958 resultados para Two-phase system
Resumo:
Das Enterobakterium Escherichia coli sowie das Bodenbakterium Bacillus subtilis können C4-Dicarbonsäuren als aerobe Kohlenstoffquelle zur Energiekonservierung nutzen. Die Regulation des C4-Dicarboxylatstoffwechsels erfolgt in E. coli und B. subtilis durch das Zweikomponentensystem DcuSREc bzw. DctSRBs, bestehend aus einer Sensorkinase und einem Responseregulator. Diese kontrollieren die Expression des C4-Dicarboxylat-Transporters DctA. Der Sensor DcuSEc benötigt für seine Funktion im aeroben Stoffwechsel den Transporter DctA als Cosensor. Für das DctSRBs-System gibt es Hinweise aus genetischen Untersuchungen, dass DctSBs das Bindeprotein DctBBs und möglicherweise auch DctABs als Cosensoren für seine Funktion benötigt. In dieser Arbeit sollte ein direkter Nachweis geführt werden, ob DctBBs und DctABs gemeinsam oder nur jeweils eine der Komponenten als Cosensoren für DctSBs fungieren. Sowohl für DctBBs als auch für DctABs wurde eine direkte Protein-Protein-Interaktion mit DctSBs durch zwei in vivo Interaktionsmethoden nachgewiesen. Beide Methoden beruhen auf der Co-Reinigung der Interaktionspartner mittels Affinitätschromatographie und werden je nach Affinitätssäule als mSPINE oder mHPINE (Membrane Strep/His-Protein INteraction Experiment) bezeichnet. Die Interaktion von DctSBs mit DctBBs wurde zusätzlich über ein bakterielles Two-Hybrid System nachgewiesen. Nach Coexpression mit DctSBs interagieren DctABs und DctBBs in mSPINE-Tests gleichzeitig mit der Sensorkinase. DctSBs bildet somit eine sensorische DctS/DctA/DctB-Einheit in B. subtilis und das Bindeprotein DctBBs agiert nur als Cosensor, nicht aber als Transport-Bindeprotein. Eine direkte Interaktion zwischen dem Transporter DctABs und dem Bindeprotein DctBBs besteht nicht. Transportmessungen belegen, dass der DctA-vermittelte Transport von [14C]-Succinat unabhängig ist von DctBBs. Außerdem wurde untersucht, ob Zweikomponentensysteme aus anderen Bakteriengruppen nach einem ähnlichen Schema wie DcuSREc bzw. DctSRBs aufgebaut sind. Das thermophile Bakterium Geobacillus kaustophilus verfügt über ein DctSR-System, welches auf genetischer Ebene mit einem Transporter des DctA-Typs und einem DctB-Bindeprotein geclustert vorliegt. Die Sensorkinase DctSGk wurde in E. coli heterolog exprimiert und gereinigt. Diese zeigt in einer E. coli DcuS-Insertionsmutanten Komplementation der DcuS-Funktion und besitzt dabei Spezifität für die C4-Dicarbonsäuren Malat, Fumarat, L-Tartrat und Succinat sowie für die C6-Tricarbonsäure Citrat. In Liposomen rekonstituiertes DctSGk zeigt Autokinase-Aktivität nach Zugabe von [γ-33P]-ATP. Der KD-Wert für [γ-33P]-ATP der Kinasedomäne von DctSGk liegt bei 43 μM, die Affinität für ATP ist damit etwa 10-fach höher als in DcuSEc.
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We present a coarse grained model for computer simulations of lipid mixtures, which we use to study generic mechanisms for the formation of nanoscale membrane structures (lipid rafts). We observe that even a two component system can separate into rafts of finite size, and we study these rafts and other membrane structures in detail. We look at the characteristics of our model that enable these phenomena and how they may relate to lipid-cholesterol or lipid-lipid mixtures. We propose an explanation for our findings using elastic theory to describe a possible mechanism of raft stabilization via curvature differences between coexisting lipid phases and we investigate whether this theory can be used to explain the results of our computer simulations.
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E. coli ist in der Lage unter aeroben sowie anaeroben Bedingungen C4-Dicarbonsäuren zur Energiekonservierung zu nutzen. Das DcuS/DcuR-Zweikomponentensystem detektiert diese und reguliert die Gene für den C4-Dicarboxylat-Transport und Metabolismus. Dabei hängt die Sensitivität der Sensorkinase DcuS für C4-Dicarbonsäuren von der Anwesenheit des aeroben Symporters DctA oder des anaeroben Antiporters DcuB ab. Diese bifunktionalen Transporter bilden mit DcuS über direkte Protein-Protein-Wechselwirkungen Sensoreinheiten. In dieser Arbeit wurden die Funktionen von DctA und DcuS im DctA/DcuS-Sensorkomplex analysiert. Mit DctA(S380D) wurde eine Variante des Transporters identifiziert, in der die regulatorische Eigenschaft von der katalytischen Funktion entkoppelt ist. Stämme von E. coli, die den DctA(S380D)/DcuS-Sensorkomplex enthielten, waren in der Lage C4-Dicarbonsäuren wahrzunehmen, obwohl die Transportfunktion von DctA inaktiviert war. Zudem wurden Unterschiede in den Substratspektren von DctA und DcuS festgestellt. Citrat, ein guter Effektor des DctA/DcuS-Sensorkomplexes, wurde durch DctA nicht gebunden oder transportiert. Anhand von Titrationsexperimenten mit variierenden DctA-Mengen wurde außerdem nachgewiesen, dass die Sensitivität von DcuS für seine Effektoren von der DctA-Konzentration abhängig ist. Es konnte gezeigt werden, dass DctA im DctA/DcuS-Sensorkomplex nicht an der Erkennung von C4-Dicarbonsäuren beteiligt ist. DcuS stellt die Signaleingangsstelle des Komplexes dar, während DctA durch seine Anwesenheit die Sensorkinase in eine funktionsbereite oder sensitive Form überführt, die auf Effektoren reagieren kann. Darüber hinaus wurde die Rolle der Transmembranhelices TM1 und TM2 von DcuS für die Funktion und Dimerisierung der Sensorkinase untersucht. Durch Sequenzanalysen wurden „SmallxxxSmall“-Motive, deren Relevanz als Dimerisierungsschnittstellen bereits in Transmembranhelices anderer Proteine nachgewiesen wurde, in TM1 sowie TM2 identifiziert. Die Homodimerisierung beider Transmembrandomänen wurde im GALLEX Two-Hybrid System nachgewiesen, wobei die TM2-TM2-Interaktion stärker war. Die Substitution G190A/G194A im SxxxGxxxG-Tandemmotiv von TM2 rief zudem einen deutlichen Funktionsverlust der Sensorkinase hervor. Dieser Aktivitätsverlust korrelierte mit Störungen der Homodimerisierung von TM2(G190A/G194A) sowie DcuS(G190A/G194A) bei bakteriellen Two-Hybrid Messungen im GALLEX- bzw. BACTH-System. Demzufolge agiert Transmembranhelix 2 mit seinem SxxxGxxxG-Sequenzmotiv als wesentliche Homodimerisierungsstelle in DcuS. Die Dimerisierung von DcuS ist essentiell für die Funktion der Histidinkinase. Zusätzlich wurde bei fluoreszenzmikroskopischen Studien durch Koexpression von DcuS bzw. DctA die zelluläre Kolokalisierung von DctA und DcuR mit DcuS sowie DauA mit DctA nachgewiesen. Die DctA/DcuS-Sensoreinheit kann demnach zum DauA/DctA/DcuS/DcuR-Komplex erweitert werden.
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Ziel der vorliegenden Dissertation war es, Einblicke in das Kristallisationsverhalten weicher Materie („soft matter“), wie verschiedener Polymere oder Wasser, unter räumlicher Einschränkung („confinement“) zu erlangen. Dabei sollte untersucht werden, wie, weshalb und wann die Kristallisation in nanoporösen Strukturen eintritt. Desweiteren ist Kristallisation weicher Materie in nanoporösen Strukturen nicht nur aus Aspekten der Grundlagenforschung von großem Interesse, sondern es ergeben sich zahlreiche praktische Anwendungen. Durch die gezielte Steuerung der Kristallinität von Polymeren könnten somit Materialien mit verschiendenen mechanischen und optischen Eigenschaften erhalten werden. Desweiteren wurde auch räumlich eingeschränktes Wasser untersucht. Dieses spielt eine wichtige Rolle in der Molekularbiologie, z.B. für das globuläre Protein, und als Wolkenkondensationskeime in der Atmosphärenchemie und Physik. Auch im interstellaren Raum ist eingeschränktes Wasser in Form von Eispartikeln anzutreffen. Die Kristallisation von eingeschränktem Wasser zu verstehen und zu beeinflussen ist letztlich auch für die Haltbarkeit von Baumaterialien wie etwa Zement von großem Interesse.rnUm dies zu untersuchen wird Wasser in der Regel stark abgekühlt und das Kristallisationsverhalten in Abhängigkeit des Volumens untersucht. Dabei wurde beobachtet, dass Mikro- bzw. Nanometer große Volumina erst ab -38 °C bzw. -70 °C kristallisieren. Wasser unterliegt dabei in der Regel dem Prozess der homogenen Nukleation. In der Regel gefriert Wasser aber bei höheren Temperaturen, da durch Verunreinigungen eine vorzeitige, heterogene Nukleation eintritt.rnDie vorliegende Arbeit untersucht die sachdienlichen Phasendiagramme von kristallisierbaren Polymeren und Wasser unter räumlich eingeschränkten Bedingungen. Selbst ausgerichtetes Aluminiumoxid (AAO) mit Porengrößen im Bereich von 25 bis 400 nm wurden als räumliche Einschränkung sowohl für Polymere als auch für Wasser gewählt. Die AAO Nanoporen sind zylindrisch und parallel ausgerichtet. Außerdem besitzen sie eine gleichmäßige Porenlänge und einen gleichmäßigen Durchmesser. Daher eignen sie sich als Modelsystem um Kristallisationsprozesse unter wohldefinierter räumlicher Einschränkung zu untersuchen.rnEs wurden verschiedene halbkristalline Polymere verwendet, darunter Poly(ethylenoxid), Poly(ɛ-Caprolacton) und Diblockcopolymere aus PEO-b-PCL. Der Einfluss der Porengröße auf die Nukleation wurde aus verschiedenen Gesichtspunkten untersucht: (i) Einfluss auf den Nukleationmechanismus (heterogene gegenüber homogener Nukleation), (ii) Kristallorientierung und Kristallinitätsgrad und (iii) Zusammenhang zwischen Kristallisationstemperatur bei homogener Kristallisation und Glasübergangstemperatur.rnEs konnte gezeigt werden, dass die Kristallisation von Polymeren in Bulk durch heterogene Nukleation induziert wird und das die Kristallisation in kleinen Poren hauptsächlich über homogene Nukleation mit reduzierter und einstellbarer Kristallinität verläuft und eine hohe Kristallorientierung aufweist. Durch die AAOs konnte außerdem die kritische Keimgröße für die Kristallisation der Polymere abgeschätzt werden. Schließlich wurde der Einfluss der Polydispersität, von Oligomeren und anderen Zusatzstoffen auf den Nukleationsmechanismus untersucht.rn4rnDie Nukleation von Eis wurde in den selben AAOs untersucht und ein direkter Zusammenhang zwischen dem Nukleationstyp (heterogen bzw. homogen) und der gebildeten Eisphase konnte beobachtet werden. In größeren Poren verlief die Nukleation heterogen, wohingegen sie in kleineren Poren homogen verlief. Außerdem wurde eine Phasenumwandlung des Eises beobachtet. In den größeren Poren wurde hexagonales Eis nachgewiesen und unter einer Porengröße von 35 nm trat hauptsächlich kubisches Eis auf. Nennenswerter Weise handelte es sich bei dem kubischem Eis nicht um eine metastabile sondern eine stabile Phase. Abschließend wird ein Phasendiagramm für räumlich eingeschränktes Wasser vorgeschlagen. Dieses Phasendiagramm kann für technische Anwendungen von Bedeutung sein, so z.B. für Baumaterial wie Zement. Als weiteres Beispiel könnten AAOs, die die heterogene Nukleation unterdrücken (Porendurchmesser ≤ 35 nm) als Filter für Reinstwasser zum Einsatz kommen.rnNun zur Anfangs gestellten Frage: Wie unterschiedlich sind Wasser und Polymerkristallisation voneinander unter räumlicher Einschränkung? Durch Vergleich der beiden Phasendiagramme kommen wir zu dem Schluss, dass beide nicht fundamental verschieden sind. Dies ist zunächst verwunderlich, da Wasser ein kleines Molekül ist und wesentlich kleiner als die kleinste Porengröße ist. Wasser verfügt allerdings über starke Wasserstoffbrückenbindungen und verhält sich daher wie ein Polymer. Daher auch der Name „Polywasser“.
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Intracellular copper routing in Enterococcus hirae is accomplished by the CopZ copper chaperone. Under copper stress, CopZ donates Cu(+) to the CopY repressor, thereby releasing its bound zinc and abolishing repressor-DNA interaction. This in turn induces the expression of the cop operon, which encodes CopY and CopZ, in addition to two copper ATPases, CopA and CopB. To gain further insight into the function of CopZ, the yeast two-hybrid system was used to screen for proteins interacting with the copper chaperone. This led to the identification of Gls24, a member of a family of stress response proteins. Gls24 is part of an operon containing eight genes. The operon was induced by a range of stress conditions, but most notably by copper. Gls24 was overexpressed and purified, and was shown by surface plasmon resonance analysis to also interact with CopZ in vitro. Circular dichroism measurements revealed that Gls24 is partially unstructured. The current findings establish a novel link between Gls24 and copper homeostasis.
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FGFRL1 is a member of the fibroblast growth factor receptor family. It plays an essential role during branching morphogenesis of the metanephric kidneys, as mice with a targeted deletion of the Fgfrl1 gene show severe kidney dysplasia. Here we used the yeast two-hybrid system to demonstrate that FGFRL1 binds with its C-terminal, histidine-rich domain to Spred1 and to other proteins of the Sprouty/Spred family. Members of this family are known to act as negative regulators of the Ras/Raf/Erk signaling pathway. Truncation experiments further showed that FGFRL1 interacts with the SPR domain of Spred1, a domain that is shared by all members of the Sprouty/Spred family. The interaction could be verified by coprecipitation of the interaction partners from solution and by codistribution at the cell membrane of COS1 and HEK293 cells. Interestingly, Spred1 increased the retention time of FGFRL1 at the plasma membrane where the receptor might interact with ligands. FGFRL1 and members of the Sprouty/Spred family belong to the FGF synexpression group, which also includes FGF3, FGF8, Sef and Isthmin. It is conceivable that FGFRL1, Sef and some Sprouty/Spred proteins work in concert to control growth factor signaling during branching morphogenesis of the kidneys and other organs.
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A prototype vortex-driven air lift pump was developed and experimentally evaluated. It was designed to be easily manufactured and scalable for arbitrary riser diameters. The model tested fit in a 2 inch diameter riser with six air injection nozzles through which airwas injected helically around the perimeter of the riser at an angle of 70º from pure tangential injection. The pump was intended to transport both water and sediment over a large range of submergence ratios. A test apparatus was designed to be able to simulate deep water or oceanic environments. The resulting test setup had a finite reservoir; over the course of a test, the submergence ratio varied from 0.48 to 0.39. For air injection pressures ranging from 10 to 60 psig and for air flow rates of 6 to 15 scfm, the induced water discharge flow rates varied only slightly, due to the limited range of available submergence ratios. The anticipated simulation of deep water environment, with a corresponding equivalent increase in thesubmergence ratio, proved unattainable. The pump prototype successfully transported both water and sediment (sand). Thepercent volume yield of the sediment was in an acceptable range. The pump design has been subsequently used successfully in a 4 inch configuration in a follow-on project. A computer program was written in Matlab to simulate the pump characteristics. The program output water pressures at the location of air injection which were physicallycompatible with the experimental data.
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Two competing models exist for the formation of the Pennsylvania salient, a widely studied area of pronounced curvature in the Appalachian mountain belt. The viability of these models can be tested by compiling and analyzing the patterns of structures within the general hinge zone of the Pennsylvania salient. One end-member model suggests a NW-directed maximum shortening direction and no rotation through time in the culmination. An alternative model requires a two-phase development of the culmination involving NNW-directed maximum shortening overprinted by WNW-directed maximum shortening. Structural analysis at 22 locations throughout the Valley and Ridge and southern Appalachian Plateau Provinces of Pennsylvania are used to constrain orientations of the maximum shortening direction and establish whether these orientations have rotated during progressive deformation in the Pennsylvania salient's hinge. Outcrops of Paleozoic sedimentary rocks contain several orders of folds, conjugate faults, steeply dipping strike-slip faults, joints, conjugate en echelon gash vein arrays, spaced cleavage, and grain-scale finite strain indicators. This suite of structures records a complex deformation history similar to the Bear Valley sequence of progressive deformation. The available structural data from the Juniata culmination do not show a consistent temporal rotation of shortening directions and generally indicate uniform,
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The short, portable mental status questionnaire (SPMSQ) developed by Pfeiffer has several advantages over previous short instruments designed to assess the intellectual functioning of older adults. It is based upon data from both institutionalized and community-dwelling elderly. Although Pfeiffer a four-group classification, he used to groups in his initial validation study: (a) intact/mildly impaired, and (b) moderately/severely impaired. The present study compared clinicians' ratings with those based upon the SPMSQ scores, and examined the validity of the four-group classification. The sample included 181 subjects from seven intermediate care facilities and nine home-care agencies. All were assessed by the OARS questionnaire, which includes the SPMSQ Three discriminant analyses were performed with three different criteria, for two-group, three-group, and four-group models. Results indicated that the two-group model (intact/mildly impaired and moderately/severely impaired) permitted significant discrimination. The four-group model, however, gave less distinct results. In particular, patients who were mildly intellectually impaired could not be clearly distinguished from those who were intact and from those who were moderately impaired. The three-group model (minimally, moderately, severely impaired) seemed to offer the best compromise between the gross dichotomy of the original two-model system and the less accurate four category system.
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Determining the formation temperature of minerals using fluid inclusions is a crucial step in understanding rock-forming scenarios. Unfortunately, fluid inclusions in minerals formed at low temperature, such as gypsum, are commonly in a metastable monophase liquid state. To overcome this problem, ultra-short laser pulses can be used to induce vapor bubble nucleation, thus creating a stable two-phase fluid inclusion appropriate for subsequent measurements of the liquid-vapor homogenization temperature, T-h. In this study we evaluate the applicability of T-h data to accurately determine gypsum formation temperatures. We used fluid inclusions in synthetic gypsum crystals grown in the laboratory at different temperatures between 40 degrees C and 80 degrees C under atmospheric pressure conditions. We found an asymmetric distribution of the T-h values, which are systematically lower than the actual crystal growth temperatures, T-g; this is due to (1) the effect of surface tension on liquid-vapor homogenization, and (2) plastic deformation of the inclusion walls due to internal tensile stress occurring in the metastable state of the inclusions. Based on this understanding, we have determined growth temperatures of natural giant gypsum crystals from Naica (Mexico), yielding 47 +/- 1.5 degrees C for crystals grown in the Cave of Swords (120 m below surface) and 54.5 +/- 2 degrees C for giant crystals grown in the Cave of Crystals (290 m below surface). These results support the earlier hypothesis that the population and the size of the Naica crystals were controlled by temperature. In addition, this experimental method opens a door to determining the growth temperature of minerals forming in low-temperature environments.
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As a part of the respiratory tissue barrier, lung epithelial cells play an important role against the penetration of the body by inhaled particulate foreign materials. In most cell culture models, which are designed to study particle-cell interactions, the cells are immersed in medium. This does not reflect the physiological condition of lung epithelial cells which are exposed to air, separated from it only by a very thin liquid lining layer with a surfactant film at the air-liquid interface. In this study, A549 epithelial cells were grown on microporous membranes in a two chamber system. After the formation of a confluent monolayer the cells were exposed to air. The morphology of the cells and the expression of tight junction proteins were studied with confocal laser scanning and transmission electron microscopy. Air-exposed cells maintained monolayer structure for 2 days, expressed tight junctions and developed transepithelial electrical resistance. Surfactant was produced and released at the apical side of the air-exposed epithelial cells. In order to study particle-cell interactions fluorescent 1 microm polystyrene particles were sprayed over the epithelial surface. After 4 h, 8.8% of particles were found inside the epithelium. This fraction increased to 38% after 24 h. During all observations, particles were always found in the cells but never between them. In this study, we present an in vitro model of the respiratory tract wall consisting of air-exposed lung epithelial cells covered by a liquid lining layer with a surfactant film to study particle-cell interactions.
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In this paper, we consider estimation of the causal effect of a treatment on an outcome from observational data collected in two phases. In the first phase, a simple random sample of individuals are drawn from a population. On these individuals, information is obtained on treatment, outcome, and a few low-dimensional confounders. These individuals are then stratified according to these factors. In the second phase, a random sub-sample of individuals are drawn from each stratum, with known, stratum-specific selection probabilities. On these individuals, a rich set of confounding factors are collected. In this setting, we introduce four estimators: (1) simple inverse weighted, (2) locally efficient, (3) doubly robust and (4)enriched inverse weighted. We evaluate the finite-sample performance of these estimators in a simulation study. We also use our methodology to estimate the causal effect of trauma care on in-hospital mortality using data from the National Study of Cost and Outcomes of Trauma.
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Single-screw extrusion is one of the widely used processing methods in plastics industry, which was the third largest manufacturing industry in the United States in 2007 [5]. In order to optimize the single-screw extrusion process, tremendous efforts have been devoted for development of accurate models in the last fifty years, especially for polymer melting in screw extruders. This has led to a good qualitative understanding of the melting process; however, quantitative predictions of melting from various models often have a large error in comparison to the experimental data. Thus, even nowadays, process parameters and the geometry of the extruder channel for the single-screw extrusion are determined by trial and error. Since new polymers are developed frequently, finding the optimum parameters to extrude these polymers by trial and error is costly and time consuming. In order to reduce the time and experimental work required for optimizing the process parameters and the geometry of the extruder channel for a given polymer, the main goal of this research was to perform a coordinated experimental and numerical investigation of melting in screw extrusion. In this work, a full three-dimensional finite element simulation of the two-phase flow in the melting and metering zones of a single-screw extruder was performed by solving the conservation equations for mass, momentum, and energy. The only attempt for such a three-dimensional simulation of melting in screw extruder was more than twenty years back. However, that work had only a limited success because of the capability of computers and mathematical algorithms available at that time. The dramatic improvement of computational power and mathematical knowledge now make it possible to run full 3-D simulations of two-phase flow in single-screw extruders on a desktop PC. In order to verify the numerical predictions from the full 3-D simulations of two-phase flow in single-screw extruders, a detailed experimental study was performed. This experimental study included Maddock screw-freezing experiments, Screw Simulator experiments and material characterization experiments. Maddock screw-freezing experiments were performed in order to visualize the melting profile along the single-screw extruder channel with different screw geometry configurations. These melting profiles were compared with the simulation results. Screw Simulator experiments were performed to collect the shear stress and melting flux data for various polymers. Cone and plate viscometer experiments were performed to obtain the shear viscosity data which is needed in the simulations. An optimization code was developed to optimize two screw geometry parameters, namely, screw lead (pitch) and depth in the metering section of a single-screw extruder, such that the output rate of the extruder was maximized without exceeding the maximum temperature value specified at the exit of the extruder. This optimization code used a mesh partitioning technique in order to obtain the flow domain. The simulations in this flow domain was performed using the code developed to simulate the two-phase flow in single-screw extruders.
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The dissipation of high heat flux from integrated circuit chips and the maintenance of acceptable junction temperatures in high powered electronics require advanced cooling technologies. One such technology is two-phase cooling in microchannels under confined flow boiling conditions. In macroscale flow boiling bubbles will nucleate on the channel walls, grow, and depart from the surface. In microscale flow boiling bubbles can fill the channel diameter before the liquid drag force has a chance to sweep them off the channel wall. As a confined bubble elongates in a microchannel, it traps thin liquid films between the heated wall and the vapor core that are subject to large temperature gradients. The thin films evaporate rapidly, sometimes faster than the incoming mass flux can replenish bulk fluid in the microchannel. When the local vapor pressure spike exceeds the inlet pressure, it forces the upstream interface to travel back into the inlet plenum and create flow boiling instabilities. Flow boiling instabilities reduce the temperature at which critical heat flux occurs and create channel dryout. Dryout causes high surface temperatures that can destroy the electronic circuits that use two-phase micro heat exchangers for cooling. Flow boiling instability is characterized by periodic oscillation of flow regimes which induce oscillations in fluid temperature, wall temperatures, pressure drop, and mass flux. When nanofluids are used in flow boiling, the nanoparticles become deposited on the heated surface and change its thermal conductivity, roughness, capillarity, wettability, and nucleation site density. It also affects heat transfer by changing bubble departure diameter, bubble departure frequency, and the evaporation of the micro and macrolayer beneath the growing bubbles. Flow boiling was investigated in this study using degassed, deionized water, and 0.001 vol% aluminum oxide nanofluids in a single rectangular brass microchannel with a hydraulic diameter of 229 µm for one inlet fluid temperature of 63°C and two constant flow rates of 0.41 ml/min and 0.82 ml/min. The power input was adjusted for two average surface temperatures of 103°C and 119°C at each flow rate. High speed images were taken periodically for water and nanofluid flow boiling after durations of 25, 75, and 125 minutes from the start of flow. The change in regime timing revealed the effect of nanoparticle suspension and deposition on the Onset of Nucelate Boiling (ONB) and the Onset of Bubble Elongation (OBE). Cycle duration and bubble frequencies are reported for different nanofluid flow boiling durations. The addition of nanoparticles was found to stabilize bubble nucleation and growth and limit the recession rate of the upstream and downstream interfaces, mitigating the spreading of dry spots and elongating the thin film regions to increase thin film evaporation.
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Surface tension forces are significant at millimeter length-scales, causing profoundly different flow morphologies in microchannels than in macroscale flows. The existence and morphology of thin liquid films is particularly relevant for predicting performance and operational stability of devices containing microscale two phase flows. Analytical, computational, and experimental methods previously employed in the study of thin liquid films are discussed. Thicknesses before and after a novel film morphology, referred to as a `shock,' are measured with a novel film thickness measurement technique that uses confocal microscopy. Film thicknesses predicted by previous work are compared to experimental results. Methods for increasing the accuracy of the confocal film thickness measurement technique are discussed.