The structure of liquid argon as determined by x-ray diffraction

X-ray diffraction measurements and subsequent data analyses have been carried out on liquid argon at five states in the density range of 0.91 to 1.135 gm/cc and temperature range of 127 to 143°K. Duplicate measurements were made on all states. These data yielded radial distribution and direct correlation functions which were then used to compute the pair potential using the Percus-Yevick equation. The potential minima are in the range of -105 to -120°K and appear to substantiate current theoretical estimates of the effective pair potential in the presence of a weak three-body force.

The data analysis procedure used was new and does not distinguish between the coherent and incoherent absorption factors for the cell scattering which were essentially equal. With this simplification, the argon scattering estimate was compared to the gas scattering estimate on the laboratory frame of reference and the two estimates coincided, indicating the data normalized. The argon scattering on the laboratory frame of reference was examined for the existence of the peaks in the structure factor and the existence of an observable third peak was considered doubtful.

Numerical studies of the effect of truncation, normalization, the subsidiary peak phenomenon in the radial distribution function, uncertainties in the low angle data relative to errors in the direct correlation function and the distortion phenomenon are presented.

The distortion phenomenon for this experiment explains why the Mikolaj-Pings argon data yielded pair potential well depths from the Percus-Yevick equation that were too shallow and an apparent slope with respect to density that was too steep compared to theoretical estimates.

The data presented for each measurement are: empty cell and cell plus argon intensity, absorption factors, argon intensity, smoothed argon intensity, smoothed argon intensity corrected for distortion, structure factor, radial distribution function, direct correlation function and the pair potential from the Percus-Yevick equation.

Microscopic Origin of Macroscopic Strength in Granular Media: A Numerical and Analytical Approach

Constitutive modeling in granular materials has historically been based on macroscopic experimental observations that, while being usually effective at predicting the bulk behavior of these type of materials, suffer important limitations when it comes to understanding the physics behind grain-to-grain interactions that induce the material to macroscopically behave in a given way when subjected to certain boundary conditions.

The advent of the discrete element method (DEM) in the late 1970s helped scientists and engineers to gain a deeper insight into some of the most fundamental mechanisms furnishing the grain scale. However, one of the most critical limitations of classical DEM schemes has been their inability to account for complex grain morphologies. Instead, simplified geometries such as discs, spheres, and polyhedra have typically been used. Fortunately, in the last fifteen years, there has been an increasing development of new computational as well as experimental techniques, such as non-uniform rational basis splines (NURBS) and 3D X-ray Computed Tomography (3DXRCT), which are contributing to create new tools that enable the inclusion of complex grain morphologies into DEM schemes.

Yet, as the scientific community is still developing these new tools, there is still a gap in thoroughly understanding the physical relations connecting grain and continuum scales as well as in the development of discrete techniques that can predict the emergent behavior of granular materials without resorting to phenomenology, but rather can directly unravel the micro-mechanical origin of macroscopic behavior.

In order to contribute towards closing the aforementioned gap, we have developed a micro-mechanical analysis of macroscopic peak strength, critical state, and residual strength in two-dimensional non-cohesive granular media, where typical continuum constitutive quantities such as frictional strength and dilation angle are explicitly related to their corresponding grain-scale counterparts (e.g., inter-particle contact forces, fabric, particle displacements, and velocities), providing an across-the-scale basis for better understanding and modeling granular media.

In the same way, we utilize a new DEM scheme (LS-DEM) that takes advantage of a mathematical technique called level set (LS) to enable the inclusion of real grain shapes into a classical discrete element method. After calibrating LS-DEM with respect to real experimental results, we exploit part of its potential to study the dependency of critical state (CS) parameters such as the critical state line (CSL) slope, CSL intercept, and CS friction angle on the grain's morphology, i.e., sphericity, roundness, and regularity.

Finally, we introduce a first computational algorithm to ``clone'' the grain morphologies of a sample of real digital grains. This cloning algorithm allows us to generate an arbitrary number of cloned grains that satisfy the same morphological features (e.g., roundness and aspect ratio) displayed by their real parents and can be included into a DEM simulation of a given mechanical phenomenon. In turn, this will help with the development of discrete techniques that can directly predict the engineering scale behavior of granular media without resorting to phenomenology.

Development of a Cationic Mucic Acid Polymer-Based Nanoparticle siRNA Delivery System

Cancer chemotherapy has advanced from highly toxic drugs to more targeted treatments in the last 70 years. Chapter 1 opens with an introduction to targeted therapy for cancer. The benefits of using a nanoparticle to deliver therapeutics are discussed. We move on to siRNA in particular, and why it would be advantageous as a therapy. Specific to siRNA delivery are some challenges, such as nuclease degradation, quick clearance from circulation, needing to enter cells, and getting to the cytosol. We propose the development of a nanoparticle delivery system to tackle these challenges so that siRNA can be effective.

Chapter 2 of this thesis discusses the synthesis and analysis of a cationic mucic acid polymer (cMAP) which condenses siRNA to form a nanoparticle. Various methods to add polyethylene glycol (PEG) for stabilizing the nanoparticle in physiologic solutions, including using a boronic acid binding to diols on mucic acid, forming a copolymer of cMAP with PEG, and creating a triblock with mPEG on both ends of cMAP. The goal of these various pegylation strategies was to increase the circulation time of the siRNA nanoparticle in the bloodstream to allow more of the nanoparticle to reach tumor tissue by the enhanced permeation and retention effect. We found that the triblock mPEG-cMAP-PEGm polymer condensed siRNA to form very stable 30-40 nm particles that circulated for the longest time – almost 10% of the formulation remained in the bloodstream of mice 1 h after intravenous injection.

Chapter 3 explores the use of an antibody as a targeting agent for nanoparticles. Some antibodies of the IgG1 subtype are able to recruit natural killer cells that effect antibody dependent cellular cytotoxicity (ADCC) to kill the targeted cell to which the antibody is bound. There is evidence that the ADCC effect remains in antibody-drug conjugates, so we wanted to know whether the ADCC effect is preserved when the antibody is bound to a nanoparticle, which is a much larger and complex entity. We utilized antibodies against epidermal growth factor receptor with similar binding and pharmacokinetics, cetuximab and panitumumab, which differ in that cetuximab is an IgG1 and panitumumab is an IgG2 (which does not cause ADCC). Although a natural killer cell culture model showed that gold nanoparticles with a full antibody targeting agent can elicit target cell lysis, we found that this effect was not preserved in vivo. Whether this is due to the antibody not being accessible to immune cells or whether the natural killer cells are inactivated in a tumor xenograft remains unknown. It is possible that using a full antibody still has value if there are immune functions which are altered in a complex in vivo environment that are intact in an in vitro system, so the value of using a full antibody as a targeting agent versus using an antibody fragment or a protein such as transferrin is still open to further exploration.

In chapter 4, nanoparticle targeting and endosomal escape are further discussed with respect to the cMAP nanoparticle system. A diboronic acid entity, which gives an order of magnitude greater binding (than boronic acid) to cMAP due to the vicinal diols in mucic acid, was synthesized, attached to 5kD or 10kD PEG, and conjugated to either transferrin or cetuximab. A histidine was incorporated into the triblock polymer between cMAP and the PEG blocks to allow for siRNA endosomal escape. Nanoparticle size remained 30-40 nm with a slightly negative ca. -3 mV zeta potential with the triblock polymer containing histidine and when targeting agents were added. Greater mRNA knockdown was seen with the endosomal escape mechanism than without. The nanoparticle formulations were able to knock down the targeted mRNA in vitro. Mixed effects suggesting function were seen in vivo.

Chapter 5 summarizes the project and provides an outlook on siRNA delivery as well as targeted combination therapies for the future of personalized medicine in cancer treatment.

Optimización de la metodología para la producción de hongos comestibles

El cultivo de hongos comestibles saprófitos constituye un sistema de producción-consumo, que ha adquirido gran relevancia social, económica y ecológica. Con el fin de abaratar costes a la vez que aprovechar y reciclar residuos forestales, el objetivo de este trabajo se ha centrado en evaluar la viabilidad del aserrín de Eucalyptus globulus como soporte del cultivo en bolsa de Lentinula edodes (hongo comercializado conocido como Shiitake) y Agrocybe aegerita (hongo no comercializado comúnmente llamado Seta de Chopo). Se han evaluado 6 formulaciones, todas ellas con el aserrín como componente principal y con adición de diferentes suplementos: cereales (salvado y mijo), un controlador del pH (CaCO3) y un estimulador de crecimiento (CaSO4). Se ha determinado el crecimiento miceliar sobre cada uno de los sustratos, así como la producción de carpoforos (tanto en cantidad como en calidad) y la duración del periodo de fructificación. La mezcla más efectiva para la producción de L. edodes fue aquella que contenía yeso y azúcar mientras que para A. aegerita el salvado resultó ser el mejor suplemento.

Efeito do dentifrício fluoretado na incidência de cárie na dentição decídua e fluorose na dentição permanente: revisões sistemáticas e metanálises

Apesar do potencial anticárie do dentifrício fluoretado na dentição permanente estar bem estabelecido, existe uma lacuna no conhecimento em relação ao seu efeito na dentição decídua; não existe consenso quanto à concentração ideal de fluoreto no dentifrício capaz de maximizar o benefício anticárie na dentição decídua e simultaneamente minimizar o risco de desenvolver fluorose clinicamente importante na dentição permanente. O artigo 1 desta tese avaliou o efeito dos dentifrícios de concentração baixa (menos de 600 ppm) e padrão (1000 a 1500 ppm) de fluoreto comparados com placebo ou nenhuma intervenção e o artigo 2 comparou diretamente o efeito do dentifrício de concentração baixa de fluoreto com o de concentração padrão. Foi realizada uma revisão sistemática de ensaios clínicos randomizados ou quasi-randomizados. Dois examinadores leram, de forma independente, 1932 resumos ou citações e 159 estudos na íntegra. As discordâncias foram resolvidas por um terceiro examinador. Oito estudos foram incluídos no artigo 1 e cinco no artigo 2. Para avaliar o efeito dos dentifrícios fluoretados sobre o número de dentes e superfícies dentárias cariadas, perdidas por cárie e obturadas, e sobre o número de crianças com cárie e fluorose, foram estimados frações prevenidas (FP) e riscos relativos (RR) combinados, respectivamente. Quando os dentifrícios de concentração padrão de fluoreto foram comparados com placebo ou nenhuma intervenção, houve reduções significativas de cárie no nível de superfície (FP= 31%; IC 95% 18 43), dente (FP= 16%; IC 95% 7 24) e indivíduo (RR= 0,86; IC 95% 0,81 0,93). Quando os dentifrícios de concentração baixa de fluoreto foram comparados com nenhuma intervenção, houve redução significativa de cárie apenas no nível de superfície (FP= 40%; IC 95% 5 75) (artigo 1). Os dentifrícios de concentração baixa de fluoreto, comparados diretamente com os de concentração padrão, aumentaram significativamente o risco de cárie na dentição decídua (RR= 1,13; IC 95% 1,07 1,20) e não reduziram significativamente o risco de fluorose clinicamente importante nos dentes permanentes anteriores superiores (RR= 0,32; IC 95% 0,03 2,97). Houve uma redução significativa de cárie no nível de dente quando o dentifrício com concentração padrão de fluoreto foi comparado com o de baixa concentração (FP=14%; IC 95% 6 21). Porém, não houve diferença no nível de superfície, apesar de ter havido uma tendência favorecendo os dentifrícios com concentração padrão de fluoreto e pH neutro (FP= 13%; IC 95% -4 30) e os de concentração baixa de fluoreto e pH ácido (FP= -5%; IC 95% -22 11) (artigo 2). Os dentifrícios de concentração padrão de fluoreto foram mais efetivos na redução de cárie na dentição decídua de pré-escolares do que os de concentração baixa, placebo ou nenhuma intervenção. Os dentifrícios de concentração padrão de fluoreto, em comparação com os de concentração baixa, não aumentaram significativamente o risco de fluorose clinicamente importante nos dentes permanentes anteriores superiores. São necessários mais estudos para confirmar se a redução do pH dos dentifrícios de concentração baixa de fluoreto pode ser considerada uma alternativa para aumentar o efeito anticárie e reduzir o risco de fluorose clinicamente importante.

Desempenho de um reator para compostagem descentralizada de lixo orgânico domiciliar e grau de maturação do composto

Nas últimas décadas, a disposição final de lixo tornou-se um sério problema a ser enfrentado por todos os países, em função da escassez crescente de terrenos disponíveis para aterros sanitários e distância cada vez maior dos centros geradores e a disposição final, assim como do aumento substancial da geração per capita. A acumulação de lixo nos grandes centros populacionais estimula a proliferação de macro e microvetores (ratos, baratas, moscas, vírus, bactérias, parasitos) e conseqüentemente, a disseminação de doenças. Em particular, com relação ao lixo gerado em ilhas e comunidades isoladas, é de alta relevância estratégias baseadas na descentralização do tratamento da fração orgânica de lixo domiciliar, com fim do transporte através de barcas para o continente, gerando mau cheiro e riscos de poluição ambiental. O presente projeto teve por objetivo: Testar o mesmo reator de compostagem descentralizada sob condições do verão sueco, alimentando-o com resíduos de restaurantes da cidade costeira Kalmar e sob condições brasileiras, alimentando-o com resíduos de cozinha da escola municipal de Abraão-Ilha Grande, RJ; propor modificações mecânicas e/ou operacionais para otimização dos processos; avaliar a qualidade e o grau de maturação do composto de diferentes fases através do método respirométrico Specific Oxygen Uptake Rate (SOUR)o método respirométrico NBR 14283 da ABNT. Em resumo, concluiu-se que a composição do lixo e pH inicial do material estruturante adicionado são fatores determinantes do tempo requerido para degradação dos ácidos orgânicos gerados e subseqüente elevação do pH; dependendo das características dos resíduos orgânicos, é necessária a inclusão de inoculante (ex: composto) para melhor desenvolvimento de bactérias e fungos e, conseqüentemente, otimização do processo; as análises físico-químicas e microbiológicas confirmaram que o processo de degradação aeróbia ocorre no interior do corpo principal do reator e que a qualidade do composto gerado é satisfatória; entretanto, melhorias consideráveis no sistema de trituração e alimentação são requeridas para que o reator testado possa se usado em sua capacidade plena. Os testes respirométrico atráves do Specific Oxygen Uptake Rate(SOUR) e da norma NBR 14283 da ABNT mostraram-se ambos eficazes na identificação do grau de maturação do composto e do avanço do processo de compostagem. Uma vez removidos os problemas mecânicos de trituração e alimentação, o reator testado poderá ser utilizado como uma tecnologia inovadora do tratamento de lixo orgânico in situ para pequenos e médios geradores de lixo orgânico domiciliar.

Avaliação in vitro do efeito remineralizante de diferentes princípios bioativos no esmalte dental bovino submetido à erosão

O objetivo deste estudo in vitro foi avaliar por meio da fluorescência de Raios X, oefeito remineralizante de dois diferentes princípios bioativos contidos no Desensibilize Nano P (nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio) e no GC Tooth Mousse (CPP-ACP,fosfopeptídios de caseína e fosfato de cálcio amorfo) assim como da saliva artificial e do fluoreto de sódio gel neutro no esmalte dental bovino submetido a desafio erosivo. Foram utilizados 20 incisivos bovinos, seccionados na linha amelo-cementária, fixados em resina epóxi e padronizados pela planificação da superfície. Foram obtidos 20 corpos de prova (CP) que foram divididos aleatoriamente em 4 grupos. Todos os dentes foram avaliadosinicialmente para a obtenção da contagem dos elementos fósforo (P), cálcio (Ca) e estrôncio (Sr) interpretados a partir de um espectro de Fluorescência de Raios X obtidos pelo Artax 800. Após uma semana da medição inicial, cada grupo de amostras foi imerso em uma solução de 10 ml de ácido cítrico a 2% (pH 2,6) por 90 minutos. Imediatamente após obtenção dos espectros dos dentes submetidos ao desafio erosivo, cada grupo recebeu seus tratamentos correspondentes. Grupo 1 (Saliva) - saliva; Grupo 2 (Flúor) - Flúor; Grupo 3 (Nano P) - Desensibilize Nano P; Grupo 4 (Recaldent) - GC Tooth Mousse. A leitura e os tratamentos eram realizados a cada sete dias sendo repetidos por de 3 semanas. Foi utilizado inicialmente o teste de Bonferroni para comparação das médias de P, Ca e Sr dentro de cada grupo, com um nível de significância de 0,05 (p=0,05), que demonstrou remineralização efetiva na terceira semana de tratamento no grupo Nano P. Posteriormente foi utilizado o teste T-Student para comparação das médias de P, Ca e Sr entre os diferentes grupos, também com um nível de significância de 0,05 (p=0,05). O grupo Nano P foi mais efetivo do que todos os outros grupos e o grupo Saliva menos efetivo que Fluor e Recaldent após três semanas de tratamento. Nestas condições expirimentais in vitro a pasta Desensibilize Nano P foi eficaz noprocesso de remineralização dental desde a primeira semana de tratamento e estável após 3 semanas de tratamento do que os tratamentos com Saliva, Flúor e GC Tooth Mousse.

Propiedades básicas de materiales soporte y parámetros de control en biofiltración.

[ES]En la problemática medioambiental generada por la contaminación atmosférica hay tres aspectos que marcan las directrices de actuación institucional: la presión social, la legislación vigente y la tecnología disponible. En cuanto a este último aspecto, la biofiltración es una tecnología eficaz, asequible y sostenible basada en la actividad biodegradadora de microorganismos específicos adheridos a la superficie de un material soporte que constituye el lecho del biofiltro. La elección de un material soporte adecuado es de especial importancia para asegurar el correcto funcionamiento de los biofiltros. Esta decisión está basada en las propiedades intrínsecas del material que deben ser analizadas previamente a su uso. En este proyecto se ha seleccionado cuales son estas propiedades básicas a partir de una revisión bibliográfica, destacando la capacidad de retención de humedad, superficie específica, porosidad, y estabilidad física y química del material. En este trabajo, también se han fijado los parámetros de control que deben ser medidos de forma rutinaria en un biofiltro para asegurar la eficacia del tratamiento de descontaminación. En base a la información bibliográfica recopilada, se ha concluido que los parámetros básicos son pH, temperatura, contenido de humedad del lecho y pérdidas de carga. A nivel experimental, se han medido las pérdidas de carga generadas en biofiltros empacados con tres materiales soportes que son de especial interés para una investigación posterior a desarrollar por el grupo Biofiltración de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU). Durante el período de arranque inicial de los tres biofiltros, las pérdidas de carga medidas fueron muy bajas en los tres casos, aunque algo superiores cuando la alimentación era en sentido ascendente frente al flujo descendente. Sin embargo, cuando se midieron las pérdidas de carga bajo condiciones de encharcamiento del lecho, que es una de las situaciones más problemáticas en un biofiltro, todos los soportes presentaron un aumento puntual de la pérdida de carga aunque la tendencia en los días posteriores fue claramente descendente, recuperando valores de operación habituales. La comparativa del comportamiento frente a las pérdidas de carga permitió seleccionar el soporte más idóneo de los tres analizados, aunque los otros dos podrían ser alternativas viables en caso de sustitución.

Hypoxic and low pH water in the nearshore marine environments of Monterey Bay, California: characterizing a decade of oxygen and pH, and drivers of variability.

A decade-long time series recorded in southern Monterey Bay, California demonstrates that the shallow, near-shore environment (17 m depth) is regularly inundated with pulses of cold, hypoxic and low pH water. During these episodes, oxygen can drop to biologically threatening levels, and pH levels were lower than expected. Weekly water chemistry monitoring revealed that the saturation state of aragonite (the more soluble form of calcium carbonate) was often below saturation and had a moderate positive relationship with pH, however, analytical and human error could be high. Pulses of hypoxia and low pH water with the greatest intensity arise at the onset of the spring upwelling season, and fluctuations are strongly semidurnal (tidal) and diurnal. Arrival of cold, hypoxic water on the inner shelf typically occurs 3 days after the arrival of a strong upwelling event and appears to be driven by upwelling modulated by internal tidal fluctuations. I found no relationship between the timing of low-oxygen events and the diel solar cycle nor with terrestrial nutrient input. These observations are consistent with advection of hypoxic water from the deep, offshore environment where water masses experience a general decline of temperature, oxygen and pH with depth, and inconsistent with biochemical forcing. Comparisons with concurrent temperature and oxygen time series taken ~20 km away at the head of the Monterey Canyon show similar patterns but even more intense hypoxic events due to stronger semidiurnal forcing there. Analysis of the durations of exposure to low oxygen levels establishes a framework for assessing the ecological relevance of these events. Increasing oceanic hypoxia and acidification of both surface and deep waters may increase the number, intensity, duration and spatial extent of future intrusions along the Pacific coast. Evaluation of the resiliency of nearshore ecosystems such as kelp forests, rocky reefs and sandy habitats, will require consideration of these events.