Two-phase synthesis of shape-controlled colloidal zirconia nanocrystals and their characterization

We have developed a two-phase approach for the synthesis of shape-controlled colloidal zirconia nanocrystals, including spherical-, teardrop-, rod-, and rice grain-shaped particles. We found that the key factors for controlling the shape were the reaction time, the nature of the capping agent, and the monomer concentration. We have analyzed the morphologies, crystallinity, optical properties, and structural features of the as-prepared ZrO2 nanoparticles by using transmission electron microscopy (TEM), high-resolution TEM, X-ray powder diffraction, and UV-vis absorption and fluorescence spectroscopy. The possible nucleation and growth process is also discussed.

Secondary structure effects on DNA hybridization kinetics: a solution versus surface comparison

The hybridization kinetics for a series of designed 25mer probe�target pairs having varying degrees of secondary structure have been measured by UV absorbance and surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy in solution and on the surface, respectively. Kinetic rate constants derived from the resultant data decrease with increasing probe and target secondary structure similarly in both solution and surface environments. Specifically, addition of three intramolecular base pairs in the probe and target structure slow hybridization by a factor of two. For individual strands containing four or more intramolecular base pairs, hybridization cannot be described by a traditional two-state model in solution-phase nor on the surface. Surface hybridization rates are also 20- to 40-fold slower than solution-phase rates for identical sequences and conditions. These quantitative findings may have implications for the design of better biosensors, particularly those using probes with deliberate secondary structure.

Enhanced surface attachment of protein-type targeting ligands to poly(lactide-co-glycolide) nanoparticles using variable expression of polymeric acid functionality

The density of reactive carboxyl groups on the surface of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) nanoparticles (NP) was modulated using a combination of high-molecular weight (MW) encapped and low MW non-encapped PLGA. Carboxyl groups were activated using carbodiimide chemistry and conjugated to bovine serum albumin and a model polyclonal antibody. Activation of carboxyl,groups in solution-phase PLGA prior to NP formation was compared with a postformation activation of peripheral carboxyl groups on intact NP. Activation before or after NP formation did not influence conjugation efficiency to NP prepared using 100% of the low-MW PLGA. The effect of steric stabilization using poly(vinyl alcohol) reduced conjugation of a polyclonal antibody from 62 mu g/(mg NP) to 32 mu g/(mg NP), but enhanced particulate stability. Increasing the amount of a high-MW PLGA also reduced Conjugation, with the activation post-formation still superior to the preformation approach. Drug release studies showed that high proportions of high-MW PLGA in the NP produced a longer sustained release profile of a model drug (celecoxib). It can be concluded that activating intact PLGA NP is superior to activating component parts prior to NP formation. Also, high MW PLGA could be used to prolong drug release, but at the expense of conjugation efficiency on to the NP surface. (C) 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res 87A: 873-884, 2008

Expedited Solid-Phase Synthesis of Fluorescently Labeled and Biotinylated Aminoalkane Diphenyl Phosphonate Affinity Probes for Chymotrypsin- and Elastase-Like Serine Proteases

In this study, we report on a novel, expedited solid-phase approach for the synthesis of biotinylated and fluorescently tagged irreversible affinity based probes for the chymotrypsin and elastase-like serine proteases. The novel solid-phase biotinylation or fluorescent labeling of the aminoalkane diphenyl phosphonate warhead using commercially available Biotin-PEG-NovaTag or EDANS NovaTag resin permits rapid, facile synthesis of these reagents. We demonstrate the kinetic evaluation and utilization of a number of these irreversible inactivators for chymotrypsin-like (chymotrypsin/human cathepsin G) and elastase-like serine proteases. Encouragingly, these compounds display comparable potency against their target proteases as their N-benzyloxycarbonyl (Cbz)-protected parent compounds, from which they were derived, and function as efficient active site-directed inactivators of their target proteases. We subsequently applied the biotinylated reagents for the sensitive detection of protease species via Western blot, showing that the inactivation of the protease was specifically mediated through the active site serine. Furthermore, we also demonstrate the successful detection of serine protease species with the fluorescently labeled derivatives “in-gel”, thus avoiding the need for downstream Western blotting. Finally, we also show the utility of biotinylated and pegylated affinity probes for the isolation/enrichment of serine protease species, via capture with immobilized streptavidin, and their subsequent identification via de novo sequencing. Given their selectivity of action against the serine proteases, we believe that these reagents can be exploited for the direct, rapid, and selective identification of these enzymes from biological milieu containing multiple protease subclasses.

Narrow bandwidth red electroluminescence from solution-processed lanthanide-doped polymer thin films

Narrow bandwidth red electroluminescence from OLED devices fabricated using a simple solution-based approach is demonstrated. A spin-casting method is employed to fabricate organic light emitting diode (OLED) devices comprising a poly(N-vinylcarbazole) (PVK) host matrix doped with a europium beta-diketonate complex, Eu(dbM)(3)(Phen) (dibenzoylmethanate, dbm; 1,10-phenanthroline, Phen) on glass/ indium tin oxide (ITO)/3,4-polyethylene-dioxythiophene-polystyrene sulfonate (PEDOT) substrates. Saturated red europium ion emission, based on the (5)Do ->F-7(2) transition, is centered at a wavelength of 612 nm with a full width at half maximum of 3.5 rim. A maximum external quantum efficiency of 6.3 x 10(-2) cd/A (3.1 X 10(-2)%) and a maximum luminance of 130 cd/M-2 at 400 mA/cm(2) and 25 V is measured for ITO/PEDOT/PVK:Eu(dbM)3(Phen)/Ca/Al devices. This measured output luminance is comparable to that of devices fabricated using more sophisticated small molecule evaporation techniques. (c) 2005 Elsevier B.V All rights reserved.

Organic Matter-Solid Phase Interactions Are Critical for Predicting Arsenic Release and Plant Uptake in Bangladesh Paddy Soils

Agroecological zones within Bangladesh with low levels of arsenic in groundwater and soils produce rice that is high in arsenic with respect to other producing regions of the globe. Little is known about arsenic cycling in these soils and the labile fractions relevant for plant uptake when flooded. Soil porewater dynamics of field soils (n = 39) were recreated under standardized laboratory conditions to investigate the mobility and interplay of arsenic, Fe, Si, C, and other elements, in relation to rice grain element composition, using the dynamic sampling technique diffusive gradients in thin films (DGT). Based on a simple model using only labile DGT measured arsenic and dissolved organic carbon (DOC), concentrations of arsenic in Aman (Monsoon season) rice grain were predicted reliably. DOC was the strongest determinant of arsenic solid-solution phase partitioning, while arsenic release to the soil porewater was shown to be decoupled from that of Fe. This study demonstrates the dual importance of organic matter (OM), in terms of enhancing arsenic release from soils, while reducing bioavailability by sequestering arsenic in solution.

Measurement of Donnan potentials in gels by in situ microelectrode voltammetry

This work describes the electrochemical methodology for the determination of the Donnan potential from diffusion-limited steady-state voltammograms of acrylamide gels. The technique is based upon the measurement of gel–sol systems that have reached Donnan equilibrium and contain Cd2+ as a probe ion. Au-amalgam microelectrodes are used to measure the Cd concentration in the gel phase relative to the solution phase, thus permitting comparison of the Cd voltammograms obtained in both phases. This approach yields two independent measures of the Donnan potential resulting from (i) the potential shift relative to the reference electrode, and (ii) the enhancement of the Cd2+ wave. Two suites of acrylamide gels containing 0.2% and 0.5% Na-acrylate were studied as a function of ionic strength by varying [NaNO3] and maintaining a constant concentration of the electroactive probe ion, [Cd2+] = 1 · 10 5 mol/L in the equilibrating solutions. Independent model predictions of the Donnan potential as a function of ionic strength that consider the effects of differential swelling on the charge density, the influence of a mixed electrolyte on the potential developed in the gel at the limit of low ionic strength and the effects of incomplete dissociation of the carboxylic functional groups were in agreement with the Donnan potentials independently measured by the twofold steady-state voltammetric approach.

Production systems and supplier selection: a multi-phase process model

Purpose: This paper presents a combined multi-phase supplier selection model. The process repeatedly revisits the criteria and sourcing decision as the development process continues. This enables a structured adoption of product and production system innovation from strategic suppliers, where previously the literature purely focuses on product innovation or cost reduction. Design/methodology/approach: The authors adopted an embedded researcher style, inductive, qualitative case study of an industrial supply cluster comprising a focal automotive company and its interaction with three different strategic stamping suppliers. Findings: Our contribution is the multi-phased production and product innovation process. This is an advance from traditional supplier selection and also an extension of ideas of supplier-located product development as it includes production system development, and complements the literature on working with strategic suppliers. Specifically, we explicitly articulate the previously unreported issue of whether a supplier chosen for its innovation capabilities at the start of the new product development process will also be the most appropriate supplier during the production system development phase, when an ability to work collaboratively may be the most important attribute, or in the large-scale production phase when an ability to manufacture at low unit cost may be most important. Originality/value: The paper identifies a multi-phase approach to tendering within a fixed body of strategic suppliers which seeks to identify the optimum technological and process decisions as well as the traditional supplier sourcing choice. These areas have not been combined before and generate a valuable approach for firms to adopt as well as for researchers to extend our understanding of a highly complex process.

Electromagnetism based approach to Sector design in Waste Collection

For efficient planning of waste collection routing, large municipalities may be partitioned into convenient sectors. The real case under consideration is the municipality of Monção, in Portugal. Waste collection involves more than 1600 containers over an area of 220 km2 and a population of around 20,000 inhabitants. This is mostly a rural area where the population is distributed in small villages around the 33 boroughs centres (freguesia) that constitute the municipality. In most freguesias, waste collection is usually conducted 3 times a week. However, there are situations in which the same collection is done every day. The case reveals some general and specific characteristics which are not rare, but are not widely addressed in the literature. Furthermore, new methods and models to deal with sectorization and routing are introduced, which can be extended to other applications. Sectorization and routing are tackled following a three-phase approach. The first phase, which is the main concern of the presentation, introduces a new method for sectorization inspired by Electromagnetism and Coulomb’s Law. The matter is not only about territorial division, but also the frequency of waste collection, which is a critical issue in these types of applications. Special characteristics related to the number and type of deposition points were also a motivation for this work. The second phase addresses the routing problems in each sector: new Mixed Capacitated Arc Routing with Limited Multi-Landfills models will be presented. The last phase integrates Sectoring and Routing. Computational results confirm the effectiveness of the entire novel approach.

Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».

Conception, synthèse et diversification de l'azaGly-Pro : un mime de tour beta, outil d'étude structure-activité : application au développement d'un nouvel agent tocolytique

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré.

The effects of additives and chemical modification on the solution properties of thermo-sensitive polymers

Cette thèse concerne l’étude de phase de séparation de deux polymères thermosensibles connus-poly(N-isopropylacylamide) (PNIPAM) et poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PIPOZ). Parmi des études variées sur ces deux polymères, il y a encore deux parties de leurs propriétés thermiques inexplicites à être étudiées. Une partie concerne l’effet de consolvant de PNIPAM dans l’eau et un autre solvant hydromiscible. L’autre est l’effet de propriétés de groupes terminaux de chaînes sur la séparation de phase de PIPOZ. Pour ce faire, nous avons d’abord étudié l’effet de l’architecture de chaînes sur l’effet de cosolvant de PNIPAMs dans le mélange de méthanol/eau en utilisant un PNIPAM en étoile avec 4 branches et un PNIPAM cyclique comme modèles. Avec PNIPAM en étoile, l’adhérence de branches PNIPAM de à un cœur hydrophobique provoque une réduction de Tc (la température du point de turbidité) et une enthalpie plus faible de la transition de phase. En revanche, la Tc de PNIPAM en étoile dépend de la masse molaire de polymère. La coopérativité de déhydratation diminue pour PNIPAM en étoile et PNIPAM cyclique à cause de la limite topologique. Une étude sur l’influence de concentration en polymère sur l’effet de cosolvant de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau a montré qu’une séparation de phase liquide-liquide macroscopique (MLLPS) a lieu pour une solution de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau avec la fraction molaire de méthanol entre 0.127 et 0.421 et la concentration en PNIPAM est constante à 10 g.L-1. Après deux jours d’équilibration à température ambiante, la suspension turbide de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau se sépare en deux phases dont une phase possède beaucoup plus de PNIPAM que l’autre. Un diagramme de phase qui montre la MLLPS pour le mélange PNIPAM/eau/méthanol a été établi à base de données expérimentales. La taille et la morphologie de gouttelettes dans la phase riche en polymère condensée dépendent de la fraction molaire de méthanol. Parce que la présence de méthanol influence la tension de surface des gouttelettes liquides, un équilibre lent de la séparation de phase pour PNIPAM/eau/méthanol système a été accéléré et une séparation de phase liquide-liquide macroscopique apparait. Afin d’étudier l’effet de groupes terminaux sur les propriétés de solution de PIPOZ, deux PIPOZs téléchéliques avec groupe perfluorodécanyle (FPIPOZ) ou groupe octadécyle (C18PIPOZ) comme extrémités de chaîne ont été synthétisés. Les valeurs de Tc des polymères téléchéliques ont beaucoup diminué par rapport à celle de PIPOZ. Des micelles stables se forment dans des solutions aqueuses de polymères téléchéliques. La micellization et la séparation de phase de ces polymères dans l’eau ont été étudiées. La séparation de phase de PIPOZs téléchéliques suit le mécanisme de MLLPS. Des différences en tailles de gouttelettes formées à l’intérieur de solutions de deux polymères ont été observées. Pour étudier profondément les différences dans le comportement d’association entre deux polymères téléchéliques, les intensités des signaux de polymères correspondants et les temps de relaxation T1, T2 ont été mesurés. Des valeurs de T2 de protons correspondants aux IPOZs sont plus hautes.

Morpholinone mediated oxazolone-free C-terminus amide coupling permitting a convergent strategy for peptide synthesis

3-Substituted-5-phenylmorpholinones have been demonstrated to act as N-protected C-terminus activated alpha-amino acids capable of undergoing solution phase N-terminus peptide extension following standard coupling procedures. The N-acylated morpholinones do not undergo epimerisation of the stereocentre of the C-terminus amino acid residue as oxazolone formation is sterically prevented, although C-terminus peptide coupling is still possible. This convergent approach to peptide synthesis is exemplified by the preparation of L-ala-L-ala-L-ala and L-ala-D-ala-L-ala. Copyright (c) 2008 European Peptide Society and John Wiley & Sons, Ltd.

Solution-focused work in individual academic development

There is one account in the literature of the application of a solution-focused approach to individual teaching development at university level (Devlin, 2003). The solution-focused approach is based on solution-focused brief therapy (SFBT). The current paper elaborates on the existing account, further outlining and illustrating the techniques that make up the solution-focused approach to academic development. The central tenets of SFBT-based academic development and the core components of solution-focused work are articulated. Current research in this area is outlined.

Synthesis of LiFePO4@carbon nanotube core-shell nanowires with a high-energy efficient method for superior lithium ion battery cathodes

A high-energy efficient method is developed for the synthesis of LiFePO4@CNT core-shell nanowire structures. The method consists of two steps: liquid deposition approach to prepare FePO4@CNT core-shell nanowires and solvothermal lithiation to obtain the LiFePO4@CNT core-shell nanowires at a low temperature. The solution phase method can be easily scaled up for commercial application. The performance of the materials produced by this method is evaluated in Li ion batteries. The one-dimensional LiFePO4@CNT nanowires offer a stable and efficient backbone for electron transport. The LiFePO4@CNT core-shell nanowires exhibit a high capacity of 132.8 mAh g^-1 at a rate of 0.2C, as well as high rate capability (64.4 mAh g^-1 at 20C) for Li ion storage.