Monte Carlo study of a kinetic lattice model with random diffusion of disorder

We report Monte Carlo results for a nonequilibrium Ising-like model in two and three dimensions. Nearest-neighbor interactions J change sign randomly with time due to competing kinetics. There follows a fast and random, i.e., spin-configuration-independent diffusion of Js, of the kind that takes place in dilute metallic alloys when magnetic ions diffuse. The system exhibits steady states of the ferromagnetic (antiferromagnetic) type when the probability p that J>0 is large (small) enough. No counterpart to the freezing phenomena found in quenched spin glasses occurs. We compare our results with existing mean-field and exact ones, and obtain information about critical behavior.

Chaotic systems with a null conditional Lyapunov exponent under nonlinear driving.

Control of a chaotic system by homogeneous nonlinear driving, when a conditional Lyapunov exponent is zero, may give rise to special and interesting synchronizationlike behaviors in which the response evolves in perfect correlation with the drive. Among them, there are the amplification of the drive attractor and the shift of it to a different region of phase space. In this paper, these synchronizationlike behaviors are discussed, and demonstrated by computer simulation of the Lorentz model [E. N. Lorenz, J. Atmos. Sci. 20 130 (1963)] and the double scroll [T. Matsumoto, L. O. Chua, and M. Komuro, IEEE Trans. CAS CAS-32, 798 (1985)].

Exploratory survey about dietary supplement use: a hazardous and erratic way to improve one's health?

INTRODUCTION: Dietary supplement (DS) use increased rapidly in recent years. However, evidence of benefits of many DSs for healthy users is scarce and may not equate with known risks of overdose, drug interaction and recently discovered negative long-term effects. This exploratory study aimed to investigate the perceptions and motivations of DS users in Lausanne, Switzerland. METHOD: A convenience sample (n = 147) was recruited at the entrances of local sales points. Data were collected in on-site semistructured interviews that assessed dietary supplementation habits. RESULTS: The majority of DSs were all-in-one products, containing a mixture of minerals and vitamins, or products containing only minerals. Among the 147 users, 72 (49%) used one all-in-one product and 3 (2%) used two all-in-one products. Thirty-one (21%) consumers did not know for at least one product what the purpose of their DS use was. Seventy-five percent of participants thought that DS use presents no risk or nearly no risk. Only 49% of participants stated that their physicians were informed about their consumption. Although men searched more often for potential risks (p <0.001), they turned less frequently to health professionals to get this information (p = 0.007). DISCUSSION: As in other surveys performed elsewhere, our study shows that, in Lausanne (Switzerland), DSs are commonly used as mixed products. Risk perception seems generally low among DS users. Physicians should be trained to evaluate patients' perceived needs and DS consumption in order to provide good evidence-based information or to propose alternatives to DS use.

Kinetics of chronic inflammation in Nile tilapia fed n‑3 and n‑6 essential fatty acids

The objective of this work was to investigate the effect of dietary supplementation with essential fatty acids on the kinetics of macrophage accumulation and giant cell formation in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). The supplementation sources were soybean oil (SO, source of omega 6, n‑6) and linseed oil (LO, source of omega 3, n‑3), in the following proportions: 100% SO; 75% SO + 25% LO; 50% SO + 50% LO; 25% SO + 75% LO; and 100% LO (four replicates per treatment). After a feeding period of three months, growth performance was evaluated, and glass coverslips were implanted into the subcutaneous connective tissue of fish, being removed for examination at 2, 4, 6, and 8 days after implantation. Growth performance did not differ between treatments. Fish fed 100% linseed oil diet had the greatest macrophage accumulation and the fastest Langhans cell formation on the sixth day. On the eighth day, Langhans cells were predominant on the coverslips implanted in the fish feed 75 and 100% linseed oil. n‑3 fatty acids may contribute to macrophage recruitment and giant cell formation in fish chronic inflammatory response to foreign body.

Long-term antiretroviral treatment initiated at primary HIV-1 infection affects the size, composition, and decay kinetics of the reservoir of HIV-1-infected CD4 T cells.

Initiation of antiretroviral therapy during the earliest stages of HIV-1 infection may limit the seeding of a long-lasting viral reservoir, but long-term effects of early antiretroviral treatment initiation remain unknown. Here, we analyzed immunological and virological characteristics of nine patients who started antiretroviral therapy at primary HIV-1 infection and remained on suppressive treatment for >10 years; patients with similar treatment duration but initiation of suppressive therapy during chronic HIV-1 infection served as controls. We observed that independently of the timing of treatment initiation, HIV-1 DNA in CD4 T cells decayed primarily during the initial 3 to 4 years of treatment. However, in patients who started antiretroviral therapy in early infection, this decay occurred faster and was more pronounced, leading to substantially lower levels of cell-associated HIV-1 DNA after long-term treatment. Despite this smaller size, the viral CD4 T cell reservoir in persons with early treatment initiation consisted more dominantly of the long-lasting central-memory and T memory stem cells. HIV-1-specific T cell responses remained continuously detectable during antiretroviral therapy, independently of the timing of treatment initiation. Together, these data suggest that early HIV-1 treatment initiation, even when continued for >10 years, is unlikely to lead to viral eradication, but the presence of low viral reservoirs and durable HIV-1 T cell responses may make such patients good candidates for future interventional studies aiming at HIV-1 eradication and cure. IMPORTANCE: Antiretroviral therapy can effectively suppress HIV-1 replication to undetectable levels; however, HIV-1 can persist despite treatment, and viral replication rapidly rebounds when treatment is discontinued. This is mainly due to the presence of latently infected CD4 T cells, which are not susceptible to antiretroviral drugs. Starting treatment in the earliest stages of HIV-1 infection can limit the number of these latently infected cells, raising the possibility that these viral reservoirs are naturally eliminated if suppressive antiretroviral treatment is continued for extremely long periods of time. Here, we analyzed nine patients who started on antiretroviral therapy within the earliest weeks of the disease and continued treatment for more than 10 years. Our data show that early treatment accelerated the decay of infected CD4 T cells and led to very low residual levels of detectable HIV-1 after long-term therapy, levels that were otherwise detectable in patients who are able to maintain a spontaneous, drug-free control of HIV-1 replication. Thus, long-term antiretroviral treatment started during early infection cannot eliminate HIV-1, but the reduced reservoirs of HIV-1 infected cells in such patients may increase their chances to respond to clinical interventions aiming at inducing a drug-free remission of HIV-1 infection.

Linear and nonlinear terrain deformation maps from a reduced set of interferometric SAR images

In this paper, an advanced technique for the generation of deformation maps using synthetic aperture radar (SAR) data is presented. The algorithm estimates the linear and nonlinear components of the displacement, the error of the digital elevation model (DEM) used to cancel the topographic terms, and the atmospheric artifacts from a reduced set of low spatial resolution interferograms. The pixel candidates are selected from those presenting a good coherence level in the whole set of interferograms and the resulting nonuniform mesh tessellated with the Delauney triangulation to establish connections among them. The linear component of movement and DEM error are estimated adjusting a linear model to the data only on the connections. Later on, this information, once unwrapped to retrieve the absolute values, is used to calculate the nonlinear component of movement and atmospheric artifacts with alternate filtering techniques in both the temporal and spatial domains. The method presents high flexibility with respect to the required number of images and the baselines length. However, better results are obtained with large datasets of short baseline interferograms. The technique has been tested with European Remote Sensing SAR data from an area of Catalonia (Spain) and validated with on-field precise leveling measurements.

General electromagnetic simulation tool to predict the microwave nonlinear response of planar, arbitrarily-shaped HTS structures

This work describes a simulation tool being developed at UPC to predict the microwave nonlinear behavior of planar superconducting structures with very few restrictions on the geometry of the planar layout. The software is intended to be applicable to most structures used in planar HTS circuits, including line, patch, and quasi-lumped microstrip resonators. The tool combines Method of Moments (MoM) algorithms for general electromagnetic simulation with Harmonic Balance algorithms to take into account the nonlinearities in the HTS material. The Method of Moments code is based on discretization of the Electric Field Integral Equation in Rao, Wilton and Glisson Basis Functions. The multilayer dyadic Green's function is used with Sommerfeld integral formulation. The Harmonic Balance algorithm has been adapted to this application where the nonlinearity is distributed and where compatibility with the MoM algorithm is required. Tests of the algorithm in TM010 disk resonators agree with closed-form equations for both the fundamental and third-order intermodulation currents. Simulations of hairpin resonators show good qualitative agreement with previously published results, but it is found that a finer meshing would be necessary to get correct quantitative results. Possible improvements are suggested.

Kinetics of selective oxidation of lactose to lactobionic acid over Pd-active carbon catalyst

Laktoosi eli maitosokeri on tärkein ainesosa useimpien nisäkkäiden tuottamassa maidossa. Sitä erotetaan herasta, juustosta ja maidosta. Laktoosia käytetään elintarvike- ja lääketeollisuuden raaka-aineena monissaeri tuotteissa. Lääketeollisuudessa laktoosia käytetään esimerkiksi tablettien täyteaineena. Hapettamalla laktoosia voidaan valmistaa laktobionihappoa, 2-keto-laktobionihappoa ja laktuloosia. Laktobionihappoa käytetään biohajoavien pintojen ja kosmetiikkatuotteiden valmistuksessa, sekä sisäelinten säilöntäliuoksissa, joissa laktobionihappo estää happiradikaalien aiheuttamien kudosvaurioiden syntymistä. Tässä työssä laktoosia hapetettiin laktobionihapoksi sekoittimella varustetussa laboratoriomittakaavaisessa panosreaktorissa käyttäenkatalyyttinä palladiumia aktiivihiilellä. Muutamissa kokeissa katalyytin promoottorina käytettiin vismuttia, joka hidastaa katalyytin deaktivoitumista. Työn tarkoituksena oli saada lisää tietoa laktoosin hapettamisen kinetiikasta. Laktoosin hapettumisessa laktobionihapoksi havaittiin selektiivisyyteen vaikuttavan muunmuassa reaktiolämpötila, paine, pH ja käytetyn katalyytin määrä. Katalyyttiä kierrättämällä eri kokeiden välillä saatiin paremmat konversiot, selektiivisyydet ja saannot. Parhaat koetulokset saatiin hapetettaessa synteettisellä ilmalla 60 oC lämpötilassa ja 1 bar paineessa. Tehdyissä kokeissa pH:n säätö tehtiin manuaalisesti, joten pH ei pysynyt koko ajan haluttuna. Laktoosin konversio oli parhaimmillaan 95 %. Laktobionihapon suhteellinen selektiivisyys oli 100% ja suhteellinen saanto 100 %. Kinetiikan matemaattinen mallinnus tehtiin Modest-ohjelmalla käyttäen kokeista saatuja mittaustuloksia.Ohjelman avulla estimoitiin parametreja ja saatiin matemaattinen malli reaktorille. Tässä työssä tehtiin kineettinen mallinnus myös ravistelureaktorissa tehdyille laktoosin hapetuskokeille, missä pH pysyi koko ajan haluttuna 'in-situ' titrauksen avulla. Työn yhteydessä selvitettiin myös mahdollisuutta käyttää monoliittikatalyyttejä laktoosin hapetusreaktiossa.

Physician response to "by-the-way" syndrome in primary care.

BACKGROUND/OBJECTIVE: "By-the-way" syndrome, a new problem raised by the patient at an encounter's closure, is common, but little is known about how physicians respond when it occurs. We analyzed the content of the syndrome, predictors of its appearance, and the physician response. DESIGN/PARTICIPANTS: Cross-sectional study of 92 videotaped encounters in an academic primary care clinic. RESULTS: The syndrome occurred in 39.1% of observed encounters. Its major content was bio-psychosocial (39%), psychosocial (36%), or biomedical (25%), whereas physician responses were mostly biomedical (44%). The physician response was concordant with the patient's question in 61% of encounters if the content of the question was psychosocial, 21% if bio-psychosocial, and 78% if biomedical; 32% of physicians solicited the patient's agenda two times or more in the group without, versus 11% in the group with, the syndrome (P = 0.02). In 22% of the encounters, physicians did not give any answer to the patient's question, particularly (38.5%) if it was of psychosocial content. CONCLUSIONS: "By-the-way" syndrome is mainly bio-psychosocial or psychosocial in content, whereas the physician response is usually biomedical. Asking about the patient's agenda twice or more during the office visit might decrease the appearance of this syndrome.

Study and modeling of the desintegration kinetics of coated paper

The disintegration of recovered paper is the first operation in the preparation of recycled pulp. It is known that the defibering process follows a first order kinetics from which it is possible to obtain the disintegration kinetic constant (KD) by means of different ways. The disintegration constant can be obtained from the Somerville index results (%lsv and from the dissipated energy per volume unit (Ss). The %slv is related to the quantity of non-defibrated paper, as a measure of the non-disintegrated fiber residual (percentage of flakes), which is expressed in disintegration time units. In this work, disintegration kinetics from recycled coated paper has been evaluated, working at 20 revise rotor speed and for different fiber consistency (6, 8, 10, 12 and 14%). The results showed that the values of experimental disintegration kinetic constant, Ko, through the analysis of Somerville index, as function of time. Increased, the disintegration time was drastically reduced. The calculation of the disintegration kinetic constant (modelled Ko), extracted from the Rayleigh’s dissipation function, showed a good correlation with the experimental values using the evolution of the Somerville index or with the dissipated energy

Real-time monitoring of protein conformational changes using a nano-mechanical sensor.

Proteins can switch between different conformations in response to stimuli, such as pH or temperature variations, or to the binding of ligands. Such plasticity and its kinetics can have a crucial functional role, and their characterization has taken center stage in protein research. As an example, Topoisomerases are particularly interesting enzymes capable of managing tangled and supercoiled double-stranded DNA, thus facilitating many physiological processes. In this work, we describe the use of a cantilever-based nanomotion sensor to characterize the dynamics of human topoisomerase II (Topo II) enzymes and their response to different kinds of ligands, such as ATP, which enhance the conformational dynamics. The sensitivity and time resolution of this sensor allow determining quantitatively the correlation between the ATP concentration and the rate of Topo II conformational changes. Furthermore, we show how to rationalize the experimental results in a comprehensive model that takes into account both the physics of the cantilever and the dynamics of the ATPase cycle of the enzyme, shedding light on the kinetics of the process. Finally, we study the effect of aclarubicin, an anticancer drug, demonstrating that it affects directly the Topo II molecule inhibiting its conformational changes. These results pave the way to a new way of studying the intrinsic dynamics of proteins and of protein complexes allowing new applications ranging from fundamental proteomics to drug discovery and development and possibly to clinical practice.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.