Performance of two-dimensional Doppler echocardiography for the assessment of infarct size and left ventricular function in rats

Although echocardiography has been used in rats, few studies have determined its efficacy for estimating myocardial infarct size. Our objective was to estimate the myocardial infarct size, and to evaluate anatomic and functional variables of the left ventricle. Myocardial infarction was produced in 43 female Wistar rats by ligature of the left coronary artery. Echocardiography was performed 5 weeks later to measure left ventricular diameter and transverse area (mean of 3 transverse planes), infarct size (percentage of the arc with infarct on 3 transverse planes), systolic function by the change in fractional area, and diastolic function by mitral inflow parameters. The histologic measurement of myocardial infarction size was similar to the echocardiographic method. Myocardial infarct size ranged from 4.8 to 66.6% when determined by histology and from 5 to 69.8% when determined by echocardiography, with good correlation (r = 0.88; P < 0.05; Pearson correlation coefficient). Left ventricular diameter and mean diastolic transverse area correlated with myocardial infarct size by histology (r = 0.57 and r = 0.78; P < 0.0005). The fractional area change ranged from 28.5 ± 5.6 (large-size myocardial infarction) to 53.1 ± 1.5% (control) and correlated with myocardial infarct size by echocardiography (r = -0.87; P < 0.00001) and histology (r = -0.78; P < 00001). The E/A wave ratio of mitral inflow velocity for animals with large-size myocardial infarction (5.6 ± 2.7) was significantly higher than for all others (control: 1.9 ± 0.1; small-size myocardial infarction: 1.9 ± 0.4; moderate-size myocardial infarction: 2.8 ± 2.3). There was good agreement between echocardiographic and histologic estimates of myocardial infarct size in rats.

An HPLC-UV method for the measurement of permeability of marker drugs in the Caco-2 cell assay

The Caco-2 cell line has been used as a model to predict the in vitro permeability of the human intestinal barrier. The predictive potential of the assay relies on an appropriate in-house validation of the method. The objective of the present study was to develop a single HPLC-UV method for the identification and quantitation of marker drugs and to determine the suitability of the Caco-2 cell permeability assay. A simple chromatographic method was developed for the simultaneous determination of both passively (propranolol, carbamazepine, acyclovir, and hydrochlorothiazide) and actively transported drugs (vinblastine and verapamil). Separation was achieved on a C18 column with step-gradient elution (acetonitrile and aqueous solution of ammonium acetate, pH 3.0) at a flow rate of 1.0 mL/min and UV detection at 275 nm during the total run time of 35 min. The method was validated and found to be specific, linear, precise, and accurate. This chromatographic system can be readily used on a routine basis and its utilization can be extended to other permeability models. The results obtained in the Caco-2 bi-directional transport experiments confirmed the validity of the assay, given that high and low permeability profiles were identified, and P-glycoprotein functionality was established.

Morphological characterization with image analysis of cocoa beverage powder agglomerated with steam

In this study, the morphological characteristics of cocoa beverage powder granules under minimal, average, and maximal process conditions of a steam agglomerator were studied. a stereoscopic microscope coupled to a digital camera was used for the morphological analysis. The images were analyzed to obtain shape and size descriptors. aiming to evaluate the descriptors, 150 particles were analyzed. The results showed that there was no difference between the shape descriptors - compacity, circularity, roughness, and aspect ratio - in the operating conditions evaluated. It was observed that the cocoa beverage powder granules are elongated in shape. The size descriptors, area, perimeter, perimeter of convex bounding polygon, minimal and maximal Feret diameter, were different in the process conditions for the granules of size above 600 μm. as for the minimal process conditions, especially due to low solid feed rates, there is an increase in the size descriptor values. In addition, under the minimum process conditions, in which there is low solid feed rate (400g/min) for a steam pressure of 1.0 bar, it was obtained a good granular condition with retention of 81.1% of granules on sieves with aperture size between 300 and 1190 μm.

Coolability of porous core debris beds : Effects of bed geometry and multi-dimensional flooding

This thesis addresses the coolability of porous debris beds in the context of severe accident management of nuclear power reactors. In a hypothetical severe accident at a Nordic-type boiling water reactor, the lower drywell of the containment is flooded, for the purpose of cooling the core melt discharged from the reactor pressure vessel in a water pool. The melt is fragmented and solidified in the pool, ultimately forming a porous debris bed that generates decay heat. The properties of the bed determine the limiting value for the heat flux that can be removed from the debris to the surrounding water without the risk of re-melting. The coolability of porous debris beds has been investigated experimentally by measuring the dryout power in electrically heated test beds that have different geometries. The geometries represent the debris bed shapes that may form in an accident scenario. The focus is especially on heap-like, realistic geometries which facilitate the multi-dimensional infiltration (flooding) of coolant into the bed. Spherical and irregular particles have been used to simulate the debris. The experiments have been modeled using 2D and 3D simulation codes applicable to fluid flow and heat transfer in porous media. Based on the experimental and simulation results, an interpretation of the dryout behavior in complex debris bed geometries is presented, and the validity of the codes and models for dryout predictions is evaluated. According to the experimental and simulation results, the coolability of the debris bed depends on both the flooding mode and the height of the bed. In the experiments, it was found that multi-dimensional flooding increases the dryout heat flux and coolability in a heap-shaped debris bed by 47–58% compared to the dryout heat flux of a classical, top-flooded bed of the same height. However, heap-like beds are higher than flat, top-flooded beds, which results in the formation of larger steam flux at the top of the bed. This counteracts the effect of the multi-dimensional flooding. Based on the measured dryout heat fluxes, the maximum height of a heap-like bed can only be about 1.5 times the height of a top-flooded, cylindrical bed in order to preserve the direct benefit from the multi-dimensional flooding. In addition, studies were conducted to evaluate the hydrodynamically representative effective particle diameter, which is applied in simulation models to describe debris beds that consist of irregular particles with considerable size variation. The results suggest that the effective diameter is small, closest to the mean diameter based on the number or length of particles.

Influence de l’agrégation érythrocytaire sur la migration axiale de microparticules simulant des plaquettes sanguines

Lors du phénomène d’hémostase primaire ou de thrombose vasculaire, les plaquettes sanguines doivent adhérer aux parois afin de remplir leur fonction réparatrice ou pathologique. Pour ce faire, certains facteurs rhéologiques et hémodynamiques tels que l’hématocrite, le taux de cisaillement local et les contraintes de cisaillement pariétal, entrent en jeu afin d’exclure les plaquettes sanguines de l’écoulement principal et de les transporter vers le site endommagé ou enflammé. Cette exclusion pourrait aussi être influencée par l’agrégation de globules rouges qui est un phénomène naturel présent dans tout le système cardiovasculaire selon les conditions d’écoulement. La dérive de ces agrégats de globules rouges vers le centre des vaisseaux provoque la formation de réseaux d’agrégats dont la taille et la complexité varient en fonction de l’hématocrite et des conditions de cisaillement présentes. Il en résulte un écoulement bi-phasique avec un écoulement central composé d’agrégats de globules rouges avoisinés par une région moins dense en particules où l’on peut trouver des globules rouges singuliers, des petits rouleaux de globules rouges et une importante concentration en plaquettes et globules blancs. De ce fait, il est raisonnable de penser que plus la taille des agrégats qui occupent le centre du vaisseau augmente, plus il y aura de plaquettes expulsées vers les parois vasculaires. L'objectif du projet est de quantifier, in vitro, la migration des plaquettes sanguines en fonction du niveau d’agrégation érythrocytaire présent, en faisant varier l’hématocrite, le taux de cisaillement et en promouvant l’agrégation par l’ajout d’agents tels que le dextran à poids moléculaire élevé. Cependant, le comportement non Newtonien du sang dans un écoulement tubulaire peut être vu comme un facteur confondant à cause de son impact sur l’organisation spatiale des agrégats de globules rouges. De ce fait, les études ont été réalisées dans un appareil permettant de moduler, de façon homogène, la taille et la structure de ces agrégats et de quantifier ainsi leur effet sur la migration axiale des plaquettes. Du sang de porc anti coagulé a été ajusté à différents taux d’hématocrite et insérer dans un appareil à écoulement de Couette, à température ambiante. Les plaquettes sanguines, difficilement isolables in vitro sans en activer certains ligands membranaires, ont été remplacées par des fantômes en polystyrène ayant un revêtement de biotine. La quantification de la migration de ces fantômes de plaquettes a été réalisée grâce à l’utilisation de membranes biologiques fixées sur les parois internes de l’entrefer du rhéomètre de Couette. Ces membranes ont un revêtement de streptavidine assurant une très forte affinité d’adhésion avec les microparticules biotynilées. À 40% d’hématocrite, à un cisaillement de 2 s-1, 566 ± 53 microparticules ont été comptées pour un protocole préétabli avec du sang non agrégeant, comparativement à 1077 ± 229 pour du sang normal et 1568 ± 131 pour du sang hyper agrégeant. Les résultats obtenus suggèrent une nette participation de l’agrégation érythrocytaire sur le transport des fantômes de plaquettes puisque l’adhésion de ces derniers à la paroi du rhéomètre de Couette augmente de façon quasi exponentielle selon le niveau d’agrégation présent.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Nanovecteurs pour cibler pseudomonas aeruginosa dans la fibrose kystique.

La production excessive de mucus visqueaux dans les poumons des patients atteints de la fibrose kystique (FK) gêne la diffusion des médicaments et entraîne des infections bactériennes. En effet, l’infection pulmonaire par Pseudomonas aeruginosa (PA) est la principale cause de mortalité. Les travaux effectués dans cette thèse avaient pour but de développer des nouvelles formulations de nanoparticules (NP) et de liposomes (LP) chargées avec des antibiotiques pour erradiquer le PA chez les patients atteints de KF. Tout d’abord, les polymères PEG-g-PLA et PLA-OH ont été synthétisés et caractérisés. Ensuite, l'efficacité d'encapsulation (EE) de la tobramycine, du sulfate de colistine et de la lévofloxacine (lévo) a été testée dans des NP de PEG-g-PLA et / ou PLA-OH. Les premiers essais d'optimisation ont montré que les NP chargées avec la lévo présentaient une augmentation de l’EE. La lévo reste alors le médicament de choix. Cependant, la meilleure charge de médicament obtenue était de 0,02% m/m. Pour cette raison, nous avons décidé d'évaluer l'encapsulation de la lévo dans les LP. En fait, des LP chargés de lévo ont présenté une EE d’environ 8% m/m. De plus, la taille et la charge de ces LP étaient appropriées pour la pénétration du vecteur dans le mucus. Le test de biofilm n'est pas reproductible, mais le test standard a montré que la souche mucoïde de PA était susceptible à la lévo. Ainsi, nous avons comparé les activités des LP fraîchement préparées (vides et chargés ) et de la lévo libre sous la forme planctonique de PA. Les résultats ont montré que des LP vides ne gênent pas la croissance bactérienne. Pour la souche mucoïde (Susceptible à la lévo) les LP chargés et le médicament libre ont présenté la même concentration minimale inhibitrice (CMI). Toutefois, les souches non mucoïdes (résistant à la lévo) ont présenté une CMI deux fois plus faible que celle pour le médicament libre. Finalement, les LP se sont avérés plus appropriés pour encapsuler des médicaments hydrophiles que les NP de PEG-g-PLA. En outre, les LP semblent améliorer le traitement contre la souche résistante de PA. Toutefois, des études complémentaires doivent être effectuées afin d'assurer la capacité des liposomes èa traiter la fibrose kystique.

Mechanical simulation of the endovascular repair of abdominal aortic aneurysms

Ce travail de thèse porte sur la simulation du déploiement des prothèses vasculaires de type stent-graft (SG) lors de la réparation endovasculaire (EVAR) des anévrismes de l’aorte abdominale (AAA). Cette étude se présente en trois parties: (i) tests mécaniques en flexion et compression de SG couramment utilisés (corps et jambage de marque Cook) ainsi que la simulation numérique desdits tests, (ii) développement d’un modèle numérique d’anévrisme, (iii) stratégie de simulation du déploiement des SG. La méthode numérique employée est celle des éléments finis. Dans un premier temps, une vérification du modèle éléments finis (MEF) des SG est realisée par comparaison des différents cas de charge avec leur pendant expérimental. Ensuite, le MEF vasculaire (AAA) est lui aussi vérifié lors d’une comparaison des niveaux de contraintes maximales principales dans la paroi avec des valeurs de la littérature. Enfin, le déploiement est abordé tout en intégrant les cathéters. Les tests mécaniques menés sur les SG ont été simulés avec une différence maximale de 5,93%, tout en tenant compte de la pré-charge des stents. Le MEF de la structure vasculaire a montré des contraintes maximales principales éloignées de 4,41% par rapport à un modèle similaire précédemment publié. Quant à la simulation du déploiement, un jeu complet de SG a pu être déployé avec un bon contrôle de la position relative et globale, dans un AAA spécifique pré-déformé, sans toutefois inclure de thrombus intra-luminal (TIL). La paroi du AAA a été modélisée avec une loi de comportement isotropique hyperélastique. Étant donné que la différence maximale tolérée en milieu clinique entre réalité et simulation est de 5%, notre approche semble acceptable et pourrait donner suite à de futurs développements. Cela dit, le petit nombre de SG testés justifie pleinement une vaste campagne de tests mécaniques et simulations supplémentaires à des fins de validation.

Size dependent fluorescence spectroscopy of nanocolloids of ZnO

In this article we present size dependent spectroscopic observations of nanocolloids of ZnO. ZnO is reported to show two emission bands, an ultraviolet (UV) emission band and another in the green region. Apart from the known band gap 380 nm and impurity 530 nm emissions, we have found some peculiar features in the fluorescence spectra that are consistent with the nanoparticle size distribution. Results show that additional emissions at 420 and 490 nm are developed with particle size. The origin of the visible band emission is discussed. The mechanism of the luminescence suggests that UV luminescence of ZnO colloid is related to the transition from conduction band edge to valence band, and visible luminescence is caused by the transition from deep donor level to valence band due to oxygen vacancies and by the transition from conduction band to deep acceptor level due to impurities and defect states. A correlation analysis between the particle size and spectroscopic observations is also discussed.

Dissipation in quasistatically driven disordered systems

This work presents an analysis of hysteresis and dissipation in quasistatically driven disordered systems. The study is based on the random field Ising model with fluctuationless dynamics. It enables us to sort out the fraction of the energy input by the driving field stored in the system and the fraction dissipated in every step of the transformation. The dissipation is directly related to the occurrence of avalanches, and does not scale with the size of Barkhausen magnetization jumps. In addition, the change in magnetic field between avalanches provides a measure of the energy barriers between consecutive metastable states

Size effects in the magneto-optical response of Co nanoparticles

A study of the magneto-optical (MO) spectral response of Co nanoparticles embedded in MgO as a function of their size and concentration in the spectral range from 1.4 to 4.3 eV is presented. The nanoparticle layers were obtained by sputtering at different deposition temperatures. Transmission electron microscopy measurements show that the nanoparticles have a complex structure which consists of a crystalline core having a hexagonal close-packed structure and an amorphous crust. Using an effective-medium approximation we have obtained the MO constants of the Co nanoparticles. These MO constants are different from those of continuous Co layers and depend on the size of the crystalline core. We associate these changes with the size effect of the intraband contribution to the MO constants, related to a reduction of the relaxation time of the electrons into the nanoparticles.

Reinforcement Learning solution for Unit Commitment Problem through pursuit method

Unit commitment is an optimization task in electric power generation control sector. It involves scheduling the ON/OFF status of the generating units to meet the load demand with minimum generation cost satisfying the different constraints existing in the system. Numerical solutions developed are limited for small systems and heuristic methodologies find difficulty in handling stochastic cost functions associated with practical systems. This paper models Unit Commitment as a multi stage decision task and Reinforcement Learning solution is formulated through one efficient exploration strategy: Pursuit method. The correctness and efficiency of the developed solutions are verified for standard test systems

Relativistic LCAO with Minimax Principle and New Balanced Basis Sets

Relativistic density functional theory is widely applied in molecular calculations with heavy atoms, where relativistic and correlation effects are on the same footing. Variational stability of the Dirac Hamiltonian is a very important field of research from the beginning of relativistic molecular calculations on, among efforts for accuracy, efficiency, and density functional formulation, etc. Approximations of one- or two-component methods and searching for suitable basis sets are two major means for good projection power against the negative continuum. The minimax two-component spinor linear combination of atomic orbitals (LCAO) is applied in the present work for both light and super-heavy one-electron systems, providing good approximations in the whole energy spectrum, being close to the benchmark minimax finite element method (FEM) values and without spurious and contaminated states, in contrast to the presence of these artifacts in the traditional four-component spinor LCAO. The variational stability assures that minimax LCAO is bounded from below. New balanced basis sets, kinetic and potential defect balanced (TVDB), following the minimax idea, are applied with the Dirac Hamiltonian. Its performance in the same super-heavy one-electron quasi-molecules shows also very good projection capability against variational collapse, as the minimax LCAO is taken as the best projection to compare with. The TVDB method has twice as many basis coefficients as four-component spinor LCAO, which becomes now linear and overcomes the disadvantage of great time-consumption in the minimax method. The calculation with both the TVDB method and the traditional LCAO method for the dimers with elements in group 11 of the periodic table investigates their difference. New bigger basis sets are constructed than in previous research, achieving high accuracy within the functionals involved. Their difference in total energy is much smaller than the basis incompleteness error, showing that the traditional four-spinor LCAO keeps enough projection power from the numerical atomic orbitals and is suitable in research on relativistic quantum chemistry. In scattering investigations for the same comparison purpose, the failure of the traditional LCAO method of providing a stable spectrum with increasing size of basis sets is contrasted to the TVDB method, which contains no spurious states already without pre-orthogonalization of basis sets. Keeping the same conditions including the accuracy of matrix elements shows that the variational instability prevails over the linear dependence of the basis sets. The success of the TVDB method manifests its capability not only in relativistic quantum chemistry but also for scattering and under the influence of strong external electronic and magnetic fields. The good accuracy in total energy with large basis sets and the good projection property encourage wider research on different molecules, with better functionals, and on small effects.

Tropical cyclones in a T159 Resolution Global Climate Model: comparison with observations and re-analyses

Tropical cyclones have been investigated in a T159 version of the MPI ECHAM5 climate model using a novel technique to diagnose the evolution of the 3-dimensional vorticity structure of tropical cyclones, including their full life cycle from weak initial vortex to their possible extra-tropical transition. Results have been compared with reanalyses (ERA40 and JRA25) and observed tropical storms during the period 1978-1999 for the Northern Hemisphere. There is no indication of any trend in the number or intensity of tropical storms during this period in ECHAM5 or in re-analyses but there are distinct inter-annual variations. The storms simulated by ECHAM5 are realistic both in space and time, but the model and even more so the re-analyses, underestimate the intensities of the most intense storms (in terms of their maximum wind speeds). There is an indication of a response to ENSO with a smaller number of Atlantic storms during El Niño in agreement with previous studies. The global divergence circulation responds to El Niño by setting up a large-scale convergence flow, with the center over the central Pacific with enhanced subsidence over the tropical Atlantic. At the same time there is an increase in the vertical wind shear in the region of the tropical Atlantic where tropical storms normally develop. There is a good correspondence between the model and ERA40 except that the divergence circulation is somewhat stronger in the model. The model underestimates storms in the Atlantic but tends to overestimate them in the Western Pacific and in the North Indian Ocean. It is suggested that the overestimation of storms in the Pacific by the model is related to an overly strong response to the tropical Pacific SST anomalies. The overestimation in 2 the North Indian Ocean is likely to be due to an over prediction in the intensity of monsoon depressions, which are then classified as intense tropical storms. Nevertheless, overall results are encouraging and will further contribute to increased confidence in simulating intense tropical storms with high-resolution climate models.

Physico-chemical controls on phosphorus cycling in two lowland streams. Part 2 - The sediment phase

This article investigates the temporal and spatial controls on sediment-phosphorus (P) dynamics in two contrasting sub-catchments of the River Kennet, England. Suspended sediment (collected under representative flow conditions) and size-fractionated bedload (collected weekly for one year) from the Rivers Lambourn and Enborne was analysed for a range of physico-chemical determinands. Total P concentrations were highest in the most mobile fractions of sediment: suspended sediment, fine silt and clay and organic matter (mean concentrations of 1758, 1548 and 1440 mug P g(-1) dry sediment, respectively). Correlation analysis showed significant relationships between total P and total iron (n = 110), total manganese (n = 110), organic matter (n = 110) and specific surface area (n = 28) in the Lambourn (r(2) 0.71, 0.68, 0.62 and 0.52, respectively) and between total P and total iron (n = 110), total manganese (n = 110) and organic matter (n = 110) in the Enborne (r(2) 0.74, 0.85 and 0.68, respectively). These data highlight the importance of metal oxyhydroxide adsorption of P on fine particulates and organic matter. However, high total P concentrations in the granule gravel and coarse sand size fraction during the summer period (mean concentration 228 mug P g(-1) dry sediment) also highlight the role of calcite co-precipitation on P dynamics in the Lambourn. P to cation ratios in Lambourn sediment indicated that fine silt and clay and granule gravel and coarse sand size fractions were potential sources of P release to the water column during specific periods of the summer and autumn. In the Enborne, however, only the granule gravel and coarse sand size fraction had high ratios and a slow, constant release of P was observed. In addition, scanning electron microscopy work confirmed the association of P with calcite in the Lambourn and P with iron on clay particles in the Enborne. The study highlighted the importance of the chemical and physical properties of the sediment in influencing the mechanisms controlling P storage and release within river channels. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.