Biological impact assessment of nanomaterial used in nanomedicine. Introduction to the NanoTEST project.

Therapeutic nanoparticles (NPs) are used in nanomedicine as drug carriers or imaging agents, providing increased selectivity/specificity for diseased tissues. The first NPs in nanomedicine were developed for increasing the efficacy of known drugs displaying dose-limiting toxicity and poor bioavailability and for enhancing disease detection. Nanotechnologies have gained much interest owing to their huge potential for applications in industry and medicine. It is necessary to ensure and control the biocompatibility of the components of therapeutic NPs to guarantee that intrinsic toxicity does not overtake the benefits. In addition to monitoring their toxicity in vitro, in vivo and in silico, it is also necessary to understand their distribution in the human body, their biodegradation and excretion routes and dispersion in the environment. Therefore, a deep understanding of their interactions with living tissues and of their possible effects in the human (and animal) body is required for the safe use of nanoparticulate formulations. Obtaining this information was the main aim of the NanoTEST project, and the goals of the reports collected together in this special issue are to summarise the observations and results obtained by the participating research teams and to provide methodological tools for evaluating the biological impact of NPs.

Wollastoniittimarkkinat ja suomalaisen tuottajan asemoituminen markkinoilla

Työn tarkoituksena oli tehdä yleiskuvaus wollastoniittimarkkinoista, ja siten auttaa yritystä sisäisesti määrittämään asemansa kyseisillä markkinoillaWollastoniitin suurimmat kuluttajasektorit ovat keraaminen-, muovi-, maali- ja pinnoite-, sekä metallurginen teollisuus. Eniten mineraalin kulutuksen odotetaan kasvavan muoviteollisuudessa. Suurimmat wollastoniitin tuottajamaat ovat Kiina, Intia, Yhdysvallat, Meksiko ja Suomi. Kiinassa aktiivisia kaivoksia on tällä hetkellä noin 60 kappaletta, ja koko maan tuotanto kattaa noin puolet mineraalin kokonaistuotannosta. Kiinan ulkopuolella toimii yhteensä viisi suurta tuottajaa.Suurimmat wollastoniitin tuottajat ovat intialainen Wolkem India Ltd., kiinalaiset Dalian Huanqui Minerals Corp. ja Jilin Shanwei Wollastonite Mining Co. Ltd, yhdysvaltalaiset Nyco Minerals Inc. ja R.T. Vanderbilt Co., meksikolainen Nyco Minera S.A. de C.V. ja suomalainen Nordkalk Oyj Abp. Uusia tuotantolaitoksia suunnitellaan rakennettavaksi Venäjälle, Kanadaan ja Kazakstaniin.

Biochemical treatment of brown grade rejects in recycling process

Ruskeisiin kierrätysmassoihin kuuluu kulutuksen kannalta tärkeimpänä laatuna OCC (old corrugated containers). OCC sisältää noin 70-100% aaltopahvia eli pääasiassa se koostuu valkaisemattomasta kemiallisesta massasta. OCC uusiomassan ensisijainen käyttökohde on aaltopahvin valmistus. OCC:n kierrätyskuituprosessissa syntyy merkittäviä määriä rejektiä. Rejektin määrä riippuu paljolti kierrätettävän materiaalin laadusta ja puhtaudesta, mutta myös tulevan massan käyttötarkoituksesta sekä prosessiolosuhteista. OCC-prosessissa rejektoituvan aineksen määrä voi nousta korkeaksi, mikäli kierrätettävä materiaali sisältää märkälujaliimoja tai muuten raskaasti liimattuja komponentteja sekä runsaasti kontaminantteja, kuten muoveja, teippejä ja metalleja. Keskimäärin OCC-rejekti sisältää 30-60% kiinteää ainesta, 30-90% (kuivapaino) kuituja, 5-70% (kuivapaino) muoveja ja 1-10% (kuivapaino) tuhkaa. Syntynyt rejekti voidaan polttaa energiaksi tai käyttää maantäyttöaineena. Harvinaisempia sovelluksia rejektin käsittelyssä ovat rejektin kuitujen talteenotto uudelleenprosessointia varten tai alkoholin ja levuliinihapon tuottamiseen. Rejektin asianmukaisella käsittelyllä voidaan vähentää kaatopaikkakustannuksia, sekä parantaa kierrätysprosessin tuottavuutta. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia biokemiallisen käsittelyn mahdollisuudet OCC-rejektin hajotuksessa. Alustavissa laboratoriomittakaavan kokeissa etsittiin sopiva käsittelytapa, joka toteutettiin sitten pilot plant -mittakaavassa. Tulokset osoittavat, että biokemiallisen käsittelyn avulla rejekti voidaan hajottaa jolloin jätteenkäsittelykustannukset pienenevät ja kierrätyskuituprosessin taloudellisuus paranee.

Hermetic sealing of food packaging trays

Suojakaasupakkaaminen on lisääntynyt voimakkaasti viime vuosina elintarvikkeiden pakkaamisessa sillä pakkaamalla elintarvike suojakaasuun voidaan sen hyllyikää pidentää ilman säilöntäaineita. Tällainen pakkaaminen vaatii kuitenkin täysin kaasutiiviin pakkauksen, jonka kaasunläpäisevyys on myös alhainen. Yleisimmin käytetyt pakkausmateriaalit suojakaasupakkaamisessa ovat monikerroksiset muovimateriaalit, joissa yhdistyy monen eri muovin parhaimmat ominaisuudet. Yleisimmin käytettyjä muovilaatuja näissä monikerrosrakenteissa ovat PE, PET, PA ja EVOH polymeerit. Myös muita perinteisiä polymeerejä käytetään jonkin verran näissä rakenteissa. Uudemmat muovilaadut, kuten biohajoavat muovit, eivät ole vielä yleistyneet kaupallisessa käytössä pääasiallisesti niiden korkean hinnan vuoksi. Muovisten pakkausten korvaamista esimerkiksi muovipäällystetyillä kartonkipakkauksilla on viime vuosien aikana tutkittu enenevissä määrin. Muovipakkausten korvaamista helpommin kierrätettävillä ja mahdollisesti biohajoavilla materiaaleilla edistävät EU:n direktiivit, jotka käsittelevät pakkausjätteen käsittelyä. Kartonkivuokien saumaamista kaasutiiviisti tutkittiin myös tässä työssä. Tavoitteena oli löytää pakkaus, joka soveltuisi kanasuikaleiden pakkaamiseen suojakaasuun. Kana on herkkä mikrobiologiselle hajoamiselle, minkä johdosta se tulee pakata suojakaasuun jossa happipitoisuuden tulee olla alle 1 % pakkauspäivästä viimeiseen käyttöpäivään saakka. Suorittamalla erilaisia tiiveystutkimuksia voitiin osoittaa, että kartonkivuoka on mahdollista saumata kaasutiiviisti luotettavalla tavalla. Tämä vaatii kuitenkin kartonkivuokien valmistuksen optimoimista päällystemuovikerroksen ja kartongin paksuuden mukaan sekä kannen saumaamista optimoiduilla saumausparametreilla. Tiivein vuoka saavutettiin muovifilmikannella, jonka saumaus perustui samaan muoviin kuin vuoan saumaus. Polyeteenillä saavutettiin tiivein ja kestävin saumaustulos.

Sphingomonas wittichii RW1 gene reporters interrogating the dibenzofuran metabolic network highlight conditions for early successful development in contaminated microcosms.

In order to better understand the fate and activity of bacteria introduced into contaminated material for the purpose of enhancing biodegradation rates, we constructed Sphingomonas wittichii RW1 variants with gene reporters interrogating dibenzofuran metabolic activity. Three potential promoters from the dibenzofuran metabolic network were selected and fused to the gene for enhanced green fluorescent protein (EGFP). The stability of the resulting genetic constructions in RW1 was examined, with plasmids based on the broad-host range vector pME6012 being the most reliable. One of the selected promoters, upstream of the gene Swit_4925 for a putative 2-hydroxy-2,4-pentadienoate hydratase, was inducible by growth on dibenzofuran. Sphingomonas wittichii RW1 equipped with the Swit_4925 promoter egfp fusion grew in a variety of non-sterile sandy microcosms contaminated with dibenzofuran and material from a former gasification site. The strain also grew in microcosms without added dibenzofuran but to a very limited extent, and EGFP expression indicated the formation of consistent small subpopulations of cells with an active inferred dibenzofuran metabolic network. Evidence was obtained for competition for dibenzofuran metabolites scavenged by resident bacteria in the gasification site material, which resulted in a more rapid decline of the RW1 population. Our results show the importance of low inoculation densities in order to observe the population development of the introduced bacteria and further illustrate that the limited availability of unique carbon substrate may be the most important factor impinging growth.

Effects of inorganic nitrogen (NH4Cl) and biodegradable organic carbon (CH3COONa) additions on a pilot-scale seawater biofilter

Biofilters degrade only a small fraction of the natural organic matter (NOM) contained in seawater which is the leading cause of biofouling in downstream processes. This work studies the effects of chemical additions on NOM biodegradation by biofilters. In this work, biofiltration of seawater with an empty bed contact time (EBCT) of 6 min and a hydraulic loading rate of 10 m h-1 reduces the biological oxygen demand (BOD7) by 8%, the dissolved organic carbon (DOC) by 6% and the UV absorbance at 254 nm (A254) by 7%. Different amounts of ammonium chloride are added to the seawater (up to twice the total dissolved nitrogen in untreated seawater) to study its possible effect on the removal of NOM by a pilot-scale biofilter. Seawater is amended with different amounts of easily biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) supplied as sodium acetate (up to twice the DOC) for the same purpose. The results of this work reveal that the ammonium chloride additions do not significantly affect NOM removal and the sodium acetate is completely consumed by the biofiltration process. For both types of chemical additions, the BOD7, DOC and A254 in the outlet stream of the biofilter are similar to the values for the untreated control. These results indicate that this biofilter easily removes the BDOC from the seawater when the EBCT is not above 6 min. Furthermore, nitrogen does not limit the NOM biodegradation in seawater under these experimental conditions.

Study of seawater biofiltration by measuring adenosine triphosphate (ATP) and turbidity

In the present study, we examined seawater biofiltration in terms of adenosine triphosphate (ATP) and turbidity. A pilot biofilter continuously fed with fresh seawater reduced both turbidity and biological activity measured by ATP. Experiments operated with an empty bed contact time (EBCT) of between 2 and 14 min resulted in cellular ATP removals of 32% to 60% and turbidity removals of 38% to 75%. Analysis of the water from backwashing the biofilter revealed that the first half of the biofilter concentrated around 80% of the active biomass and colloidal material that produces turbidity. By reducing the EBCT, the biological activity moved from the first part of the biofilter to the end. Balances of cellular ATP and turbidity between consecutive backwashings indicated that the biological activity generated in the biofilter represented more than 90% of the detached cellular ATP. In contrast, the trapped ATP was less than 10% of the overall cellular ATP detached during the backwashing process. Furthermore, the biological activity generated in the biofilter seemed to be more dependent on the elapsed time than the volume filtered. In contrast, the turbidity trapped in the biofilter was proportional to the volume filtered, although a slightly higher amount of turbidity was found in the backwashing water; this was probably due to attrition of the bed medium. Finally, no correlations were found between turbidity and ATP, indicating that the two parameters focus on different matter. This suggests that turbidity should not be used as an alternative to cellular concentration.

Paperirullan kannatushihnan kestoiän pidentäminen

Työn tavoitteena oli selvittää kannatushihnapituusleikkurissa paperin rullaukseen käytettävän kannatushihnan kestoikään vaikuttavia tekijöitä ja ratkaisuja liian lyhyeen kestoikään liittyviin ongelmiin. Työssä selvitettiin ensin kannatushihnatyyppisen pituusleikkurin toimintaa ja tarkemmin sen rullausosaa ja rullausprosessin parametreja. Kannatushihnan kestoikään vaikuttavia tekijöitä on käsitelty kirjallisuuden ja kohdeyrityksessä olevan materiaalin perusteella. Seuraavaksi esitettiin ideoita kannatushihnan rakenteesta ja materiaaleista sekä vertailtiin niitä keskenään ja nykyiseen hihnan rakenteeseen. Työssä tehtiin nykyistä kannatushihnaa simuloiva kaksiulotteinen elementtimalli. Tämän elementtimallin mukaan pituusleikkurin telojen suunnassa epätasainen hihnan kuluminen johtuu hihnan paksuussuuntaisten jännitysten eroista. Hihnan kulkua arvioitiin kokeellisesti kahdella erityyppisellä hihnalla. Hihnan kulkuun eniten vaikutti esikiristysvoima, jota pienennettäessä kehänopeusero paperirullaa simuloivan kuormittavan telan ja hihnatelan välillä pieneni. Työssä löydettiin mahdollinen yhteys rullauksessa tulostietona saatavan datan sekä hihnan geometrian välille. Polyeteenivaahtomuovit ovat kitkansa puolesta lupaavia hihnan kitkapinnoitteen materiaaliksi. Toisaalta polyeteenivaahtomuovien mekaanisia ominaisuuksia ei juuri tunneta, eikä niitä ole käytetty kulutuskestoa vaativissa sovelluksissa. Hihnan ulkopinnan kulumismekanismia ei täysin tunneta.

Prosessiparametrien vaikutus polymeerien diodilaserhitsaukseen

Diplomityössä tutkittiin polymeerien diodilaserhitsausta ja tavoitteena oli selvittää eri prosessiparametrien vaikutus hitsin laatuun. Kokeissa käytettyjä hitsausmenetelmiä olivat jatkuva hitsaus, puolisimultaanihitsaus ja Clearweld-menetelmä. Materiaaleina käytettiin polykarbonaattia ja ABS + PC -seosta. Kokeissa tarkasteltiin prosessiparametrien vaikutusta hitsin lujuuteen, leveyteen sekä hitsin tuhoutumiseen ja huokoisuuteen. Hitsin lujuus kasvoi hitsaustehoa nostettaessa tiettyyn pisteeseen asti, jonka jälkeen hitsi alkoi tuhoutumaan ja lujuus lähti laskuun. Hitsaustehon lisäksi hitsin lujuuteen vaikuttavia prosessiparametreja olivat hitsausnopeus ja ilmarako, joiden kasvaessa hitsin lujuus laski. Lisäksi puolisimultaanihitsauksessa pyyhkäisyjen määrä vaikutti hitsin lujuuteen; suuremmalla pyyhkäisyjen määrällä saatiin lujempi hitsi. Hitsin leveydellä ja lujuudella ei ollut vaikutusta toisiinsa, mutta hitsin tuhoutumisella ja huokosten määrällä hitsissä oli selkeä yhteys hitsin lujuuteen. Kun hitsissä alkoi esiintyä tuhoutumista, hitsin lujuus lähti laskuun. Clearweld-menetelmällä tarvittavat hitsaustehot olivat samaa suuruusluokkaa kuin jatkuvassa hitsauksessa. Hitsausparametrialueeseen, jolla saadaan aikaan laadukas hitsi, vaikuttavat hitsausteho, hitsausnopeus, ilmarako ja säteen tehotiheys sekä puolisimultaanihitsauksessa pyyhkäisyjen määrä. Hitsausnopeuden ja ilmaraon kasvaessa parametrialue kapenee. Paras liitos saadaan aikaiseksi, kun kappaleiden välillä ei ole ilmarakoa. Tällöin myös hitsausparametrialue on laajempi.

Peripheral Nerve Repair: Multimodal Comparison of the Long-Term Regenerative Potential of Adipose Tissue-Derived Cells in a Biodegradable Conduit.

Tissue engineering is a popular topic in peripheral nerve repair. Combining a nerve conduit with supporting adipose-derived cells could offer an opportunity to prevent time-consuming Schwann cell culture or the use of an autograft with its donor site morbidity and eventually improve clinical outcome. The aim of this study was to provide a broad overview over promising transplantable cells under equal experimental conditions over a long-term period. A 10-mm gap in the sciatic nerve of female Sprague-Dawley rats (7 groups of 7 animals, 8 weeks old) was bridged through a biodegradable fibrin conduit filled with rat adipose-derived stem cells (rASCs), differentiated rASCs (drASCs), human (h)ASCs from the superficial and deep abdominal layer, human stromal vascular fraction (SVF), or rat Schwann cells, respectively. As a control, we resutured a nerve segment as an autograft. Long-term evaluation was carried out after 12 weeks comprising walking track, morphometric, and MRI analyses. The sciatic functional index was calculated. Cross sections of the nerve, proximal, distal, and in between the two sutures, were analyzed for re-/myelination and axon count. Gastrocnemius muscle weights were compared. MRI proved biodegradation of the conduit. Differentiated rat ASCs performed significantly better than undifferentiated rASCs with less muscle atrophy and superior functional results. Superficial hASCs supported regeneration better than deep hASCs, in line with published in vitro data. The best regeneration potential was achieved by the drASC group when compared with other adipose tissue-derived cells. Considering the ease of procedure from harvesting to transplanting, we conclude that comparison of promising cells for nerve regeneration revealed that particularly differentiated ASCs could be a clinically translatable route toward new methods to enhance peripheral nerve repair.

Microscopic, chemical, and molecular-biological investigation of the decayed medieval stained window glasses of two Catalonian churches

We investigated the decayed historical church window glasses of two Catalonian churches, both under Mediterranean climate. Glass surfaces were studied by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), and X-ray diffraction (XRD). Their chemical composition was determined by avelength-dispersive spectrometry (WDS) microprobe analysis. The biodiversity was investigated by molecular methods: DNA extraction from glass, amplification by PCR targeting the16S rRNA and ITS regions, and fingerprint analyses by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). Clone libraries containing either PCR fragments of the bacterial 16S rDNA or the fungal ITS regions were screened by DGGE. Clone inserts were sequenced and compared with the EMBL database.

Study on the removal of biodegradable NOM from seawater using biofiltration

Despite the low biodegradability of seawater NOM, problems associated with biofouling are common in facilities that handle seawater. In this work, a fixed-film aerobic biofilter is proposed as an effective unit for preventing biofouling in such facilities. A packed-bed biofilter with an EBCT = 6 - 11 min was employed. The results demonstrated that the DOC is reduced by 6% and the BOD7 is reduced up to 15%. The LC-OCD analysis revealed that biofiltration abates the LMW neutrals and biopolymer fractions by 33 and 17%, respectively. However, the fractionation with UF membrane showed that the biofiltration process is able to degrade the more biodegradable compounds that have molecular weights that are greater than 1 kDa and compounds with molecular weights of less than 1 kDa. After biofiltration, the biological activity measured in terms of ATP removal was reduced by 60%. Finally, a test to evaluate the biofilm formation capacity of a water sample revealed reductions of ~94% when comparing biofiltered and non-biofiltered seawater. Therefore, a fixed-film aerobic biofiltration process could be a useful treatment for the removal of biodegradable organic matter from seawater and for improving the water quality in terms of less biofilm formation capacity.

Oeil et environnement

Résumé L'oeil est exposé à de multiples facteurs environnementaux qui influent sur le développement visuel, le confort et la santé visuelle. Une exposition excessive à la lumière solaire peut causer des pathologies de la surface oculaire et de la rétine, mais une exposition insuffisante à la lumière du jour pourrait être incriminée dans l'apparition ou la progression de la myopie. Les lumières artificielles, LED en particulier, comportent un risque accru de phototoxicité rétinienne. L'augmentation importante de la prévalence des allergies oculaires pourrait être liée à la multiplication des polluants environnementaux, comme la fumée de tabac, les dérivés de combustion de carburants ou les phtalates. Enfin, certains compléments alimentaires peuvent jouer un rôle protecteur dans certains types d'atteintes oculaire, rétinienne en particulier. Abstract The eyes are exposed to multiple environmental factors, which affect visual development, comfort, and visual health. While overexposure to sunlight can cause ocular surface and retinal pathologies, insufficient exposure to daylight could significantly contribute to myopia progression. New artificial lights, namely LED, have a higher risk of retinal phototoxicity, and could alter ocular circadian rhythm. The significant increase of prevalence of ocular allergies could be caused by the proliferation of environmental polluting substances, like tobacco smoke, fuel combustion by-products, or phtalates, which are found in many types of plastics. Finally, some dietary supplements could play a protective role in certain types of ocular pathologies, namely retinal pathologies.

Coatings on Composites

Polymer based composite materials coated with thin layers of wear resistant materials have been proposed as replacements for steel components for certain applications with the advantage of reduced mass. Magnetron sputtered coatings can be successfully deposited on composite materials. Nevertheless there are number of issues which must be addressed such as limited temperature, which the composite can withstand because of the epoxy binder which is used, the adhesion of the coating to the composite and the limited mechanical support, the hard coating can obtain from the relatively soft epoxy. We have investigated the deposition of chromium nitride, titanium carbide and titanium doped DLC coatings on carbon fibre reinforced composites and various polymers. The adhesion of the coatings has been studied by the pull-off adhesion tester. In general, the failure mechanism has been noticed to be due to the cohesive failure for a wide range of conditions. The wear behavior of the coatings has been noticed to be complicated. Wear tests on coated composites have shown that where the reinforcing fibres are near the surface, the composite samples do not perform well due to breakage of the fibres from the polymer matrix. A fibre free surface has been noticed to improve the wear resistance.

The impact of bioavailability limitations on microbial stable isotope fractionation in a multiphase system

Stable isotope fractionation analysis of contaminants is a promising method for assessing biodegradation of contaminants in natural systems. However, standard procedures to determine stable isotope fractionation factors, so far, neglect the influence of pollutant bioavailability on stable isotope fractionation. On a microscale, bioavailability may vary due to the spatio-temporal variability of local contaminant concentrations, limited effective diffusivities of the contaminants and cell densities, and thus, the pollutant supply might not meet the intrinsic degradation capacity of the microorganisms. The aim of this study was to demonstrate the effect of bioavailability on the apparent stable isotope fractionation, using a multiphase laboratory setup. The data gained show that the apparent isotope fractionation factors observed during biodegradation processes depend on the amount of biomass and/or the rate of toluene mass transfer from a second to the aqueous phase. They indicate that physico-chemical processes need to be taken into account when stable isotope fractionation analysis is used for the quantification of environmental contaminant degradation.