[Editorial] Current challenges in modeling cellular metabolism

The authors would like to thank the financial support from the NovoNordiskFoundation.

Modeling separator membranes physical characteristics for optimized lithium ion battery performance

The effect of varying separator membrane physical parameters such as degree of porosity, tortuosity and thickness, on battery delivered capacity was studied in order to optimize performance of lithium-ion batteries. This was achieved by a theoretical mathematical model relating the Bruggeman coefficient with the degree of porosity and tortuosity. The inclusion of the separator membrane in the simulation model of the battery system does not affect the delivered capacity of the battery. The ionic conductivity of the separator and consequently the delivered capacity values obtained at different discharge rates depends on the value of the Bruggeman coefficient, which is related with the degree of porosity and tortuosity of the membrane. Independently of scan rate, the optimal value of the degree of porosity is above 50% and the separator thickness should range between 1 μm at 32 μm for improved battery performance.

Electrochemical vs antibacterial characterization of ZrCN-Ag coatings

Nowadays, antibacterial properties are becoming a viable feature to be introduced in biomaterials due to the possibility of modifying the materials' surface used in medical devices in a micro/nano metric scale. As a result, it is mandatory to understand the mechanisms of the antimicrobial agents currently used and their possible failures. In this work, the antibacterial activity of ZrCNAg films is studied, taking into consideration the ability of silver nanoparticles to be dissolved when embedded into a ceramic matrix. The study focuses on the silver release evaluated by glow discharge optical emission spectroscopy and the effect of the fluid composition on this release. The results revealed a very low silver release of the films, leading to non-antibacterial activity of such materials. The silver release was found to be dependent on the electrolyte composition. NaCl (8.9 g L? 1) showed the lowest spontaneously silver ionization, while introducing the sulfates in Hanks' balanced salt solution (HBSS) such ionization is increased; finally, the proteins incorporated to the (HBSS) showed a reduction of the silver release, which also explains the low ionization in the culture medium (tryptic soy broth) that contains high quantities of proteins.

Population Dynamics Modeling of Arapaima gigas

Pirarucu (Arapaima gigas) has been of the most important natural fishing resources of the Amazon region. Due to its economic importance, and the necessity to preserve the species hand, field research concerning the habits and behavior of the pirarucu has been increasing for the last 20 years. The aim of this paper is to present a mathematical model for the pirarucu population dynamics considering the species peculiarities, particularly the male parental care over the offspring. The solution of the dynamical systems indicates three possible equilibrium points for the population. The first corresponds to extinction; the third corresponds to a stable population close to the environmental carrying capacity. The second corresponds to an unstable equilibrium located between extinction and full use of the carrying capacity. It is shown that lack of males’ parental care closes the gap between the point corresponding to the unstable equilibrium and the point of stable non-trivial equilibrium. If guarding failure reaches a critical point the two points coincide and the population tends irreversibly to extinction. If some event tends to destabilize the population equilibrium, as for instance inadequate parental care, the model responds in such a way as to restore the trajectory towards the stable equilibrium point avoiding the route to extinction. The parameters introduced to solve the system of equations are partially derived from limited but reliable field data collected at the Mamirauá Sustainable Development Reserve (MSDR) in the Brazilian Amazonian Region.

Numerical modeling and assessment of the thermal environment in an industrial premise of automotive components

Dissertação de mestrado em Engenharia Industrial

Synthesis of five-membered heterocycles by indirect electrochemical approach in "Green" media

Radical cyclization continues to be a central methodology for the preparation of natural products containing heterocyclic rings. Hence, some electrochemical results obtained by cyclic voltammetry and controlled-potential electrolysis in the study of electroreductive intramolecular cyclization of ethyl (2S, 3R)-2-bromo-3-propargyloxy-3-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-beta-D-glucopyranosyloxy) propanoate (1a), 2-bromo-3-allyloxy-3-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-beta-D-glucopyranosyloxy)propanoate (1b), 2-bromo-[1-(prop-2-yn-1-yloxy)propyl]benzene (1c) and [1-bromo-2-methoxy-2-(prop-2’-yn-1-yloxy)ethyl]benzene (1d) promoted by (1,4,8,11-tetramethyl-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane)nickel(I), [Ni(tmc)]+, electrogenerated at glassy carbon cathodes in ethanol and ethanol:water mixtures containing tetraalkylammonium salts, are presented. During controlled-potential electrolyses of solutions containing [Ni(tmc)]2+ and bromoalkoxylated compounds (1) catalytic reduction of the latter proceeds via one-electron cleavage of the carbon–bromine bond to form a radical intermediate that undergoes cyclization to afford the substituted tetrahydrofurans.

Influence of the hip joint modeling approaches on the kinematics of human gait

The influence of the hip joint formulation on the kinematic response of the model of human gait is investigated throughout this work. To accomplish this goal, the fundamental issues of the modeling process of a planar hip joint under the framework of multibody systems are revisited. In particular, the formulations for the ideal, dry, and lubricated revolute joints are described and utilized for the interaction of femur head inside acetabulum or the hip bone. In this process, the main kinematic and dynamic aspects of hip joints are analyzed. In a simple manner, the forces that are generated during human gait, for both dry and lubricated hip joint models, are computed in terms of the system’s state variables and subsequently introduced into the dynamics equations of motion of the multibody system as external generalized forces. Moreover, a human multibody model is considered, which incorporates the different approaches for the hip articulation, namely ideal joint, dry, and lubricated models. Finally, several computational simulations based on different approaches are performed, and the main results presented and compared to identify differences among the methodologies and procedures adopted in this work. The input conditions to the models correspond to the experimental data capture from an adult male during normal gait. In general, the obtained results in terms of positions do not differ significantly when the different hip joint models are considered. In sharp contrast, the velocity and acceleration plotted vary significantly. The effect of the hip joint modeling approach is clearly measurable and visible in terms of peaks and oscillations of the velocities and accelerations. In general, with the dry hip model, intra-joint force peaks can be observed, which can be associated with the multiple impacts between the femur head and the cup. In turn, when the lubricant is present, the system’s response tends to be smoother due to the damping effects of the synovial fluid.

A integração de técnicas BIM (Building Information Modeling) no projeto e na construção de estruturas de madeira

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

A integração do Building Information Modeling (BIM) num projeto de reabilitação

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Current Challenges in Modeling Cellular Metabolism

Mathematical and computational models play an essential role in understanding the cellular metabolism. They are used as platforms to integrate current knowledge on a biological system and to systematically test and predict the effect of manipulations to such systems. The recent advances in genome sequencing techniques have facilitated the reconstruction of genome-scale metabolic networks for a wide variety of organisms from microbes to human cells. These models have been successfully used in multiple biotechnological applications. Despite these advancements, modeling cellular metabolism still presents many challenges. The aim of this Research Topic is not only to expose and consolidate the state-of-the-art in metabolic modeling approaches, but also to push this frontier beyond the current edge through the introduction of innovative solutions. The articles presented in this e-book address some of the main challenges in the field, including the integration of different modeling formalisms, the integration of heterogeneous data sources into metabolic models, explicit representation of other biological processes during phenotype simulation, and standardization efforts in the representation of metabolic models and simulation results.

A UML-based approach for modeling industrial control applications

The main purpose of the poster is to present how the Unified Modeling Language (UML) can be used for diagnosing and optimizing real industrial production systems. By using a car radios production line as a case study, the poster shows the modeling process that can be followed during the analysis phase of complex control applications. In order to guarantee the continuity mapping of the models, the authors propose some guidelines to transform the use cases diagrams into a single object diagram, which is the main diagram for the next phases of the development.

Vascular disease modeling using induced pluripotent stem cells: Focus in Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome

Transparency document related to this article can be found online at http://dx.doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.10.014

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Factores Críticos del Desarrollo Local y Regional Integrado zona serrana y Norte de la Provincia de Córdoba-. Validación causal estadística de Modelos de Ecuaciones Estructurales. Identificación de problemas normativos de las OSC.Critical Factors of Local and Regional Development in north of the Province of Córdoba. Causal validation with Structural Equation Modeling. Legal regulations of civil society.

En la investigación anterior -en la zona pampeana de la Provincia de Córdoba- se demostró teórica y empíricamente, que el desarrollo de la Sociedad Civil muchas veces libradas a su suerte y con limitaciones legales apoyan decididamente el desarrollo local, sin embargo han logrado solo parcialmente sus objetivos, por lo que es necesario comenzar un camino de fortalecimiento en los nuevos roles que deben asumir. Los gobiernos locales, a la vez, intentan trabajosamente con contados éxitos detener el procesos de descapitalización social -financiera y humana- de sus comunidades locales y regionales, peregrinando con escaso éxito a los centros concentrados del poder político y económico, para procurar los recursos financieros y humanos necesarios que no alcanzan a reponer los que se fugan desde hace décadas de sus localidades. Las empresas, con ciclos recurrentes de crecimiento y decrecimiento vinculados a los mercados en que colocan sus productos, también se debaten en la búsqueda de los escasos recursos, financieros y humanos, que les permitan consolidar un desarrollo a mediano y largo plazo. El desarrollo alcanzado en Sistemas de información, instrumentos de relevamiento, análisis y elaboración de propuestas para el Desarrollo Local, nos permite avanzar en: 1. La confirmación empírica de las hipótesis iniciales - factores exógenos y endógenos - en la zona Norte y Serrana de la provincia 2. La validación científica -mediante el Análisis de ecuaciones estructurales. de tales supuestos, para el conjunto de las poblaciones analizadas en ambas etapas. 3. La identificación de los problemas normativos que afectan el desarrollo de las Organizaciones de la Sociedad Civil (OSC). METODOLOGÍA Respecto la validación empírica en la zona norte y serrana 1. Selección de las 4 localidades a relevar de acuerdo a las categorías definidas 2. Elaboración de acuerdos con autoridades e instituciones locales. 3. Relevamiento cualitativo con líderes locales y fuentes de datos secundarias. 4. Adaptación de instrumentos de relevamiento a las realidades locales y estudios previos 5. Relevamiento cuantitativo de campo, capacitación de encuestadores y supervisores. 6. Procesamiento y elaboración de informes finales locales. Respecto de la construcción de modelos de desarrollo 1. Desarrollar las dimensiones especificas y las variables (items) de cada factor crítico. 2. Revisar el instrumento con expertos de cada una de las dimensiones. 3. Validar a nivel exploratorio por medio de un Análisis de Componentes Principales 4. Someter a los expertos la evaluación de una serie de localidades que representan cada uno. Respecto de la identificación de las normas legales que afectan a la Sociedad Civil 1.Relevamiento documental de normas 2. Relevamiento con líderes de instituciones de la Sociedad Civil 3. Análisis de las normas vigentes 4. Elaboración de Informes Finales y Transferencia a líderes e instituciones

Modelado multi-dominio de máquinas eléctricas. Multi-domain modeling of electric machines

El objetivo general de este proyecto es desarrollar nuevos modelos multi-dominio de máquinas eléctricas para aplicaciones al control y al diagnóstico de fallas. Se propone comenzar con el modelo electromagnético del motor de inducción en base a circuitos magnéticos equivalentes (MEC) validándolo por medio de simulación y de resultados experimentales. Como segundo paso se pretende desarrollas modelos térmicos y mecánicos con el objetivo que puedan ser acoplados al modelo electromagnético y de esta estudiar la interacción de los dominios y se validará mediante resultados de simulación y experimentales el modelo completo. Finalmente se pretende utilizar el modelo multi-dominio como una herramienta para la prueba de nuevas estrategias de control y diagnóstico de fallas. The main objective of this project is the development of new multi-domain models of electric machines for control and fault diagnosis applications. The electromagnetic modeling of the induction motor (IM) will be done using the magnetic equivalent circuits approach. This model will be validated by simulation and by experimental results. As a second step of this project, new mechanical and thermal models for the IM will be developed, with the objective of coupling these models with the electromagnetic one. With this multi-domain model it will be possible to study the interaction between each others. After that, the complete model will be validated by simulation and experimental results. Finally, the model will be used as a tool for testing new control and fault diagnosis strategies.