SOVLENT REACTIVITY AND INTERFACE EVOLUTION AT MODEL ELECTRODES FOR ENERGY APPLICATIONS

The Li-ion rechargeable battery (LIB) is widely used as an energy storage device, but has significant limitations in battery cycle life and safety. During initial charging, decomposition of the ethylene carbonate (EC)-based electrolytes of the LIB leads to the formation of a passivating layer on the anode known as the solid electrolyte interphase (SEI). The formation of an SEI has great impact on the cycle life and safety of LIB, yet mechanistic aspects of SEI formation are not fully understood. In this dissertation, two surface science model systems have been created under ultra-high vacuum (UHV) to probe the very initial stage of SEI formation at the model carbon anode surfaces of LIB. The first model system, Model System I, is an lithium-carbonate electrolyte/graphite C(0001) system. I have developed a temperature programmed desorption/temperature programmed reaction spectroscopy (TPD/TPRS) instrument as part of my dissertation to study Model System I in quantitative detail. The binding strengths and film growth mechanisms of key electrolyte molecules on model carbon anode surfaces with varying extents of lithiation were measured by TPD. TPRS was further used to track the gases evolved from different reduction products in the early-stage SEI formation. The branching ratio of multiple reaction pathways was quantified for the first time and determined to be 70.% organolithium products vs. 30% inorganic lithium product. The obtained branching ratio provides important information on the distribution of lithium salts that form at the very onset of SEI formation. One of the key reduction products formed from EC in early-stage SEI formation is lithium ethylene dicarbonate (LEDC). Despite intensive studies, the LEDC structure in either the bulk or thin-film (SEI) form is unknown. To enable structural study, pure LEDC was synthesized and subject to synchrotron X-ray diffraction measurements (bulk material) and STM measurements (deposited films). To enable studies of LEDC thin films, Model System II, a lithium ethylene dicarbonate (LEDC)-dimethylformamide (DMF)/Ag(111) system was created by a solution microaerosol deposition technique. Produced films were then imaged by ultra-high vacuum scanning tunneling microscopy (UHV-STM). As a control, the dimethylformamide (DMF)-Ag(111) system was first prepared and its complex 2D phase behavior was mapped out as a function of coverage. The evolution of three distinct monolayer phases of DMF was observed with increasing surface pressure — a 2D gas phase, an ordered DMF phase, and an ordered Ag(DMF)2 complex phase. The addition of LEDC to this mixture, seeded the nucleation of the ordered DMF islands at lower surface pressures (DMF coverages), and was interpreted through nucleation theory. A structural model of the nucleation seed was proposed, and the implication of ionic SEI products, such as LEDC, in early-stage SEI formation was discussed.

Huntington's disease: new aspects on phenotype and genotype

Huntington's disease typically presents with involuntary movements, cognitive decline and behavioural abnormalities; however, new data show a greater spectrum and more complexity in the mode of presentation than previously appreciated. On one hand efforts are under way to better assess all aspects of the evolving phenotype over the course of the disease, on the other hand large cohorts have been prospectively followed-up and similar efforts are now being started in China. In this communication, we briefly review the most salient findings from the last couple of years. The recently established large cohorts allow the performance of accurate studies examining correlation of genetic polymorphisms with specific aspects of the phenotype thus allowing for some mechanistic insight into the causes of phenotypic variation. While Huntington's disease is the most frequent hereditary cause of chorea, other disorders with similar clinical phenotypes, including neuroacanthocytosis, are now better known, including a better understanding of the primary cause as well as the pathophysiology at the molecular level. Studies on the mechanisms of disease in these different disorders may shed light on the respective pathomechanisms and may open new approaches to a better understanding and additional treatment options for choreatiform neurodegenerative disorders.

Molecular and pathogenetic aspects of tumor budding in colorectal cancer.

In recent years, tumor budding in colorectal cancer has gained much attention as an indicator of lymph node metastasis, distant metastatic disease, local recurrence, worse overall and disease-free survival, and as an independent prognostic factor. Tumor buds, defined as the presence of single tumor cells or small clusters of up to five tumor cells at the peritumoral invasive front (peritumoral buds) or within the main tumor body (intratumoral buds), are thought to represent the morphological correlate of cancer cells having undergone epithelial-mesenchymal transition (EMT), an important mechanism for the progression of epithelial cancers. In contrast to their undisputed prognostic power and potential to influence clinical management, our current understanding of the biological background of tumor buds is less established. Most studies examining tumor buds have attempted to recapitulate findings of mechanistic EMT studies using immunohistochemical markers. The aim of this review is to provide a comprehensive summary of studies examining protein expression profiles of tumor buds and to illustrate the molecular pathways and crosstalk involved in their formation and maintenance.

Mechanistic insights into tRNA translocation on the ribosome

The ribosome is a highly conserved cellular complex and constitutes the center of protein biosynthesis. As the ribosome consists to about 2/3 of ribosomal RNA (rRNA), the rRNA is involved in most steps of translation. In order to investigate the role of some defined rRNA residues in different aspects of translation we use the atomic mutagenesis approach. This method allows the site-specific incorporation of unnatural nucleosides into the rRNA in the context of the complete 70S from Thermus aquaticus, and thereby exceeds the possibilities of conventional mutagenesis. We first studied ribosome-stimulated EF-G GTP hydrolysis. Here, we could show that the non-bridging phosphate oxygen of A2662, which is part of the Sarcin-Ricin-Loop, is required for EF-G GTPase activation by the ribosome. EF-G GTPase is a crucial step for tRNA translocation from the A- to the P-site, and from the P- to the E-site, respectively. We furthermore used the atomic mutagenesis approach to more precisely characterize the 23S rRNA functional groups involved in E-site tRNA binding. While the ribosomal A- and P-sites have been functionally well characterized in the past, the contribution of the E-site to protein biosynthesis is still poorly understood in molecular terms. Our data disclose the importance of the highly conserved E-site base pair G2421-C2395 for effective translation. Ribosomes with a disrupted G2421-C2395 base pair are defective in tRNA binding to the E-site. This results in an impaired translation of genuine mRNAs, while homo-polymeric templates are not affected. Cumulatively our data emphasize the importance of E-site tRNA occupancy and in particular the intactness of the 23S rRNA base pair G2421-C2395 for productive protein biosynthesis.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Emotional aspects

Through adolescence, young people are at an exciting point of their maturation. On the whole they are thoughtful, caring and responsible people. In many ways they are just beginning to make valuable contributions to the society they will soon be steering. They are critical and reflective, and they are passionate and energetic. We have discovered in earlier chapters the types of physical and cognitive changes and developments that confront adolescents. In this chapter we will explore emotional and moral development and allied issues of resilience and vulnerability. The emotional dimension of adolescence can tie in with several other issues that extend from aloneness, loneliness and alienation. We will introduce key theory and theorists in the field of emotional and moral development (such as Kohlberg). Some adolescents have a traumatic time (as do people of all ages and phases of life) and this book wouldn’t be whole without a brief discussion of the types of issues that emerge as young people in the throes of developing their moral and emotional perspective of the world are dealt life challenges.

General practitioners’ experiences of the psychological aspects in the care of a dying patient

Objective: General practitioners (GPs) play an integral role in addressing the psychological needs of palliative care patients and their families. This qualitative study investigated psychosocial issues faced by GPs in the management of patients receiving palliative care and investigated the themes relevant to the psychosocial care of dying patients. Method: Fifteen general practitioners whose patient had been recently referred to the Mt. Olivet Palliative Home Care Services in Brisbane participated in an individual case review discussions guided by key questions within a semistructured format. These interviews focused on the psychosocial aspects of care and management of the referred patient, including aspects of the doctor/patient relationship, experience of delivering diagnosis and prognosis, addressing the psychological concerns of the patients' family, and the doctors' personal experiences, reactions, and responses. Qualitative analysis was conducted on the transcripts of these interviews. Results: The significant themes that emerged related to perceived barriers to exploration of emotional concerns, including spiritual issues, and the discussion of prognosis and dying, the perception of patients' responses/coping styles, and the GP's personal experience of the care (usually expressed in terms of identification with patient). Significance of results: The findings indicate the significant challenges facing clinicians in discussions with patients and families about death, to exploring the patient's emotional responses to terminal illness and spiritual concerns for the patient and family. These qualitative date indicate important tasks in the training and clinical support for doctors providing palliative care.

Physical aspects

As teachers, we must know about the physical developmental processes our students are experiencing. These are reflected in behaviour, emotions and relationships. And for adolescents, who are trying hard to figure out how the world operates, the physical changes they experience have a potent impact on their world view. While the sequencing of much of our physical development is pretty well according to a grand template and rolls out in much the same way from one person to the next, not everything occurs in a set way (Richter, 2006). Some aspects of our physical development cause other things to occur and are tied together. For example, hormonal changes during puberty are tied to the development of secondary sexual characteristics. However, there is individual variation at multiple levels, and we will discuss these. To complicate things, adolescents’ feelings and ideas about themselves and the ways in which they interact with the world as they grow and change are coloured by our societies’ multifaceted sets of ideals, standards and expectations for physical development. Many other things also impact on our conceptions of self and these will be discussed when we turn our attention to the development of identity through adolescence. In this chapter we will present some basic information about the types of physical changes to expect during adolescence, and consider some challenges that confront adolescents during this time of development.

Radiological aspects of petroleum exploration and production in the sultanate of Oman

This thesis is a study of naturally occurring radioactive materials (NORM) activity concentration, gamma dose rate and radon (222Rn) exhalation from the waste streams of large-scale onshore petroleum operations. Types of activities covered included; sludge recovery from separation tanks, sludge farming, NORM storage, scaling in oil tubulars, scaling in gas production and sedimentation in produced water evaporation ponds. Field work was conducted in the arid desert terrain of an operational oil exploration and production region in the Sultanate of Oman. The main radionuclides found were 226Ra and 210Pb (238U - series), 228Ra and 228Th (232Th - series), and 227Ac (235U - series), along with 40K. All activity concentrations were higher than the ambient soil level and varied over several orders of magnitude. The range of gamma dose rates at a 1 m height above ground for the farm treated sludge had a range of 0.06 0.43 µSv h 1, and an average close to the ambient soil mean of 0.086 ± 0.014 µSv h 1, whereas the untreated sludge gamma dose rates had a range of 0.07 1.78 µSv h 1, and a mean of 0.456 ± 0.303 µSv h 1. The geometric mean of ambient soil 222Rn exhalation rate for area surrounding the sludge was mBq m 2 s 1. Radon exhalation rates reported in oil waste products were all higher than the ambient soil value and varied over three orders of magnitude. This study resulted in some unique findings including: (i) detection of radiotoxic 227Ac in the oil scales and sludge, (ii) need of a new empirical relation between petroleum sludge activity concentrations and gamma dose rates, and (iii) assessment of exhalation of 222Rn from oil sludge. Additionally the study investigated a method to determine oil scale and sludge age by the use of inherent behaviour of radionuclides as 228Ra:226Ra and 228Th:228Ra activity ratios.

Biomechanical aspects of bone microstructure in vertebrates : potential approach to paleontological investigations

The biomechanical or biophysical principles can be applied to study biological structures in their modern or fossil form. Bone is an important tissue in paleontological studies as it is a commonly preserved element in most fossil vertebrates, and can often allow its microstructures such as lacuna and canaliculi to be studied in detail. In this context, the principles of Fluid Mechanics and Scaling Laws have been previously applied to enhance the understanding of bone microarchitecture and their implications for the evolution of hydraulic structures to transport fluid. It has been shown that the microstructure of bone has evolved to maintain efficient transport between the nutrient supply and cells, the living components of the tissue. Application of the principle of minimal expenditure of energy to this analysis shows that the path distance comprising five or six lamellar regions represents an effective limit for fluid and solute transport between the nutrient supply and cells; beyond this threshold, hydraulic resistance in the network increases and additional energy expenditure is necessary for further transportation. This suggests an optimization of the size of bone’s building blocks (such as osteon or trabecular thickness) to meet the metabolic demand concomitant to minimal expenditure of energy. This biomechanical aspect of bone microstructure is corroborated from the ratio of osteon to Haversian canal diameters and scaling constants of several mammals considered in this study. This aspect of vertebrate bone microstructure and physiology may provide a basis of understanding of the form and function relationship in both extinct and extant taxa.

Legal aspects of Web 2.0 activities : management of legal risk associated with use of YouTube, MySpace and Second Life

This Report, prepared for Smart Service Queensland (“SSQ”), addresses legal issues, areas of risk and other factors associated with activities conducted on three popular online platforms—YouTube, MySpace and Second Life (which are referred to throughout this Report as the “Platforms”). The Platforms exemplify online participatory spaces and behaviours, including blogging and networking, multimedia sharing, and immersive virtual environments.