Aplicações do formalismo de Keldysh ao transporte e ao bombeamento de calor em nanoestruturas

Num regime balísstico e a baixas temperaturas, a fórmula de Landauer dá uma boa descrição do transporte de calor para nano-junções conectadas a dois fios acoplados a banhos térmicos a temperaturas diferentes. Partindo de um modelo microscópico e utilizando o método de funções de Green fora do equilíbrio, é possível obter uma expressão para a condutância térmica na nano-junção equivalente a fórmula de Landauer. Esta depende dos valores das constantes de acoplamento entre os modos de fônons da região central e dos fios, além do gradiente térmico. A expressão para a condutância térmica é muito semelhante aquela obtida para a condutância elétrica. Neste trabalho nós apresentamos o método para o cálculo de grandezas relacionadas ao transporte térmico em um regime onde não há um gradiente de temperatura entre os reservatórios mas o sistema sofre uma perturbação dependente do tempo. Ou seja, com uma escolha conveniente da parametrização temporal dos termos de acoplamento entre a nano-junção e os fios é possível produzir uma corrente de calor na ausência de diferença de temperaturas entre os banhos térmicos aos quais os fios estão conectados. Esse fenômeno caracteriza o bombeamento de calor. Desenvolvemos uma teoria de transporte dependente do tempo para descrever o bombeamento. A teoria é geral, dependendo da densidade de fônons, da intensidade e dependência temporal do acoplamento. Aplicamos o formalismo em um modelo simples demonstrando que, em princípio, é possível bombear calor através de uma cadeia linear de átomos sem gradiente térmico.

Gen LPP : Avances en el conocimiento de uno de los genes candidato de la enfermedad celíaca

[ES] La enfermedad celíaca (EC) es una enteropatía autoinmune de predisposición genética, producida por la ingestión en la dieta de péptidos derivados de cereales como el trigo o la cebada. Aunque se creía que afectaba casi de forma exclusiva a los individuos europeos (1%), actualmente se conocen casos en todo el mundo. El modelo patogénico se centra en los mecanismos de la inmunidad adaptativa dependientes de la estimulación de linfocitos T CD4+ reactivos, pero existe además un efecto tóxico directo del gluten sobre el epitelio intestinal, dependiente de la inmunidad innata. La participación de la Genética en la susceptibilidad a la enfermedad es conocida desde hace tiempo, siendo el locus HLA el que explica aproximadamente el 40% del componente genético de la enfermedad. Para tratar de identificar otros genes con susceptibilidad, se han venido realizando múltiples esfuerzos durante los últimos años. Uno de los últimos, llevado a cabo en 2011, fue el Proyecto Immunochip. En él, se analizaron más de 200.000 variantes y se descubrieron 13 nuevos loci de riesgo para la EC, que junto con los descubiertos en anteriores trabajos y el locus HLA, daban un total de 40 loci de riesgo. Entre ellos, se encontraba la región que ocupa el gen LPP . Localizado en el cromosoma 3, un estudio reciente lo vincula con los procesos de adhesión celular en el intestino. En el presente trabajo, se ha estudiado el efecto de la gliadina sobre la expresión del gen de interés (LPP ) y el posible efecto de un silenciamiento del mismo sobre dos genes relacionados con las uniones celulares (ACTB y TJP1). En el caso de la gliadina, no se halló un cambio significativo en la expresión del gen. Mientras, los resultados del efecto del silenciamiento fueron dispares, no siendo concluyentes para el gen ACTB, pero encontrando una posible asociación entre los genes LPP y TJP1.

Efeitos da hipóxia-isquemia pré-natal durante o desenvolvimento: receptores e transportadores glutamatérgicos e comunicação celular in vitro

O cérebro infantil humano submetido à hipóxia-isquemia (HI) apresenta perda de oligodendrócitos, hipomielinização, astrogliose, alterações no desenvolvimento cortical e no comportamento motor, incluindo a paralisia cerebral. O cerebelo desempenha um importante papel no controle motor e diversos danos vêm sendo observados em humanos e animais que sofreram HI. A excitotoxicidade glutamatérgica é frequentemente associada à HI e junções celulares podem ser responsáveis pela transferência de moléculas capazes de modular os danos decorrentes. Dados prévios de nosso grupo utilizando um modelo de HI pré-natal em ratos demonstraram danos permanentes na estrutura cerebelar, indicando que os efeitos deletérios da HI pré-natal podem ser mantidos até a vida adulta. O objetivo deste trabalho foi caracterizar os níveis de conexinas, receptores e transportadores de glutamato ao longo do desenvolvimento do cerebelo HI, e avaliar a configuração das junções celulares em culturas de astrócitos derivadas do cerebelo de ratos submetidos a esse modelo. Ratas no 18 dia de gestação, após anestesia, tiveram as quatro artérias uterinas obstruídas por 45 minutos (Grupo HI). Animais controle tiveram os úteros expostos sem sofrer a obstrução (Grupo SH). A gestação prosseguiu e apenas filhotes nascidos a termo foram utilizados. Os animais foram decapitados aos 2 (P2), 9 (P9), 16 (P16),23 (P23), 30 (P30), 45 (P45) e 90 (P90) dias pós-natal. Os cerebelos foram submetidos à técnica de Western blotting utilizando os anticorpos anti-NR2B, anti-GluR3, anti-EAAT1, anti-GFAP e anti-Cx43. Para a cultura de astrócitos foram utilizados cerebelos de animais P2. Após terem atingido confluência, as células foram fixadas e imunomarcadas com os anticorpos anti-Cx43, anti-GFAP, anti-nestina e anti-A2B5. Nossos resultados demonstram diferenças nos níveis de GluR3 durante o desenvolvimento do cerebelo SH e HI, havendo uma redução significativa da expressão desta subunidade no grupo HI em P9. Por outro lado, não foram verificadas alterações nos níveis de NR2B e de GFAP entre os grupos nas diferentes idades. Observou-se redução significativa de Cx43 em animais HI em P2 bem como nos astrócitos HI em cultura, os quais também apresentaram alterações morfológicas e diferenças na expressão do marcador A2B5. A alteração referente a GluR3 no grupo HI pode ser causada pela redução da arborização das células de Purkinje e pela redução no número de precursores de oligodendrócitos no cerebelo de animais HI em P9, já observadas em nosso laboratório. A diminuição de Cx43 indica que a passagem de substâncias por canais astrocitários pode estar reduzida e contribuir para a expansão dos danos persistentes descritos em HI. Alterações morfológicas e na expressão de marcadores da diferenciação de astrócitos podem refletir os potenciais efeitos de HI sobre a maturação destas células a longo-prazo. Nossos resultados apontam que a HI sistêmica pré-natal pode ser responsável por alterações que caracterizam a excitotoxicidade glutamatérgica. Ressaltamos também a importância da comunicação entre astrócitos como estratégia neuroprotetora nesta lesão.

Nineteenth-century Ship-based Catches of Gray Whales, Eschrichtius robustus, in the Eastern North Pacific

The 19th century commercial ship-based fishery for gray whales, Eschrichtius robustus, in the eastern North Pacific began in 1846 and continued until the mid 1870’s in southern areas and the 1880’s in the north. Henderson identified three periods in the southern part of the fishery: Initial, 1846–1854; Bonanza, 1855–1865; and Declining, 1866–1874. The largest catches were made by “lagoon whaling” in or immediately outside the whale population’s main wintering areas in Mexico—Magdalena Bay, Scammon’s Lagoon, and San Ignacio Lagoon. Large catches were also made by “coastal” or “alongshore” whaling where the whalers attacked animals as they migrated along the coast. Gray whales were also hunted to a limited extent on their feeding grounds in the Bering and Chukchi Seas in summer. Using all available sources, we identified 657 visits by whaling vessels to the Mexican whaling grounds during the gray whale breeding and calving seasons between 1846 and 1874. We then estimated the total number of such visits in which the whalers engaged in gray whaling. We also read logbooks from a sample of known visits to estimate catch per visit and the rate at which struck animals were lost. This resulted in an overall estimate of 5,269 gray whales (SE = 223.4) landed by the ship-based fleet (including both American and foreign vessels) in the Mexican whaling grounds from 1846 to 1874. Our “best” estimate of the number of gray whales removed from the eastern North Pacific (i.e. catch plus hunting loss) lies somewhere between 6,124 and 8,021, depending on assumptions about survival of struck-but-lost whales. Our estimates can be compared to those by Henderson (1984), who estimated that 5,542–5,507 gray whales were secured and processed by ship-based whalers between 1846 and 1874; Scammon (1874), who believed the total kill over the same period (of eastern gray whales by all whalers in all areas) did not exceed 10,800; and Best (1987), who estimated the total landed catch of gray whales (eastern and western) by American ship-based whalers at 2,665 or 3,013 (method-dependent) from 1850 to 1879. Our new estimates are not high enough to resolve apparent inconsistencies between the catch history and estimates of historical abundance based on genetic variability. We suggest several lines of further research that may help resolve these inconsistencies.

Tópicos de teoria de campos com aplicações a condensados de Bose-Einstein

A tese de doutorado apresenta uma aplicação de técnicas de teoria de campos em um sistema da matéria condensada. Motivados por experimentos em gases atômicos, apresentamos um estudo sobre misturas binárias de gases atômicos na presença de uma interação do tipo Josephson. O foco principal é o estudo de um modelo de dois campos complexos não-relativisticos com simetria O(2). Esta simetria é quebrada por interações que produzem um desbalanço nas populações das duas espécies bosônicas. Estudamos o modelo na aproximação de campo médio mais flutuações gaussianas, usando o formalismo de teoria de campos a temperatura finita em tempo imaginário. Os resultados mostram que, num certo intervalo de temperaturas, as duas espécies bosônicas condensam à mesma temperatura crítica e a fase relativa do condensado é fixa, determinada pela fase do campo externo aplicado.

Influência da superexpressão da claudina-3 na radiorresposta de células de câncer de cólon

O câncer colorretal (CCR) é o terceiro tipo de câncer mais incidente no mundo para o sexo masculino, o segundo para o sexo feminino e a radioterapia é um dos tratamentos de primeira linha no combate a este tipo de câncer. Durante a progressão do CCR as células sofrem alterações morfogenéticas, sendo a desorganização do complexo juncional apical (CJA) um dos eventos iniciais desse processo. As junções oclusivas (JTs) são um dos principais componentes da CJA e desempenham papel importante no controle do fluxo paracelular, na determinação da polaridade celular e na transdução de sinais relacionados com a progressão tumoral. As claudinas são proteínas transmembrana, constituintes das JTs e cumprem um importante papel no controle desses eventos. Alterações na expressão das claudinas são observadas em tumores de diferentes órgãos e têm sido relacionadas com a progressão tumoral. No entanto os mecanismos que regulam essas alterações e sua consequência na progressão do CCR são poucos conhecidos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a influência da superexpressão da claudina-3 na radiorresposta de células CCR. Nossos resultados mostraram que a superexpressão de claudina-3 minimiza alterações morfológicas causadas pela radiação, causa diminuição da resistência elétrica transepitelial e não tem efeito na permeabilidade a macromoléculas após a irradiação. Além disso, observamos que a superexpressão de claudina-3 aumenta o potencial proliferativo das células e que esta característica torna as células mais sensíveis a radiação. Porém quando avaliamos eventos celulares relacionados a progressão tumoral observamos que apesar da radiação diminuir a capacidade migratória das progênies, as células que superexpressam claudina-3 apresentam migração mais elevada. Além disso, verificamos que a superexpressão de claudina-3 diminui a invasão e a capacidade de formação de colônias frente ao tratamento com a radiação. Em seguida fomos avaliar o efeito da inibição das vias de proliferação (MEK/ERK) e sobrevivência (PI3K-Akt) na resposta das células que superexpressam claudina-3 frente a radiação. Observamos que a inibição de MEK é capaz de sensibilizar as células que superexpressam claudina-3 à radiação no ensaio de proliferação celular, no entanto a inibição de MEK e PI3K antes da exposição à radiação é capaz aumentar a migração e a capacidade de formação de colônias de células que superexpressam claudina-3 contribuindo para o aumento do potencial maligno. Em conjunto nossos resultados mostram que a superexpressão de claudina-3 contribui para um fenótipo mais maligno, no entanto frente ao tratamento com a radiação é capaz de sensibilizar as células.

Dose terapêutica de radiação ionizante induz um fenótipo migratório em células de carcinoma de colon humano (caco-2): vias de sinalização envolvidas

O câncer colo-retal é a terceira neoplasia mais frequente em todo o mundo e a recorrência local e neoplasia refratária são desafios no tratamento do câncer colo-retal após a cirurgia convencional. Com o intuito de controlar a recorrência e aumentar a média de sobrevida dos pacientes, uma estratégia multidisciplinar que combina a radioterapia (RT) e a quimioterapia com o processo cirúrgico tem sido protocolo clínico de escolha. Embora esta combinação seja capaz de otimizar o tratamento, nem todos os pacientes são beneficiados com o protocolo quimio-rádio combinado, uma vez que existem os insucessos terapêuticos relacionados com a incidência de neoplasias secundárias tardias em pacientes que foram submetidos à RT para tratamento de neoplasias anteriores. Além da doença refratária, outro agravante da RT são os efeitos colaterais produzidos pela radiação ionizante (IR), em especial àqueles do trato gastrointestinal. Estes efeitos estão relacionados com alterações da homeostase do epitélio intestinal, através da desorganização dos complexos juncionais. Porém, os mecanismos que medeiam estes efeitos ainda não estão elucidados. Este estudo avaliou as vias de sinalização que medeiam os efeitos da IR em células Caco-2. Foi observado que a IR causa uma desorganização da junção aderente via Src, EGFR e MAPK, sendo estas alterações acompanhadas por desorganização do citoesqueleto de actina em todo o volume celular. Src, EGFR e MAPK participam de maneira diferenciada na modulação destes efeitos. Observamos também que a radiação aumenta a motilidade dessas células via Src e MAPK e não induz alteração na proliferação celular até 48 horas após o tratamento. Este é o primeiro trabalho que correlaciona vias de sobrevivência celular como Src, EGFR e MAPK com alterações nas proteínas de junção aderente, alterações do citoesqueleto e migração celular. Estes eventos são relacionados aos efeitos colaterais primários e tardios induzidos pela IR, e podem favorecer à aquisição de um fenótipo maligno herdável durante o fracionamento de doses na RT, favorecendo a progressão tumoral do câncer colo-retal. Logo, além da correlação das vias de sinalização envolvidas nos eventos induzidos pela IR mostrados neste estudo, os resultados também corroboram para um melhor entendimento da atividade farmacológica dos inibidores químicos utilizados, uma vez que muitos deles encontram-se em fase de ensaios pré-clínicos e clínicos.

Millisecond processing beyond chip technology: From electronics to photonics

There is a clear and increasing interest in short time annealing processing far below one second, i.e. the lower limit of Rapid Thermal Processing (RTP) called spike annealing. This was driven by the need of suppressing the so-called Transient Enhanced Diffusion in advanced boronimplanted shallow pn-junctions in silicon technology. Meanwhile the interest in flash lamp annealing (FLA) in the millisecond range spread out into other fields related to silicon technology and beyond. This paper reports on recent experiments regarding shallow junction engineering in germanium, annealing of ITO layers on glass and plastic foil to form an conductive layer as well as investigations which we did during the last years in the field of wide band gap semiconductor materials (SiC, ZnO). A more common feature evolving from our work was related to the modeling of wafer stress during millisecond thermal processing with flash lamps. Finally recent achievements in the field of silicon-based light emission basing on Metal-Oxide-Semiconductor Light Emitting Devices will be reported. © 2007 IEEE.

Optical emission spectroscopy of the plasma during sputter deposition of YBCO films for microwave applications

YBCO thin films are currently used in several HTS-based electronics applications. The performance of devices, which may include microwave passive components (filters, resonators), grain boundary junctions or spintronic multilayer structures, is determined by film quality, which in turn depends on the deposition technology used and growth parameters. We report on results from nonintrusive Optical Emission Spectroscopy of the plasma during YBCO thin film deposition in a high-pressure on-axis sputtering system under different conditions, including small trace gas additions to the sputtering gas. We correlate these results with the compositional and structural changes which affect the DC and microwave properties of YBCO films. Film morphology, composition, structure and in- and out-of-plane orientation were assessed; T, and microwave surface resistance measurements were made using inductive and resonator techniques. Comparison was made with films sputtered in an off-axis 2-opposing magnetron system.

Vortex deformation and breaking in superconductors: a microscopic description

Vortex breaking has traditionally been studied for non-uniform critical current densities, although it may also appear due to non-uniform pinning force distributions. In this article we study the case of a high-pinning/low-pinning/high-pinning layered structure. We have developed an elastic model for describing the deformation of a vortex in these systems in the presence of a uniform transport current density J for any arbitrary orientation of the transport current and the magnetic field. If J is above a certain critical value, J(c), the vortex breaks and a finite effective resistance appears. Our model can be applied to some experimental configurations where vortex breaking naturally exists. This is the case for YBa2Cu3O7-delta (YBCO) low-angle grain boundaries and films on vicinal substrates, where the breaking is experienced by Abrikosov-Josephson vortices (AJV) and Josephson string vortices (SV), respectively. With our model, we have experimentally extracted some intrinsic parameters of the AJV and SV, such as the line tension is an element of(l) and compared it to existing predictions based on the vortex structure.

Flux line lattice structure and behavior in antiphase boundary free vicinal YBa2Cu3O7-delta thin films

Field angle dependent critical current, magneto-optical microscopy and high resolution electron microscopy studies have been performed on YBa2Cu3O7-delta thin films grown on miscut substrates. High resolution electron microscopy images show that the films studied exhibited clean epitaxial growth with a low density of antiphase boundaries and stacking faults. Any antiphase boundaries (APBs) formed near the film substrate interface rapidly healed rather than extending through the thickness of the film. Unlike vicinal films grown on annealed substrates, which contain a high density of antiphase boundaries, magneto-optical imaging showed no filamentary flux penetration in the films studied. The flux penetration is, however, asymmetric. This is associated with intrinsic pinning of flux strings by the tilted a-b planes and the dependence of the pinning force on the angle between the local field and the a-b planes. Field angle dependent critical current measurements exhibited the striking vortex channeling effect previously reported in vicinal films. By combining the results of three complementary characterization techniques it is shown that extended APB free films exhibit markedly different critical current behavior compared to APB rich films. This is attributed to the role of APB sites as strong pinning centers for Josephson string vortices between the a-b planes. (C) 2003 American Institute of Physics.

Low temperature (< 100 °c) deposited P-type cuprous oxide thin films: Importance of controlled oxygen and deposition energy

With the emergence of transparent electronics, there has been considerable advancement in n-type transparent semiconducting oxide (TSO) materials, such as ZnO, InGaZnO, and InSnO. Comparatively, the availability of p-type TSO materials is more scarce and the available materials are less mature. The development of p-type semiconductors is one of the key technologies needed to push transparent electronics and systems to the next frontier, particularly for implementing p-n junctions for solar cells and p-type transistors for complementary logic/circuits applications. Cuprous oxide (Cu2O) is one of the most promising candidates for p-type TSO materials. This paper reports the deposition of Cu2O thin films without substrate heating using a high deposition rate reactive sputtering technique, called high target utilisation sputtering (HiTUS). This technique allows independent control of the remote plasma density and the ion energy, thus providing finer control of the film properties and microstructure as well as reducing film stress. The effect of deposition parameters, including oxygen flow rate, plasma power and target power, on the properties of Cu2O films are reported. It is known from previously published work that the formation of pure Cu2O film is often difficult, due to the more ready formation or co-formation of cupric oxide (CuO). From our investigation, we established two key concurrent criteria needed for attaining Cu2O thin films (as opposed to CuO or mixed phase CuO/Cu2O films). First, the oxygen flow rate must be kept low to avoid over-oxidation of Cu2O to CuO and to ensure a non-oxidised/non-poisoned metallic copper target in the reactive sputtering environment. Secondly, the energy of the sputtered copper species must be kept low as higher reaction energy tends to favour the formation of CuO. The unique design of the HiTUS system enables the provision of a high density of low energy sputtered copper radicals/ions, and when combined with a controlled amount of oxygen, can produce good quality p-type transparent Cu2O films with electrical resistivity ranging from 102 to 104 Ω-cm, hole mobility of 1-10 cm2/V-s, and optical band-gap of 2.0-2.6 eV. These material properties make this low temperature deposited HiTUS Cu 2O film suitable for fabrication of p-type metal oxide thin film transistors. Furthermore, the capability to deposit Cu2O films with low film stress at low temperatures on plastic substrates renders this approach favourable for fabrication of flexible p-n junction solar cells. © 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Emerging modes of collective cell migration induced by geometrical constraints.

The role of geometrical confinement on collective cell migration has been recognized but has not been elucidated yet. Here, we show that the geometrical properties of the environment regulate the formation of collective cell migration patterns through cell-cell interactions. Using microfabrication techniques to allow epithelial cell sheets to migrate into strips whose width was varied from one up to several cell diameters, we identified the modes of collective migration in response to geometrical constraints. We observed that a decrease in the width of the strips is accompanied by an overall increase in the speed of the migrating cell sheet. Moreover, large-scale vortices over tens of cell lengths appeared in the wide strips whereas a contraction-elongation type of motion is observed in the narrow strips. Velocity fields and traction force signatures within the cellular population revealed migration modes with alternative pulling and/or pushing mechanisms that depend on extrinsic constraints. Force transmission through intercellular contacts plays a key role in this process because the disruption of cell-cell junctions abolishes directed collective migration and passive cell-cell adhesions tend to move the cells uniformly together independent of the geometry. Altogether, these findings not only demonstrate the existence of patterns of collective cell migration depending on external constraints but also provide a mechanical explanation for how large-scale interactions through cell-cell junctions can feed back to regulate the organization of migrating tissues.

Highly efficient spin transport in epitaxial graphene on SiC

Spin information processing is a possible new paradigm for post-CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) electronics and efficient spin propagation over long distances is fundamental to this vision. However, despite several decades of intense research, a suitable platform is still wanting. We report here on highly efficient spin transport in two-terminal polarizer/analyser devices based on high-mobility epitaxial graphene grown on silicon carbide. Taking advantage of high-impedance injecting/detecting tunnel junctions, we show spin transport efficiencies up to 75%, spin signals in the mega-ohm range and spin diffusion lengths exceeding 100μm. This enables spintronics in complex structures: devices and network architectures relying on spin information processing, well beyond present spintronics applications, can now be foreseen. © 2012 Macmillan Publishers Limited. All rights reserved.

Characterizing the mechanics of cultured cell monolayers.

One-cell-thick monolayers are the simplest tissues in multicellular organisms, yet they fulfill critical roles in development and normal physiology. In early development, embryonic morphogenesis results largely from monolayer rearrangement and deformation due to internally generated forces. Later, monolayers act as physical barriers separating the internal environment from the exterior and must withstand externally applied forces. Though resisting and generating mechanical forces is an essential part of monolayer function, simple experimental methods to characterize monolayer mechanical properties are lacking. Here, we describe a system for tensile testing of freely suspended cultured monolayers that enables the examination of their mechanical behavior at multi-, uni-, and subcellular scales. Using this system, we provide measurements of monolayer elasticity and show that this is two orders of magnitude larger than the elasticity of their isolated cellular components. Monolayers could withstand more than a doubling in length before failing through rupture of intercellular junctions. Measurement of stress at fracture enabled a first estimation of the average force needed to separate cells within truly mature monolayers, approximately ninefold larger than measured in pairs of isolated cells. As in single cells, monolayer mechanical properties were strongly dependent on the integrity of the actin cytoskeleton, myosin, and intercellular adhesions interfacing adjacent cells. High magnification imaging revealed that keratin filaments became progressively stretched during extension, suggesting they participate in monolayer mechanics. This multiscale study of monolayer response to deformation enabled by our device provides the first quantitative investigation of the link between monolayer biology and mechanics.