Successful scale-up of human embryonic stem cell production in a stirred microcarrier culture system

Future clinical applications of human embryonic stem (hES) cells will require high-yield culture protocols. Currently, hES cells are mainly cultured in static tissue plates, which offer a limited surface and require repeated sub-culturing. Here we describe a stirred system with commercial dextran-based microcarriers coated with denatured collagen to scale-up hES cell production. Maintenance of pluripotency in the microcarrier-based stirred system was shown by immunocytochemical and flow cytometry analyses for pluripotency-associated markers. The formation of cavitated embryoid bodies expressing markers of endoderm, ectoderm and mesoderm was further evidence of maintenance of differentiation capability. Cell yield per volume of medium spent was more than 2-fold higher than in static plates, resulting in a significant decrease in cultivation costs. A total of 10(8) karyotypically stable hES cells were obtained from a unitary small vessel that needed virtually no manipulation during cell proliferation, decreasing risks of contamination. Spinner flasks are available up to working volumes in the range of several liters. If desired, samples from the homogenous suspension can be withdrawn to allow process validation needed in the last expansion steps prior to transplantation. Especially when thinking about clinical trials involving from dozens to hundreds of patients, the use of a small number of larger spinners instead of hundreds of plates or flasks will be beneficial. To our knowledge, this is the first description of successful scale-up of feeder- and Matrigel™-free production of undifferentiated hES cells under continuous agitation, which makes this system a promising alternative for both therapy and research needs.

Lipopolysaccharide-induced expression of cell surface receptors and cell activation of neutrophils and monocytes in whole human blood

Lipopolysaccharide (LPS) activates neutrophils and monocytes, inducing a wide array of biological activities. LPS rough (R) and smooth (S) forms signal through Toll-like receptor 4 (TLR4), but differ in their requirement for CD14. Since the R-form LPS can interact with TLR4 independent of CD14 and the differential expression of CD14 on neutrophils and monocytes, we used the S-form LPS from Salmonella abortus equi and the R-form LPS from Salmonella minnesota mutants to evaluate LPS-induced activation of human neutrophils and monocytes in whole blood from healthy volunteers. Expression of cell surface receptors and reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) generation were measured by flow cytometry in whole blood monocytes and neutrophils. The oxidative burst was quantified by measuring the oxidation of 2',7'-dichlorofluorescein diacetate and the NO production was quantified by measuring the oxidation of 4-amino-5-methylamino-2',7'-difluorofluorescein diacetate. A small increase of TLR4 expression by monocytes was observed after 6 h of LPS stimulation. Monocyte CD14 modulation by LPS was biphasic, with an initial 30% increase followed by a 40% decrease in expression after 6 h of incubation. Expression of CD11b was rapidly up-regulated, doubling after 5 min on monocytes, while down-regulation of CXCR2 was observed on neutrophils, reaching a 50% reduction after 6 h. LPS induced low production of ROS and NO. This study shows a complex LPS-induced cell surface receptor modulation on human monocytes and neutrophils, with up- and down-regulation depending on the receptor. R- and S-form LPS activate human neutrophils similarly, despite the low CD14 expression, if the stimulation occurs in whole blood.

Sedimentology and micromorphology of drumlin sediments at Chimney Bluffs State Park, New York, United States of America

The drumlin sediments at Chimney Bluffs, New York appear to represent a block-inmatrix style glacial melange. This melange comprises sand stringers, lenses and intraclasts juxtaposed in an apparently massive diamicton. Thin section examination of these glacigenic deposits has revealed microstructures indicative of autokinetic subglacial defonnation which are consistent with a deformable bed origin for the diamicton. These features include banding and. necking of matrix grains, oriented plasma fabrics and the formation of pressure shadows at the long axis ends of elongate clasts. Preservation of primary stratification within the sand intraclasts appears to suggest that these features were pre-existing up-ice deposits that were frozen, entrained, then deposited as part of a defonning till layer beneath an advancing ice sheet. Multi-directional micro-shearing within the sand blocks is thought to reflect the frozen nature of the sand units in such a high strain environment. It is also contended that dewatering of the sediment pile leading to the eventual immobilisation of the defonning till layer was responsible for opening sub-horizontal fissures within the diamicton. These features were subsequently infilled with mass flow poorly sorted sands and silts which were subjected to ductile defonnation during the waning stages of an actively deforming till layer. Microstructures indicative of the dewatering processes in the sand units include patches of fine-grained particles within a coarser-grained matrix and the presence of concentrated zones of translocated clays. However, these units were probably confined within an impermeable diamicton casing that prevented massive pore water influxes from the deforming till layer~ Hence, these microstructures probably reflect localised dewatering of the sand intraclasts. A layered subglacial shear zone model is proposed for the various features exhibited by the drumlin sediments. The complexity of these structures is explained in terms of ii superposing deformation styles in response to changing pore water pressures. Constructional glaciotectonics, as implied by the occurrence of sub-horizontal fissuring, is suggested as the mechanism for the stacking of the sand intraclast units within the diamicton. The usefulness of micromorphology in complimenting the traditional sedimentology of glacigenic deposits is emphasised by the current study. An otherwise massive diamicton was shown to contain microstructures indicative of the very high strain rates expected in a complexly deforming till layer. . It is quite obvious from this investigation that the classification of diamictons needs to be re-examined for evidence of microstructures that could lead to the re-interpretation of diamicton forming processes. RESUME Le pacquet de sediments drumlinaire de Chimney Bluffs, New York, represent un "bloc-en-matrice" genre de melange glaciale. Des structures microscopique comprennent l'evidence pour la defonnation intrinseque attribuee a l'origine lit non resistant du drumlin. PreselVation des structures primaires au coeur des blocs arenaces suggere que ceux sont des depots preexistant qui furent geles, entraines et par la suite sedimentes au milieu d'une couche de debris sous-glaciaires en voie de deformation. Des failles microscopiques a l'interieur des blocs arenaces appuient aussi l'idee d'un bloc cohesif (c'est-a-dire gele) au centre d'un till non resistant. Des implications significatives s'emergent de cette etude pour les conditions sous-glaciaire et les processus de la formation des drumlin.

Étude comparative de l'anatomie des plaies de greffe de cornée par tomographie de cohérence optique (OCT)

Cette thèse porte sur l’étude de l’anatomie de la cornée après 3 techniques de greffe soient, la greffe totale traditionnelle (GTT) et des techniques de greffe lamellaire postérieur (GLP) telles que la greffe lamellaire endothéliale profonde (DLEK) et la greffe endothélium/membrane de Descemet (EDMG) pour le traitement des maladies de l’endothélium, telles que la dystrophie de Fuchs et de la kératopathie de l’aphaque et du pseudophaque. Dans ce contexte, cette thèse contribue également à démontrer l’utilité de la tomographie de cohérence optique (OCT) pour l’étude de l’anatomie des plaies chirurgicales la cornée post transplantation. Au cours de ce travail nous avons étudié l'anatomie de la DLEK, avant et 1, 6, 12 et 24 mois après la chirurgie. Nous avons utilisé le Stratus OCT (Version 3, Carl Zeiss, Meditec Inc.) pour documenter l’anatomie de la plaie. L'acquisition et la manipulation des images du Stratus OCT, instrument qui à été conçu originalement pour l’étude de la rétine et du nerf optique, ont été adaptées pour l'analyse du segment antérieur de l’oeil. Des images cornéennes centrales verticales et horizontales, ainsi que 4 mesures radiaires perpendiculaires à la plaie à 12, 3, 6 et 9 heures ont été obtenues. Les paramètres suivants ont été étudiés: (1) Les espaces (gap) entre les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (2) les dénivelés de surface postérieure (step) entre le les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (3) la compression tissulaire, (4) le décollement du greffon, 6) les élévations de la surface antérieure de la cornée et 7) la pachymétrie centrale de la cornée. Les mesures d’épaisseur totale de la cornée ont été comparées et corrélées avec celles obtenues avec un pachymètre à ultra-sons. Des mesures d’acuité visuelle, de réfraction manifeste et de topographie ont aussi été acquises afin d’évaluer les résultats fonctionnels. Enfin, nous avons comparé les données de DLEK à celles obtenues de l’EDMG et de la GTT, afin de caractériser les plaies et de cerner les avantages et inconvénients relatifs à chaque technique chirurgicale. Nos résultats anatomiques ont montré des différences importantes entre les trois techniques chirurgicales. Certains des paramètres étudiés, comme le sep et le gap, ont été plus prononcés dans la GTT que dans la DLEK et complètement absents dans l’EDMG. D’autres, comme la compression tissulaire et le décollement du greffon n’ont été observés que dans la DLEK. Ceci laisse entrevoir que la distorsion de la plaie varie proportionnellement à la profondeur de la découpe stromale du receveur, à partir de la face postérieure de la cornée. Moins la découpe s’avance vers la face antérieure (comme dans l’EDMG), moins elle affecte l’intégrité anatomique de la cornée, le pire cas étant la découpe totale comme dans la GTT. Cependant, tous les paramètres d’apposition postérieure sous-optimale et d’élévation de la surface antérieure (ce dernier observé uniquement dans la GTT) finissent par diminuer avec le temps, évoluant à des degrés variables vers un profil topographique plus semblable à celui d’une cornée normale. Ce processus paraît plus long et plus incomplet dans les cas de GTT à cause du type de plaie, de la présence de sutures et de la durée de la cicatrisation. Les valeurs moyennes d’épaisseur centrale se sont normalisées après la chirurgie. De plus, ces valeurs moyennes obtenues par OCT étaient fortement corrélées à celles obtenues par la pachymétrie à ultra-sons et nous n’avons remarqué aucune différence significative entre les valeurs moyennes des deux techniques de mesure. L’OCT s’est avéré un outil utile pour l’étude de l’anatomie microscopique des plaies chirurgicales. Les résultats d’acuité visuelle, de réfraction et de topographie des techniques de GLP ont montré qu’il existe une récupération visuelle rapide et sans changements significatifs de l’astigmatisme, contrairement à la GTT avec et sans suture. La GLP a permis une meilleure conservation de la morphologie de la cornée, et par conséquence des meilleurs résultats fonctionnels que la greffe de pleine épaisseur. Ceci nous permet d’avancer que la GLP pourrait être la technique chirurgicale à adopter comme traitement pour les maladies de l’endothélium cornéen.

Autocrine loop in the purinergic control of airway surface liquid volume : monitoring with a novel side-view imaging technique

La Fibrose Kystique (FK) est une maladie dégénérative qui entraine une dégénération des poumons dû au problème de clairance mucociliaire (CMC). Le volume de surface liquide (SL) couvrant les cellules pulmonaires est essentiel à la clairance de mucus et au combat contre les infections. Les nucléotides extracellulaires jouent un rôle important dans la CMC des voies aériennes, en modifiant le volume de la SL pulmonaire. Cependant, les mécanismes du relâchement de l’ATP et de leurs déplacements à travers la SL, restent inconnus. Des études ultérieures démontrent que l’exocytose d’ATP mécano-sensible et Ca2+-dépendant, dans les cellules A549, est amplifié par les actions synergétiques autocrine/paracrine des cellules avoisinantes. Nous avions comme but de confirmer la présence de la boucle purinergique dans plusieurs modèles de cellules épithéliales et de développer un système nous permettant d’observer directement la SL. Nous avons démontrés que la boucle purinergique est fonctionnelle dans les modèles de cellules épithéliales examinés, mis appart les cellules Calu-3. L’utilisation de modulateur de la signalisation purinergique nous a permis d’observer que le relâchement d’ATP ainsi que l’augmentation du [Ca2+]i suivant un stress hypotonique, sont modulés par le biais de cette boucle purinergique et des récepteurs P2Y. De plus, nous avons développé un système de microscopie qui permet d’observer les changements de volume de SL en temps réel. Notre système permet de contrôler la température et l’humidité de l’environnement où se trouvent les cellules, reproduisant l’environnement pulmonaire humain. Nous avons démontré que notre système peut identifier même les petits changements de volume de SL.

Points quantiques : caractérisation et applications en sciences pharmaceutiques

L’imagerie médicale a longtemps été limitée à cause des performances médiocres des fluorophores organiques. Récemment la recherche sur les nanocristaux semi-conducteurs a grandement contribué à l’élargissement de la gamme d’applications de la luminescence dans les domaines de l’imagerie et du diagnostic. Les points quantiques (QDs) sont des nanocristaux de taille similaire aux protéines (2-10 nm) dont la longueur d’onde d’émission dépend de leur taille et de leur composition. Le fait que leur surface peut être fonctionnalisée facilement avec des biomolécules rend leur application particulièrement attrayante dans le milieu biologique. Des QDs de structure « coeur-coquille » ont été synthétisés selon nos besoins en longueur d’onde d’émission. Dans un premier article nous avons modifié la surface des QDs avec des petites molécules bi-fonctionnelles portant des groupes amines, carboxyles ou zwitterions. L’effet de la charge a été analysé sur le mode d’entrée des QDs dans deux types cellulaires. À l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques spécifiques à certains modes d’internalisation, nous avons déterminé le mode d’internalisation prédominant. L’endocytose par les radeaux lipidiques représente le mode d’entrée le plus employé pour ces QDs de tailles similaires. D’autres modes participent également, mais à des degrés moindres. Des disparités dans les modes d’entrée ont été observées selon le ligand de surface. Nous avons ensuite analysé l’effet de l’agglomération de différents QDs sur leur internalisation dans des cellules microgliales. La caractérisation des agglomérats dans le milieu de culture cellulaire a été faite par la technique de fractionnement par couplage flux-force (AF4) associé à un détecteur de diffusion de la lumière. En fonction du ligand de surface et de la présence ou non de protéines du sérum, chacun des types de QDs se sont agglomérés de façon différente. À l'aide d’inhibiteur des modes d’internalisation, nous avons corrélé les données de tailles d’agglomérats avec leur mode d’entrée cellulaire. Les cellules microgliales sont les cellules immunitaires du système nerveux central (CNS). Elles répondent aux blessures ou à la présence d’inflammagènes en relâchant des cytokines pro-inflammatoires. Une inflammation non contrôlée du CNS peut conduire à la neurodégénérescence neuronale et est souvent observée dans les cas de maladies chroniques. Nous nous sommes intéressés au développement d’un nanosenseur pour mesurer des biomarqueurs du début de l’inflammation. Les méthodes classiques pour étudier l’inflammation consistent à mesurer le niveau de protéines ou molécules relâchées par les cellules stressées (par exemple monoxyde d’azote, IL-1β). Bien que précises, ces méthodes ne mesurent qu’indirectement l’activité de la caspase-1, responsable de la libération du l’IL-1β. De plus ces méthode ne peuvent pas être utilisées avec des cellules vivantes. Nous avons construit un nanosenseur basé sur le FRET entre un QD et un fluorophore organique reliés entre eux par un peptide qui est spécifiquement clivé par la caspase-1. Pour induire l’inflammation, nous avons utilisé des molécules de lipopolysaccharides (LPS). La molécule de LPS est amphiphile. Dans l’eau le LPS forme des nanoparticules, avec des régions hydrophobes à l’intérieure. Nous avons incorporé des QDs dans ces régions ce qui nous a permis de suivre le cheminement du LPS dans les cellules microgliales. Les LPS-QDs sont internalisés spécifiquement par les récepteurs TLR-4 à la surface des microglies. Le nanosenseur s’est montré fonctionnel dans la détermination de l’activité de la caspase-1 dans cellules microgliales activées par le LPS. Éventuellement, le senseur permettrait d’observer en temps réel l’effet de thérapies ciblant l’inflammation, sur l’activité de la caspase-1.

Visible-light-mediated synthesis of helicenes in batch and continuous flow systems

Le présent mémoire décrit le développement d’une méthode de synthèse des hélicènes catalysée par la lumière visible. Les conditions pour la formation de [5]hélicène ont été établies par une optimisation du photocatalyseur, du solvant, du système d’oxydation et du temps réactionnel. Suite aux études mécanistiques préliminaires, un mécanisme oxydatif est proposé. Les conditions optimisées ont été appliquées à la synthèse de [6]hélicènes pour laquelle la régiosélectivité a été améliorée en ajoutant des substituants sur la colonne hélicale. La synthèse de thiohélicènes a aussi été testée en utilisant les mêmes conditions sous irradiation par la lumière visible. La méthode a été inefficace pour la formation de benzodithiophènes et de naphtothiophènes, par contre elle permet la formation du phenanthro[3,4-b]thiophène avec un rendement acceptable. En prolongeant la surface-π de la colonne hélicale, le pyrène a été fusionné aux motifs de [4]- et [5]hélicène. Trois dérivés de pyrène-hélicène ont été synthétisés en utilisant les conditions optimisées pour la photocyclisation et leurs caractéristiques physiques ont été étudiées. La méthode de cyclisation sous l’action de la lumière visible a aussi été étudiée en flux continu. Une optimisation du montage expérimental ainsi que de la source lumineuse a été effectuée et les meilleures conditions ont été appliquées à la formation de [5]hélicène et des trois dérivés du pyrène-hélicène. Une amélioration ou conservation des rendements a été observée pour la plupart des produits formés en flux continu comparativement à la synthèse en batch. La concentration de la réaction a aussi été conservée et le temps réactionnel a été réduit par un facteur de dix toujours en comparaison avec la synthèse en batch.

Qualitative Air Flow Modelling and Analysis of Data Centre Air Conditioning as Multiple Jet Array

Data centre is a centralized repository,either physical or virtual,for the storage,management and dissemination of data and information organized around a particular body and nerve centre of the present IT revolution.Data centre are expected to serve uniinterruptedly round the year enabling them to perform their functions,it consumes enormous energy in the present scenario.Tremendous growth in the demand from IT Industry made it customary to develop newer technologies for the better operation of data centre.Energy conservation activities in data centre mainly concentrate on the air conditioning system since it is the major mechanical sub-system which consumes considerable share of the total power consumption of the data centre.The data centre energy matrix is best represented by power utilization efficiency(PUE),which is defined as the ratio of the total facility power to the IT equipment power.Its value will be greater than one and a large value of PUE indicates that the sub-systems draw more power from the facility and the performance of the data will be poor from the stand point of energy conservation. PUE values of 1.4 to 1.6 are acievable by proper design and management techniques.Optimizing the air conditioning systems brings enormous opportunity in bringing down the PUE value.The air conditioning system can be optimized by two approaches namely,thermal management and air flow management.thermal management systems are now introduced by some companies but they are highly sophisticated and costly and do not catch much attention in the thumb rules.

Variations of surface boundary layer parameters associated with Cyclone Gonu over the Arabian Sea using QuikSCAT data

This study attempted to quantify the variations of the surface marine atmospheric boundary layer (MABL) parameters associated with the tropical Cyclone Gonu formed over the Arabian Sea during 30 May–7 June 2007 (just after the monsoon onset). These characteristics were evaluated in terms of surface wind, drag coefficient, wind stress, horizontal divergence, and frictional velocity using 0.5◦ × 0.5◦ resolution Quick Scatterometer (QuikSCAT) wind products. The variation of these different surface boundary layer parameters was studied for three defined cyclone life stages: prior to the formation, during, and after the cyclone passage. Drastic variations of the MABL parameters during the passage of the cyclone were observed. The wind strength increased from 12 to 22 m s−1 in association with different stages of Gonu. Frictional velocity increased from a value of 0.1–0.6 m s−1 during the formative stage of the system to a high value of 0.3–1.4 m s−1 during the mature stage. Drag coefficient varied from 1.5 × 10−3 to 2.5 × 10−3 during the occurrence of Gonu. Wind stress values varied from 0.4 to 1.1 N m−2. Wind stress curl values varied from 10 × 10−7 to 45 × 10−7 N m−3. Generally, convergent winds prevailed with the numerical value of divergence varying from 0 to –4 × 10−5 s−1. Maximum variations of the wind parameters were found in the wall cloud region of the cyclone. The parameters returned to normally observed values in 1–3 days after the cyclone passage

Regional climate model applications on sub-regional scales over the Indian monsoon region: The role of domain size on downscaling uncertainty

Regional climate models are becoming increasingly popular to provide high resolution climate change information for impacts assessments to inform adaptation options. Many countries and provinces requiring these assessments are as small as 200,000 km2 in size, significantly smaller than an ideal domain needed for successful applications of one-way nested regional climate models. Therefore assessments on sub-regional scales (e.g., river basins) are generally carried out using climate change simulations performed for relatively larger regions. Here we show that the seasonal mean hydrological cycle and the day-to-day precipitation variations of a sub-region within the model domain are sensitive to the domain size, even though the large scale circulation features over the region are largely insensitive. On seasonal timescales, the relatively smaller domains intensify the hydrological cycle by increasing the net transport of moisture into the study region and thereby enhancing the precipitation and local recycling of moisture. On daily timescales, the simulations run over smaller domains produce higher number of moderate precipitation days in the sub-region relative to the corresponding larger domain simulations. An assessment of daily variations of water vapor and the vertical velocity within the sub-region indicates that the smaller domains may favor more frequent moderate uplifting and subsequent precipitation in the region. The results remained largely insensitive to the horizontal resolution of the model, indicating the robustness of the domain size influence on the regional model solutions. These domain size dependent precipitation characteristics have the potential to add one more level of uncertainty to the downscaled projections.

A New Gridding Technique for High Density Microarray Images Using Intensity Projection Profile of Best Sub Image

As the technologies for the fabrication of high quality microarray advances rapidly, quantification of microarray data becomes a major task. Gridding is the first step in the analysis of microarray images for locating the subarrays and individual spots within each subarray. For accurate gridding of high-density microarray images, in the presence of contamination and background noise, precise calculation of parameters is essential. This paper presents an accurate fully automatic gridding method for locating suarrays and individual spots using the intensity projection profile of the most suitable subimage. The method is capable of processing the image without any user intervention and does not demand any input parameters as many other commercial and academic packages. According to results obtained, the accuracy of our algorithm is between 95-100% for microarray images with coefficient of variation less than two. Experimental results show that the method is capable of gridding microarray images with irregular spots, varying surface intensity distribution and with more than 50% contamination

Multi-site time-trend analysis of soil fertility management effects on crop production in sub-Saharan West Africa

Soil fertility constraints to crop production have been recognized widely as a major obstacle to food security and agro-ecosystem sustainability in sub-Saharan West Africa. As such, they have led to a multitude of research projects and policy debates on how best they should be overcome. Conclusions, based on long-term multi-site experiments, are lacking with respect to a regional assessment of phosphorus and nitrogen fertilizer effects, surface mulched crop residues, and legume rotations on total dry matter of cereals in this region. A mixed model time-trend analysis was used to investigate the effects of four nitrogen and phosphorus rates, annually applied crop residue dry matter at 500 and 2000 kg ha^-1, and cereal-legume rotation versus continuous cereal cropping on the total dry matter of cereals and legumes. The multi-factorial experiment was conducted over four years at eight locations, with annual rainfall ranging from 510 to 1300 mm, in Niger, Burkina Faso, and Togo. With the exception of phosphorus, treatment effects on legume growth were marginal. At most locations, except for typical Sudanian sites with very low base saturation and high rainfall, phosphorus effects on cereal total dry matter were much lower with rock phosphate than with soluble phosphorus, unless the rock phosphate was combined with an annual seed-placement of 4 kg ha^-1 phosphorus. Across all other treatments, nitrogen effects were negligible at 500 mm annual rainfall but at 900 mm, the highest nitrogen rate led to total dry matter increases of up to 77% and, at 1300 mm, to 183%. Mulch-induced increases in cereal total dry matter were larger with lower base saturation, reaching 45% on typical acid sandy Sahelian soils. Legume rotation effects tended to increase over time but were strongly species-dependent.

Horizontal nutrient fluxes and production efficiencies in urban and peri-urban crop and livestock husbandry of Niamey, Niger

Urban and peri-urban agriculture (UPA) increasingly supplies food and non-food values to the rapidly growing West African cities. However, little is known about the resource use efficiencies in West African small-scale UPA crop and livestock production systems, and about the benefits that urban producers and retailers obtain from the cultivation and sale of UPA products. To contribute to filling this gap of knowledge, the studies comprising this doctoral thesis determined nutrient use efficiencies in representative urban crop and livestock production system in Niamey, Niger, and investigated potential health risks for consumers. Also assessed was the economic efficiency of urban farming activities. The field study, which was conducted during November 2005 to January 2008, quantified management-related horizontal nutrient flows in 10 vegetable gardens, 9 millet fields and 13 cattle and small ruminant production units. These farms, selected on the basis of a preceding study, represented the diversity of UPA crop and livestock production systems in Niamey. Based on the management intensity, the market orientation and especially the nutrient input to individual gardens and fields, these were categorized as high or low input systems. In the livestock study, high and low input cattle and small ruminant units were differentiated based on the amounts of total feed dry matter offered daily to the animals at the homestead. Additionally, economic returns to gardeners and market retailers cultivating and selling amaranth, lettuce, cabbage and tomato - four highly appreciated vegetables in Niamey were determined during a 6-months survey in forty gardens and five markets. For vegetable gardens and millet fields, significant differences in partial horizontal nutrient balances were determined for both management intensities. Per hectare, average annual partial balances for carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) amounted to 9936 kg C, 1133 kg N, 223 kg P and 312 kg K in high input vegetable gardens as opposed to 9580 kg C, 290 kg N, 125 kg P and 351 kg K in low input gardens. These surpluses were mainly explained by heavy use of mineral fertilizers and animal manure to which irrigation with nutrient rich wastewater added. In high input millet fields, annual surpluses of 259 kg C ha-1, 126 kg N ha-1, 20 kg P ha-1 and 0.4 kg K ha-1 were determined. Surpluses of 12 kg C ha-1, 17 kg N ha-1, and deficits of -3 kg P ha-1 and -3 kg K ha-1 were determined for low input millet fields. Here, carbon and nutrient inputs predominantly originated from livestock manure application through corralling of sheep, goats and cattle. In the livestock enterprises, N, P and K supplied by forages offered at the farm exceeded the animals’ requirements for maintenance and growth in high and low input sheep/goat as well as cattle units. The highest average growth rate determined in high input sheep/goat units was 104 g d-1 during the cool dry season, while a maximum average gain of 70 g d-1 was determined for low input sheep/goat units during the hot dry season. In low as well as in high input cattle units, animals lost weight during the hot dry season, and gained weight during the cool dry season. In all livestock units, conversion efficiencies for feeds offered at the homestead were rather poor, ranging from 13 to 42 kg dry matter (DM) per kg live weight gain (LWG) in cattle and from 16 to 43 kg DM kg-1 LWG in sheep/goats, pointing to a substantial waste of feeds and nutrients. The economic assessment of the production of four high value vegetables pointed to a low efficiency of N and P use in amaranth and lettuce production, causing low economic returns for these crops compared to tomato and cabbage to which inexpensive animal manure was applied. The net profit of market retailers depended on the type of vegetable marketed. In addition it depended on marketplace for amaranth and lettuce, and on season and marketplace for cabbage and tomato. Analysis of faecal pathogens in lettuce irrigated with river water and fertilized with animal manure indicated a substantial contamination by Salmonella spp. with 7.2 x 104 colony forming units (CFU) per 25 g of produce fresh matter, while counts of Escherichia coli averaged 3.9 x 104 CFU g-1. In lettuce irrigated with wastewater, Salmonella counts averaged 9.8 x 104 CFU 25 g-1 and E. coli counts were 0.6 x 104 CFU g-1; these values exceeded the tolerable contamination levels in vegetables of 10 CFU g-1 for E. coli and of 0 CFU 25 g-1 for Salmonella. Taken together, the results of this study indicate that Niamey’s UPA enterprises put environmental safety at risk since excess inputs of N, P and K to crop and livestock production units favour N volatilisation and groundwater pollution by nutrient leaching. However, more detailed studies are needed to corroborate these indications. Farmers’ revenues could be significantly increased if nutrient use efficiency in the different production (sub)systems was improved by better matching nutrient supply through fertilizers and feeds with the actual nutrient demands of plants and animals.

Transport of Sub-micron Aerosols in Bifurcations

The convective-diffusive transport of sub-micron aerosols in an oscillatory laminar flow within a 2-D single bifurcation is studied, using order-of-magnitude analysis and numerical simulation using a commercial software (FEMLAB®). Based on the similarity between momentum and mass transfer equations, various transient mass transport regimes are classified and scaled according to Strouhal and beta numbers. Results show that the mass transfer rate is highest at the carinal ridge and there is a phase-shift in diffusive transport time if the beta number is greater than one. It is also shown that diffusive mass transfer becomes independent of the oscillating outer flow if the Strouhal number is greater than one.