-sectoral technological integration by introducing the concept of bridging platform as a node of pervasive technologies, whose collective broad applicability may enhance the connection between ‘distant’ knowledge by offering a technological coupling. Using data on patents obtained from the CRIOS-PATSTAT database for four EU countries (Germany, UK, France and Italy), we provide empirical evidence that bridging platforms are likely to connect more effectively innovations across distant technological domains, fostering inter-sectoral technological integration and the development of original innovation. Public research organisations are also found to play a crucial role in terms of technological integration and original innovation due to their higher capacity to access and use bridging platforms within their innovation activities.

Acoustic and Magnetic Techniques for the Isolation and Analysis of Cells in Microfluidic Platforms

Cancer comprises a collection of diseases, all of which begin with abnormal tissue growth from various stimuli, including (but not limited to): heredity, genetic mutation, exposure to harmful substances, radiation as well as poor dieting and lack of exercise. The early detection of cancer is vital to providing life-saving, therapeutic intervention. However, current methods for detection (e.g., tissue biopsy, endoscopy and medical imaging) often suffer from low patient compliance and an elevated risk of complications in elderly patients. As such, many are looking to “liquid biopsies” for clues into presence and status of cancer due to its minimal invasiveness and ability to provide rich information about the native tumor. In such liquid biopsies, peripheral blood is drawn from patients and is screened for key biomarkers, chiefly circulating tumor cells (CTCs). Capturing, enumerating and analyzing the genetic and metabolomic characteristics of these CTCs may hold the key for guiding doctors to better understand the source of cancer at an earlier stage for more efficacious disease management.

The isolation of CTCs from whole blood, however, remains a significant challenge due to their (i) low abundance, (ii) lack of a universal surface marker and (iii) epithelial-mesenchymal transition that down-regulates common surface markers (e.g., EpCAM), reducing their likelihood of detection via positive selection assays. These factors potentiate the need for an improved cell isolation strategy that can collect CTCs via both positive and negative selection modalities as to avoid the reliance on a single marker, or set of markers, for more accurate enumeration and diagnosis.

The technologies proposed herein offer a unique set of strategies to focus, sort and template cells in three independent microfluidic modules. The first module exploits ultrasonic standing waves and a class of elastomeric particles for the rapid and discriminate sequestration of cells. This type of cell handling holds promise not only in sorting, but also in the isolation of soluble markers from biofluids. The second module contains components to focus (i.e., arrange) cells via forces from acoustic standing waves and separate cells in a high throughput fashion via free-flow magnetophoresis. The third module uses a printed array of micromagnets to capture magnetically labeled cells into well-defined compartments, enabling on-chip staining and single cell analysis. These technologies can operate in standalone formats, or can be adapted to operate with established analytical technologies, such as flow cytometry. A key advantage of these innovations is their ability to process erythrocyte-lysed blood in a rapid (and thus high throughput) fashion. They can process fluids at a variety of concentrations and flow rates, target cells with various immunophenotypes and sort cells via positive (and potentially negative) selection. These technologies are chip-based, fabricated using standard clean room equipment, towards a disposable clinical tool. With further optimization in design and performance, these technologies might aid in the early detection, and potentially treatment, of cancer and various other physical ailments.

A Delay Vector Variance based marker for an output-only assessment of structural changes in tension leg platforms

Although aspects of power generation of many offshore renewable devices are well understood, their dynamic responses under high wind and wave conditions are still to be investigated to a great detail. Output only statistical markers are important for these offshore devices, since access to the device is limited and information about the exposure conditions and the true behaviour of the devices are generally partial, limited, and vague or even absent. The markers can summarise and characterise the behaviour of these devices from their dynamic response available as time series data. The behaviour may be linear or nonlinear and consequently a marker that can track the changes in structural situations can be quite important. These markers can then be helpful in assessing the current condition of the structure and can indicate possible intervention, monitoring or assessment. This paper considers a Delay Vector Variance based marker for changes in a tension leg platform tested in an ocean wave basin for structural changes brought about by single column dampers. The approach is based on dynamic outputs of the device alone and is based on the estimation of the nonlinearity of the output signal. The advantages of the selected marker and its response with changing structural properties are discussed. The marker is observed to be important for monitoring the as- deployed structural condition and is sensitive to changes in such conditions. Influence of exposure conditions of wave loading is also discussed in this study based only on experimental data.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Optics-Based Quantum Information and Sensing Platforms Utilizing the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Development and application of sensitive genome-wide platforms to study the genetic and epigenetic (DNA methylation) makeup of gametes and early bovine embryos

Pour ce projet, nous avons développé une plateforme pour l’analyse pangénomique de la méthylation de l’ADN chez le bovin qui est compatible avec des échantillons de petites tailles. Cet outil est utilisé pour étudier les caractéristiques génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN) des gamètes soumis aux procédures de procréation médicalement assisitée et des embryons précoces. Dans un premier temps, une plateforme d’analyse de biopuces spécifiques pour l’étude de la méthylation de l’ADN chez l’espèce bovine a été développée. Cette plateforme a ensuite été optimisée pour produire des analyses pangénomiques de méthylation de l’ADN fiables et reproductibles à partir d’échantillons de très petites tailles telle que les embryons précoces (≥ 10 ng d’ADN a été utilisé, ce qui correspond à 10 blastocystes en expansion). En outre, cet outil a permis d’évaluer de façon simultanée la méthylation de l’ADN et le transcriptome dans le même échantillon, fournissant ainsi une image complète des profils génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN). Comme preuve de concept, les profils comparatifs de méthylation de l’ADN spermatique et de blastocystes bovins ont été analysés au niveau de l’ensemble du génome. Dans un deuxième temps, grâce à cette plateforme, les profils globaux de méthylation de l’ADN de taureaux jumeaux monozygotes (MZ) ont été analysés. Malgré qu’ils sont génétiquement identiques, les taureaux jumeaux MZ ont des descendants avec des performances différentes. Par conséquent, l’hypothèse que le profil de méthylation de l’ADN spermatique de taureaux jumeaux MZ est différent a été émise. Dans notre étude, des différences significatives entre les jumeaux MZ au niveau des caractéristiques de la semence ainsi que de la méthylation de l’ADN ont été trouvées, chacune pouvant contribuer à l’obtention de performances divergentes incongrues des filles engendrées par ces jumeaux MZ. Dans la troisième partie de ce projet, la même plateforme a été utilisée pour découvrir les impacts d’une supplémentation à forte concentration en donneur de méthyle universel sur les embryons précoces bovins. La supplémentation avec de grandes quantités d’acide folique (AF) a été largement utilisée et recommandée chez les femmes enceintes pour sa capacité bien établie à prévenir les malformations du tube neural chez les enfants. Cependant, plus récemment, plusieurs études ont rapporté des effets indésirables de l’AF utilisé à des concentrations élevées, non seulement sur le développement de l’embryon, mais aussi chez les adultes. Au niveau cellulaire, l’AF entre dans le métabolisme monocarboné, la seule voie de production de S-adénosyl méthionine (SAM), un donneur universel de groupements méthyles pour une grande variété de biomolécules, y compris l’ADN. Par conséquent, pour résoudre cette controverse, une forte dose de SAM a été utilisée pour traiter des embryons produits in vitro chez le bovin. Ceci a non seulement permis d’influencer le phénotype des embryons précoces, mais aussi d’avoir un impact sur le transcriptome et le méthylome de l’ADN. En somme, le projet en cours a permis le développement d’une plateforme d’analyse de la méthylation de l’ADN à l’échelle du génome entier chez le bovin à coût raisonnable et facile à utiliser qui est compatible avec les embryons précoces. De plus, puisque c’est l’une des premières études de ce genre en biologie de la reproduction bovine, ce projet avait trois objectifs qui a donné plusieurs nouveaux résultats, incluant les profils comparatifs de méthylation de l’ADN au niveau : i) blastocystes versus spermatozoïdes ; ii) semence de taureaux jumeaux MZ et iii) embryons précoces traités à de fortes doses de SAM versus des embryons précoces non traités.

Prosthetic carotid bypass graft for in-stent restenosis performed for post-endarterectomy recurrent stenosis: technical details

Aim. Carotid artery stenting (CAS) is the treatment of choice for recurrent stenosis after carotid endarterectomy (CEA). However a significative incidence of in-stent restenosis could be occurred. Despite classical CEA leads to good results, in selective cases bypass graft may be the best treatment of in-stent restenosis. Case reports. We describe two cases of carotid bypass graft performed to treat a recurrent in-stent stenosis after CAS for post-CEA restenosis. No death and cardiac complication occurred and no cranial nerves impairment was detected. Conclusion. Prosthetic bypass graft is safe and effective in treatment of in-stent recurrent restenosis after CEA restenosis.