Electronic transport across linear defects in graphene

We investigate the low-energy electronic transport across grain boundaries in graphene ribbons and infinite flakes. Using the recursive Green’s function method, we calculate the electronic transmission across different types of grain boundaries in graphene ribbons. We show results for the charge density distribution and the current flow along the ribbon. We study linear defects at various angles with the ribbon direction, as well as overlaps of two monolayer ribbon domains forming a bilayer region. For a class of extended defect lines with periodicity 3, an analytic approach is developed to study transport in infinite flakes. This class of extended grain boundaries is particularly interesting, since the K and K0 Dirac points are superposed.

Strain induced edge magnetism at zigzag edge of a graphene quantum dot

We study the temperature dependent magnetic susceptibility of a strained graphene quantum dot by using the determinant quantum Monte Carlo method. Within the Hubbard model on a honeycomb lattice, our unbiased numerical results show that a relative small interaction $U$ may lead to a edge ferromagnetic like behavior in the strained graphene quantum dot, and a possible room temperature transition is suggested. Around half filling, the ferromagnetic fluctuations at the zigzag edge is strengthened both markedly by the on-site Coulomb interaction and the strain, especially in low temperature region. The resultant strongly enhanced ferromagnetic like behavior may be important for the development of many applications.

Resíduos madeireiros do alburno de pau-rainha (Brosimum rubescens): investigação de metabólitos secundários e alguns aspectos tecnológicos

Estudos fitoquímicos prévios com resíduos do cerne de pau-rainha (Brosimum rubescens), identificaram um alto teor de xantiletina, uma cumarina com potencial biológico. Dando prosseguimento aos estudos com serragens desta espécie, este estudo relata a densidade básica bem como o isolamento e identificação do triterpeno 3β-acetoxi-olean-12-eno-28-al e do β- sitosterol nos extratos hexânico e metanólico do alburno da planta. A estrutura do triterpeno foi determinada com base nos espectros de RMN em 1D (¹H e 13C) e 2D (HSQC e HMBC) além de comparação com dados da literatura. A densidade básica encontrada para o alburno foi de 0,58 g cm-3 que, embora seja inferior a do cerne, poderá ser utilizada na confecção de vários produtos, inclusive em técnicas de marchetaria.

Electronic structure and optical signatures of semiconducting transition metal dichalcogenide nanosheets

CONSPECTUS: Two-dimensional (2D) crystals derived from transition metal dichalcogenides (TMDs) are intriguing materials that offer a unique platform to study fundamental physical phenomena as well as to explore development of novel devices. Semiconducting group 6 TMDs such as MoS2 and WSe2 are known for their large optical absorption coefficient and their potential for high efficiency photovoltaics and photodetectors. Monolayer sheets of these compounds are flexible, stretchable, and soft semiconductors with a direct band gap in contrast to their well-known bulk crystals that are rigid and hard indirect gap semiconductors. Recent intense research has been motivated by the distinct electrical, optical, and mechanical properties of these TMD crystals in the ultimate thickness regime. As a semiconductor with a band gap in the visible to near-IR frequencies, these 2D MX2 materials (M = Mo, W; X = S, Se) exhibit distinct excitonic absorption and emission features. In this Account, we discuss how optical spectroscopy of these materials allows investigation of their electronic properties and the relaxation dynamics of excitons. We first discuss the basic electronic structure of 2D TMDs highlighting the key features of the dispersion relation. With the help of theoretical calculations, we further discuss how photoluminescence energy of direct and indirect excitons provide a guide to understanding the evolution of the electronic structure as a function of the number of layers. We also highlight the behavior of the two competing conduction valleys and their role in the optical processes. Intercalation of group 6 TMDs by alkali metals results in the structural phase transformation with corresponding semiconductor-to-metal transition. Monolayer TMDs obtained by intercalation-assisted exfoliation retains the metastable metallic phase. Mild annealing, however, destabilizes the metastable phase and gradually restores the original semiconducting phase. Interestingly, the semiconducting 2H phase, metallic 1T phase, and a charge-density-wave-like 1T' phase can coexist within a single crystalline monolayer sheet. We further discuss the electronic properties of the restacked films of chemically exfoliated MoS2. Finally, we focus on the strong optical absorption and related exciton relaxation in monolayer and bilayer MX2. Monolayer MX2 absorbs as much as 30% of incident photons in the blue region of the visible light despite being atomically thin. This giant absorption is attributed to nesting of the conduction and valence bands, which leads to diversion of optical conductivity. We describe how the relaxation pathway of excitons depends strongly on the excitation energy. Excitation at the band nesting region is of unique significance because it leads to relaxation of electrons and holes with opposite momentum and spontaneous formation of indirect excitons.

Platelet lysate-based pro-angiogenic nanocoatings

Human platelet lysate (PL) is a cost-effective and human source of autologous multiple and potent pro-angiogenic factors, such as vascular endothelial growth factor A (VEGF A), fibroblast growth factor b (FGF b) and angiopoietin-1. Nanocoatings previously characterized were prepared by layer-by-layer assembling incorporating PL with marine-origin polysaccharides and were shown to activate human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Within 20 h of incubation, the more sulfated coatings induced the HUVECS to the form tube-like structures accompanied by an increased expression of angiogenicassociated genes, such as angiopoietin-1 and VEGF A. This may be a cost-effective approach to modify 2D/3D constructs to instruct angiogenic cells towards the formation of neo-vascularization, driven by multiple and synergistic stimulations from the PL combined with sulfated polysaccharides. Statement of Significance The presence, or fast induction, of a stable and mature vasculature inside 3D constructs is crucial for new tissue formation and its viability. This has been one of the major tissue engineering challenges, limiting the dimensions of efficient tissue constructs. Many approaches based on cells, growth factors, 3D bioprinting and channel incorporation have been proposed. Herein, we explored a versatile technique, layer-by-layer assembling in combination with platelet lysate (PL), that is a cost-effective source of many potent pro-angiogenic proteins and growth factors. Results suggest that the combination of PL with sulfated polyelectrolytes might be used to introduce interfaces onto 2D/3D constructs with potential to induce the formation of cell-based tubular structures.

Evaluating biomaterial-and microfluidic-based 3D tumor models

Cancer is a major cause of morbidity and mortality worldwide, with a disease burden estimated to increase in the coming decades. Disease heterogeneity and limited information on cancer biology and disease mechanisms are aspects that 2D cell cultures fail to address. We review the current "state-of-the-art" in 3D Tissue Engineering (TE) models developed for and used in cancer research. Scaffold-based TE models and microfluidics, are assessed for their potential to fill the gap between 2D models and clinical application. Recent advances in combining the principles of 3D TE models and microfluidics are discussed, with a special focus on biomaterials and the most promising chip-based 3D models.

An integrated model for simulation of construction phasing of arch concrete dams

Dissertação de mestrado integrado em Civil Engineering

Synthesis of new peptide derivatives that self-assemble into nanostructured hydrogels for biomedical applications

Tese de Doutoramento em Ciências (área de especialização em Química)

Three-dimensional technology facilitates surgical performance of novice laparoscopy surgeons: a quantitative assessment on a porcine kidney model

Objective To determine whether the use of 3-dimensional (3D) imaging translates into a better surgical performance of naïve urologic laparoscopic surgeons during pyeloplasty (PY) and partial nephrectomy (PN) procedures. Materials and Methods Eighteen surgeons without any previous laparoscopic experience were randomly assigned to perform PY and PN in a porcine model using initially 2-dimensional (2D) and 3D laparoscopy. A surgical performance score was rated by an "expert" tutor through a modified 5-item global rating scale contemplating operative field view, bimanual dexterity, efficiency, tissue handling, and autonomy. Overall surgical time, complications, subjective perception of participating surgeons, and inconveniences related to the 3D vision were recorded. Results No difference in terms if operative time was found between 2D or 3D laparoscopy for both the PY (P =.51) and the PN (P =.28) procedures. A better rate in terms of surgical performance score was noted by the tutors when the study participants were using 3D vs 2D, for both PY (3.6 [0.8] vs 3.0 [0.4]; P =.034) and PN (3.6 [0.51] vs 3.15 [0.63]; P =.001). No complications occurred in any of the procedures. Most (77.2%) of the participating na??ve laparoscopic surgeons had the perception that 3D laparoscopy was overall easier than 2D. Headache (18.1%), nausea (18.1%), and visual disturbance (18.1%) were the most common issues reported by the surgeons during 3D procedures. Conclusion Despite the absence of translation in a shorter operative time, the use of 3D technology seems to facilitate the surgical performance of naive surgeons during laparoscopic kidney procedures on a porcine model.

A novel hanging spherical drop system for the generation of cellular spheroids and high throughput combinatorial drug screening

We propose a novel hanging spherical drop system for anchoring arrays of droplets of cell suspension based on the use of biomimetic superhydrophobic flat substrates, with controlled positional adhesion and minimum contact with a solid substrate. By facing down the platform, it was possible to generate independent spheroid bodies in a high throughput manner, in order to mimic in vivo tumour models on the lab-on-chip scale. To validate this system for drug screening purposes, the toxicity of the anti-cancer drug doxorubicin in cell spheroids was tested and compared to cells in 2D culture. The advantages presented by this platform, such as feasibility of the system and the ability to control the size uniformity of the spheroid, emphasize its potential to be used as a new low cost toolbox for high-throughput drug screening and in cell or tissue engineering.

Correlação e concordância entre medidas ecocardiográficas obtidas durante o exame no ecocardiógrafo com medidas de imagens digitalizadas: estudo transversal

OBJETIVO: Avaliar a correlação e concordância entre medidas ecocardiográficas das dimensões cardíacas, obtidas através do aplicativo Echo off-line (programa para obtenção de medidas de imagens digitalizadas em estação de trabalho dedicada), com as realizadas convencionalmente. MÉTODOS: Estudo transversal, contemporâneo, sendo randomizados 56 pacientes. Através do programa Echo off-line foram mensuradas as medidas ao modo M e 2D ao nível dos ventrículos, do átrio esquerdo e da aorta. Estas medidas foram comparadas às realizadas por outro profissional, através do teste de correlação de Pearson (r), com alfa crítico de 0,05 e pela análise de concordância (Bland e Altman). RESULTADOS: As mensurações realizadas no sistema Echo off-line demonstraram r de 0,85 a 0,98. A análise de concordância mostrou que, para a maioria das medidas, a diferença média entre os métodos foi aproximadamente zero. A variação de valores absolutos não apresentou, em média, significância clínica. O aplicativo Echo off-line permite uma redução de, aproximadamente, 30% no tempo para realização das medidas. CONCLUSÃO: Este trabalho demonstrou a acurácia do programa Echo off-line para mensurar as dimensões cardíacas em estação de trabalho dedicada, podendo ser utilizado rotineiramente nos laboratórios de ecocardiografia.

Técnicas Experimentales para Caracterizar Flujos Complejos. Experimental techniques for complex flows characterization.

En ambientes fluviales, la interacción del flujo con la geometría del cauce y con los sedimentos del lecho define una dinámica turbulenta compleja en permanente evolución. El nivel de complejidad del flujo aumenta ante la presencia de estructuras hidráulicas (pilas de puentes, protecciones contra erosión, etc.). La mayoría de los ríos, o canales naturales, presentan confluencias y bifurcaciones, en donde se genera una convergencia (o divergencia) del flujo con el resultado de un ambiente hidrodinámico complejo en la cercanía de las uniones (Kenworthy y Rhoads 1995). Bajo estas condiciones no es posible extrapolar las soluciones tradicionales básicas de las ecuaciones de gobierno desarrolladas para canales rectos y uniformes. Algunas investigaciones experimentales realizadas en estos sistemas son las de Best (1988), Rhoads y Sukhodolov (2001), Richardson et al. (1996); Richardson y Thorne (1998, 2001); Parsons et al. (2004); Szupiany et al. (2005).Por otro lado, la zona costera en ambientes marítimos se caracteriza por la existencia de diversos procesos dinámicos, entre los que se destacan la acción de olas, corrientes, interacción olas-corrientes, transporte de sedimentos y cambios batimétricos. Estos se manifiestan en una alteración morfodinámica de la playa generando superficies potenciales de erosión. Así, el diseño de las protecciones costeras (ya sean continuas, como escolleras o muros verticales; o discontinuas como espigones o diques externos) sometidas al clima marítimo bajo distintas condiciones de olas y mareas, alteran los patrones de circulación y de transporte afectando la morfodinámica en su zona de influencia y plantean, por ejemplo, la necesidad de ajustes de los coeficientes de estabilidad y pesos de los bloques de roca de las escolleras. Los problemas generados, son especialmente complejos ya que deben considerarse para su estudio, los niveles de turbulencia, la transmisión del oleaje sobre o a través de la estructura, difracción alrededor de la misma, refracción y shoaling sobre un fondo dinámico, reflexión en la estructura, etc. (Alsina et al., 2007) Revisiones bibliográficas previas muestran que, en ambos ambientes (fluvial y marítimo), es necesario optimizar las técnicas experimentales existentes para que ellas permitan caracterizar con precisión los flujos turbulentos complejos presentes. El objetivo general propuesto en esta investigación es contribuir a mejorar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos de flujos turbulentos naturales con y sin la presencia de estructuras hidráulicas que den lugar a formaciones complejas (3D). Para alcanzar este objetivo se propone realizar una recopilación de antecedentes y un análisis crítico detallado de los equipos de ultima generación para mediciones de flujo con alta frecuencia y resolución disponibles en el Laboratorio de Hidráulica (LH) de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC): ADV 3D (Acoustic Doppler Velocimeter de Sontek) y laser PIV 2D (Particle Image Velocimeter de Dantec). A estos equipamientos se le agrega un moderno equipo de generación bidimensional de oleaje con absorción dinámica (adquiridos a HR Ltd. en 2007 por el CAI 085 del FONTAR). Finalmente se prevé utilizar este equipamiento durante el desarrollo de experimentos y mediciones los cuales se realizarán sobre modelos físicos fluviales y costeros diseñados y construidos con y sin estructuras que interactúen con flujo turbulentos complejos. Los resultados obtenidos en este proyecto permitirá alcanzar una mejor comprensión de los procesos hidrodinámicos de los flujos turbulentos complejos, lo cual es necesario y de gran utilidad para realizar un manejo apropiado de los ambientes fluviales y marítimos, teniendo como campo directo de aplicación el correcto diseño de estructuras hidráulicas, asistiendo a la toma de medidas correctivas en sistemas naturales sometidos a procesos erosivos o de sedimentación, y contribuyendo de esta forma al manejo ambientalmente sustentable de los recursos.

Índice de dissincronia ventricular: comparação com a fração de ejeção bidimensional e tridimensional

FUNDAMENTO: O acoplamento eletromecânico (sincronia) do ventrículo esquerdo (VE) tem importância na análise da performance sistólica, especialmente para a indicação da terapia de ressincronização cardíaca em pacientes com ICC avançada. OBJETIVO: Comparar a sincronia do VE analisada com ecocardiograma (eco) tridimensional (3D) em tempo real com medidas de FEVE obtidas com ECO 2D e 3D. MÉTODOS: Estudo prospectivo de 92 indivíduos (56 homens, 47±10 anos), 60 com anatomia cardíaca (eco) e ECG normais (Grupo N), 32 com cardiomiopatia dilatada (Grupo CMD). Com o emprego do ECO 3D foram aferidos FEVE, volumes e índice de dissincronia (ID)% para 16 segmentos do VE; com o ECO 2D foram medidos FEVE (método de Simpson) e volumes sistólico e diastólico do VE. Análise estatística: coeficiente de correlação (Pearson), 95% IC, teste de regressão linear, teste de Bland & Altman, p<0,05. RESULTADOS: O ID% variou de 0,2900 a 28,1000 (5,2014±6,3281), a FEVE 3D variou de 0,17 a 0,81 (0,52±0,17); a FEVE 2D variou de 0,3 a 0,69 (0,49±0,11). A correlação entre ID e FEVE 3D foi (r): -0,7432, p<0,0001, IC: -0,8227 a -0,6350, a relação linear entre ID (x) e FEVE 3D (y) foi y = 19,8124 + (-27,9578) x , p<0,0001. A correlação entre ID e FEVE 2D foi (r): -0,7012, p<0,0001, IC: -0,7923 a -0,5797. CONCLUSÃO: Nesta casuística foi observada boa correlação negativa entre o acoplamento sistólico tridimensional eletromecânico do VE e a FEVE medida ao ecocardiograma (3D e 2D).

EFECTO DE LA TERAPIA FOTODINAMICA SOBRE EL MICROAMBIENTE TUMORAL COMO ESTRATEGIA ANTINEOPLASICA: VALORACION DE LA RESPUESTA INTEGRAL EN MODELOS DE CULTIVO TRIDIMENSIONAL.

El carcinoma colorrectal es una de las neoplasias más comunes y es la segunda causa de muerte por cáncer luego del cáncer de pulmón. La principal causa de muerte de los individuos que padecen esta enfermedad es la metástasis hepática. La angiogénesis está asociada con la progresión y metástasis de dicho cáncer, afectando la supervivencia del paciente, y ocasionando la mayoría de las muertes. El crecimiento de nuevos vasos sanguíneos en relación al crecimiento tumoral, es un proceso complejo. En 1971, Judat Folkman postuló la hipótesis: “el crecimiento tumoral es angiogénesis dependiente y que la inhibición de la angiogénesis podría ser terapéutica”. La Terapia fotodinámica es una modalidad terapéutica que utiliza compuestos fotosensibilizadores (FSs) que se acumulan en tejidos tumorales y una vez excitados por la luz actúan mediante 3 mecanismos principales: muerte directa de la célula tumoral; daño de la vasculatura tumoral; y respuesta inmunológica. La inhibición del proceso angiogénico presenta claras ventajas debido a la casi inexistencia, en individuos adultos, de neovascularización en condiciones fisiológicas normales. El desarrollo de ambientes celulares de arquitectura tridimensional es clave para simular las condiciones que gobiernan en el microambiente tumoral ya que las interacciones célula - célula juegan un papel clave en eventos fisiológicos tal como la angiogénesis. Por lo tanto, postulamos que el impacto de la TFD sobre los componentes del ambiente tumoral permitirá modular el proceso angiogénico como estrategia antitumoral. Los objetivos planteados son: I) Investigar la susceptibilidad individual de las de células endoteliales y tumorales a la TFD en la expresión y alteración de moléculas relevantes en angiogénesis. II) Examinar la respuesta de “células endoteliales fotosensibilizadas” al estímulo tumoral para comprender la regulación del proceso angiogénico 2D y 3D. III) Examinar la respuesta a la TFD vascular y TFD tumoral, determinando la eficacia de la doble terapéutica en revertir el proceso de angiogénesis 2D y 3D. IV) Investigar la capacidad estimulante de las “células tumorales fotosensibilizadas” de inducir angiogénesis en modelos in vivo. Para cumplir con los objetivos se propone evaluar: a) La expresión de factores proangiogénicos, moléculas de adhesión, invasividad y migración de células microendoteliales humanas y de adenocarcinoma de colon, comparando modelos de monocultivos 2D y 3D. b) La capacidad de las células tumorales, con diferente malignidad, de promover en las células endoteliales tratadas con TFD estímulos de: proliferación, migración, formación de tubos y quimiotáxis. c) La capacidad de la TFD en modular la respuesta parácrina que participa en la progresión tumoral. d) La implicancia en la respuesta a la TFD de factores de crecimiento y receptores celulares por siRNA o anticuerpos bloqueantes. e) La respuesta angiogénica in vivo mediante el uso de implantes de matrigel con células tumorales o sobrenadantes tratados con TFD. Este trabajo aportará conocimientos sobre el dialogo tumor-endotelio y la susceptibilidad de ese estímulo a la TFD. Además, se determinarán blancos terapéuticos que incrementen su efectividad en relación al proceso angiogénico. Las interacciones entre las células tumorales y endoteliales son relevantes en la angiogénesis tumoral. Por ello, nuevas y más eficientes terapéuticas involucran estrategias combinadas que se dirigen hacia las células tumorales y su entorno, el cual está compuesto por células endoteliales, perivasculares, y matriz extracelular. El abordaje de esta problemática de manera integrada hace suponer encontrar una solución más específica al tratamiento del cáncer. Se espera, según los resultados obtenidos, poder optimizar y/o modular la intervención terapéutica de la acción fotodinámica sobre blancos moleculares del proceso angiogénico.

Especies nativas del Centro de Argentina: potencial agroindustrial y perspectivas para la producción de energía y biocombustibles

La región centro de Argentina posee una elevada riqueza de especies nativas y endémicas, con potencial valor agroindustrial. Flourensia campestris y F. oolepis (Asteraceae), conforman comunidades denominadas "chilcales". Son reconocidas por sus usos tradicionales como aromática, tintórea, medicinal y para leña -en especial raíz- y presentan potencial aplicación en la agroindustria como insecticida, antimicrobiana, antifúngica y aleloquímica. Trabajos realizados en nuestro laboratorio con extractos acuosos de hojas secas de F. campestris demostraron un potente efecto herbicida sobre semillas de Lactuca sativa. Mediante el fraccionamiento biodirigido por CC y técnicas espectrales (GC-MS, IR, 1H-RMN, 13C-RMN, 2D-RMN) se pudo identificar la estructura molecular del ácido hamanásico ((4S, 8S)–7–carboxi–8–hidroxi- 1(2), 12(13)-dien-bisaboleno). Su presencia en F. campestris, y su actividad biológica, no habían sido descriptos con anterioridad y sugieren un potencial herbicida natural. En ambas especies se puede apreciar a simple vista su alto contenido en resinas, compuestos propuestos para reemplazar a los hidrocarburos en la fabricación de pinturas, pegamentos y adhesivos. Estudios preliminares en nuestro laboratorio señalan un contenido de entre un 20-40 % de resinas en la biomasa aérea de Flourensia, sin embargo, no existen al presente estudios sobre su composición química ni sobre su potencial aplicación industrial. Por otro lado, el desarrollo de cultivos energéticos, para la generación de electricidad por combustión de biomasa, constituye uno de los objetivos principales dentro de las políticas de energías renovables a nivel nacional (programa GENREN) y mundial. Las especies con mayor aptitud deben poseer altas tasas de crecimiento y un alto grado de tolerancia de adversidades bióticas y abióticas, lo que permitiría cultivarlos en áreas marginales para la agricultura tradicional, hechos que coinciden con las especies de Flourensia en estudio. Asimismo, el tratamiento térmico o pirólisis de biomasa proveniente de la agricultura es una de las alternativas de reutilización de la misma con distintos fines. Este pasivo ecológico puede ser transformado en productos de alto valor agregado. En base a lo expuesto, el objetivo general de este proyecto es investigar en las dos especies vegetales endémicas de Argentina y abundantes en la provincia de Córdoba, las características de los metabolitos secundarios en relación a su potencial aplicación agroquímica (herbicidas naturales), la composición de sus resinas para uso industrial y su rendimiento como materia prima de alta densidad energética para la cogeneración de electricidad y producción de biocombustible, en función del desarrollo de una agricultura sustentable. Para ello, el proyecto propone incrementar el rendimiento de la purificación de ácido hamanásico e identificar y cuantificar su presencia en otros órganos de F. campestris y en F.oolepis, con el objetivo de evaluar su efecto herbicida, mediante bioensayos en cápsulas de Petri, en especies cultivables y malezas. Los usos potenciales de las resinas se estudiarán en base a la identificación de sus compuestos químicos mediante su extracción y análisis espectrales (CG-MS). A través de la determinación del poder calorífico, contenido de cenizas y de nitrógeno de la biomasa aérea de las especies, se evaluará su rendimiento energético para emplear como biocombustible sólido en la cogeneración eléctrica, mientras que con la aplicación del método fast pyrolysis y análisis por CG-MS, se determinará su aplicación o su posterior modificación de acuerdo a las características del bio-oil deseado. El destino energético de las especies propuestas permitiría iniciar de manera rápida la etapa de domesticación y puesta en cultivo, y avanzar en el desarrollo de aplicaciones industriales más sofisticadas, como el aprovechamiento de sus propiedades bioactivas o el desarrollo de productos industriales basados en sus metabolitos secundarios.