A simple light-driven transmembrane proton pump.

Light-induced lipophilic porphyrin/aqueous acceptor charge separation across a single lipid-water interface can pump protons across the lipid bilayer when the hydrophobic weak acids, carbonylcyanide m-chlorophenylhydrazone and its p-trifluoromethoxyphenyl analogue, are present. These compounds act as proton carriers across lipid bilayers. In their symmetric presence across the bilayer, the positive currents and voltages produced by the photogeneration of porphyrin cations are replaced by larger negative currents and voltages. The maximum negative current and voltage occur at the pH of maximum dark conductance. The reversed larger current and voltage show a positive ionic charge transport in the same direction as the electron transfer. This transport can form an ion concentration gradient. The movement of protons is verified by an unusual D2O isotope effect that increases the negative ionic current by 2- to 3-fold. These effects suggest that an interfacial pK shift of the weak acid caused by the local electric field of photoformed porphyrin cations/acceptor anions functions as the driving force. The estimated pumping efficiency is 10-30%. Time-resolved results show that proton pumping across the bilayer occurs on the millisecond time scale, similar to that of biological pumps. This light-driven proteinless pump offers a simple model for a prebiological energy transducer.

Molecular basis for decreased muscle chloride conductance in the myotonic goat.

Certain forms of myotonia, a condition characterized by delayed relaxation of muscle secondary to sarcolemmal hyperexcitability, are caused by diminished chloride conductance in the muscle cell membrane. We have investigated the molecular basis for decreased muscle chloride conductance in the myotonic goat, an historically important animal model for the elucidation of the role of chloride in muscle excitation. A single nucleotide change causing the substitution of proline for a conserved alanine residue in the carboxyl terminus of the goat muscle chloride channel (gCIC-1) was discovered. Heterologous expression of the mutation demonstrated a substantial (+47 mV) shift in the midpoint of steady-state activation of the channel, resulting in a diminished channel open probability at voltages near the resting membrane potential of skeletal muscle. These results provide a molecular basis for the decreased chloride conductance in myotonic muscle.

Voltage gating and permeation in a gap junction hemichannel.

Gap junction channels are formed by members of the connexin gene family and mediate direct intercellular communication through linked hemichannels (connexons) from each of two adjacent cells. While for most connexins, the hemichannels appear to require an apposing hemichannel to open, macroscopic currents obtained from Xenopus oocytes expressing rat Cx46 suggested that some hemichannels can be readily opened by membrane depolarization [Paul, D. L., Ebihara, L., Takemoto, L. J., Swenson, K. I. & Goodenough, D. A. (1991), J. Cell Biol. 115, 1077-1089]. Here we demonstrate by single channel recording that hemichannels comprised of rat Cx46 exhibit complex voltage gating consistent with there being two distinct gating mechanisms. One mechanism partially closes Cx46 hemichannels from a fully open state, gammaopen, to a substate, gammasub, about one-third of the conductance of gammaopen; these transitions occur when the cell is depolarized to inside positive voltages, consistent with gating by transjunctional voltage in Cx46 gap junctions. The other gating mechanism closes Cx46 hemichannels to a fully closed state, gammaclosed, on hyperpolarization to inside negative voltages and has unusual characteristics; transitions between gammaclosed and gammaopen appear slow (10-20 ms), often involving several transient substates distinct from gammasub. The polarity of activation and kinetics of this latter form of gating indicate that it is the mechanism by which these hemichannels open in the cell surface membrane when unapposed by another hemichannel. Cx46 hemichannels display a substantial preference for cations over anions, yet have a large unitary conductance (approximately 300 pS) and a relatively large pore as inferred from permeability to tetraethylammonium (approximately 8.5 angstroms diameter). These hemichannels open at physiological voltages and could induce substantial cation fluxes in cells expressing Cx46.

Estudo de efeitos da polarização eletrostática periférica no Tokamak TCABR

Efeitos da polarização eletrostática de eletrodos na periferia de tokamaks têm sido investigados em pequenos tokamaks e mesmo em alguns tokamaks de grande porte. Em geral as experiências são realizadas em condições em que bifurcação do campo elétrico radial é obtida, processo este identificado como modo H de polarização. No Tokamak TCABR, as experiências indicam que o confinamento aumenta para tensões aplicadas até +300 volts, atingindo um máximo de duas vezes o tempo de confinamento do modo L, mas sem bifurcação. Indícios de bifurcação foram notados com +400 V de polarização, mas a descarga termina devido à excitação da atividade MHD, ainda sob investigação. No presente trabalho, a pesquisa é aprofundada com a utilização de uma sonda de Langmuir com 18 pinos dispostos em duas fileiras sob a forma de um ancinho (rake probe) o que permite a medição da temperatura, densidade e flutuação de potencial ao longo do raio menor na periferia do Tokamak. A resolução temporal desse sistema é de cerca de 0,5 ms, para a temperatura, e 5 microssegundos para densidade e potencial flutuante do plasma. Outra sonda eletrostática com 5-pinos na mesma posição radial, mas em diferentes posições poloidal e toroidal foi usada para medições de turbulência e transporte de partículas. Os efeitos da polarização foram investigados e indicam que os níveis de turbulência e transporte começam a diminuir entre +150 e +200 V e para +300 V chegam a atingir uma quase supressão. Nesse mesmo intervalo de tensão a densidade começa a aumentar e para +300 V chega a ser um fator de aproximadamente 2. Quanto ao perfil de temperatura a variação é pouco significativa, mas as incertezas das medidas são maiores. Esses dados são compatíveis com a criação de uma barreira de transporte na região entre o eletrodo em r = 17 cm e o limitador em a = 18 cm. Além disso, o campo elétrico radial mostra forte cisalhamento nessa região. Tomando o início da subida do potencial flutuante como origem de uma escala de tempo, o atraso temporal do início da subida da densidade de elétrons e o atraso do início do decréscimo do transporte de partículas foram medidos. Os resultados são 50 microssegundos para a densidade de elétrons e 60 microssegundos para o transporte de partículas. A questão dos limiares de potência é discutida no texto. Os dados desta experiência indicam que o campo elétrico radial desempenha o papel principal para a melhoria do confinamento.

Desenvolvimento de célula Pockels na topologia reflexiva aplicada a TP óptico de alta tensão.

O trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de um interferômetro sensor de alta tensão, baseado em célula Pockels (modulador eletro-óptico) na topologia reflexiva (\"double pass\") e que é parte integrante de um Transformador de Potencial Óptico (TPO), que utiliza sistema interferométrico de luz branca (WLI-White Light Interferometry), que está sendo desenvolvido pelo grupo do Laboratório de Sensores Ópticos (LSO) do PEA-EPUSP, e é capaz de medir diretamente tensões presentes em sistema elétrico de potência (SEP) classe 69kVRMS. Para desenvolver o tema proposto foi feita uma revisão da literatura baseada em livros, artigos e teses para identificar topologias em moduladores eletro-ópticos transmissiva (\"single pass\") e reflexiva (\"double pass\") para definir o tipo de modulador mais adequado para a aplicação em questão. A partir dos estudos e implementações realizadas, verificou-se um enorme potencial para o desenvolvimento e aplicação da topologia \"double pass\" no sensor interferométrico da célula de alta tensão do TPO. A topologia mostrou-se vantajosa em relação aos protótipos dos TPOs desenvolvidos anteriormente, a partir de características tais como: a facilidade de recurso de alinhamento do feixe de luz, construção e reprodução relacionados ao cristal eletro-óptico, diminuição do número de componentes ópticos volumétricos e aumento da rigidez dielétrica da célula sensora. Simulações computacionais foram realizadas mediante a aplicação do método dos elementos finitos (MEF) que contribuíram para o auxílio do projeto da célula sensora, particularmente, para estimativa do valor da voltagem de meia onda, V?, parâmetro importante para o projeto do TPO. Um protótipo do TPO com célula sensora de alta tensão reflexiva foi implementado e testado no laboratório de alta tensão do IEEUSP a partir de ensaios com tensões nominais de 69kVrms a 60Hz e máxima de 140kVrms a 60 Hz. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e domínio das técnicas de construção de interferômetros sensores de alta tensão na topologia reflexiva aplicadas a TPOs.

Localização de usinas termoelétricas utilizando Sistema de Informação Geográfica e métodos de decisão multicritério

No setor de energia elétrica, a área que se dedica ao estudo da inserção de novos parques geradores de energia no sistema é denominada planejamento da expansão da geração. Nesta área, as decisões de localização e instalação de novas usinas devem ser amplamente analisadas, a fim de se obter os diversos cenários proporcionados pelas alternativas geradas. Por uma série de fatores, o sistema de geração elétrico brasileiro, com predominância hidroelétrica, tende a ser gradualmente alterada pela inserção de usinas termoelétricas (UTEs). O problema de localização de UTEs envolve um grande número de variáveis através do qual deve ser possível analisar a importância e contribuição de cada uma. O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo de localização de usinas termoelétricas, aqui denominado SIGTE (Sistema de Informação Geográfica para Geração Termoelétrica), o qual integra as funcionalidades das ferramentas SIGs (Sistemas de Informação Geográfica) e dos métodos de decisão multicritério. A partir de uma visão global da área estudada, as componentes espaciais do problema (localização dos municípios, tipos de transporte, linhas de transmissão de diferentes tensões, áreas de preservação ambiental, etc.) podem ter uma representação mais próxima da realidade e critérios ambientais podem ser incluídos na análise. Além disso, o SIGTE permite a inserção de novas variáveis de decisão sem prejuízo da abordagem. O modelo desenvolvido foi aplicado para a realidade do Estado de São Paulo, mas deixando claro a viabilidade de uso do modelo para outro sistema ou região, com a devida atualização dos bancos de dados correspondentes. Este modelo é designado para auxiliar empreendedores que venham a ter interesse em construir uma usina ou órgãos governamentais que possuem a função de avaliar e deferir ou não a licença de instalação e operação de usinas.

Onset of energy dissipation in ballistic atomic wires

Electronic transport at finite voltages in free-standing gold atomic chains of up to seven atoms in length is studied at low temperatures using a scanning tunneling microscope. The conductance vs voltage curves show that transport in these single-mode ballistic atomic wires is nondissipative up to a finite voltage threshold of the order of several mV. The onset of dissipation and resistance within the wire corresponds to the excitation of the atomic vibrations by the electrons traversing the wire and is very sensitive to strain.

Self-heating function of carbon nanofiber cement pastes

The viability of carbon nanofiber (CNF) composites in cement matrices as a self-heating material is reported in this paper. This functional application would allow the use of CNF cement composites as a heating element in buildings, or for deicing pavements of civil engineering transport infrastructures, such as highways or airport runways. Cement pastes with the addition of different CNF dosages (from 0 to 5% by cement mass) have been prepared. Afterwards, tests were run at different fixed voltages (50, 100 and 150V), and the temperature of the specimens was registered. Also the possibility of using a casting method like shotcrete, instead of just pouring the fresh mix into the mild (with no system’s efficiency loss expected) was studied. Temperatures up to 138 °C were registered during shotcrete-5% CNF cement paste tests (showing initial 10 °C/min heating rates). However a minimum voltage was required in order to achieve a proper system functioning.

Characterization of polylactic acid films for food packaging as affected by dielectric barrier discharge atmospheric plasma

Dielectric barrier discharge (DBD) air plasma is a novel technique for in-package decontamination of food, but it has not been yet applied to the packaging material. Characterization of commercial polylactic acid (PLA) films was done after in-package DBD plasma treatment at different voltages and treatment times to evaluate its suitability as food packaging material. DBD plasma increased the roughness of PLA film mainly at the site in contact with high voltage electrode at both the voltage levels of 70 and 80 kV. DBD plasma treatments did not induce any change in the glass transition temperature, but significant increase in the initial degradation temperature and maximum degradation temperature was observed. DBD plasma treatment did not adversely affect the oxygen and water vapor permeability of PLA. A very limited overall migration was observed in different food simulants and was much below the regulatory limits. Industrial relevance: In-package DBD plasma is a novel and innovative approach for the decontamination of foods with potential industrial application. This paper assesses the suitability of PLA as food packaging material for cold plasma treatment. It characterizes the effect of DBD plasma on the packaging material when used for in-package decontamination of food. The work described in this research offers a promising alternative to classical methods used in fruit and vegetable industries where in-package DBD plasma can serve as an effective decontamination process and avoids any post-process recontamination or hazards from the package itself.

Highly Conductive Carbon Fiber Reinforced Concrete for Icing Prevention and Curing

This paper aims to study the feasibility of highly conductive carbon fiber reinforced concrete (CFRC) as a self-heating material for ice formation prevention and curing in pavements. Tests were carried out in lab ambient conditions at different fixed voltages and then introduced in a freezer at −15 °C. The specimens inside the freezer were exposed to different fixed voltages when reaching +5 °C for prevention of icing and when reaching the temperature inside the freezer, i.e., −15 °C, for curing of icing. Results show that this concrete could act as a heating element in pavements with risk of ice formation, consuming a reasonable amount of energy for both anti-icing (prevention) and deicing (curing), which could turn into an environmentally friendly and cost-effective deicing method.

Regulador linear de tensão em tecnologia HV-CMOS

Atualmente, assiste-se na nossa sociedade a um recurso e uso massivo de equipamentos eletrónicos portáteis. Este facto, aliado à competitividade de mercado, exigiu o desenvolvimento desses equipamentos com o intuito de melhorar a sua gestão de potência e, obter, consequentemente, maior autonomia e rendimento. Assim, na gestão de potência de um SoC são os reguladores de tensão que assumem um papel de extrema importância. O trabalho realizado ao longo da presente dissertação pressupõe o projeto de um regulador linear de tensão do tipo LDO em tecnologia HV-CMOS, capaz de suportar tensões de entrada de 12V com vista à alimentação de blocos funcionais RF-CMOS com 3,3V e uma corrente de 100mA. Foi implementado através do processo CMOS de 0.35μm de 50V da Austria Micro Systems. A corrente de quiescente do regulador linear de tensão que determina a eficiência de corrente é de 120,22μA. Possui uma eficiência de corrente de 99,88% e um rendimento de 82,46% quando a tensão mínima de entrada é utilizada. O regulador linear de tensão possui uma tensão de dropout de 707mV. A estabilidade do sistema é mantida mesmo com transições de carga de 10μA para 100mA. O regulador possui um tempo de estabelecimento inferior a 2,4μs e uma variação da tensão de saída relativamente ao seu valor nominal inferior a 18mV, ambos para o pior caso. Porém, este regulador possui um undershoot e um overshoot de +- 1,85V.

Safe operation of capacitance meters using high applied-bias voltage /

Includes bibliographical references (p. 49).

A versatile high-voltage bias supply for extended range MIS C(V) and G(V) measurements /

Includes bibliographical references (p. 61).

Measuring geometric phases of scattering states in nanoscale electronic devices

We show how a quantum property, a geometric phase, associated with scattering states can be exhibited in nanoscale electronic devices. We propose an experiment to use interference to directly measure the effect of this geometric phase. The setup involves a double-path interferometer, adapted from that used to measure the phase evolution of electrons as they traverse a quantum dot (QD). Gate voltages on the QD could be varied cyclically and adiabatically, in a manner similar to that used to observe quantum adiabatic charge pumping. The interference due to the geometric phase results in oscillations in the current collected in the drain when a small bias across the device is applied. We illustrate the effect with examples of geometric phases resulting from both Abelian and non-Abelian gauge potentials.

A new decoupling method for quadrature coils in magnetic resonance imaging

A powerful decoupling method is introduced to obtain decoupled signal voltages from quadrature coils in magnetic resonance imaging (MRI). The new method uses the knowledge of the position of the signal source in MRI, the active slice, to define a new mutual impedance which accurately quantifies the coupling voltages and enables them to be removed almost completely. Results show that by using the new decoupling method, the percentage errors in the decoupled voltages are of the order of 10(-7)% and isolations between two coils are more than 170 dB.