Combined Crystallographic and Solution Molecular Dynamics Study of Allosteric Effects in Ester and Ketone p-tert-Butylcalix[4]arene Derivatives and Their Complexes with Acetonitrile, Cd(II), and Pb(II)

We describe here a procedure to bridge the gap in the field of calixarene physicochemistry between solid-state atomic-resolution structural information and the liquid-state low-resolution thermodynamics and spectroscopic data. We use MD simulations to study the kinetics and energetics involved in the complexation of lower rim calix[4]arene derivatives (L), containing bidentate ester (1) and ketone (2) pendant groups, with acetonitrile molecule (MeCN) and Cd2+ and Pb2+ ions (M2+) in acetonitrile solution. On one hand, we found that the prior inclusion of MeCN into the calix to form a L(MeCN) adduct has only a weak effect in preorganizing the hydrophilic cavity toward metal ion binding. On the other hand, the strong ion-hydrophilic cavity interaction produces a wide open calix which enhances the binding of one MeCN molecule (allosteric effect) to stabilize the whole (M2+)1(MeCN) bifunctional complex. We reach two major conclusions: (i) the MD results for the (M2+)1(MeCN) binding are in close agreement with the ""endo"", fully encapsulated, metal complex found by X-ray diffraction and in vacuo MD calculations, and (ii) the MD structure for the more flexible 2 ligand, however, differs from the also endo solid-state molecule. In fact, it shows strong solvation effects at the calixarene lower bore by competing MeCN molecules that share the metal coordination sphere with the four C=O oxygens of an ""exo"" (M2+)2(MeCN) complex.

Generating segmented meshes from textured color images

This paper presents a new framework for generating triangular meshes from textured color images. The proposed framework combines a texture classification technique, called W-operator, with Imesh, a method originally conceived to generate simplicial meshes from gray scale images. An extension of W-operators to handle textured color images is proposed, which employs a combination of RGB and HSV channels and Sequential Floating Forward Search guided by mean conditional entropy criterion to extract features from the training data. The W-operator is built into the local error estimation used by Imesh to choose the mesh vertices. Furthermore, the W-operator also enables to assign a label to the triangles during the mesh construction, thus allowing to obtain a segmented mesh at the end of the process. The presented results show that the combination of W-operators with Imesh gives rise to a texture classification-based triangle mesh generation framework that outperforms pixel based methods. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

Three-dimensional, fully adaptive simulations of phase-field fluid models

We present an efficient numerical methodology for the 31) computation of incompressible multi-phase flows described by conservative phase-field models We focus here on the case of density matched fluids with different viscosity (Model H) The numerical method employs adaptive mesh refinements (AMR) in concert with an efficient semi-implicit time discretization strategy and a linear, multi-level multigrid to relax high order stability constraints and to capture the flow`s disparate scales at optimal cost. Only five linear solvers are needed per time-step. Moreover, all the adaptive methodology is constructed from scratch to allow a systematic investigation of the key aspects of AMR in a conservative, phase-field setting. We validate the method and demonstrate its capabilities and efficacy with important examples of drop deformation, Kelvin-Helmholtz instability, and flow-induced drop coalescence (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved

A Robust, Fully Adaptive Hybrid Level-Set/Front-Tracking Method for Two-Phase Flows with an Accurate Surface Tension Computation

We present a variable time step, fully adaptive in space, hybrid method for the accurate simulation of incompressible two-phase flows in the presence of surface tension in two dimensions. The method is based on the hybrid level set/front-tracking approach proposed in [H. D. Ceniceros and A. M. Roma, J. Comput. Phys., 205, 391400, 2005]. Geometric, interfacial quantities are computed from front-tracking via the immersed-boundary setting while the signed distance (level set) function, which is evaluated fast and to machine precision, is used as a fluid indicator. The surface tension force is obtained by employing the mixed Eulerian/Lagrangian representation introduced in [S. Shin, S. I. Abdel-Khalik, V. Daru and D. Juric, J. Comput. Phys., 203, 493-516, 2005] whose success for greatly reducing parasitic currents has been demonstrated. The use of our accurate fluid indicator together with effective Lagrangian marker control enhance this parasitic current reduction by several orders of magnitude. To resolve accurately and efficiently sharp gradients and salient flow features we employ dynamic, adaptive mesh refinements. This spatial adaption is used in concert with a dynamic control of the distribution of the Lagrangian nodes along the fluid interface and a variable time step, linearly implicit time integration scheme. We present numerical examples designed to test the capabilities and performance of the proposed approach as well as three applications: the long-time evolution of a fluid interface undergoing Rayleigh-Taylor instability, an example of bubble ascending dynamics, and a drop impacting on a free interface whose dynamics we compare with both existing numerical and experimental data.

Structural parameters of polyacrylamide hydrogels obtained by the Equilibrium Swelling Theory

In this paper, the synthesis and structural characterization of a series of polyacrylamide hydrogels with different degrees of reticulation are reported. Although the Equilibrium Swelling Theory was recognized as a simple and reliable tool for the determination of structural hydrogels network parameters like equilibrium degree of swelling, cross-link ratio and mesh size, this is the first application of this methodology for polyacrylamide hydrogels. By changing the total monomer content in the synthesis solution (%T) from 5 to 30%, at a fixed value of cross-linker content in the total monomer amount (%C) of 5%, the final parameter obtained, the mesh size, can be tuned from 2 to 0.3 nm. It was also possible to change the mesh size (0.19-0.35) by varying %C from 5 to 12% (at %T = 20%). Scanning Electron Microscopy images for the most different formulations are shown and corroborate data obtained from the theory. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Structural studies of prephenate dehydratase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv by SAXS, ultracentrifugation, and computational analysis

Tuberculosis (TB) is one of the most common infectious diseases known to man and responsible for millions of human deaths in the world. The increasing incidence of TB in developing countries, the proliferation of multidrug resistant strains, and the absence of resources for treatment have highlighted the need of developing new drugs against TB. The shikimate pathway leads to the biosynthesis of chorismate, a precursor of aromatic amino acids. This pathway is absent from mammals and shown to be essential for the survival of Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of TB. Accordingly, enzymes of aromatic amino acid biosynthesis pathway represent promising targets for structure-based drug design. The first reaction in phenylalanine biosynthesis involves the conversion of chorismate to prephenate, catalyzed by chorismate mutase. The second reaction is catalyzed by prephenate dehydratase (PDT) and involves decarboxylation and dehydratation of prephenate to form phenylpyruvate, the precursor of phenylalanine. Here, we describe utilization of different techniques to infer the structure of M. tuberculosis PDT (MtbPDT) in solution. Small angle X-ray scattering and ultracentrifugation analysis showed that the protein oligomeric state is a tetramer and MtbPDT is a flat disk protein. Bioinformatics tools were used to infer the structure of MtbPDT A molecular model for MtbPDT is presented and molecular dynamics simulations indicate that MtbPDT i.s stable. Experimental and molecular modeling results were in agreement and provide evidence for a tetrameric state of MtbPDT in solution.

Hur sjuksköterskor kan stödja patienter att sluta med cigarettrökning inför en elektiv operation : En litteraturöversikt

Syfte: Syftet var att beskriva hur sjukvårdspersonal kan hjälpa vuxna patienter att sluta röka, en kortare eller längre tid, inför en elektiv operation.Metod: Studien genomfördes som en litteraturöversikt. Genom sökning i databaserna Pubmed och Cinahl erhölls 10 vetenskapliga artiklar. Sökningar genomfördes med både MeSH-termer och fritextsökning. Artiklarna kvalitetsgranskades, analyserades och samanställdes. Resultat: Metoder som kan användas för att hjälpa patienter att sluta röka är olika former av rådgivning och utbildning: hälsoutbildning, program för livsstilsförändringar, sluta-röka-linje. Att erbjuda rådgivning och stöd i kombination nikotinersättningspreparat är fungerande metoder: motiverande samtal och nikotinersättning, regelbunden rådgivning och nikotinersättning, rökavvänjning med hjälp av interaktivt dataprogram, information och hjälp med planering, nikotinersättning och uppmuntrande telefonsamtal. Effekten av nikotinplåster, läkemedel och akupunktstimulering som ensamma metoder var begränsad. Slutsatser: Olika former av rådgivning eller utbildning kan användas när patienter behöver sluta röka inför en elektiv operation. Metoder som kombinerar nikotinersättning och rådgivning eller stöd var mest effektiva. Använder sig sjukvårdspersonal av detta kan lidande minskas, undvika förlängd vårdtid och pengar sparas.

Development Of Climate Change Information Database And Its Use In Civic Consciousness Enlightenment

GCM outputs such as CMIP3 are available via network access to PCMDI web site. Meteorological researchers are familiar with the usage of the GCM data, but the most of researchers other than meteorology such as agriculture, civil engineering, etc., and general people are not familiar with the GCM. There are some difficulties to use GCM; 1) to download the enormous quantity of data, 2) to understand the GCM methodology, parameters and grids. In order to provide a quick access way to GCM, Climate Change Information Database has been developed. The purpose of the database is to bridge the users and meteorological specialists and to facilitate the understanding the climate changes. The resolution of the data is unified, and climate change amount or factors for each meteorological element are provided from the database. All data in the database are interpolated on the same 80km mesh. Available data are the present-future projections of 27 GCMs, 16 meteorological elements (precipitation, temperature, etc.), 3 emission scenarios (A1B, A2, B1). We showed the summary of this database to residents in Toyama prefecture and measured the effect of showing and grasped the image for the climate change by using the Internet questionary survey. The persons who feel a climate change at the present tend to feel the additional changes in the future. It is important to show the monitoring results of climate change for a citizen and promote the understanding for the climate change that had already occurred. It has been shown that general images for the climate change promote to understand the need of the mitigation, and that it is important to explain about the climate change that might occur in the future even if it did not occur at the present in order to have people recognize widely the need of the adaptation.

Combined Vertical And Lateral Channel Evolution Numerical Modeling

Vertical stream bed erosion has been studied routinely and its modeling is getting widespread acceptance. The same cannot be said with lateral stream bank erosion since its measurement or numerical modeling is very challenging. Bank erosion, however, can be important to channel morphology. It may contribute significantly to the overall sediment budget of a stream, is a leading cause of channel migration, and is the cause of major channel maintenance. However, combined vertical and lateral channel evolution is seldom addressed. In this study, a new geofluival numerical model is developed to simulate combined vertical and lateral channel evolution. Vertical erosion is predicted with a 2D depth-averaged model SRH-2D, while lateral erosion is simulated with a linear retreat bank erosion model developed in this study. SRH-2D and the bank erosion model are coupled together both spatially and temporally through a common mesh and the same time advancement. The new geofluvial model is first tested and verified using laboratory meander channels; good agreement are obtained between predicted bank retreat and measured data. The model is then applied to a 16-kilometer reach of Chosui River, Taiwan. Vertical and lateral channel evolution during a three-year period (2004 to 2007) is simulated and results are compared with the field data. It is shown that the geofluvial model correctly captures all major erosion and deposition patterns. The new model is shown to be useful for identifying potential erosion sites and providing information for river maintenance planning.

Um estudo de percolação em barragens de terra, em regimes permanente e transiente, com a aplicação do método de elementos finitos

Este trabalho apresenta um estudo de fluxo de água em barragens de terra, em regimes permanente e transiente, com a utilização do Método de Elementos Finitos. No estudo de fluxo em regime permanente duas formas de abordar o problema são apresentadas e comparadas. A primeira considera, para a discretização da malha de elementos finitos, somente a região saturada, de maneira que a linha freática é obtida através de ajustes desta malha de elementos finitos. A segunda considera toda a região saturada-insaturada, sendo discretizado todo o domínio físico da barragem. A malha de elementos finitos não é modificada ao longo das iterações e a linha freática é obtida por interpolação dentro dos elementos, em função dos valores nodais do potencial de pressões. O desenvolvimento teórico das equações utilizadas para as duas formas de abardagem é apresentado, mostrando onde elas diferem entre si. No estudo de fluxo em regime transiente é utilizado apenas o esquema de malha fixa de elementos finitos.

Determinação dos parâmetros de fluidização do carvão de charqueadas a temperatura ambiente

Foi construído um equipamento que possibilitou a determinação dos parâmetros de fluidização de amostras de granulometrias simples e de misturas binárias, de carvão de Charqueadas com granulonetrias entre 9 e 28 malhas (mesh number), à temperatura ambiente, tendo-se obtido uma correlação para o cálculo da velocidade mínima de fluidização em função do diâmetro das partículas.

Análise de barragens de gravidade de concreto considerando a fase construtiva e a interação dinâmica barragem-reservatório-fundação

o objetivo deste trabalho é a análise de barragens de gravidade de concreto desde a faseda sua construção até sua completa entrada em serviço. Inicialmente é feita a análise da fase construtiva, onde o problema fundamental é devido às tensões térmicas decorrentes do calor de hidratação. O método dos elementos finitos é empregado para a solução dos problemasde transferência de calor e de tensões. A influência da construção em camadas é introduzidaatravés da redefinição da malha de elementos finitos, logo após o lançamento de cadacamada de concreto. Uma atenção especial é dada ao problema de fissuração em estruturas de concreto simples.Algunsmodelos usuais são apresentados, discutindo-se a eficiência dos mesmos. Os modelosde fissuração distribuída têm sido preferidos, em virtude dos vários inconvenientes apresentados pelas formulações discretas. Esses modelos, entretanto, fornecem resultados dependentesda malha de elementos finitos e alguma consideração adicional deve ser feita para corrigiressas distorções. Normalmente, tenta-se corrigir esse problema através da adoção de umaresistênciaà tração minorada que é definida em função da energia de fratura do material. Neste trabalho, é demonstrado que esse procedimento não é satisfatório e é proposta uma novaformulaçãopara a análise de grandes estruturas de concreto. A análise das tensões na etapa de construção da barragem é feita com o emprego de um modelo constitutivo viscoelástico com envelhecimento para o concreto. Em virtude do envelhecimento,a matriz de rigidez da estrutura é variável no tempo, devendo ser redefinida e triangularizadaem cada instante. Isto leva a um grande esforço computacional, sobretudo, quandoa barragem é construída em muitas camadas. Para evitar esse inconveniente, adota-se um procedimento iterativo que permite que a matriz de rigidez seja redefinida em poucas idadesde referência. Numa segunda etapa da análise, a barragem é submetida à pressão hidrostática e a uma excitação sísmica. A análise dinâmica é realizada considerando-se o movimento do sistema acoplado barragem-reservatório-fundação. O sismo é considerado um processo estocásticonão estacionário e a segurança da estrutura é determinada em relação aos principais modos de falha

Técnicas de avaliação da confiabilidade em estruturas de concreto armado

Neste trabalho é dado ênfase à inclusão das incertezas na avaliação do comportamento estrutural, objetivando uma melhor representação das características do sistema e uma quantificação do significado destas incertezas no projeto. São feitas comparações entre as técnicas clássicas existentes de análise de confiabilidade, tais como FORM, Simulação Direta Monte Carlo (MC) e Simulação Monte Carlo com Amostragem por Importância Adaptativa (MCIS), e os métodos aproximados da Superfície de Resposta( RS) e de Redes Neurais Artificiais(ANN). Quando possível, as comparações são feitas salientando- se as vantagens e inconvenientes do uso de uma ou de outra técnica em problemas com complexidades crescentes. São analisadas desde formulações com funções de estado limite explícitas até formulações implícitas com variabilidade espacial de carregamento e propriedades dos materiais, incluindo campos estocásticos. É tratado, em especial, o problema da análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado incluindo o efeito da variabilidade espacial de suas propriedades. Para tanto é proposto um modelo de elementos finitos para a representação do concreto armado que incorpora as principais características observadas neste material. Também foi desenvolvido um modelo para a geração de campos estocásticos multidimensionais não Gaussianos para as propriedades do material e que é independente da malha de elementos finitos, assim como implementadas técnicas para aceleração das avaliações estruturais presentes em qualquer das técnicas empregadas. Para o tratamento da confiabilidade através da técnica da Superfície de Resposta, o algoritmo desenvolvido por Rajashekhar et al(1993) foi implementado. Já para o tratamento através de Redes Neurais Artificias, foram desenvolvidos alguns códigos para a simulação de redes percéptron multicamada e redes com função de base radial e então implementados no algoritmo de avaliação de confiabilidade desenvolvido por Shao et al(1997). Em geral, observou-se que as técnicas de simulação tem desempenho bastante baixo em problemas mais complexos, sobressaindo-se a técnica de primeira ordem FORM e as técnicas aproximadas da Superfície de Resposta e de Redes Neurais Artificiais, embora com precisão prejudicada devido às aproximações presentes.

Adsorção de tolueno de solução aquosa em leito de carvão ativado em planta piloto

A adsorção em leito fixo de carvão ativado granular é uma das mais importantes alternativas para a remoção de compostos orgânicos voláteis em efluentes aquosos, em concentrações baixas. O objetivo deste trabalho é colocar em funcionamento uma unidade piloto de adsorção e desenvolver uma metodologia para avaliar o comportamento de adsorventes nesta planta como a usada no projeto de unidades de adsorção de leito fixo. Esta planta piloto possui uma coluna de 20 mm de diâmetro interno, encamisada. Ela é equipada com espectrofotômetro UV on-line, que permite a medida da concentração de componentes orgânicos voláteis na corrente de efluente. Também, possui módulos para a aquisição de dados de temperatura, vazão e pressão diferencial. Nessa planta, foram realizados experimentos, à temperatura ambiente, para aquisição de curvas de ruptura experimentais da adsorção de tolueno de uma corrente aquosa, em um leito fixo de carvão ativado. O leito era composto por um carvão ativado granular (8 x 12 mesh). Diferentes alturas de leito (5 e 10 cm) e vazões ( 0,8 e 1,6 L.h-1) foram testados, mantendo a concentração de tolueno na alimentação em aproximadamente 50 ppm. Concomitantemente, foram realizados testes para a caracterização do adsorvente, obtendo-se 15,4 % de conteúdo de umidade e 8,7 % de cinzas, massa específica bulk de 0,5 g.mL-1, massa específica real de 1,72 g.mL-1 e 681 m2.g-1 de área superficial A estimação da difusividade mássica e do coeficiente de transferência de massa referente à fase sólida foram obtidos através de dados de testes cinéticos, obtendo-se, respectivamente, os valores médios de 6,1 cm2.h-1 e 0,0162 cm.h-1. As alturas das zonas de transferência de massa obtidas para a vazão de 0,8 L.h-1 aumentaram com o aumento da altura do leito, indicando comportamento de padrões proporcionais. Além disso, analisaram-se dados preliminares de pressão diferencial no leito, que indicam que ela aumentou enquanto havia adsorção. A metodologia desenvolvida poderá ser aplicada para estudar a adsorção com outros pares adsorvente/adsorvato.

Caracterização para o beneficiamento do carvão de Candiota

O presente trabalho apresenta estudos sistemãticos da caracterização do carvão de Candiota em termos do seu beneficiamento. O carvão de Candiota possui caracteristicas de moabilidade que o indicam como bastantefriável. A geração de finos (-28 malhas) atinge valores superiores a 20% independente do grau de britagem . As distribuições granulométricas resultantes da britagem do carvão obedecem a equação de ROSIN-RAIIMLER-BENNETT, dentro do intervalo previsto (frações menores do ue -4 malhas e maiores do que 100 malhas). Os valores de n e d ' não variam significativamente com a abertura do britador o, que evidencia sua friabiliade. foram estabelecidas equações que relacionam aberturado britador, coeficientes de distribuição e diâmetro médio.Estudos rni croscópicos demonstraram que, o grau de d i-s seminação da matéria inorgânica é muitointenso , e sua liberação atinge malhas muito pequenas (provavelmente menores do que 400 malhas). O teor de cinzas, como por exemplo do grau de disseminação, não variou significativamente com a diminuição de tamanho, como acontece com outros carvões. Foram estabelecidos dois critérios de liberação das particulas em função da quantidade de matéria carbonosa presente nas unidades mistas (20 - 80% e 5 - 95%, respectivamente). Estes indices de partyculas mistas (5 - 95% de matéria carbonosa) mantiveram-se constantes até tamanhos aproximados de 115 malhas, para logo diminuirem nas frações menores. Ainda assim, para frações menores do que 53 micrômetro a quantidade de mistos ( 5 - 95%) foi de 34%. As curvas de lavabilidade deste carvão (tanto da fração grossa quanto afina), reflexo das caracteristicas anteriores, indicam-no como de muito dificil beneficiamento (lavagem). Isto basicamente é devido ao alto grau de "near gravity matterial" presente e de seu grau de liberação. 0s testes de jigagem por bateladas, bem como outros processos de beneficiamento, demonstraram a dificuldade do beneficiamento deste carvão. O melhor teste de jigagem por bateladas, obteve uma recuperação de materia carbonosa de 73, 21 com um teor de cinzas de 45,51 no concretado (alimentação contendo 50% de cinzas). de 37,59% de cinzas (alimentação de 50% de cinzas). Propõe-se, finalmente, um circuito de beneficiamento convencional do carvão de Candiota, incluindo uma classificação do carvão ROM com o objetivo de separar a alimentação em duas frações (+28 e -28 malhas), seguido de um processo de beneficiamento das frações grosseiras por meios densos (tanques), e um tratamento das frações finas por hidrociclonagem. Os resultados obtidos concluem que o carvão de Candiota é o mais dificil de ser lavado dentre os carvões sul-brasileiros devido ao alto teor de cinzas e ao grau de disseminação, sendo que este teor de cinzas não varia muito com a granulometria, o que implica em um grau de liberação muito baixo. Sugere- se como outra alternativa no seu beneficiamento, o estudo de processos não convencionais que incluem um alto grau de cominuiçáo ate completa liberação.