Water, energy and early postnatal growth in preterm infants.

Non-invasive methods, including stable isotope techniques, indirect calorimetry, nutritional balance and skinfold thickness, have given a new insight into early postnatal growth in neonates. Neonates and premature infants in particular, create an unusual opportunity to study the fluid and metabolic adaptation to extrauterine life because their physical environment can be controlled, fluid and energy balance can be measured and the link between metabolism and the energetics of their postnatal growth can be assessed accurately. Thus the postnatal time course of total body water, heat production, energy cost of growth and composition of weight gain have been quantified in a series of "healthy" low-birth-weight premature infants. These results show that total body water is remarkably stable between postnatal days 3-21. Energy expenditure and heat production rates increase postnatally from mean values of 40 kcal/kg/day during the first week to 60 kcal/kg/day in the third week. An apparent energy balance deficit of 180 kcal/kg can be ascribed to premature delivery. The cost of protein metabolism is the highest energy demanding process related to growth. The fact that nitrogen balance becomes positive within 72 h after birth places the newborn in a transitional situation of dissociated balance between energy and protein metabolism during early postnatal growth: skinfold thickness, dry body mass and fat decrease, while there is a gain in protein and increase in supine length. This particular situation ends during the second postnatal week and soon thereafter the rate of weight gain matches statural growth. The goals of the following review are to summarize data on total body water and energy metabolism in premature infants and to discuss how they correlate with physiological aspects of early postnatal growth.

Ilmavirtausten laskennallinen mallinnus

Diplomityössä tutkitaan kolmea erilaista virtausongelmaa CFD-mallinnuksella. Yhteistä näille ongelmille on virtaavana aineena oleva ilma. Lisäksi tapausten perinteinen mittaus on erittäin vaikeaa tai mahdotonta. Ensimmäinen tutkimusongelma on tarrapaperirainan kuivain, jonka tuotantomäärä halutaan nostaa kaksinkertaiseksi. Tämä vaatii kuivatustehon kaksinkertaistamista, koska rainan viipymäaika kuivausalueella puolittuu. Laskentayhtälöillä ja CFD-mallinnuksella tutkitaan puhallussuihkun nopeuden ja lämpötilan muutoksien vaikutusta rainan pinnan lämmön- ja massansiirtokertoimiin. Tuloksena saadaan varioitujen suureiden sekä massan- ja lämmönsiirtokertoimien välille riippuvuuskäyrät, joiden perusteella kuivain voidaan säätää parhaallamahdollisella tavalla. Toinen ongelma käsittelee suunnitteilla olevan kuparikonvertterin sekundaarihuuvan sieppausasteen optimointia. Ilman parannustoimenpiteitä käännetyn konvertterin päästöistä suurin osa karkaa ohi sekundaarihuuvan. Tilannetta tutkitaan konvertterissa syntyvän konvektiivisen nostevirtauksen eli päästöpluumin sekä erilaisten puhallussuihkuratkaisujen CFD-mallinnuksella. Tuloksena saadaan puhallussuihkuilla päästöpluumia poikkeuttava ilmaverho. Suurin osa nousevasta päästöpluumista indusoituu ilmaverhoon ja kulkeutuu poistokanavaan. Kolmas tutkittava kohde on suunnitteilla oleva kuparielektrolyysihalli, jossa ilmanvaihtoperiaatteena on luonnollinen ilmanvaihto ja mekaaninen happosumun keräysjärjestelmä. Ilmanvaihtosysteemin tehokkuus ja sisäilman virtaukset halutaan selvittää ennen hallin rakentamista. CFD-mallinnuksella ja laskentayhtälöillä tutkitaan lämpötila- ja virtauskentät sekä hallin läpi virtaava ilmamäärä ja ilmanvaihtoaste. Tulo- ja poistoilma-aukkojen mitoitukseen ja sijoitukseen liittyvät suunnitteluarvot varmennetaan sekä löydetään ilmanvaihdon ongelmakohdat. Ongelmakohtia tutkitaan ja niille esitetään parannusehdotukset.

Sulpun kuvantaminen painelajittelussa

Painelajittelussa sellusta poistetaan epäpuhtauksia. Painelajittimien suunnittelussa on tärkeää ymmärtää lajittimessa tapahtuvia ilmiöitä. Työn tavoitteena oli kehittää kuvaamiseen perustuva mittausjärjestelmä kuitujen liikkeiden mittaamista varten. Mittauksen kohteena ovat sellusulpun kuitujen ja epäpuhtauksien nopeudet. Kuvaamisessa käytetyllä kaksoisvalotuksella pystytään mittaamaan kuitujen ja roskien nopeuksia. Nopeuksien mittaamiseen kuvista kehitettiin järjestelmä ja tutkittiin mahdollisuutta automatisoida mittaaminen. Yksittäisten kuitujen havaitsemiseen sellumassasta käytettiin optisella kirkasteella kirkastettuja kuituja ja UV-valoa. Kuituja värjättiin myös mustiksi ja kuvattiin näkyvällä valolla. Kaksoisvalotukseen käytettiin kahta stroboskooppia. Prosessin kuvaamisessa käytettiin ulkoisella herätteellä ohjattavaa kameraa. Kuvan tuomiseen kameralle ja kohteen valaistukseen käytettiin boroskooppia. Saatujen kuvien käsittelyä ja nopeuksien mittausta varten tehtiin tietokoneohjelma. Käytetyn boroskoopin valovoima ei ollut riittävä kuvausten suorittamiseen, mutta muilta osin laitteisto havaittiin toimivaksi. Kuitujen ja roskien nopeuksia pystyttiin laskemaan ohjelmalla kuvista, joita otettiin ilman boroskooppia. Mittaustiedon hankinnan automatisointi näyttää mahdolliselta tekemällä muutoksia kuvauslaitteistoon.

Liikevaihdon ja materiaalivirtojen kasvun vaatimukset logistiikkakeskukselle

Incap Furniture Oy on koottavien mäntyhuonekalujen sopimusvalmistaja. Yrityksen tavoitteena on saavuttaa 70 miljoonan euron liikevaihto Kärsämäen tehtaalla vuonna 2008. Suurin osa komponenttituotannosta ostetaan alihankintaverkostosta ja valmiit tuotteet pakataan logistiikkakeskuksessa. Diplomityön tavoitteena oli selvittää miten kasvavat materiaalivirrat saadaan tulevaisuudessa käsiteltyä Kärsämäen tehtaan logistiikkakeskuksessa Työn teoriaosassa on ensin käsitelty mahdollisuuksia vähentää kokoonpanon puutetilanteita ostotoimintaa kehittämällä. Teoriaosassa esitellään lisäksi varastonohjausmenetelmiä, sekä yleisesti varastoinnin tehtäväkenttää. Empiirisessä osassa analysoitiin annettujen tietojen avulla vuoden 2008 tavoitetilaa, sekä simuloitiin tavoitetilan materiaalivirtoja suhteessa logistiikkakeskuksen kapasiteettiin. Kasvavat materiaalivirrat pakottavat kehittämään logistiikkakeskuksen toimintaa. Eräluonteisen toiminnan vuoksi kaikkien komponenttien kohdalla on pyrittävä MRP ohjaukseen. Komponenttientilauseriä on pyrittävä pienentämään vastaamaan todellista tarvetta. Kriittisille A- ja B- komponenteille tarvitaan lisäksi puskurivarastot tasaamaan toimitusajan vaihtelua ulkomaantoimituksissa. Pakkauseristä yli jäävät C nimikkeet tulee varastoida jatkossa erillään logistiikkakeskuksesta ja korkeavarastosta. D- ja E-nimikkeitä ei kannata tuoda ulkomailta, eikä niitä ole kannattavaa varastoida lainkaan. Pakkaamon täytyy toimia tulevaisuudessa kolmessa vuorossa ja korkeavaraston työjonoa on lyhennettävä kolmesta vuorokaudesta 4-6 työvuoroon. Edellä mainituilla toimenpiteillä ja toimitusten aktiivisella seurannalla saavutetaan toimintaympäristö, jolloin logistiikkakeskuksen kapasiteetti riittää materiaalivirtojen kasvaessa.

Neurotrophic activity of human adipose stem cells isolated from deep and superficial layers of abdominal fat.

New approaches to the clinical treatment of traumatic nerve injuries may one day utilize stem cells to enhance nerve regeneration. Adipose-derived stem cells (ASC) are found in abundant quantities and can be harvested by minimally invasive procedures that should facilitate their use in such regenerative applications. We have analyzed the properties of human ASC isolated from the deep and superficial layers of abdominal fat tissue obtained during abdominoplasty procedures. Cells from the superficial layer proliferate significantly faster than those from the deep layer. In both the deep and superficial layers, ASC express the pluripotent stem cell markers oct4 and nanog and also the stro-1 cell surface antigen. Superficial layer ASC induce the significantly enhanced outgrowth of neurite-like processes from neuronal cell lines when compared with that of deep layer cells. However, analysis by reverse transcription with the polymerase chain reaction and by enzyme-linked immunosorbent assay has revealed that ASC isolated from both layers express similar levels of the following neurotrophic factors: nerve growth factor, brain-derived neurotrophic factor and glial-derived neurotrophic factor. Thus, human ASC show promising potential for the treatment of traumatic nerve injuries. In particular, superficial layer ASC warrant further analysis of their neurotrophic molecules.

Moderate hypercapnia exerts beneficial effects on splanchnic energy metabolism during endotoxemia.

PURPOSE: Low tidal volume ventilation and permissive hypercapnia are required in patients with sepsis complicated by ARDS. The effects of hypercapnia on tissue oxidative metabolism in this setting are unknown. We therefore determined the effects of moderate hypercapnia on markers of systemic and splanchnic oxidative metabolism in an animal model of endotoxemia. METHODS: Anesthetized rats maintained at a PaCO(2) of 30, 40 or 60 mmHg were challenged with endotoxin. A control group (PaCO(2) 40 mmHg) received isotonic saline. Hemodynamic variables, arterial lactate, pyruvate, and ketone bodies were measured at baseline and after 4 h. Tissue adenosine triphosphate (ATP) and lactate were measured in the small intestine and the liver after 4 h. RESULTS: Endotoxin resulted in low cardiac output, increased lactate/pyruvate ratio and decreased ketone body ratio. These changes were not influenced by hypercapnia, but were more severe with hypocapnia. In the liver, ATP decreased and lactate increased independently from PaCO(2) after endotoxin. In contrast, the drop of ATP and the rise in lactate triggered by endotoxin in the intestine were prevented by hypercapnia. CONCLUSIONS: During endotoxemia in rats, moderate hypercapnia prevents the deterioration of tissue energetics in the intestine.

Altered high-energy phosphate metabolism predicts contractile dysfunction and subsequent ventricular remodeling in pressure-overload hypertrophy mice.

To study the role of early energetic abnormalities in the subsequent development of heart failure, we performed serial in vivo combined magnetic resonance imaging (MRI) and (31)P magnetic resonance spectroscopy (MRS) studies in mice that underwent pressure-overload following transverse aorta constriction (TAC). After 3 wk of TAC, a significant increase in left ventricular (LV) mass (74 +/- 4 vs. 140 +/- 26 mg, control vs. TAC, respectively; P < 0.000005), size [end-diastolic volume (EDV): 48 +/- 3 vs. 61 +/- 8 microl; P < 0.005], and contractile dysfunction [ejection fraction (EF): 62 +/- 4 vs. 38 +/- 10%; P < 0.000005] was observed, as well as depressed cardiac energetics (PCr/ATP: 2.0 +/- 0.1 vs. 1.3 +/- 0.4, P < 0.0005) measured by combined MRI/MRS. After an additional 3 wk, LV mass (140 +/- 26 vs. 167 +/- 36 mg; P < 0.01) and cavity size (EDV: 61 +/- 8 vs. 76 +/- 8 microl; P < 0.001) increased further, but there was no additional decline in PCr/ATP or EF. Cardiac PCr/ATP correlated inversely with end-systolic volume and directly with EF at 6 wk but not at 3 wk, suggesting a role of sustained energetic abnormalities in evolving chamber dysfunction and remodeling. Indeed, reduced cardiac PCr/ATP observed at 3 wk strongly correlated with changes in EDV that developed over the ensuing 3 wk. These data suggest that abnormal energetics due to pressure overload predict subsequent LV remodeling and dysfunction.

Theoretical Analysis and Simulations of Vertically Vibrated Granular Materials

The dynamical properties ofshaken granular materials are important in many industrial applications where the shaking is used to mix, segregate and transport them. In this work asystematic, large scale simulation study has been performed to investigate the rheology of dense granular media, in the presence of gas, in a three dimensional vertical cylinder filled with glass balls. The base wall of the cylinder is subjected to sinusoidal oscillation in the vertical direction. The viscoelastic behavior of glass balls during a collision, have been studied experimentally using a modified Newton's Cradle device. By analyzing the results of the measurements, using numerical model based on finite element method, the viscous damping coefficient was determinedfor the glass balls. To obtain detailed information about the interparticle interactions in a shaker, a simplified model for collision between particles of a granular material was proposed. In order to simulate the flow of surrounding gas, a formulation of the equations for fluid flow in a porous medium including particle forces was proposed. These equations are solved with Large Eddy Simulation (LES) technique using a subgrid-model originally proposed for compressible turbulent flows. For a pentagonal prism-shaped container under vertical vibrations, the results show that oscillon type structures were formed. Oscillons are highly localized particle-like excitations of the granular layer. This self-sustaining state was named by analogy with its closest large-scale analogy, the soliton, which was first documented by J.S. Russell in 1834. The results which has been reportedbyBordbar and Zamankhan(2005b)also show that slightly revised fluctuation-dissipation theorem might apply to shaken sand, which appears to be asystem far from equilibrium and could exhibit strong spatial and temporal variations in quantities such as density and local particle velocity. In this light, hydrodynamic type continuum equations were presented for describing the deformation and flow of dense gas-particle mixtures. The constitutive equation used for the stress tensor provides an effective viscosity with a liquid-like character at low shear rates and a gaseous-like behavior at high shear rates. The numerical solutions were obtained for the aforementioned hydrodynamic equations for predicting the flow dynamics ofdense mixture of gas and particles in vertical cylindrical containers. For a heptagonal prism shaped container under vertical vibrations, the model results were found to predict bubbling behavior analogous to those observed experimentally. This bubbling behavior may be explained by the unusual gas pressure distribution found in the bed. In addition, oscillon type structures were found to be formed using a vertically vibrated, pentagonal prism shaped container in agreement with computer simulation results. These observations suggest that the pressure distribution plays a key rolein deformation and flow of dense mixtures of gas and particles under vertical vibrations. The present models provide greater insight toward the explanation of poorly understood hydrodynamic phenomena in the field of granular flows and dense gas-particle mixtures. The models can be generalized to investigate the granular material-container wall interactions which would be an issue of high interests in the industrial applications. By following this approach ideal processing conditions and powder transport can be created in industrial systems.

Measuring irregularities and surface defects from printed patterns

Quality inspection and assurance is a veryimportant step when today's products are sold to markets. As products are produced in vast quantities, the interest to automate quality inspection tasks has increased correspondingly. Quality inspection tasks usuallyrequire the detection of deficiencies, defined as irregularities in this thesis. Objects containing regular patterns appear quite frequently on certain industries and science, e.g. half-tone raster patterns in the printing industry, crystal lattice structures in solid state physics and solder joints and components in the electronics industry. In this thesis, the problem of regular patterns and irregularities is described in analytical form and three different detection methods are proposed. All the methods are based on characteristics of Fourier transform to represent regular information compactly. Fourier transform enables the separation of regular and irregular parts of an image but the three methods presented are shown to differ in generality and computational complexity. Need to detect fine and sparse details is common in quality inspection tasks, e.g., locating smallfractures in components in the electronics industry or detecting tearing from paper samples in the printing industry. In this thesis, a general definition of such details is given by defining sufficient statistical properties in the histogram domain. The analytical definition allowsa quantitative comparison of methods designed for detail detection. Based on the definition, the utilisation of existing thresholding methodsis shown to be well motivated. Comparison of thresholding methods shows that minimum error thresholding outperforms other standard methods. The results are successfully applied to a paper printability and runnability inspection setup. Missing dots from a repeating raster pattern are detected from Heliotest strips and small surface defects from IGT picking papers.

Experimental insights into deformation dynamics and intermittency in rapid granular shear flows

This work concerns the experimental study of rapid granular shear flows in annular Couette geometry. The flow is induced by continuous driving of the horizontal plate at the top of the granular bed in an annulus. The compressive pressure, driving torque, instantaneous bed height and rotational speed of the shearing plate are measured. Moreover, local stress fluctuations are measured in a medium made of steel spheres 2 and 3 mm in diameter. Both monodisperse packing and bidisperse packing are investigated to reveal the influence of size diversity in intermittent features of granular materials. Experiments are conducted in an annulus that can contain up to 15 kg of spherical steel balls. The shearing granular medium takes place via the rotation of the upper plate which compresses the material loaded inside the annulus. Fluctuations of compressive force are locally measured at the bottom of the annulus using a piezoelectric sensor. Rapid shear flow experiments are pursued at different compressive forces and shear rates and the sensitivity of fluctuations are then investigated by different means through monodisperse and bidisperse packings. Another important feature of rapid granular shear flows is the formation of ordered structures upon shearing. It requires a certain range for the amount of granular material (uniform size distribution) loaded in the system in order to obtain stable flows. This is studied more deeply in this thesis. The results of the current work bring some new insights into deformation dynamics and intermittency in rapid granular shear flows. The experimental apparatus is modified in comparison to earlier investigations. The measurements produce data for various quantities continuously sampled from the start of shearing to the end. Static failure and dynamic shearing ofa granular medium is investigated. The results of this work revealed some important features of failure dynamics and structure formation in the system. Furthermore, some computer simulations are performed in a 2D annulus to examine the nature of kinetic energy dissipation. It is found that turbulent flow models can statistically represent rapid granular flows with high accuracy. In addition to academic outcomes and scientific publications our results have a number of technological applications associated with grinding, mining and massive grain storages.

Renda familiar disponible bruta, factor socioeconòmic associat amb la generació de residus sòlids urbans per habitant en els municipis de l'Àrea Metropolitana de Barcelona : anàlisis de la intensitat i forma de correlació i evolució dels nivells de generació 2000-2009

En aquest treball s’utilitzen les Quantitats de Residus Generats per Habitant (KRGH) en els diferents municipis de l’entitat administrativa de l’Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB) durant la primera dècada del segle XXI (2000 - 2011) com a indicador de sostenibilitat en matèria de Residus Sòlids Urbans (RSU). S’estudia la relació d’aquesta variable amb la Renda Familiar Disponible (RFD) i s’analitza l’evolució dels nivells de generació al llarg de la sèrie històrica per a grups de municipis amb nivells de generació ben diferenciats amb objecte d’avaluar l’efecte produït pels successos amb més impacte en matèria de gestió tal és la introducció del cànon de residus i discutir si es donen situacions d’iniquitat derivades del sistema de finançament dels serveis de gestió de residus.

Cyclicity versus center problem

We prove that there are one-parameter families of planar differential equations for which the center problem has a trivial solution and on the other hand the cyclicity of the weak focus is arbitrarily high. We illustrate this phenomenon in several examples for which this cyclicity is computed.

Research and development, where people are exposed to nanomaterials

OBJECTIVES: Many nanomaterials (materials with structures smaller than 100 nm) have chemical, physical and bioactive characteristics of interest for novel applications. Considerable research efforts have been launched in this field. This study aimed to study exposure scenarios commonly encountered in research settings. METHODS: We studied one of the leading Swiss universities and first identified all research units dealing with nanomaterials. After a preliminary evaluation of quantities and process types used, a detailed analysis was conducted in units where more than a few micrograms were used per week. RESULTS: In the investigated laboratories, background levels were usually low and in the range of a few thousand particles per cubic centimeter. Powder applications resulted in concentrations of 10,000 to 100,000 particles/cm(3) when measured inside fume hoods, but there were no or mostly minimal increases in the breathing zone of researchers. Mostly low exposures were observed for activities involving liquid applications. However, centrifugation and lyophilization of nanoparticle-containing solutions resulted in high particle number levels (up to 300,000 particles/cm(3)) in work spaces where researchers did not always wear respiratory protection. No significant increases were found for processes involving nanoparticles bound to surfaces, nor were they found in laboratories that were visualizing properties and structure of small amounts of nanomaterials. CONCLUSIONS: Research activities in modern laboratories equipped with control techniques were associated with minimal releases of nanomaterials into the working space. However, the focus should not only be on processes involving nanopowders but should also be on processes involving nanoparticle-containing liquids, especially if the work involves physical agitation, aerosolization or drying of the liquids.

Hiilinanoputkireaktorin suunnittelu

Hiilinanoputki on vasta 90-luvun alussa löydetty uusi hiilestä koostuva materiaali, jonka erinomaiset mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tarjoavat niiden käytölle useita mahdollisia sovelluskohteita. Teknologian puute ja valmistusmenetelmien korkeat kustannukset ovat kuitenkin estäneet tehokkaasti niiden käytön nykyisten materiaalien ja puolijohteiden korvaajana. Tämän työn tarkoituksena on esitellä yleisimmät menetelmät hiilinanoputkien syntetisoimiseksi sekä suunnitella laite yksiseinäisten hiilinanoputkien tuottamiseen kemiallisen höyrydeposition avulla. Lisäksi tavoitteena on luoda laitteelle modulaarinen rakenne, jolloin sen eri osien korvaaminen rajapintojen sallimissa rajoissa on helppoa. Reaktorin mekaanisen suunnittelun ja komponenttien valinnan lisäksi työssä käsitellään laitteen kaasu- ja lämpövirtauksia, prosessissa tärkeiden katalyyttipartikkelien tuotantoa sekä laitteessa tarvittavien jäähdytysjärjestelmien mitoituksia. Tuloksena syntyi helposti toteutettava suunnitelma yksiseinäisiä nanoputkia tuottavan reaktorin valmistamiseksi. Työ jatkuu laitteen rakentamisella, testaamisella sekä jatkokehittelyllä.

The Dynamics of Force Fluctuations in Shear Granular Flows

Tämän työn tavoitteena oli tutkia rakeisen materiaalin kinematiikkaa ja rakentaa koelaitteisto rakeisen materiaalin leikkausjännitysvirtauksien tutkimiseen. Kokeellisessa osassa on keskitytty sisäisiin voimaheilahteluihin ja niiden ymmärtämiseen. Teoriaosassa on käyty läpi rakeisen materiaalin yleisiä ominaisuuksia ja lisäksi on esitetty kaksi eri tapaa mallintaa fysikaalisien ominaisuuksien heilahteluja rakeisessa materiaalissa. Nämä kaksi esitettyä mallinnusmenetelmää ovat skalaarinen q-malli ja simulointi. Skalaarinen q-malli määrittelee jokaiseen yksittäiseen rakeeseen kohdistuvan jännityksen, rakeen ollessa osa 2- tai 3-dimensionaalista asetelmaa. Tämän mallin perusidea on kuvata jännityksien epähomogeenisuutta, joka johtuu rakeiden satunnaisasettelusta. Simulointimallinnus perustuu event-driven algoritmiin, missä systeemin dynamiikkaa kuvataan yksittäisillä partikkelien törmäyksillä. Törmäyksien vaiheet ratkaistiin käyttämällä liikemääräyhtälöitä ja restituution määritelmää. Teoriaosuudessa käytiin vielä pieniltä osin läpi syitä jännitysheilahteluihin ja rakeisen materiaalin lukkiintumiseen. Tutkimuslaitteistolla tutkittiin rakeisen materiaalin käyttäytymistä rengasmaisessa leikkausjännitysvirtauksessa. Tutkimusosuuden päätavoitteena oli mitata partikkelien kosketuksista ja törmäyksistä johtuvia hetkellisiä voimaheilahteluja rengastilavuuden pohjalta. Rakeisena materiaalina tutkimuksessa käytettiin teräskuulia. Jännityssignaali ajan funktiona osoittaa suurta heilahtelua, joka voi olla jopa kertalukua keskiarvosta suurempaa. Tällainen suuren amplitudin omaava heilahtelu on merkittävä haittapuoli yleisesti rakeisissa materiaaleissa käytettyjen jatkuvuusmallien kanssa. Tällainen heilahtelu tekee käytetyt jatkuvuusmallit epäpäteviksi. Yleisellä tasolla jännityksien todennäköisyysjakauma on yhtäpitävä skalaarisen q-mallin tuloksien kanssa. Molemmissa tapauksissa todennäköisyysjakaumalla on eksponentiaalinen muoto.