Micro-mechanical approximation to the stress field around an inclined fiber of FRCC

Matrix spalling or crushing is one of the important mechanisms of fiber-matrix interaction of fiber reinforced cementitious composites (FRCC). The fiber pullout mechanisms have been extensively studied for an aligned fiber but matrix failure is rarely investigated since it is thought not to be a major affect. However, for an inclined fiber, the matrix failure should not be neglected. Due to the complex process of matrix spalling, experimental investigation and analytical study of this mechanism are rarely found in literature. In this paper, it is assumed that the load transfer is concentrated within the short length of the inclined fiber from the exit point towards anchored end and follows the exponential law. The Mindlin formulation is employed to calculate the 3D stress field. The simulation gives much information about this field. The 3D approximation of the stress state around an inclined fiber helps to qualitatively understand the mechanism of matrix failure. Finally, a spalling criterion is proposed by which matrix spalling occurs only when the stress in a certain volume, rather than the stress at a small point, exceeds the material strength. This implies some local stress redistribution after first yield. The stress redistribution results in more energy input and higher load bearing capacity of the matrix. In accordance with this hypothesis, the evolution of matrix spalling is demonstrated. The accurate prediction of matrix spalling needs the careful determination of the parameters in this model. This is the work of further study. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Magnetic nanoparticles for biocatalysis and bioseparation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Protein–polyphenol interaction on silica beads for astringency tests based on eye, photography or reflectance detection modes

Astringency is an organoleptic property of beverages and food products resulting mainly from the interaction of salivary proteins with dietary polyphenols. It is of great importance to consumers, but the only effective way of measuring it involves trained sensorial panellists, providing subjective and expensive responses. Concurrent chemical evaluations try to screen food astringency, by means of polyphenol and protein precipitation procedures, but these are far from the real human astringency sensation where not all polyphenol–protein interactions lead to the occurrence of precipitate. Here, a novel chemical approach that tries to mimic protein–polyphenol interactions in the mouth is presented to evaluate astringency. A protein, acting as a salivary protein, is attached to a solid support to which the polyphenol binds (just as happens when drinking wine), with subsequent colour alteration that is fully independent from the occurrence of precipitate. Employing this simple concept, Bovine Serum Albumin (BSA) was selected as the model salivary protein and used to cover the surface of silica beads. Tannic Acid (TA), employed as the model polyphenol, was allowed to interact with the BSA on the silica support and its adsorption to the protein was detected by reaction with Fe(III) and subsequent colour development. Quantitative data of TA in the samples were extracted by colorimetric or reflectance studies over the solid materials. The analysis was done by taking a regular picture with a digital camera, opening the image file in common software and extracting the colour coordinates from HSL (Hue, Saturation, Lightness) and RGB (Red, Green, Blue) colour model systems; linear ranges were observed from 10.6 to 106.0 μmol L−1. The latter was based on the Kubelka–Munk response, showing a linear gain with concentrations from 0.3 to 10.5 μmol L−1. In either of these two approaches, semi-quantitative estimation of TA was enabled by direct eye comparison. The correlation between the levels of adsorbed TA and the astringency of beverages was tested by using the assay to check the astringency of wines and comparing these to the response of sensorial panellists. Results of the two methods correlated well. The proposed sensor has significant potential as a robust tool for the quantitative/semi-quantitative evaluation of astringency in wine.

Organic load of substrata for wastewater treatment constructed wetlands

In Portugal the use of Constructed Wetlands (CW) for wastewater treatment has been increasing. However a number of these facilities need new strategies to achieve better efficiency. Keeping the culms of reeds on the CW beds not always results as desired, but the use of widely available agro-forest wastes, may be suitable as CW support matrix. This study was performed at lab-scale with dried culms of Phragmites and eucalyptus bark maintained in tap water, to assess them as CW substrata. With a 7 days residence time in water, Phragmites culms added a high organic load (about 400 mg L-1 BOD5) to the medium, while the eucalyptus bark added only, about 60 mg L-1 BOD5. However, by lixiviation, the organic load decreased to about 25 mg L-1 BOD5 in 5 weeks. With the organic load reduction of the leachate water, its surface tension increased, approaching the surface tension of tap water.

Immigració i desafecció política a l'espai local: la instrumentalització política de la immigració a Catalunya i Gran Bretanya

El projecte ha tingut com a objectiu principal abordar la instrumentalització política de la immigració per part de partits polítics de nova extrema dreta. Aquest fenomen, que ha adquirit una gran rellevància a gran part dels països europeus, està adquirint una creixent rellevància en els casos britànic i català a partir de, entre altres coses, l'emergència electoral dels partits Plataforma per Catalunya i British National Party. En aquest sentit, el projecte ha tractat de desenvolupar una recerca que produís un conjunt de dades i coneixements que permetessin abordar de forma fonamentada un fenomen “nou” en el context català i que, fins al moment, ha rebut escassa atenció per part del món acadèmic. Dins d’aquest objectiu cal destacar el fet que la àmplia experiència de l’equip investigador britànic en l’anàlisi de la nova extrema dreta ha permès que els investigadors catalans poguessin desenvolupar la seva recerca recolzant-se i dialogant en la seva contrapart britànica. Els resultats de la recerca són certament novedosos i representaran una important contribució al coneixement d’aquest fenomen. Així, en el marc de la recerca s’han desenvolupat una sèrie d’entrevistes a membres i a votants de PxC, així com una enquesta a votants i una anàlisi agregada sobre el vot al partit. En aquest sentit, cal destacar que és la primera vegada que s’aconsegueixen aquest tipus de dades. Un fet que està fent, i farà, que la seva explotació i divulgació adquireixi una gran rellevància tant en el món acadèmic com en el de les administracions públiques. Finalment, convé ressaltar que el projecte també ha servit per consolidar la relació entre els equips d’investigació britànic i català i per impulsar la inserció de l’equip català en les xarxes europees d’investigació sobre aquesta matèria.

Easy introduction of maleimides at different positions of oligonucleotide chains for conjugation purposes

[2,5-Dimethylfuran]-protected maleimides were placed at both internal positions and the 3'-end of oligonucleotides making use of solid-phase synthesis procedures. A new phosphoramidite derivative and a new solid support incorporating the protected maleimide moiety were prepared for this purpose. In all cases maleimide deprotection (retro-Diels-Alder reaction) followed by reaction with thiol-containing compounds afforded the target conjugate.

Modelo teórico quântico para o processo de adsorção física

This article introduces a simplified model for the theoretical study of the physical adsorption process of gaseous He on the planes (100) and (111) of the solid Xe matrix, whose crystalline structure is face centered cubic (fcc). The Ab initio calculations were carried out at the MP2 level of theory employing basis sets obtained through the Generator Coordinate Method, where the core electrons were represented by a pseudopotential. The calculated adsorption energies for the (100) and (111) faces are 5,39 and 4,18 kJ/mol, respectively. This simplified model is expected to be suitable for treating complex systems of applied interest.

Construção de uma cela de fluxo para medidas por espectrofotometria em fase sólida

A simple and low cost flow cell is proposed for measurements by solid-phase spectrophotometry employing a conventional spectrophotometer. The flow cell geometry allows the employment of a large amount of the solid support without causing both excessive attenuation of the radiation beam and increasing of the back-pressure. The adaptation of the flow cell in the optical path of the spectrophotometer in order to increase the precision is discussed. The flow cell characteristics were demonstrated by measurements of Co(II), employing 1-(2-tiazolylazo)-2-naphthol (TAN) immobilized on C18 bonded silica as solid support. The apparent molar absorptivity and coefficient of variation were estimated as 1.86 x 10(5) L mol-1 cm-1 and 1.4 % (n=15). A sample throughput of 40 determinations per hour and a detection limit of 15 mug L-1 (99.7 % confidence level) were achieved.

Efeito da concentração do catalisador acetilacetonato férrico na cura de poliuretano à base de polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH) e diisocianato de isoforona (IPDI)

The reaction between hydroxy-terminated polybutadiene and isophorone diisocyanate constitutes the base of the curing process of the most composite solid propellant used in the propulsion of solid rocket propellant. In this work, differential scanning calorimetry and viscosity measurements were used to evaluate the effect of the ferric acetylacetonate catalyst concentration on the reaction between HTBR and IPDI. These analyses show one exotherm, which shifts to lower temperatures as the catalyst concentration increases. The viscosity analyses show that the increase of temperature causes, at first, a reduction in the mixture viscosity, reaching a minimum range called gelification region (increasing the crosslinking density).

Nanocompósitos magnéticos: potencialidades de aplicações em Biomedicina

The synthesis of magnetic materials such as nanostructured iron oxide has been intensively researched due to their broad applications in biomedicine. As these nanoparticles have high specific surface area, they are very reactive and can aggregate easily, and biodegrade when exposed to biological systems. Mesoporous silica is often employed as support matrix to protect the magnetic functional component, avoiding undesirable effects. In this context, this review describes various syntheses of silica-coated iron oxide nanoparticles, and their use in applications such as bioseparation, magnetic resonance imaging, hyperthermia and drug delivery systems showing the growing interest of these materials in biological area.

Print-capture PCR for detection of tomato begomoviruses from plants and whiteflies

Print-capture (PC) Polymerase chain reaction (PCR) was evaluated as a novel detection method of plant viruses. Tomato (Lycopersicon esculentum) plants infected with begomovirus (fam. Geminiviridae, gen. Begomovirus) and viruliferous whiteflies were used to study the efficiency of the method. Print-capturing steps were carried out using non-charged nylon membrane or filter paper as the solid support for DNA printings. Amplified DNA fragments of expected size were consistently obtained by PCR from infected plants grown in a greenhouse, after direct application of printed materials to the PCR mix. However, virus detection from a single whitefly and from field-grown tomato samples required a high temperature treatment of printed material prior to PCR amplification. Comparison of nylon membrane and filter paper as the solid support revealed the higher efficiency of the nylon membrane. The application of print-capture PCR reduces the chances of false-positive amplification by reducing manipulation steps during preparation of the target DNA. This method maintains all the advantages of PCR diagnosis, such as the high sensitivity and no requirement of radioactive reagents.

Magnetic Resonance Experiments with Atomic Hydrogen

In this thesis three experiments with atomic hydrogen (H) at low temperatures T<1 K are presented. Experiments were carried out with two- (2D) and three-dimensional (3D) H gas, and with H atoms trapped in solid H2 matrix. The main focus of this work is on interatomic interactions, which have certain specific features in these three systems considered. A common feature is the very high density of atomic hydrogen, the systems are close to quantum degeneracy. Short range interactions in collisions between atoms are important in gaseous H. The system of H in H₂ differ dramatically because atoms remain fixed in the H₂ lattice and properties are governed by long-range interactions with the solid matrix and with H atoms. The main tools in our studies were the methods of magnetic resonance, with electron spin resonance (ESR) at 128 GHz being used as the principal detection method. For the first time in experiments with H in high magnetic fields and at low temperatures we combined ESR and NMR to perform electron-nuclear double resonance (ENDOR) as well as coherent two-photon spectroscopy. This allowed to distinguish between different types of interactions in the magnetic resonance spectra. Experiments with 2D H gas utilized the thermal compression method in homogeneous magnetic field, developed in our laboratory. In this work methods were developed for direct studies of 3D H at high density, and for creating high density samples of H in H₂. We measured magnetic resonance line shifts due to collisions in the 2D and 3D H gases. First we observed that the cold collision shift in 2D H gas composed of atoms in a single hyperfine state is much smaller than predicted by the mean-field theory. This motivated us to carry out similar experiments with 3D H. In 3D H the cold collision shift was found to be an order of magnitude smaller for atoms in a single hyperfine state than that for a mixture of atoms in two different hyperfine states. The collisional shifts were found to be in fair agreement with the theory, which takes into account symmetrization of the wave functions of the colliding atoms. The origin of the small shift in the 2D H composed of single hyperfine state atoms is not yet understood. The measurement of the shift in 3D H provides experimental determination for the difference of the scattering lengths of ground state atoms. The experiment with H atoms captured in H2 matrix at temperatures below 1 K originated from our work with H gas. We found out that samples of H in H2 were formed during recombination of gas phase H, enabling sample preparation at temperatures below 0.5 K. Alternatively, we created the samples by electron impact dissociation of H₂ molecules in situ in the solid. By the latter method we reached highest densities of H atoms reported so far, 3.5(5)x10¹⁹ cm^-3. The H atoms were found to be stable for weeks at temperatures below 0.5 K. The observation of dipolar interaction effects provides a verification for the density measurement. Our results point to two different sites for H atoms in H2 lattice. The steady-state nuclear polarizations of the atoms were found to be non-thermal. The possibility for further increase of the impurity H density is considered. At higher densities and lower temperatures it might be possible to observe phenomena related to quantum degeneracy in solid.

Mixing in rotating drums

Tämän diplomityön tarkoitus on parantaa meesauunin toiminnallista tehokkuutta tehostamalla lämmönsiirtoa. Lämmönsiirron parantamiseksi kehitetään erilaisia nostinratkaisuja. Kokeita suoritetaan käyttäen eri sekoitinratkaisuja ja erilaisia prosessiparametreja. Työn kirjallisuusosassa esitetään meesauuni sekä rumpumaisten uunien toiminta. Työssä selvitetään myös sekoituksen analysointiin käytettäviä tapoja ja laskukaavoja. Kirjallisuusosassa keskitytään myös rummussa tapahtuviin fysikaalisiin ilmiöihin sekä erilaisten fluidien reologiaan. Työn kokeellisessa osassa käytettiin LUT Kemiantekniikalla suunniteltua pilot -kokoluokan rumpu-uunia, jolla kokeitaan suoritettiin, käyttäen erilaisia sekoitinratkaisuja ja sekoitusprosessiparametreja. Kokeissa käytettiin myös eri viskositeetin omaavia materiaaleja. Valitut materiaalit olivat vesi, CMC (karboksimetyyliselluloosa) ja kiinteä meesa. Kokeiden tuloksena löydettiin nostinratkaisuja, joilla sekoittumista ja lämmönsiirtoa pystytään parantamaan sekä pidentämään viipymäaikaa.

Sels de tétraarylphosphonium : synthèse et application à la synthèse de la (–)-coniine ; capacité trans-directrice du groupement amide en cyclopropanation d’oléfines

Le développement ainsi que l’amélioration des différentes techniques de purification sont des défis importants pour la chimie d’aujourd’hui. Certaines des méthodes actuelles, tel que le greffage d’un réactif sur un support solide permettant d’accéder à un produit pur par simple filtration du milieu, comportent toutefois certains inconvénients. En effet, les propriétés de solubilité de ces polymères rendent la mise en œuvre des réactions plus difficiles. C’est dans ce contexte que le groupe du Pr. Charette a rapporté l’utilisation de réactifs liés à un sel de tétraarylphosphonium (TAP). Ces sels peuvent être solubilisés dans un solvant tel que le dichlorométhane et aisément retirés du milieu réactionnel par précipitation à l’aide d’éther diéthylique (Chapitre 1). L’un des objectifs de cette thèse a donc été lié à la découverte de deux méthodes complémentaires qui, jusqu’à présent, sont considérées comme des méthodes de choix pour la synthèse des sels de TAP fonctionnalisés (Chapitre 2). L’une d’entre elles est utilisée par Soluphase inc., une entreprise qui commercialise ces sels de TAP. L’efficacité des sels en tant que support dans la synthèse de petites molécules a été démontrée lors de la synthèse d’un produit naturel, la (–)-coniine (Chapitre 3). L’isolement des intermédiaires synthétiques instables par simple précipitation à l’aide d’un support de TAP a permis de rendre cette synthèse plus efficace que celle déjà connue. Dans le deuxième volet de cette thèse, plusieurs problèmes reliés à la synthèse de dérivés cyclopropaniques 1,1-disubstitués ont été étudiés. Ces derniers font partie intégrale de plusieurs produits naturels et de médicaments. Cependant, leur formation par une réaction de cyclopropanation d’alcènes utilisant des réactifs diazoïques possédant deux groupements de type accepteur n’est pas tâche facile (Chapitre 4). En effet, cette réaction souffre d’un faible contrôle diastéréosélectif. Par le fait même, très peu de méthodologies de synthèse ont rapporté l’utilisation de ce type de réactifs diazoïques dans des réactions de cyclopropanation stéréosélectives. L’étude du mécanisme de la réaction de cyclopropanation catalysée au Rh(II) a proposé des indices favorisant un modèle ayant des précédents dans la littérature (Chapitre 5). Ces études nous ont mené à la découverte de la «capacité trans-directrice» du groupement amide lors des réactions de cyclopropanation d’oléfines. Nous avons donc utilisé cette propriété afin de résoudre plusieurs problèmes rencontrés dans la littérature. Nous avons montré qu’elle permet l’accès à des dérivés cyclopropaniques possédant deux groupements carboxyliques géminaux avec des sélectivités élevées (Chapitre 6). Ces produits étaient accessibles que par des séquences synthétiques nécessitant plusieurs étapes. De plus, nous avons démontrés que ces nouveaux dérivés cyclopropaniques sont des outils synthétiques fort utiles dans la synthèse de produits naturels d’intérêt biologique. Cette formidable «capacité trans-directrice» du groupement amide nous a permi de résoudre le problème de la synthèse asymétrique de dérivés carboxyliques α-cyano cyclopropaniques (Chapitre 7). De plus, ce projet nous a menées à la découverte de l’effet de divers additif achiraux permettant d’augmenter la sélectivité dans certaines réactions. Cette réaction possède une vaste étendue et l’utilité de ces nouveaux dérivés cyclopropaniques a été démontrée par plusieurs transformations de groupements fonctionnels.

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 ».