The application of metallointercalators in recognition of and charge transport in nucleic acids

Metal complexes that utilize the 9,10-phenanthrene quinone diimine (phi) moiety bind to DNA through the major groove. These metallointercalators can recognize DNA sites and perform reactions on DNA as a substrate. The site-specific metallointercalator Λ-1-Rh(MGP)_2phi^(5+) competitively disrupts the major groove binding of a transcription factor, yAP-1, from an oligonucleotide that contains a common binding site. The demonstration that metal complexes can prevent transcription factor binding to DNA site-specifically is an important step in using metallointercalators as therapeutics.

The distinctive photochemistry of metallointercalators can also be applied to promote long range charge transport in DNA. Experiments using duplexes with regions 4 to 10 nucleotides long containing strictly adenine and thymine sequences of varying order showed that radical migration is more dependent on the sequence of bases, and less dependent on the distance between the guanine doublets. This result suggests that mechanistic proposals of long range charge transport must involve all the bases.

RNA/DNA hybrids show charge migration to guanines from a remote site, thus demonstrating that nucleic acid stacking other than B-form can serve as a radical bridge. Double crossover DNA assemblies also provide a medium for charge transport at distances up to 100 Å from the site of radical introduction by a tethered metal complex. This radical migration was found to be robust to mismatches, and limited to individual, electronically distinct base stacks. In single DNA crossover assemblies, which have considerably greater flexibility, charge migration proceeds to both base stacks due to conformational isomers not present in the rigid and tightly annealed double crossovers.

Finally, a rapid, efficient, gel-based technique was developed to investigate thymine dimer repair. Two oligonucleotides, one radioactively labeled, are photoligated via the bases of a thymine-thymine interface; reversal of this ligation is easily visualized by gel electrophoresis. This assay was used to show that the repair of thymine dimers from a distance through DNA charge transport can be accomplished with different photooxidants.

Thus, nucleic acids that support long range charge transport have been shown to include A-track DNA, RNA/DNA hybrids, and single and double crossovers, and a method for thymine dimer repair detection using charge transport was developed. These observations underscore and extend the remarkable finding that DNA can serve a medium for charge transport via the heteroaromatic base stack.

Crystals that count! Physical principles and experimental investigations of DNA tile self-assembly

Algorithmic DNA tiles systems are fascinating. From a theoretical perspective, they can result in simple systems that assemble themselves into beautiful, complex structures through fundamental interactions and logical rules. As an experimental technique, they provide a promising method for programmably assembling complex, precise crystals that can grow to considerable size while retaining nanoscale resolution. In the journey from theoretical abstractions to experimental demonstrations, however, lie numerous challenges and complications.

In this thesis, to examine these challenges, we consider the physical principles behind DNA tile self-assembly. We survey recent progress in experimental algorithmic self-assembly, and explain the simple physical models behind this progress. Using direct observation of individual tile attachments and detachments with an atomic force microscope, we test some of the fundamental assumptions of the widely-used kinetic Tile Assembly Model, obtaining results that fit the model to within error. We then depart from the simplest form of that model, examining the effects of DNA sticky end sequence energetics on tile system behavior. We develop theoretical models, sequence assignment algorithms, and a software package, StickyDesign, for sticky end sequence design.

As a demonstration of a specific tile system, we design a binary counting ribbon that can accurately count from a programmable starting value and stop growing after overflowing, resulting in a single system that can construct ribbons of precise and programmable length. In the process of designing the system, we explain numerous considerations that provide insight into more general tile system design, particularly with regards to tile concentrations, facet nucleation, the construction of finite assemblies, and design beyond the abstract Tile Assembly Model.

Finally, we present our crystals that count: experimental results with our binary counting system that represent a significant improvement in the accuracy of experimental algorithmic self-assembly, including crystals that count perfectly with 5 bits from 0 to 31. We show some preliminary experimental results on the construction of our capping system to stop growth after counters overflow, and offer some speculation on potential future directions of the field.

Pulsed neutron experiments in graphite

Detailed pulsed neutron measurements have been performed in graphite assemblies ranging in size from 30.48 cm x 38.10 cm x 38.10 cm to 91.44 cm x 66.67 cm x 66.67 cm. Results of the measurement have been compared to a modeled theoretical computation.

In the first set of experiments, we measured the effective decay constant of the neutron population in ten graphite stacks as a function of time after the source burst. We found the decay to be non-exponential in the six smallest assemblies, while in three larger assemblies the decay was exponential over a significant portion of the total measuring interval. The decay in the largest stack was exponential over the entire ten millisecond measuring interval. The non-exponential decay mode occurred when the effective decay constant exceeded 1600 sec^( -1).

In a second set of experiments, we measured the spatial dependence of the neutron population in four graphite stacks as a function of time after the source pulse. By doing an harmonic analysis of the spatial shape of the neutron distribution, we were able to compute the effective decay constants of the first two spatial modes. In addition, we were able to compute the time dependent effective wave number of neutron distribution in the stacks.

Finally, we used a Laplace transform technique and a simple modeled scattering kernel to solve a diffusion equation for the time and energy dependence of the neutron distribution in the graphite stacks. Comparison of these theoretical results with the results of the first set of experiments indicated that more exact theoretical analysis would be required to adequately describe the experiments.

The implications of our experimental results for the theory of pulsed neutron experiments in polycrystalline media are discussed in the last chapter.

Avaliação in vitro da variação do torque de remoção de parafusos para fixação de pilares protéticos submetidos a ciclos de parafusamento e desparafusamento

O afrouxamento dos parafusos protéticos é descrito na literatura como uma das complicações mais frequentes das próteses sobre implantes. Durante sua confecção, os profissionais sentem necessidade de remover várias vezes as próteses e/ou componentes protéticos, soltando e re-apertando os parafusos repetidamente. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a variação do torque de remoção de parafusos de fixação de pilares protéticos a implantes osteointegráveis após sucessivos ciclos de parafusamento e desparafusamento. Outro objetivo foi avaliar a influência do hexágono da base do pilar no torque de remoção dos parafusos. Para isso, foram utilizados 20 implantes de plataforma regular com hexágono externo e 20 pilares protéticos sextavados, que foram parafusados aos implantes com um parafuso de titânio, aplicando-se a este um torque de 32Ncm, por meio de um torquímetro digital. Os conjuntos implante/pilar/parafuso foram divididos em dois grupos: (1) pilares cujo hexágono da base foram removidos e (2) pilares convencionais, com hexágono na base. Cada conjunto recebeu uma restauração provisória e foi submetido a ciclagem mecânica por 15 minutos. Depois, os parafusos foram removidos, medindo-se o torque de remoção. Esta sequência foi repetida dez vezes e então o parafuso foi trocado por outro sem uso, e mais um ciclo foi realizado. Uma análise de regressão linear demonstrou nos dois grupos uma queda do torque de remoção do parafuso ao longo dos repetidos ciclos de inserção/remoção. A comparação entre os coeficientes da regressão nos dois grupos não revelou diferença entre eles. Também não houve diferença entre as médias das 5 últimas repetições e o 11 ciclo, com o parafuso novo. Concluiu-se que (1) repetidos parafusamentos e desparafusamentos promoveram a diminuição progressiva do torque de remoção dos parafusos, (2) a troca do parafuso por outro sem uso após dez ciclos de inserção/remoção não aumentou sua resistência ao afrouxamento, e (3) a remoção do hexágono da base do pilar protético não exerceu nenhum efeito sobre o torque de remoção do parafuso.

Discrete Modeling of Granular Media: A NURBS-based Approach

This dissertation is concerned with the development of a new discrete element method (DEM) based on Non-Uniform Rational Basis Splines (NURBS). With NURBS, the new DEM is able to capture sphericity and angularity, the two particle morphological measures used in characterizing real grain geometries. By taking advantage of the parametric nature of NURBS, the Lipschitzian dividing rectangle (DIRECT) global optimization procedure is employed as a solution procedure to the closest-point projection problem, which enables the contact treatment of non-convex particles. A contact dynamics (CD) approach to the NURBS-based discrete method is also formulated. By combining particle shape flexibility, properties of implicit time-integration, and non-penetrating constraints, we target applications in which the classical DEM either performs poorly or simply fails, i.e., in granular systems composed of rigid or highly stiff angular particles and subjected to quasistatic or dynamic flow conditions. The CD implementation is made simple by adopting a variational framework, which enables the resulting discrete problem to be readily solved using off-the-shelf mathematical programming solvers. The capabilities of the NURBS-based DEM are demonstrated through 2D numerical examples that highlight the effects of particle morphology on the macroscopic response of granular assemblies under quasistatic and dynamic flow conditions, and a 3D characterization of material response in the shear band of a real triaxial specimen.

A política externa independente na questão da descolonização da África lusófona (1958 1964)

O presente trabalho destina-se a analisar as relações diplomáticas entre o Brasil e Portugal sobre a questão da independência da África lusófona. Até 1961, verifica-se a manutenção de uma relação privilegiada com a pátria lusitana, traduzida no incondicional apoio brasileiro prestado aos assuntos do interesse de Portugal que se colocavam nos foros internacionais, como por exemplo, a questão da descolonização africana, no âmbito da ONU.A Política Externa Independente, projeto formulado em 1961 pelo então Presidente Jânio Quadros e seu Chanceler, Afonso Arinos de Melo Franco, visava a renovação da ação externa do país. O anticolonialismo e a defesa da autodeterminação dos povos faziam parte das formulações da PEI, que, entretanto, acabou encontrando grandes dificuldades para manter a coerência no posicionamento brasileiro na ONU, diante do processo de descolonização dos territórios portugueses na África. Portugal manteve, durante todo o período analisado (1958-1964), uma forte estratégia de defesa da manutenção de seus territórios ultramarinos. O Brasil, por sua vez, encontrou, principalmente no nível interno, os maiores obstáculos para manter uma conduta assertiva na matéria colonial. A leitura das fontes primárias, bem como dos livros escritos pelos Chanceleres da PEI, constituiu importante metodologia para a comprovação de que houve contradições e abstenções por parte do Brasil, sobre a questão colonial portuguesa, entre 1961-1964, na ONU. E que a falta de unidade de posicionamento externada nas Assembléias refletia principalmente os embates internos, que provocaram as grandes oscilações demonstradas pela nossa Delegação nas mais importantes votações sobre a questão.

Systematic Studies on 3d- and 4f-Metal Containing Polyoxometalates Suitable for Organic Derivatization

232 p.

A agenda do desenvolvimento na promoção dos direitos humanos: uma análise da política externa brasileira no governo Lula

Os direitos humanos consolidaram um conjunto de valores ético-políticos considerados fundamentais para assegurar o respeito à dignidade do ser humano. A problemática do desenvolvimento é fundamental para as considerações de política externa de países como o Brasil. A consagração do Direito ao Desenvolvimento (DaD) como um direito humano desafia a divisão artificial dos direitos humanos e revela a evolução temática deste campo de estudo. Essa dissertação usa o instrumental dos direitos humanos para avaliar a relevância e a singularidade de algumas posições brasileiras. Após uma dissonância observada nos anos 1970, reflexo do ciclo autoritário por que passava o país, verificou-se postura cooperativa do Brasil nas proposições que versavam sobre o DaD. No mesmo sentido, observou-se que, conquanto não seja conceito recorrente no discurso oficial brasileiro, as posições do país, no que dizem respeito ao modelo de desenvolvimento defendido e aos direitos humanos, autorizam a inferência de que há uma harmonia em relação aos princípios fundamentais dispostos na Declaração sobre o DaD, de 1986. Da análise das posições brasileiras, tornou-se possível particularizar a política externa do governo Lula. Do levantamento das variáveis internas e externas que exercem influência sobre a formulação política do governo, bem como das iniciativas públicas e dos discursos oficiais, encontramos alguma evidência empírica no sentido de que a política externa brasileira para os direitos humanos, na administração de Luiz Inácio Lula da Silva, passa por um viés de promoção do desenvolvimento e de crítica à ordem internacional. A política se singulariza por incorporar uma dimensão de valores à crítica. Com isso, harmoniza-se com as posições defendidas pelo país nos plenários internacionais, onde o tema do DaD tem sido objeto de debate.

Contributions to the efficient use of general purpose coprocessors: kernel density estimation as case study

142 p.

Physico-chemical interactions between compartment-forming lipids and other prebiotically relevant biomolecules

Lipids are essential constituents of contemporary living cells, serving as structural molecules that are necessary to form membranous compartments. Amphiphilic lipid-like molecules may also have contributed to prebiotic chemical evolution by promoting the synthesis, aggregation and cooperative encapsulation of other biomolecules. The resulting compartments would allow systems of molecules to be maintained that represent microscopic experiments in a natural version of combinatorial chemistry. Here we address these possibilities and describe recent results related to interactions between amphiphiles and other biomolecules during early evolution toward the first living cells.

O império, a elite e o imperador: debates sobre a Europa na política externa brasileira do século XIX

A independência do Brasil, bem como de parte significativa da América Latina, ocorreu concomitantemente ao reestabelecimento da realidade política europeia após a Revolução Francesa. A Constituição brasileira de 1824, apesar de aparentar similaridades com o liberalismo francês, foi feita de forma a transformar o Brasil no modelo mais bem acabado de realidade política do Antigo Regime europeu. O engessamento da estrutura política decorria da existência de uma elite coesa, situação que punha à prova um modelo que teoricamente oferecia ao monarca o poder máximo, dada sua atribuição de alternar o grupo que estava no comando do país. Esse processo resultou quase que na transformação do imperador em um chanceler das decisões tomadas pelos membros da elite homogênea. Essa dinâmica política ocorre pari passu às tensões de modernização que permeiam a realidade europeia do século XIX e que refletem o aprofundamento do capitalismo da Segunda Revolução Industrial. O Brasil, pensado a partir do modelo do Antigo Regime europeu, encontrou no segundo reinado o ponto de inflexão a partir de iniciativas de modernização defendidas por D. Pedro II. Esse conflito intraelite é a tônica da análise feita a partir da hipótese de que o Brasil era um membro efetivo da Sociedade de Estados europeia, percepção decorrente do compartilhamento de valores havido com os países da Europa. Nesse espectro, constrói-se uma narrativa histórica na qual a História da Política Externa Brasileira e a História das Relações Internacionais são desenvolvidas conjuntamente. Essa narrativa visa superar as limitações impostas por uma noção de História restrita às questões de poder e disputas fronteiriças. Para a consecução desse objetivo recorreu-se a uma análise mais detalhada das atribuições do Conselho de Estado órgão representativo da elite imperial e das atas das reuniões havidas na seção de Justiça e Negócios Estrangeiros. A essa análise contrapôs-se aquela feita dos diários de D. Pedro II escritos durante suas três viagens ao Exterior (1871-1873 / 1876-1877 / 1887-1888). É pela contraposição dessas duas fontes primárias que se conclui que havia projetos diferentes para o país decorrentes de percepções diferentes sobre a realidade da Europa: se de um lado a Europa vista pela elite brasileira era aquela do Antigo Regime, D. Pedro II reconhecia os impulsos modernizantes das duas últimas décadas do século. Alguns dos quais ele tentou implementar no país.

Photonics and lasing in liquid crystal materials

Owing to fundamental reasons of symmetry, liquid crystals are soft materials. This softness allows long length-scales, large susceptibilities and the existence of modulated phases, which respond readily to external fields. Liquid crystals with such phases are tunable, self-assembled, photonic band gap materials; they offer exciting opportunities both in basic science and in technology. Since the density of photon states is suppressed in the stop band and is enhanced at the band edges, these materials may be used as switchable filters or as mirrorless lasers. Disordered periodic liquid crystal structures can show random lasing. We highlight recent advances in this rapidly growing area, and discuss future prospects in emerging liquid crystal materials. Liquid crystal elastomers and orientationally ordered nanoparticle assemblies are of particular interest. © 2006 The Royal Society.

A microelectrode drive for long term recording of neurons in freely moving and chaired monkeys

An electrode drive is described for recordings of neurons in freely moving and chaired monkeys during the performance of behavioural tasks. The electrode drives are implanted for periods of up to 6 months, and can advance up to 42 electrodes using 14 independent drive mechanisms. The drive samples 288 points within a 12 mm x 12 min region, with 15 min of electrode travel. Major advantages are that recordings are made in freely moving monkeys, and these recordings can be compared with those in chaired experiments; waveforms of single neurons are stable, enabling prolonged recordings of the same neurons across periods of days; recordings can be made throughout the brain, including the dorsolateral prefrontal cortex and hippocampus; the drive accommodates both sharp microelectrodes and fine wire assemblies such as tetrodes. (C) 2003 Elsevier Science B.V; All rights reserved.

Dynamic characterisation and longitudinal strength of swaged joints

Swaging is a cold working process involving plastic deformation of the work piece to change its shape. A swaged joint is a connection between two components whereby a swaging tool induces plastic deformation of the components at their junction to effectively bind them together. This is commonly used when welding or other standard joining techniques are not viable. Swaged joints can be found for example, in nuclear fuel assemblies to connect the edges of thin rectangular plates to a supporting structure or frame. The aim of this work is to find a model to describe the vibrational behaviour of a swaged joint and to estimate its strength in resisting a longitudinally applied load. The finite element method and various experimental rigs were used in order to find relationships between the natural frequencies of the plate, the joint stiffness and the force required to shift the plate against the restraining action of the swage connection. It is found that a swaged joint is dynamically equivalent to a simple support with the rotation elastically restrained and a small stiffness is enough to resist an important load. © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Photoconductive hybrid films via directional self-assembly of C 60 on aligned carbon nanotubes

Hybrid nanostructured materials can exhibit different properties than their constituent components, and can enable decoupled engineering of energy conversion and transport functions. Novel means of building hybrid assemblies of crystalline C 60 and carbon nanotubes (CNTs) are presented, wherein aligned CNT films direct the crystallization and orientation of C 60 rods from solution. In these hybrid films, the C 60 rods are oriented parallel to the direction of the CNTs throughout the thickness of the film. High-resolution imaging shows that the crystals incorporate CNTs during growth, yet grazing-incidence X-ray diffraction (GIXD) shows that the crystal structure of the C 60 rods is not perturbed by the CNTs. Growth kinetics of the C 60 rods are enhanced 8-fold on CNTs compared to bare Si, emphasizing the importance of the aligned, porous morphology of the CNT films as well as the selective surface interactions between C 60 and CNTs. Finally, it is shown how hybrid C 60-CNT films can be integrated electrically and employed as UV detectors with a high photoconductive gain and a responsivity of 10 5 A W -1 at low biases (± 0.5 V). The finding that CNTs can induce rapid, directional crystallization of molecules from solution may have broader implications to the science and applications of crystal growth, such as for inorganic nanocrystals, proteins, and synthetic polymers. © 2012 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.