Femtosecond third-order nonlinear spectra of lead-germanium oxide glasses containing silver nanoparticles

This work reports on the spectral dependence of both nonlinear refraction and absorption in lead-germanium oxide glasses (PbO-GeO2) containing silver nanoparticles. We have found that this material is suitable for all-optical switching at telecom wavelengths but at the visible range it behaves either as a saturable absorber or as an optical limiter. (C) 2012 Optical Society of America

Rashba spin-orbit interaction in a superlattice of quantum wires

In this work, we study the effects of a longitudinal periodic potential on a parabolic quantum wire defined in a two-dimensional electron gas with Rashba spin-orbit interaction. For an infinite wire superlattice we find, by direct diagonalization, that the energy gaps are shifted away from the usual Bragg planes due to the Rashba spin-orbit interaction. Interestingly, our results show that the location of the band gaps in energy can be controlled via the strength of the Rashba spin-orbit interaction. We have also calculated the charge conductance through a periodic potential of a finite length via the nonequilibrium Green's function method combined with the Landauer formalism. We find dips in the conductance that correspond well to the energy gaps of the infinite wire superlattice. From the infinite wire energy dispersion, we derive an equation relating the location of the conductance dips as a function of the (gate controllable) Fermi energy to the Rashba spin-orbit coupling strength. We propose that the strength of the Rashba spin-orbit interaction can be extracted via a charge conductance measurement.

Features of two proteins of Leptospira interrogans with potential role in host-pathogen interactions

Background: Leptospirosis is considered a re-emerging infectious disease caused by pathogenic spirochaetes of the genus Leptospira. Pathogenic leptospires have the ability to survive and disseminate to multiple organs after penetrating the host. Leptospires were shown to express surface proteins that interact with the extracellular matrix (ECM) and to plasminogen (PLG). This study examined the interaction of two putative leptospiral proteins with laminin, collagen Type I, collagen Type IV, cellular fibronectin, plasma fibronectin, PLG, factor H and C4bp. Results: We show that two leptospiral proteins encoded by LIC11834 and LIC12253 genes interact with laminin in a dose - dependent and saturable mode, with dissociation equilibrium constants (K-D) of 367.5 and 415.4 nM, respectively. These proteins were named Lsa33 and Lsa25 (Leptospiral surface adhesin) for LIC11834 and LIC12253, respectively. Metaperiodate - treated laminin reduced Lsa25 - laminin interaction, suggesting that sugar moieties of this ligand participate in this interaction. The Lsa33 is also PLG - binding receptor, with a K-D of 23.53 nM, capable of generating plasmin in the presence of an activator. Although in a weak manner, both proteins interact with C4bp, a regulator of complement classical route. In silico analysis together with proteinase K and immunoflorescence data suggest that these proteins might be surface exposed. Moreover, the recombinant proteins partially inhibited leptospiral adherence to immobilized laminin and PLG. Conclusions: We believe that these multifunctional proteins have the potential to participate in the interaction of leptospires to hosts by mediating adhesion and by helping the bacteria to escape the immune system and to overcome tissue barriers. To our knowledge, Lsa33 is the first leptospiral protein described to date with the capability of binding laminin, PLG and C4bp in vitro.

Involvement of TSSA (trypomastigote small surface antigen) in Trypanosoma cruzi invasion of mammalian cells

TSSA (trypomastigote small surface antigen) is a polymorphic mucin-like molecule displayed on the surface of Trypanosoma cruzi trypomastigote forms. To evaluate its functional properties, we undertook comparative biochemical and genetic approaches on isoforms present in parasite stocks from extant evolutionary lineages (CL Brener and Sylvio X-10). We show that CL Brener TSSA, but not the Sylvio X-10 counterpart, exhibits dose-dependent and saturable binding towards non-macrophagic cell lines. This binding triggers Ca2+-based signalling responses in the target cell while providing an anchor for the invading parasite. Accordingly, exogenous addition of either TSSA-derived peptides or specific antibodies significantly inhibits invasion of CL Brener, but not Sylvio X-10, trypomastigotes. Non-infective epimastigote forms, which do not express detectable levels of TSSA, were stably transfected with TSSA cDNA from either parasite stock. Although both transfectants produced a surface-associated mucin-like TSSA product, epimastigotes expressing CL Brener TSSA showed a similar to 2-fold increase in their attachment to mammalian cells. Overall, these findings indicate that CL Brener TSSA functions as a parasite adhesin, engaging surface receptor(s) and inducing signalling pathways on the host cell as a prerequisite for parasite internalization. More importantly, the contrasting functional features of TSSA isoforms provide one appealing mechanism underlying the differential infectivity of T. cruzi stocks.

Optical parametric oscillation with distributed feedback in cold atoms

There is currently a strong interest in mirrorless lasing systems(1), in which the electromagnetic feedback is provided either by disorder (multiple scattering in the gain medium) or by order (multiple Bragg reflection). These mechanisms correspond, respectively, to random lasers(2) and photonic crystal lasers(3). The crossover regime between order and disorder, or correlated disorder, has also been investigated with some success(4-6). Here, we report one-dimensional photonic-crystal lasing (that is, distributed feedback lasing(7,8)) with a cold atom cloud that simultaneously provides both gain and feedback. The atoms are trapped in a one-dimensional lattice, producing a density modulation that creates a strong Bragg reflection with a small angle of incidence. Pumping the atoms with auxiliary beams induces four-wave mixing, which provides parametric gain. The combination of both ingredients generates a mirrorless parametric oscillation with a conical output emission, the apex angle of which is tunable with the lattice periodicity.

Directions for advancing the study of work transitions in the 21st century

Objectives: The purpose of this article is to share the details, outcomes and deliverables from an international workshop on work transitions in London, Ontario, Canada. Participants: Researchers, graduate students, and community group members met to identity ways to advance the knowledge base of strategies to enhance work participation for those in the most disadvantaged groups within society. Methods: A participatory approach was used in this workshop with presentations by researchers and graduate students. This approach included dialogue and discussion with community members. In addition, small group dialogue and debate, world cafe discussions, written summaries of group discussion and reflection boards were used to bring new ideas to the discussion and to build upon what we know. Findings: Two research imperatives and six research recommendations were identified to advance global dialogue on work transitions and to advance the knowledge base. Occupational justice can be used to support future research directions in the study of work transitions. Conclusions: Moving forward requires a commitment of community of researchers, clinicians and stakeholders to address work disparities and implement solutions to promote participation in work.

Study of singlet excited state absorption spectrum of lutetium bisphthalocyanine using the femtosecond Z-scan technique

In this study we investigate the singlet excited state absorption of lutetium bisphthalocyanine (LuPc2) over a wide spectral range. It was observed distinct nonlinear absorption behaviors; saturable (SA) and reverse saturable absorption (RSA). The RSA effect was observed below 640 and above 680 nm, while SA occurs around the Q-band region, located around 660 nm. To describe the main singlet-singlet transitions, we employed the rate equation model considering the simplified three-energy level diagram. Our results reveal a ratio between excited and ground state absorption smaller than 0.05 at the Q-band region, and of approximately 4 for the other regions. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

“Features of two proteins of Leptospira interrogans with potential role in host-pathogen interactions”

Abstract Background Leptospirosis is considered a re-emerging infectious disease caused by pathogenic spirochaetes of the genus Leptospira. Pathogenic leptospires have the ability to survive and disseminate to multiple organs after penetrating the host. Leptospires were shown to express surface proteins that interact with the extracellular matrix (ECM) and to plasminogen (PLG). This study examined the interaction of two putative leptospiral proteins with laminin, collagen Type I, collagen Type IV, cellular fibronectin, plasma fibronectin, PLG, factor H and C4bp. Results We show that two leptospiral proteins encoded by LIC11834 and LIC12253 genes interact with laminin in a dose - dependent and saturable mode, with dissociation equilibrium constants (KD) of 367.5 and 415.4 nM, respectively. These proteins were named Lsa33 and Lsa25 (Leptospiral surface adhesin) for LIC11834 and LIC12253, respectively. Metaperiodate - treated laminin reduced Lsa25 - laminin interaction, suggesting that sugar moieties of this ligand participate in this interaction. The Lsa33 is also PLG - binding receptor, with a KD of 23.53 nM, capable of generating plasmin in the presence of an activator. Although in a weak manner, both proteins interact with C4bp, a regulator of complement classical route. In silico analysis together with proteinase K and immunoflorescence data suggest that these proteins might be surface exposed. Moreover, the recombinant proteins partially inhibited leptospiral adherence to immobilized laminin and PLG. Conclusions We believe that these multifunctional proteins have the potential to participate in the interaction of leptospires to hosts by mediating adhesion and by helping the bacteria to escape the immune system and to overcome tissue barriers. To our knowledge, Lsa33 is the first leptospiral protein described to date with the capability of binding laminin, PLG and C4bp in vitro.

Efficient 1535 nm light emission from an all-Si-based optical micro-cavity containing Er3+ and Yb3+ ions

This work reports on the construction and spectroscopic analyses of optical micro-cavities (OMCs) that efficiently emit at ~1535 nm. The emission wavelength matches the third transmission window of commercial optical fibers and the OMCs were entirely based on silicon. The sputtering deposition method was adopted in the preparation of the OMCs, which comprised two Bragg reflectors and one spacer layer made of either Er- or ErYb-doped amorphous silicon nitride. The luminescence signal extracted from the OMCs originated from the 4I13/2→4I15/2 transition (due to Er3+ ions) and its intensity showed to be highly dependent on the presence of Yb3+ ions.According to the results, the Er3+-related light emission was improved by a factor of 48 when combined with Yb3+ ions and inserted in the spacer layer of the OMC. The results also showed the effectiveness of the present experimental approach in producing Si-based light-emitting structures in which the main characteristics are: (a) compatibility with the actual microelectronics industry, (b) the deposition of optical quality layers with accurate composition control, and (c) no need of uncommon elements-compounds nor extensive thermal treatments. Along with the fundamental characteristics of the OMCs, this work also discusses the impact of the Er3+-Yb3+ ion interaction on the emission intensity as well as the potential of the present findings.

Smart structures: sperimentazione mediante attuatori e sensori innovativi

L’idea di base della seguente tesi, finora mai applicata o descritta in letteratura scientifica in base alle ricerche effettuate, è stata quella di creare un sistema di monitoraggio strutturale intelligente (Structural Health Monitoring, SHM) mediante dei sensori di deformazione a reticolo di Bragg (Fiber Bragg Grating, FBG), incollati su fili a memoria di forma inseriti a loro volta, bloccati con opportuni ancoraggi esterni, in sei travi di betoncino cementizio armato. L’obbiettivo della sperimentazione è stato quindi quello di creare delle travi intelligenti che, in condizioni di carico eccezionali e critiche (monitorate dal sensore a fibra ottica), sapessero “autoripararsi” mediante gli attuatori a memoria di forma con un processo di riscaldamento appositamente progettato.

Sviluppo di un tomografo multi-energy per lo studio pre-clinico di nuove metodiche diagnostiche finalizzate al riconoscimento precoce della patologia tumorale

A new multi-energy CT for small animals is being developed at the Physics Department of the University of Bologna, Italy. The system makes use of a set of quasi-monochromatic X-ray beams, with energy tunable in a range from 26 KeV to 72 KeV. These beams are produced by Bragg diffraction on a Highly Oriented Pyrolytic Graphite crystal. With quasi-monochromatic sources it is possible to perform multi-energy investigation in a more effective way, as compared with conventional X-ray tubes. Multi-energy techniques allow extracting physical information from the materials, such as effective atomic number, mass-thickness, density, that can be used to distinguish and quantitatively characterize the irradiated tissues. The aim of the system is the investigation and the development of new pre-clinic methods for the early detection of the tumors in small animals. An innovative technique, the Triple-Energy Radiography with Contrast Medium (TER), has been successfully implemented on our system. TER consist in combining a set of three quasi-monochromatic images of an object, in order to obtain a corresponding set of three single-tissue images, which are the mass-thickness map of three reference materials. TER can be applied to the quantitative mass-thickness-map reconstruction of a contrast medium, because it is able to remove completely the signal due to other tissues (i.e. the structural background noise). The technique is very sensitive to the contrast medium and is insensitive to the superposition of different materials. The method is a good candidate to the early detection of the tumor angiogenesis in mice. In this work we describe the tomographic system, with a particular focus on the quasi-monochromatic source. Moreover the TER method is presented with some preliminary results about small animal imaging.

Optische Mikroskopie an kolloidalen Suspensionen unter Nichtgleichgewichtsbedingungen

Kolloidale Suspensionen eignen sich aufgrund der für sierelevanten Längeskalen hervorragend zur Beobachtung mittelsoptischer Mikroskopie. Die Verwendung speziellerKontrastierverfahren kann bestimmte Aspekte kolloidalerStrukturen besonders hervorheben und eine verbesserteAnalyse von Nichtgleichgewichtszuständen in kolloidalenSystemen ermöglichen. Mittels Phasen- und Interferenzkontrast konnte die Ursachedes Kleinwinkelstreumaximums in der Lichtstreuung an einerSuspension aus Mikronetzteilchen auf die unterschiedlichenStrukturfaktoren von Kristall und Korngrenze zurückgeführtwerden.Der Zusammenhang von Struktur und Farbe eingetrockneterMultilagen wurde in hochauflösender Durchlichtmikroskopiedemonstriert und zur Analyse der inneren Struktur derKristalldomänen inklusive von Versetzungen und Stapelfehlernbenutzt.Mit der Polarisationsmikroskopie konnte die Veränderung derPartikelzahldichte um ein Ionentauscherbruchstück auf einenSalzkonzentrationsgradienten zurückgeführt werden. Die Untersuchung kolloidaler Suspensionen in einem Scherfeldmittels Fourier-Mikroskopie lieferte im Bereich fluiderGleichgewichtsstrukturen den Nachweis scherinduzierterhexagonaler Strukturen. Die Ultramikroskopie mit erweiterterSchärfentiefe ermöglichte die direkte Beobachtung desGleitmechanismus von verscherten hexagonalen Lagen und dieKlassifizierung durch die entwickelte2D-Partikelkorrelation. Die Scherung induziert in fluidenStrukturen hexagonale Ordnung und zerstört bei großenScherraten existierende Ordnung. Es wird eineWandstabilisierung der hexagonalen Strukturen beobachtet. Mittels Bragg-Mikroskopie konnte unter Scherung dieHomogenität der Struktur innerhalb der Scherzelledokumentiert werden sowie nach Scherung die Entstehung derGleichgewichts bcc Phase.

Ionomere zum Aufbau funktioneller Oberflächen

Im ersten Teil der Arbeit wurden Ionomere durch aufeinanderfolgende polymeranaloge Reaktionen eines Reaktivesterpolymers mit verschiedenen primären bzw. sekundären Aminen synthetisiert. Polarisationsmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass diese Ionomere sowohl über thermotrope als auch über lyotrope flüssigkristalline Eigenschaften verfügen. Anschließend wurden mit der 'self-assembly'-Methode Multischichtfilme aus den Ionomeren und hochgeladenen Polyelektrolyten sowie aus entgegengesetzt geladenen Ionomeren aufgebaut. Bei Röntgen-reflexionsmessungen an den Multischichtfilmen konnten winkelabhängige Modulationen der Strahlungsintensität beobachtet werden. Es ist zu vermuten, dass es sich bei diesen Modulationen um Überlagerungen von Kiessig-Ringen und Bragg-Peaks handelt, was ein Indiz dafür ist, dass regel-mäßige Subschichten in den Filmen existieren. Das Konzept der polymeranalogen Reaktionen eines Reaktivesterpolymers mit verschiedenen primären Aminen wurde außerdem dazu benutzt, Polymere zur Modifikation von Cadmiumselenid-Nanokristallen herzustellen. Hierbei konnte zum einen gezeigt werden, dass Nanokristalle direkt mit aminogruppenhaltigen Polymeren modifiziert werden können, zum anderen ist es auch möglich kationische Ionomere auf Nanokristallen mit Mercaptoessigsäure-Liganden zu adsorbieren. Im letzten Teil der Arbeit wurden ionische triazinhaltige Polymere hergestellt und elektrochemisch charakterisiert. Die hergestellten Polymere sind sehr leicht reduzierbar. Anschließend wurden aus den triazinhaltigen Polymeren und entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten ebenfalls Multischichtfilme hergestellt.

Scherverhalten kolloidaler Lagenphasen in Rohrströmungen

Kolloidale Suspensionen aus identischen kugelförmigen, geladenen Partikeln in wässrigen Medien stellen ein ideales Modellsystem zur Untersuchung des Gleichgewichtsverhaltens, aber auch des Nicht-Gleichgewichtsverhaltens Weicher Materie dar. So bilden derartige Systeme bei hinreichend starker und langreichweitiger elektrostatischer Repulsion fluid und kristallin geordnete Strukturen aus, die wegen der weitreichenden Analogie zu atomar kondensierter Materie als kolloidale Fluide und Kristalle bezeichnet werden. Von großem Vorteil ist dabei die Möglichkeit zur kontrollierten Einstellung der Wechselwirkung und die gute optische Zugänglichkeit für Mikroskopie und Lichtstreuung sowie die Weichheit der Materialien, aufgrund derer sich auch Zustände fernab des mechanischen Gleichgewichts gezielt präparieren lassen. Themenstellung der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Phasenverhaltens und der Fließmechanismen kolloidaler Kristalle in einer Rohrströmung. Im ersten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass beim Fluss durch eine zylindrische Röhre Mehrphasenkoexistenz auftritt, wobei ein polykristalliner Kern von einer isotropen Scherschmelze umgeben ist. Zusätzlich treten an der Grenze zwischen diesen Phasen und an der Rohrwand Phasen hexagonal geordneter übereinander hinweggleitender Lagen auf. Der Vergleich zwischen auf der Basis der Navier-Stokes-Gleichung theoretisch berechneten und gemessenen Geschwindigkeitsprofilen zeigt, dass jede dieser Phasen für sich Newtonsches Fließverhalten aufweist. Die Gesamtviskosität ist hingegen durch die mit dem Durchsatz veränderliche Phasenzusammensetzung Nicht-Newtonsch. Damit gelang es, die erstmalig von Würth beschriebene Scherverdünnung auf eine Veränderung der Phasenzusammensetzung zurückzuführen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde erstmals das Fließverhalten der Lagenphasen mittels Lichtstreuung und Korrelationsanalyse untersucht. Dafür wurde ein im Prinzip einfacher, aber leistungsstarker Aufbau realisiert, der es erlaubt, die zeitliche Veränderung der Bragg-Reflexe der Lagenphase in radialer und azimutaler Richtung zu verfolgen und mittels Fourieranalyse zu analysieren. In Abhängigkeit vom Durchsatz geht die zunächst rastend gleitende Lagenphase in eine frei gleitende Lagenphase über, wobei charakteristische Veränderungen der Spektren sowie der Korrelationsfunktionen auftreten, die detailliert diskutiert werden. Der Übergang im Gleitmechanismus ist mit einem Verlust der Autokorrelation der Rotationskomponente der periodischen Intra-Lagenverzerrung verbunden, während die Kompressionskomponente erhalten bleibt. Bei hohen Durchflüssen lassen die Reflexbewegungen auf das Auftreten einer Eigenschwingung der frei gleitenden Lagen schließen. Diese Schwingung lässt sich als Rotationsbewegung, gekoppelt mit einer transversalen Auslenkung in Vortexrichtung, beschreiben. Die Ergebnisse erlauben eine detaillierte Diskussion von verschiedenen Modellvorstellungen anderer Autoren.

Schwerionenbestrahlung zwei- und dreidimensionaler Zellsysteme

Aufgaben der vorliegenden Untersuchungen waren die Etablierung von planaren Multilayern aus mensch­lichen Tumorzellen (WiDr und SiHa) und die Testung dieses Zellsystems als Bestrahlungsmodell solider Tumoren. Neben der konventionellen Röntgenbestrahlung (250 kV) wurde auch das Überle­ben nach Schwerionenbestrahlung (12C6+) und nach Behandlung mit dem Chemotherapeutikum Etoposid unter­sucht. Multilayer aus beiden Zelllinien zeigten ein geringeres Überleben nach Röntgen- und Schwerionenbestrah­lung als die entsprechenden Monolayer. Die hier beschriebene multizelluläre Sensitivierung steht aller­dings im Ge­gensatz zu der in der Literatur beschriebenen multizellulären Resistenz der Sphäroide, dem sog. Kontakteffekt. Nach durchflußzytometrischen Mes­sungen arretierten die bestrahlten SiHa-Zellen in der G2/M-Phase. Im Gegen­satz zum transienten Block der Monolayer verweilten die Multilayer in einem per­manenten Arrest. Im Vergleich zur Röntgenbe­strahlung verlän­gerte sich die Arrestzeit der Mono­layer nach Schwerionenbestrahlung im Bragg-Peak um 12-24 h. Auch waren mehr Zellen betroffen. Im Gegensatz dazu war kein Unterschied zwischen beiden Bestrahlungsmo­dalitäten bei den Multi­layern bis zum Ende des Beobachtungszeit­raumes zu verzeichnen. Nach Etoposid-Behandlung verhielten sich die Multilayer deutlich resistenter als die Monolayer. Somit zeigten Multilayer interessan­terweise nach Bestrahlung eine Sensitivierung und nach Etoposid-Behandlung eine Resistenz. Die Unterschiede im Überleben der beiden Kultivierungs­formen beruhen zum Großteil auf den Differenzen in der Zellzyk­lusverteilung. Besonders deutlich wurde dieser Zusam­men­hang zwischen Überleben und Zell­zyklusvertei­lung durch Wie­deraussaat- und Synchronisations-Experi­mente.