Utilizzo di sistemi bioreattori per l’ingegnerizzazione di sostituti del tessuto cartilagineo

La mancanza di vascolarizzazione dei costrutti tissutali cartilaginei ingegnerizzati rende opportuno e necessario l’impiego di bioreattori che permettano di indurre un flusso nel terreno di coltura favorendo il trasporto di massa e quindi lo sviluppo del metabolismo e del differenziamento cellulare. I bioreattori intendono replicare gli stimoli fisici fisiologici, nello specifico condrogenici, e a regolare la formazione della matrice extracellulare tramite meccanotrasduzione, il fenomeno biologico che traduce le sollecitazioni meccaniche applicate alle cellule in segnali biochimici che suscitano risposte adattative. In questo elaborato sono riportati i risultati di un recente lavoro - pubblicato da J. Hallas, A. J. Janvier, K. F. Hoettges & J. R. Henstock e intitolato “Pneumatic piston hydrostatic bioreactor for cartilage tissue engineering – che propone la realizzazione di un bioreattore idrostatico a pistone pneumatico, realizzato con componenti facilmente acquisibili a basso costo in commercio. Il bioreattore è collegato a una camera di coltura tramite un connettore pneumatico e un tubo per l’aria in polipropilene. La camera di coltura è realizzata in acido polilattico (PLA) tramite stampante 3D. Il dispositivo è in grado di applicare a una coltura cellulare tridimensionale una pressione idrostatica intermittente con ampiezza compresa tra 0 e 400 kPa e frequenza massima di 3,5 Hz. Condrociti provenienti dalla cartilagine di un’articolazione di ginocchio sono stati coltivati all’interno della camera di coltura del bioreattore dove sono stati sottoposti a una pressione di picco di 300 kPa per 3 ore al giorno per un totale di 5 giorni. Al termine della coltura si è ottenuto un aumento dell’attività metabolica cellulare del 21% e un aumento significativo del contenuto di glicosamminoglicani nell’ECM.

Anelastic relaxation due to OH pairs in NbZr alloys

In the last 30 years several studies have been made to understand the relaxation mechanisms of the hydrogen atoms present in transition metals and their alloys. In this work, we observed the stress-induced ordering of hydrogen atoms around the interstitial oxygen atoms near the niobium matrix atoms. We studied this relaxation process by measuring the attenuation of longitudinal ultrasonic waves. These measurements were made in Nb1.0%Zr polycrystalline alloys at 10 and 30 MHz, pure and doped with 0.7 and 4.2 at.% hydrogen. The results revealed a thermally activated relaxation structure around 202 K and 235 K for 10 MHz and 30 MHz respectively. This relaxation structure increases with increasing hydrogen concentration. © 1994.

Spectroscopic study of lanthanide squarate hydrates

In the present investigation some spectroscopic properties of several lanthanide squarate hydrates are reported. The Raman spectra show the same distinctive Jahn-Teller intensity pattern for non-totally symmetric modes, as previously observed for the free anion. In the case of the terbium salt, the Tb3+ emission is very intense even at room temperature, revealing an efficient excitation via the ligand electronic levels. The Tb3+ dilution in Gd3+ or La3+ hosts increases this excitation efficiency without any appreciable variation in the 5D4 excited-state lifetime. However, the Eu3+ emission is very weak, with excited states located above the 5D2 level (ca. 21 550 cm-1) being completely quenched at room temperature. At lower temperatures higher-lying levels are not so efficiently quenched. The broad band observed in the UV excitation spectra of Eu3+ and Tb3+ is easily assigned to an intra-ligand transition leading to ligand-to-lanthanide ion energy transfer processes. As observed for Tb3+, Eu3+ dilution in Gd3+ or La3+ hosts also increases the relative emission intensity mediated by the ligand, without variation in the 5D0 excited-state lifetime. The Eu3+ 5D0 excitation spectra show vibronic structures that can be interpreted on the basis of the data available from the vibrational spectra. An increase in the vibronic intensities is observed as the lanthanide concentration is increased. © 1994.

Caracterização da liga 6101 refinada com a adição de diferentes teores de cobre e solidificadas em molde unidirecional horizontal e em molde "U"

A liga 6101 (série 6xxx) foi modificada através da adição de cobre nos percentuais de 0,05%Cu e 0,3%Cu, e também de refinadores de grão à base de uma pré-liga Al-Ti-B. As ligas foram caracterizadas termicamente (coeficiente de transferência de calor metal/molde, Velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento), mecanicamente (limite de resistência à tração e módulo de tenacidade) e eletricamente (resistência, resistividade e condutividade elétrica) utilizando duas formas de vazamentos: uma sendo através de solidificação em molde unidirecional horizontal e a outra através do molde em “U”. Para a solidificação em molde unidirecional horizontal as caracterizações mostraram-se bastante influenciadas pelos refinadores de grão e pela viscosidade que o cobre exerce na eficiência do contato metal/molde das ligas, alterando significativamente suas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas. Por outro lado, na solidificação em molde “U” as ligas foram avaliadas apenas através de caracterização mecânica e elétrica, tendo em vista a preocupação sobre as variáveis do processo de conformação da liga metálica, tais como, a avaliação da taxa de deformação, do limite de resistência a tração, da tenacidade e da resistência, resistividade e condutividade elétrica, do perfil metálico produzido, para corpos de prova de diferentes diâmetros. Para o molde em “U” houve ainda a adição e avaliação de mais duas ligas sendo a Al-0,6Mg-0,4Si-0,1Cu e Al-0,6Mg-0,4Si-0,2Cu. As propriedades mecânicas e elétricas sofreram forte influência do encruamento, do teor de cobre e das microcavidades existentes nas estruturas das ligas.

An analysis of the relationship between grain size, solute content, and the potency and number density of nucleant particles

To be able to determine the grain size obtained from the addition of a grain refining master alloy, the relationship between grain size (d), solute content (defined by the growth restriction factor Q), and the potency and number density of nucleant particles needs to be understood. A study was undertaken on aluminium alloys where additions of TiB2 and Ti were made to eight wrought aluminum alloys covering a range of alloying elements and compositions. It was found from analysis of the data that d = a/(3)root pct TiB2 + b/Q. From consideration of the experimental data and from further analysis of previously published data, it is shown that the coefficients a and b relate to characteristics of the nucleant particles added by a grain refiner. The term a is related to the maximum density of active TiB2 nucleant particles within the melt, while b is related to their potency. By using the analysis methodology presented in this article, the performance characteristics of different master alloys were defined and the effects of Zr and Si on the poisoning of grain refinement were illustrated.

Earth-Abundant Zinc-IV-Nitride Semiconductors

This investigation is motivated by the need for new visible frequency direct bandgap semiconductor materials that are abundant and low-cost to meet the increasing demand for optoelectronic devices in applications such as solid state lighting and solar energy conversion. Proposed here is the utilization of zinc-IV-nitride materials, where group IV elements include silicon, germanium, and tin, as earth-abundant alternatives to the more common III-nitrides in optoelectronic devices. These compound semiconductors were synthesized under optimized conditions using reactive radio frequency magnetron sputter deposition. Single phase ZnSnN₂, having limited experimental accounts in literature, is validated by identification of the wurtzite-derived crystalline structure predicted by theory through X-ray and electron diffraction studies. With the addition of germanium, bandgap tunability of ZnSn_xGe_1-xN₂ alloys is demonstrated without observation of phase separation, giving these materials a distinct advantage over In_xGa_1-xN alloys. The accessible bandgaps range from 1.8 to 3.1 eV, which spans the majority of the visible spectrum. Electron densities, measured using the Hall effect, were found to be as high as 10²² cm⁻³ and indicate that the compounds are unintentionally degenerately doped. Given these high carrier concentrations, a Burstein-Moss shift is likely affecting the optical bandgap measurements. The discoveries made in this thesis suggest that with some improvements in material quality, zinc-IV-nitrides have the potential to enable cost-effective and scalable optoelectronic devices.

Synchrotron X-ray powder diffraction study of the tetragonal-cubic phase transition in nanostructured ZrO2-Sc2O3 solid solutions

The transition between tetragonal and cubic phases in nanostructured ZrO2-Sc2O3 solid solutions by high-temperature X-ray powder diffraction using synchrotron radiation is presented. ZrO2-8 and 11 mol% Sc2O3 nanopowders that exhibit the t'- and t ''-forms of the tetragonal phase, respectively, were synthesized by a stoichiometric nitrate-lysine gel-combustion route. The average crystallite size treated at 900 degrees C was about 25 nm for both compositions. Our results showed that t'-t '' and t ''-cubic transitions take place for the 8 and 11 mol% Sc2O3 samples, respectively. (C) 2008 International Centre for Diffraction Data.

Internal stresses and textures of nanostructured alumina scales growing on polycrystalline Fe(3)Al alloy

The evolution of internal stresses in oxide scales growing on polycrystalline Fe(3)Al alloy in atmospheric air at 700 degrees C was determined using in situ energy-dispersive synchrotron X-ray diffraction. Ex situ texture analyses were performed after 5 h of oxidation at 700 degrees C. Under these conditions, the oxide-scale thickness, as determined by X-ray photoelectron spectroscopy, lies between 80 and 100 nm. The main phase present in the oxide scales is alpha-Al(2)O(3), with minor quantities of metastable theta-Al(2)O(3) detected in the first minutes of oxidation, as well as alpha-Fe(2)O(3). alpha-Al(2)O(3) grows with a weak (0001) fiber texture in the normal direction. During the initial stages of oxidation the scale develops, increasing levels of compressive stresses which later evolve to a steady state condition situated around -300 MPa. (C) 2010 International Centre for Diffraction Data. [DOI: 10.1154/1.3402764]

Spin-wave fluctuations in ferrimagnetic Mg(x)Fe(3-x)O(4) nanoparticles

We have performed a systematic study of the magnetic properties of a series of ferrimagnetic nanoparticles of Mg(x)Fe(3-x)O(4) (0.8 <= x <= 1.5) prepared by the combustion reaction method. The magnetization data can be well fitted by Bloch's law with T(3/2). Bloch's constant B determined from the fitting procedure was found to increase with Mg content x from similar to 3.09 X 10(-5) K(-3/2) for x = 0.8 to 6.27 X 10(-5) K(-3/2) for x=1.5. The exchange integral J(AB) and the spin-wave stiffness constant D of Mg(x)Fe(3-x)O(4) nanoparticles were also determined as similar to 0.842 and 0.574 meV and 296 and 202 meV angstrom(2) for specimens with x=0.8 and 1.5, respectively. These results are discussed in terms of cation redistribution among A and B sites on these nanostructured spinel ferrites. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3359709]

Eutectic solidification mode in sodium modified Al-7 mass %Si-3.5 mass %Cu-0.2 mass %Mg casting alloys

The influence of sodium (Na) on nucleation and growth of the Al-Si eutectic in a commercial hypoeutectic Al-Si-Cu-Mg foundry alloy has been investigated. The microstructural evolution during eutectic solidification was studied by a quenching technique. By comparing the orientation of the aluminium in the eutectic to that of the surrounding primary aluminium dendrites by EBSD, the eutectic solidification mode could be determined. The results show that the eutectic solidification starts near the mould wall and evolves with front growth opposite the thermal gradient on a macro-scale, and on a micro-scale with independent heterogeneous nucleation of eutectic grains in interdendritic spaces. Na-modified alloys therefore behave significantly differently from those modified by other elemental additions.

Estudo do uso de hidrotalcites de Mg-Al como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel

A transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com um álcool de baixo peso molecular é o principal processo utilizado na produção de biodiesel. Actualmente os processos industriais utilizam catalisadores homogéneos para acelerar a reacção. No entanto a utilização de catalisadores heterogéneos, no processo de transesterificação, tem sido sugerido por vários investigadores pois, são amigos do ambiente e podem ser regenerados e reutilizados portanto possibilitam a utilização de processos contínuos. Neste contexto, a utilização de hidrotalcites Mg-Al, como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel foi investigada neste trabalho experimental. As hidrotalcites com diferentes razões molares Mg/Al (Mg/Al=1, 2, 3 e 4) foram preparadas pelo método de co-precipitação. As diversas matrizes catalíticas obtidas, calcinadas a diferentes temperaturas, foram caracterizadas por difracção de raios X (DRX), análise térmica (TG-DSC), espectroscopia de infravermelhos (MIR), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e isotérmicas de adsorção com azoto (BET). Estes catalisadores foram testados na metanólise de óleos vegetais para produzir biodiesel. As hidrotalcites Mg/Al=2, HT2A e HT2B (preparada com metade da quantidade de NaOH) calcinadas a 507 ºC e 700 ºC, respectivamente, foram as que apresentaram melhores resultados ao catalisar a reacção com um rendimento em éster superior a 97%, utilizando 2.5% da massa de catalisador, em relação à massa do óleo, razão molar metanol/óleo igual a 12, temperatura reaccional de 65 ºC durante 4h. Foi também investigada a reutilização do catalisador e o efeito da temperatura de calcinação. Constatou-se que o catalisador hidrotalcite HT2B apresentou melhor comportamento catalítico pois permitiu catalisar a reacção de transesterificação até três ciclos reaccionais, convertendo em ésteres 97%, 92% e 34% no primeiro, segundo e terceiro ciclos reaccionais, respectivamente. A análise de, algumas propriedades do biodiesel obtido como, o índice de acidez, a viscosidade e o índice de iodo mostraram que os resultados obtidos estão dentro dos valores limite recomendados pela norma EN 14214. Em anexo apresenta-se uma comunicação à First International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, 2010.

Estudo do Uso de Hidrotalcites de Mg-Al como Catalisadores Heterogéneos para Produção de Biodiesel

A transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com um álcool de baixo peso molecular é o principal processo utilizado na produção de biodiesel. Actualmente os processos industriais utilizam catalisadores homogéneos para acelerar a reacção. No entanto a utilização de catalisadores heterogéneos, no processo de transesterificação, tem sido sugerido por vários investigadores pois, são amigos do ambiente e podem ser regenerados e reutilizados portanto possibilitam a utilização de processos contínuos. Neste contexto, a utilização de hidrotalcites Mg-Al, como catalisadores heterogéneos para produção de biodiesel foi investigada neste trabalho experimental. As hidrotalcites com diferentes razões molares Mg/Al (Mg/Al=1, 2, 3 e 4) foram preparadas pelo método de co-precipitação. As diversas matrizes catalíticas obtidas, calcinadas a diferentes temperaturas, foram caracterizadas por difracção de raios X (DRX), análise térmica (TG-DSC), espectroscopia de infravermelhos (MIR), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e isotérmicas de adsorção com azoto (BET). Estes catalisadores foram testados na metanólise de óleos vegetais para produzir biodiesel. As hidrotalcites Mg/Al=2, HT2A e HT2B (preparada com metade da quantidade de NaOH) calcinadas a 507 ºC e 700 ºC, respectivamente, foram as que apresentaram melhores resultados ao catalisar a reacção com um rendimento em éster superior a 97%, utilizando 2.5% da massa de catalisador, em relação à massa do óleo, razão molar metanol/óleo igual a 12, temperatura reaccional de 65 ºC durante 4h. Foi também investigada a reutilização do catalisador e o efeito da temperatura de calcinação. Constatou-se que o catalisador hidrotalcite HT2B apresentou melhor comportamento catalítico pois permitiu catalisar a reacção de transesterificação até três ciclos reaccionais, convertendo em ésteres 97%, 92% e 34% no primeiro, segundo e terceiro ciclos reaccionais, respectivamente. A análise de, algumas propriedades do biodiesel obtido como, o índice de acidez, a viscosidade e o índice de iodo mostraram que os resultados obtidos estão dentro dos valores limite recomendados pela norma EN 14214. Em anexo apresenta-se uma comunicação à First International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, 2010.