High energy resolution fluorescence detection XANES - an in situ method to study the interaction of adsorbed molecules with metal catalysts in the liquid phase

The change in the Pt electronic structure following the adsorption of an a,ß-unsaturated aldehyde and ketone was followed by in situ HERFD-XANES in the liquid phase. The resulting shift in the Pt Fermi energy is in good agreement with the molecule adsorption energy trends calculated by DFT and provides insight into the reaction selectivity.

Electromagnetic Focusing and Imaging in Stratified Media Using Gradient Phase Profiled Conjugating Lens

High-resolution imaging of a dipole source in stratified medium based on negative refraction is presented in this paper. Compensation of the material parameter contrast at the stratified media interface is achieved using a gradient phase profiled conjugating lens (GPCL). It is shown both analytically and numerically that the phase gradient applied across the GPCL positioned at the interface of vertically stratified media enables a high-quality image of a dipole source in a mirror symmetric position with respect to the lens plane. The analytical closed form expression of the phase gradient function is derived using Huygens-Kirchhoff principle. The result is applicable to media with arbitrary stratification and material parameters, including lossy materials. The mechanism for formation of the dipole image in the stratified medium and aberration due to the dielectric contrast at the interface, particularly electromagnetic loss, is discussed in detail. The efficacy of gradient phase and amplitude aberration compensations mechanisms available through the GPCL is articulated. The results of the study are of importance in a wide range of imaging problems in stratified media for medical, civil, and military applications.

Rapid detection of health-care-associated bloodstream infection in critical care using multipathogen real-time polymerase chain reaction technology: a diagnostic accuracy study and systematic review

Background: There is growing interest in the potential utility of real-time polymerase chain reaction (PCR) in diagnosing bloodstream infection by detecting pathogen deoxyribonucleic acid (DNA) in blood samples within a few hours. SeptiFast (Roche Diagnostics GmBH, Mannheim, Germany) is a multipathogen probe-based system targeting ribosomal DNA sequences of bacteria and fungi. It detects and identifies the commonest pathogens causing bloodstream infection. As background to this study, we report a systematic review of Phase III diagnostic accuracy studies of SeptiFast, which reveals uncertainty about its likely clinical utility based on widespread evidence of deficiencies in study design and reporting with a high risk of bias. 

Objective: Determine the accuracy of SeptiFast real-time PCR for the detection of health-care-associated bloodstream infection, against standard microbiological culture. 

Design: Prospective multicentre Phase III clinical diagnostic accuracy study using the standards for the reporting of diagnostic accuracy studies criteria. 

Setting: Critical care departments within NHS hospitals in the north-west of England. 

Participants: Adult patients requiring blood culture (BC) when developing new signs of systemic inflammation. 

Main outcome measures: SeptiFast real-time PCR results at species/genus level compared with microbiological culture in association with independent adjudication of infection. Metrics of diagnostic accuracy were derived including sensitivity, specificity, likelihood ratios and predictive values, with their 95% confidence intervals (CIs). Latent class analysis was used to explore the diagnostic performance of culture as a reference standard. 

Results: Of 1006 new patient episodes of systemic inflammation in 853 patients, 922 (92%) met the inclusion criteria and provided sufficient information for analysis. Index test assay failure occurred on 69 (7%) occasions. Adult patients had been exposed to a median of 8 days (interquartile range 4–16 days) of hospital care, had high levels of organ support activities and recent antibiotic exposure. SeptiFast real-time PCR, when compared with culture-proven bloodstream infection at species/genus level, had better specificity (85.8%, 95% CI 83.3% to 88.1%) than sensitivity (50%, 95% CI 39.1% to 60.8%). When compared with pooled diagnostic metrics derived from our systematic review, our clinical study revealed lower test accuracy of SeptiFast real-time PCR, mainly as a result of low diagnostic sensitivity. There was a low prevalence of BC-proven pathogens in these patients (9.2%, 95% CI 7.4% to 11.2%) such that the post-test probabilities of both a positive (26.3%, 95% CI 19.8% to 33.7%) and a negative SeptiFast test (5.6%, 95% CI 4.1% to 7.4%) indicate the potential limitations of this technology in the diagnosis of bloodstream infection. However, latent class analysis indicates that BC has a low sensitivity, questioning its relevance as a reference test in this setting. Using this analysis approach, the sensitivity of the SeptiFast test was low but also appeared significantly better than BC. Blood samples identified as positive by either culture or SeptiFast real-time PCR were associated with a high probability (> 95%) of infection, indicating higher diagnostic rule-in utility than was apparent using conventional analyses of diagnostic accuracy. 

Conclusion: SeptiFast real-time PCR on blood samples may have rapid rule-in utility for the diagnosis of health-care-associated bloodstream infection but the lack of sensitivity is a significant limiting factor. Innovations aimed at improved diagnostic sensitivity of real-time PCR in this setting are urgently required. Future work recommendations include technology developments to improve the efficiency of pathogen DNA extraction and the capacity to detect a much broader range of pathogens and drug resistance genes and the application of new statistical approaches able to more reliably assess test performance in situation where the reference standard (e.g. blood culture in the setting of high antimicrobial use) is prone to error.

Ataluren for the treatment of nonsense-mutation cystic fibrosis: a randomised, double-blind, placebo-controlled phase 3 trial

Background: Ataluren was developed to restore functional protein production in genetic disorders caused by nonsense mutations, which are the cause of cystic fibrosis in 10% of patients. This trial was designed to assess the efficacy and safety of ataluren in patients with nonsense-mutation cystic fibrosis. 

Methods: This randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 3 study enrolled patients from 36 sites in 11 countries in North America and Europe. Eligible patients with nonsense-mutation cystic fibrosis (aged ≥6 years; abnormal nasal potential difference; sweat chloride >40 mmol/L; forced expiratory volume in 1 s [FEV₁] ≥40% and ≤90%) were randomly assigned by interactive response technology to receive oral ataluren (10 mg/kg in morning, 10 mg/kg midday, and 20 mg/kg in evening) or matching placebo for 48 weeks. Randomisation used a block size of four, stratified by age, chronic inhaled antibiotic use, and percent-predicted FEV₁. The primary endpoint was relative change in percent-predicted FEV₁ from baseline to week 48, analysed in all patients with a post-baseline spirometry measurement. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00803205. 

Findings: Between Sept 8, 2009, and Nov 30, 2010, 238 patients were randomly assigned, of whom 116 in each treatment group had a valid post-baseline spirometry measurement. Relative change from baseline in percent-predicted FEV₁ did not differ significantly between ataluren and placebo at week 48 (-2·5% vs -5·5%; difference 3·0% [95% CI -0·8 to 6·3]; p=0·12). The number of pulmonary exacerbations did not differ significantly between treatment groups (rate ratio 0·77 [95% CI 0·57-1·05]; p=0·0992). However, post-hoc analysis of the subgroup of patients not using chronic inhaled tobramycin showed a 5·7% difference (95% CI 1·5-10·1) in relative change from baseline in percent-predicted FEV₁ between the ataluren and placebo groups at week 48 (-0·7% [-4·0 to 2·1] vs -6·4% [-9·8 to -3·7]; nominal p=0·0082), and fewer pulmonary exacerbations in the ataluern group (1·42 events [0·9-1·9] vs 2·18 events [1·6-2·7]; rate ratio 0·60 [0·42-0·86]; nominal p=0·0061). Safety profiles were generally similar for ataluren and placebo, except for the occurrence of increased creatinine concentrations (ie, acute kidney injury), which occurred in 18 (15%) of 118 patients in the ataluren group compared with one (<1%) of 120 patients in the placebo group. No life-threatening adverse events or deaths were reported in either group. I

nterpretation: Although ataluren did not improve lung function in the overall population of nonsense-mutation cystic fibrosis patients who received this treatment, it might be beneficial for patients not taking chronic inhaled tobramycin. 

Funding: PTC Therapeutics, Cystic Fibrosis Foundation, US Food and Drug Administration's Office of Orphan Products Development, and the National Institutes of Health. 

Phase composition, microstructure and microhardness of electroless nickel composite coating co-deposited with SiC on cast aluminium LM24 alloy substrate

Electroless Ni–P (EN) and composite Ni–P–SiC (ENC) coatings were developed on cast aluminium alloy substrate, LM24. The coating phase composition, microstructure and microhardness were investigated using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and microhardness tester, respectively, on as-plated and heat-treated specimens. The original microstructure of the Ni–P matrix is not affected by the inclusion of the hard particles SiC. No formation of Ni–Si phase was observed up to 500 °C of heat treatment. The microhardness is increased on incorporation of SiC in Ni–P matrix. The hardening mechanism is the formation of intermetallic phase Ni3P on annealing at elevated temperature.

Split Ring FSS Reflectarray with Spiral Phase Distribution

The paper reports of a flat spiral phase plate structure based on reflectarray frequency selective surface, FSS, technology for the generation of helical far-field radiation patterns with circular polarization (CP) properties. Double split ring slot FSS is used as a means for adjusting the phase across the reflectarray. Simulations presented demonstrate generation of reflected helical beams at 10 GHz for CP wave incident on the structure. The far-field measurements are in a good agreement with the simulations and demonstrate a null of -11dB in the centre of the radiation pattern attributed to the helical wavefront.

Nanoparticle technology: future opportunities in cancer treatment

Gold nanoparticles are emerging as promising agents for cancer therapy and are being investigated as vehicles for drug delivery, agents for photothermal therapy, image contrast and radiosensitisation. This review introduces the field of nanotechnology with a focus on recent gold nanoparticle research which has led to early phase clinical trials. In particular the increasing preclinical evidence for gold nanoparticles as sensitizers with ionizing radiation in vitro and in vivo is discussed.

IQ Imbalance in Multiuser Systems: Channel Estimation and Compensation

In this paper, we consider the uplink of a single-cell multi-user single-input multiple-output (MU-SIMO) system with in-phase and quadrature-phase imbalance (IQI). Particularly, we investigate the effect of receive (RX) IQI on the performance of MU-SIMO systems with large antenna arrays employing maximum-ratio combining (MRC) receivers. In order to study how IQI affects channel estimation, we derive a new channel estimator for the IQI-impaired model and show that the higher the value of signal-to-noise ratio (SNR) the higher the impact of IQI on the spectral efficiency (SE). Moreover, a novel pilot-based joint estimator of the augmented MIMO channel matrix and IQI coefficients is described and then, a low-complexity IQI compensation scheme is proposed which is based on the
IQI coefficients’ estimation and it is independent of the channel gain. The performance of the proposed compensation scheme is analytically evaluated by deriving a tractable approximation of the ergodic SE assuming transmission over Rayleigh fading channels with large-scale fading. Furthermore, we investigate how many MSs should be scheduled in massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems with IQI and show that the highest SE loss occurs at the optimal operating point. Finally,
by deriving asymptotic power scaling laws, and proving that the SE loss due to IQI is asymptotically independent of the number of BS antennas, we show that massive MIMO is resilient to the effect of RX IQI.

Projecto de receptores integrados de banda larga

O presente trabalho tem como objectivo o estudo e projecto de receptores optimizados para sistemas de comunicações por fibra óptica de muito alto débito (10Gb/s e 40Gb/s), com a capacidade integrada de compensação adaptativa pós-detecção da distorção originada pela característica de dispersão cromática e de polarização do canal óptico. O capítulo 1 detalha o âmbito de aplicabilidade destes receptores em sistemas de comunicações ópticas com multiplexagem no comprimento de onda (WDM) actuais. O capítulo apresenta ainda os objectivos e principais contribuições desta tese. O capítulo 2 detalha o projecto de um amplificador pós-detecção adequado para sistemas de comunicação ópticos com taxa de transmissão de 10Gb/s. São discutidas as topologias mais adequadas para amplificadores pós detecção e apresentados os critérios que ditaram a escolha da topologia de transimpedância bem como as condições que permitem optimizar o seu desempenho em termos de largura de banda, ganho e ruído. Para além disso são abordados aspectos relacionados com a implementação física em tecnologia monolítica de microondas (MMIC), focando em particular o impacto destes no desempenho do circuito, como é o caso do efeito dos componentes extrínsecos ao circuito monolítico, em particular as ligações por fio condutor do monólito ao circuito externo. Este amplificador foi projectado e produzido em tecnologia pHEMT de Arsenieto de Gálio e implementado em tecnologia MMIC. O protótipo produzido foi caracterizado na fábrica, ainda na bolacha em que foi produzido (on-wafer) tendo sido obtidos dados de caracterização de 80 circuitos protótipo. Estes foram comparados com resultados de simulação e com desempenho do protótipo montado num veículo de teste. O capítulo 3 apresenta o projecto de dois compensadores eléctricos ajustáveis com a capacidade de mitigar os efeitos da dispersão cromática e da dispersão de polarização em sistemas ópticos com débito binário de 10Gb/s e 40Gb/s, com modulação em banda lateral dupla e banda lateral única. Duas topologias possíveis para este tipo de compensadores (a topologia Feed-Forward Equalizer e a topologia Decision Feedback Equaliser) são apresentadas e comparadas. A topologia Feed-Forward Equaliser que serviu de base para a implementação dos compensadores apresentados é analisada com mais detalhe sendo propostas alterações que permitem a sua implementação prática. O capítulo apresenta em detalhe a forma como estes compensadores foram implementados como circuitos distribuídos em tecnologia MMIC sendo propostas duas formas de implementar as células de ganho variável: com recurso à configuração cascode ou com recurso à configuração célula de Gilbert. São ainda apresentados resultados de simulação e experimentais (dos protótipos produzidos) que permitem tirar algumas conclusões sobre o desempenho das células de ganho com as duas configurações distintas. Por fim, o capítulo inclui ainda resultados de desempenho dos compensadores testados como compensadores de um sinal eléctrico afectado de distorção. No capítulo 4 é feita uma análise do impacto da modulação em banda lateral dupla (BLD) em comparação com a modulação em banda lateral única (BLU) num sistema óptico afectado de dispersão cromática e de polarização. Mostra-se que com modulação em BLU, como não há batimento entre portadoras das duas bandas laterais em consequência do processo quadrático de detecção e há preservação da informação da distorção cromática do canal (na fase do sinal), o uso deste tipo de modulação em sistemas de comunicação óptica permite maior tolerância à dispersão cromática e os compensadores eléctricos são muito mais eficientes. O capítulo apresenta ainda resultados de teste dos compensadores desenvolvidos em cenários experimentais de laboratório representativos de sistemas ópticos a 10Gb/s e 40Gb/s. Os resultados permitem comparar o desempenho destes cenários sem e com compensação eléctrica optimizada, para os casos de modulação em BLU e em BLD, e considerando ainda os efeitos da dispersão na velocidade de grupo e do atraso de grupo diferencial. Mostra-se que a modulação BLU em conjunto com compensação adaptativa eléctrica permite um desempenho muito superior á modulação em BLD largamente utilizada nos sistemas de comunicações actuais. Por fim o capítulo 5 sintetiza e apresenta as principais conclusões deste trabalho.

Enhanced ethernet switching technology for adaptive hard real-time applications: Tecnologia de comutação ethernet melhorada para aplicações adaptativas e críticas de tempo-real

Os Sistemas Embarcados Distribuídos (SEDs) estão, hoje em dia, muito difundidos em vastas áreas, desde a automação industrial, a automóveis, aviões, até à distribuição de energia e protecção do meio ambiente. Estes sistemas são, essencialmente, caracterizados pela integração distribuída de aplicações embarcadas, autónomas mas cooperantes, explorando potenciais vantagens em termos de modularidade, facilidade de manutenção, custos de instalação, tolerância a falhas, entre outros. Contudo, o ambiente operacional onde se inserem estes tipos de sistemas pode impor restrições temporais rigorosas, exigindo que o sistema de comunicação subjacente consiga transmitir mensagens com garantias temporais. Contudo, os SEDs apresentam uma crescente complexidade, uma vez que integram subsistemas cada vez mais heterogéneos, quer ao nível do tráfego gerado, quer dos seus requisitos temporais. Em particular, estes subsistemas operam de forma esporádica, isto é, suportam mudanças operacionais de acordo com estímulos exteriores. Estes subsistemas também se reconfiguram dinamicamente de acordo com a actualização dos seus requisitos e, ainda, têm lidar com um número variável de solicitações de outros subsistemas. Assim sendo, o nível de utilização de recursos pode variar e, desta forma, as políticas de alocação estática tornam-se muito ineficientes. Consequentemente, é necessário um sistema de comunicação capaz de suportar com eficácia reconfigurações e adaptações dinâmicas. A tecnologia Ethernet comutada tem vindo a emergir como uma solução sólida para fornecer comunicações de tempo-real no âmbito dos SEDs, como comprovado pelo número de protocolos de tempo-real que foram desenvolvidos na última década. No entanto, nenhum dos protocolos existentes reúne as características necessárias para fornecer uma eficiente utilização da largura de banda e, simultaneamente, para respeitar os requisitos impostos pelos SEDs. Nomeadamente, a capacidade para controlar e policiar tráfego de forma robusta, conjugada com suporte à reconfiguração e adaptação dinâmica, não comprometendo as garantias de tempo-real. Esta dissertação defende a tese de que, pelo melhoramento dos comutadores Ethernet para disponibilizarem mecanismos de reconfiguração e isolamento de tráfego, é possível suportar aplicações de tempo-real críticas, que são adaptáveis ao ambiente onde estão inseridas.Em particular, é mostrado que as técnicas de projecto, baseadas em componentes e apoiadas no escalonamento hierárquico de servidores de tráfego, podem ser integradas nos comutadores Ethernet para alcançar as propriedades desejadas. Como suporte, é fornecida, também, uma solução para instanciar uma hierarquia reconfigurável de servidores de tráfego dentro do comutador, bem como a análise adequada ao modelo de escalonamento. Esta última fornece um limite superior para o tempo de resposta que os pacotes podem sofrer dentro dos servidores de tráfego, com base unicamente no conhecimento de um dado servidor e na hierarquia actual, isto é, sem o conhecimento das especifidades do tráfego dentro dos outros servidores. Finalmente, no âmbito do projecto HaRTES foi construído um protótipo do comutador Ethernet, o qual é baseado no paradigma “Flexible Time-Triggered”, que permite uma junção flexível de uma fase síncrona para o tráfego controlado pelo comutador e uma fase assíncrona que implementa a estrutura hierárquica de servidores referidos anteriormente. Além disso, as várias experiências práticas realizadas permitiram validar as propriedades desejadas e, consequentemente, a tese que fundamenta esta dissertação.

Promoting self-regulated learning in technology enhanced learning environments : keeping a digital track of the learning process

Tese de doutoramento (co-tutela), Psicologia (Psicologia da Educação), Faculdade de Psicologia da Universidade de Lisboa, Faculdade de Psicologia e de Ciências da Educação da Universidade de Coimbra, Technial University of Darmstadt, 2014

On the performance of a blind source separation based I/Q-corrector

I and Q Channel phase and gain mismatches are of great concern in communications receiver design. In this paper we carry out a detailed performance analysis of the Blind-Source Seperation (BSS) based imbalance compensation structure. The results indicate that the BSS structure can offer adequate performance for most communication systems. Since the compensation is carried out before any modulation specific processing, the proposed compensation method works with all standard modulation formats.