Enhanced Operation of Electricity Distribution Grids Through Smart Metering PLC Network Monitoring, Analysis and Grid Conditioning

Low Voltage (LV) electricity distribution grid operations can be improved through a combination of new smart metering systems' capabilities based on real time Power Line Communications (PLC) and LV grid topology mapping. This paper presents two novel contributions. The first one is a new methodology developed for smart metering PLC network monitoring and analysis. It can be used to obtain relevant information from the grid, thus adding value to existing smart metering deployments and facilitating utility operational activities. A second contribution describes grid conditioning used to obtain LV feeder and phase identification of all connected smart electric meters. Real time availability of such information may help utilities with grid planning, fault location and a more accurate point of supply management.

Trace element concentrations in muscle tissue of the benthopelagic grenadier (Coryphaenoides armatus) from the Iberian deep-sea

11 specimens of Coryphaenoides armatus were collected at former dumping sites for radioactive material in the Iberian deep sea at a depth of 4700 m and their muscle tissue was analysed for four trace elements (copper, zinc, cadmium and lead) by differential pulse anodic stripping voltammetry (DPSAV). Concentrations of zinc were typical for fish muscle in general; copper content was somewhat higher than generally found in fish. The cadmium and lead contents were at a level found in fish from the open sea but the lead content of 2 specimens taken in area East-B was found to be higher.

Changes in white adipose tissue metabolism induced by resveratrol in rats

Background: A remarkable range of biological functions have been ascribed to resveratrol. Recently, this polyphenol has been shown to have body fat lowering effects. The aim of the present study was to assess some of the potential underlying mechanisms of action which take place in adipose tissue. Methods: Sixteen male Sprague-Dawley rats were randomly divided into two groups: control and treated with 30 mg resveratrol/kg body weight/d. All rats were fed an obesogenic diet and after six weeks of treatment white adipose tissues were dissected. Lipoprotein lipase activity was assessed by fluorimetry, acetyl-CoA carboxylase by radiometry, and malic enzyme, glucose-6P-dehydrogenase and fatty acid synthase by spectrophotometry. Gene expression levels of acetyl-CoA carboxylase, fatty acid synthase, lipoprotein lipase, hormone-sensitive lipase, adipose triglyceride lipase, PPAR-gamma, SREBP-1c and perilipin were assessed by Real time RT-PCR. The amount of resveratrol metabolites in adipose tissue was measured by chromatography. Results: There was no difference in the final body weight of the rats; however, adipose tissues were significantly decreased in the resveratrol-treated group. Resveratrol reduced the activity of lipogenic enzymes, as well as that of heparin-releasable lipoprotein lipase. Moreover, a significant reduction was induced by this polyphenol in hormone-sensitive lipase mRNA levels. No significant changes were observed in other genes. Total amount of resveratrol metabolites in adipose tissue was 2.66 +/- 0.55 nmol/g tissue. Conclusions: It can be proposed that the body fat-lowering effect of resveratrol is mediated, at least in part, by a reduction in fatty acid uptake from circulating triacylglycerols and also in de novo lipogenesis.

Deep tissue fluorescence imaging with time-reversed light

Advances in optical techniques have enabled many breakthroughs in biology and medicine. However, light scattering by biological tissues remains a great obstacle, restricting the use of optical methods to thin ex vivo sections or superficial layers in vivo. In this thesis, we present two related methods that overcome the optical depth limit—digital time reversal of ultrasound encoded light (digital TRUE) and time reversal of variance-encoded light (TROVE). These two techniques share the same principle of using acousto-optic beacons for time reversal optical focusing within highly scattering media, like biological tissues. Ultrasound, unlike light, is not significantly scattered in soft biological tissues, allowing for ultrasound focusing. In addition, a fraction of the scattered optical wavefront that passes through the ultrasound focus gets frequency-shifted via the acousto-optic effect, essentially creating a virtual source of frequency-shifted light within the tissue. The scattered ultrasound-tagged wavefront can be selectively measured outside the tissue and time-reversed to converge at the location of the ultrasound focus, enabling optical focusing within deep tissues. In digital TRUE, we time reverse ultrasound-tagged light with an optoelectronic time reversal device (the digital optical phase conjugate mirror, DOPC). The use of the DOPC enables high optical gain, allowing for high intensity optical focusing and focal fluorescence imaging in thick tissues at a lateral resolution of 36 µm by 52 µm. The resolution of the TRUE approach is fundamentally limited to that of the wavelength of ultrasound. The ultrasound focus (~ tens of microns wide) usually contains hundreds to thousands of optical modes, such that the scattered wavefront measured is a linear combination of the contributions of all these optical modes. In TROVE, we make use of our ability to digitally record, analyze and manipulate the scattered wavefront to demix the contributions of these spatial modes using variance encoding. In essence, we encode each spatial mode inside the scattering sample with a unique variance, allowing us to computationally derive the time reversal wavefront that corresponds to a single optical mode. In doing so, we uncouple the system resolution from the size of the ultrasound focus, demonstrating optical focusing and imaging between highly diffusing samples at an unprecedented, speckle-scale lateral resolution of ~ 5 µm. Our methods open up the possibility of fully exploiting the prowess and versatility of biomedical optics in deep tissues.

Tissue engineering active biological machines : bio-inspired design, directed self-assembly, and characterization of muscular pumps simulating the embryonic heart

Biological machines are active devices that are comprised of cells and other biological components. These functional devices are best suited for physiological environments that support cellular function and survival. Biological machines have the potential to revolutionize the engineering of biomedical devices intended for implantation, where the human body can provide the required physiological environment. For engineering such cell-based machines, bio-inspired design can serve as a guiding platform as it provides functionally proven designs that are attainable by living cells. In the present work, a systematic approach was used to tissue engineer one such machine by exclusively using biological building blocks and by employing a bio-inspired design. Valveless impedance pumps were constructed based on the working principles of the embryonic vertebrate heart and by using cells and tissue derived from rats. The function of these tissue-engineered muscular pumps was characterized by exploring their spatiotemporal and flow behavior in order to better understand the capabilities and limitations of cells when used as the engines of biological machines.

Reduced deep-tissue image degradation in three-dimensional multiphoton microscopy with concentric two-color two-photon fluorescence excitation

We theoretically demonstrate that enhanced penetration depth in three-dimensional multiphoton microscopy can be achieved using concentric two-color two-photon (C2C2P) fluorescence excitation in which the two excitation beams are separated in space before reaching their common focal spot. Monte Carlo simulation shows that, in comparison with the one-color two-photon excitation scheme, the C2C2P fluorescence microscopy provides a significantly greater penetration depth for imaging into a highly scattering medium. (C) 2008 Optical Society of America.

Designing conformational control of human tissue transglutaminase

Understanding the mechanisms of enzymes is crucial for our understanding of their role in biology and for designing methods to perturb or harness their activities for medical treatments, industrial processes, or biological engineering. One aspect of enzymes that makes them difficult to fully understand is that they are in constant motion, and these motions and the conformations adopted throughout these transitions often play a role in their function.

Traditionally, it has been difficult to isolate a protein in a particular conformation to determine what role each form plays in the reaction or biology of that enzyme. A new technology, computational protein design, makes the isolation of various conformations possible, and therefore is an extremely powerful tool in enabling a fuller understanding of the role a protein conformation plays in various biological processes.

One such protein that undergoes large structural shifts during different activities is human type II transglutaminase (TG2). TG2 is an enzyme that exists in two dramatically different conformational states: (1) an open, extended form, which is adopted upon the binding of calcium, and (2) a closed, compact form, which is adopted upon the binding of GTP or GDP. TG2 possess two separate active sites, each with a radically different activity. This open, calcium-bound form of TG2 is believed to act as a transglutaminse, where it catalyzes the formation of an isopeptide bond between the sidechain of a peptide-bound glutamine and a primary amine. The closed, GTP-bound conformation is believed to act as a GTPase. TG2 is also implicated in a variety of biological and pathological processes.

To better understand the effects of TG2’s conformations on its activities and pathological processes, we set out to design variants of TG2 isolated in either the closed or open conformations. We were able to design open-locked and closed-biased TG2 variants, and use these designs to unseat the current understanding of the activities and their concurrent conformations of TG2 and explore each conformation’s role in celiac disease models. This work also enabled us to help explain older confusing results in regards to this enzyme and its activities. The new model for TG2 activity has immense implications for our understanding of its functional capabilities in various environments, and for our ability to understand which conformations need to be inhibited in the design of new drugs for diseases in which TG2’s activities are believed to elicit pathological effects.

Avaliação da estabilidade da cirurgia de avanço mandibular através da superposição de modelos tridimensionais

Embora a cirurgia de avanço mandibular seja considerada um procedimento altamente estável, existem algumas preocupações clínicas em relação a mudanças nos côndilos e nos segmentos proximais, que podem levar a recidiva sagital e abertura de mordida. A avaliação dos resultados da cirurgia através de ferramentas de geração e superposição de modelos virtuais tridimensionais (3D) permite a identificação e quantificação dos deslocamentos e remodelação óssea que podem ajudar a explicar as interações entre os componentes dentários, esqueléticos e de tecido mole que estão relacionados a resposta ao tratamento. Este estudo observacional prospectivo avaliou, através de tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT), mudanças na posição/remodelação 3D dos ramos mandibulares, côndilos e mento. Assim, exames CBCT de 27 pacientes foram adquiridos antes da cirurgia (T1), imediatamente após a cirurgia(T2), e 1 ano após a cirurgia(T3). Uma técnica automática de superposição na base do crânio foi utilizada para permitir a avaliação das mudanças ocorridas nas regiões anatômicas de interesse (RAI). Os deslocamentos foram visualizados e quantificados em mapas coloridos 3D através da ferramenta de linha de contorno (ISOLINE). Pelo teste t pareado compararam-se as mudanças entre T1-T2 e T2-T3. O coeficiente de correlação de Pearson verificou se os deslocamentos ocorridos nas RAI foram correlacionados entre si e entre os tempos de avaliação. O nível de significância foi determinado em 0,05. O avanço mandibular médio foi de 6,813,2mm em T2 e 6,363,41mm em T3 (p=0,13). Entre T2 e T3, a posição do mento variou positivamente (≥2mm) em 5 pacientes negativamente em 7. 12% dos pacientes sofreram recidivas ≥4mm. Para todas as outras RAI avaliadas, apenas a porção inferior dos ramos (lado direito - 2,342,35mm e lado esquerdo 2,972,71mm) sofreram deslocamentos médios >2mm com a cirurgia. No acompanhamento em longo prazo, esse deslocamento lateral da porção inferior dos ramos foi mantido (lado direito - 2,102,15mm, p=0,26; e lado esquerdo -2,762,80, p=0,46), bem como todos os outros deslocamentos observados (p>0,05). As mudanças na posição do mento foram correlacionadas a adaptações pós-cirúrgicas nos bordos posteriores dos ramos (esquerdo r=-0,73 e direito r=-0,68) e côndilos (esquerdo r=-0,53 e direito r=-0,46). Os deslocamentos médios sofridos pelas estruturas do lado esquerdo foram suavemente maiores do que no direito. Correlações dos deslocamentos ocorridos entre T1-T2 e T2-T3 mostraram que: os deslocamentos dos côndilos esquerdos com a cirurgia foram negativamente correlacionados às adaptações pós-cirúrgicas destes (r=-0,51); e que o deslocamento da porção superior do ramo esquerdo com a cirurgia foi correlacionado à adaptação pós-cirúrgica ocorrida nos bordos posteriores (r=0,39) e côndilos do mesmo lado (r=0,39). Pode-se concluir que: (1) os deslocamentos causados pela cirurgia foram de modo geral estáveis no acompanhamento de 1 ano, mas identificou-se uma considerável variação individual; (2) as mudanças pós-cirúrgicas na posição do mento foram correlacionadas a adaptações sofridas pelos côndilos e bordos posteriores dos ramos; e que (3) deslocamentos suavemente maiores causados pela cirurgia nas estruturas do lado esquerdo levaram a maiores adaptações pós-cirúrgicas no segmento proximal deste lado.

Comparação in vitro do desgaste dental em função da dureza de três diferentes tipos de materiais antagonistas

O objetivo deste estudo foi comparar in vitro o desgaste dental de pré-molares (PM) e molares (M) e sua relação com o valor de dureza Vickers dos materiais utilizados como antagonistas em uma máquina de abrasão simulada para provocar o desgaste nos dentes testados. Os materiais antagonistas utilizados foram VeraBond II (liga de Ni-Cr), Solidex (resina composta) e IPS Empress 2 (cerâmica). Para cada ensaio de dureza, foram preparados seis corpos-de-prova de cada material, os quais foram polidos sob refrigeração, com ciclo de 20 min para cada granulação. Num microdurômetro (HMV-2), foram realizadas três mossas por quadrante, cada uma sob carga de 19,614 N por 30 s, totalizando 12 mossas de base quadrada com ângulo de 136 entre os planos. O teste de abrasão foi realizado numa máquina simuladora de abrasão, freqüência de 265 ciclos/min e 4,4 Hz, com um percurso do antagonista de 10 mm à velocidade de 88 mm/s. Cada dente foi testado em oposição a um antagonista (foram 6 pares dente/material para cada grupo), em água deionizada, sob carga de 5 N, por 150 min, num total de 39.750 ciclos. Foram utilizados dezenove dentes 1 pré-molares, dezenove 3 molares e confeccionados doze antagonistas em cada material em forma de pastilha. Cada grupo de seis dentes foi testado em oposição a seis antagonistas do mesmo material. Ademais, um dente 1 pré-molar (PM) e um dente 3 molar (M) foram testados em oposição ao Plexiglass. Com relação ao desgaste do esmalte dentário (PM+M) segundo o material antagonista, o teste de Kruskal-Wallis evidenciou diferença significativa com p-valor < 0,001 e o teste de Mann-Whitney evidenciou diferença significativa nas comparações PM+M/resina X PM+M/metal (p-valor < 0,001), PM+M/resina X PM+M/cerâmica (p-valor < 0,001) e PM+M/metal X PM+M/cerâmica (p-valor = 0,002). A análise isolada, considerando pré-molares e molares separadamente, encontrou diferença significativa em relação ao desgaste do esmalte dentário no teste de Kruskall-Wallis, porém não detectou diferença significativa no teste de comparação múltipla Mann-Whitney quando comparou o desgaste sofrido pelo PM/metal em relação ao PM/cerâmica. Em relação à dureza Vickers detectou-se diferença significativa da dureza dos materiais no teste de Kruskall-Wallis (p-valor < 0,001) e também no teste de Mann-Whitney nas comparações múltiplas com p-valor = 0,002. Comparando-se a dureza com a perfilometria, observou-se uma correlação estatisticamente significativa (p ≤ 0,05) na correlação negativa (ρ= -0,829) entre a dureza do metal como material antagonista e o desgaste do esmalte dentário do dente molar. Os resultados sugeriram que todo material restaurador indireto estudado causou desgaste ao esmalte dentário quando submetido a forças de simulação de abrasão com carga. Embora tenha sido observada correlação entre dureza e resistência à abrasão, essa correlação foi pouco significativa.

Avaliação in vitro do efeito remineralizante de diferentes princípios bioativos no esmalte dental bovino submetido à erosão

O objetivo deste estudo in vitro foi avaliar por meio da fluorescência de Raios X, oefeito remineralizante de dois diferentes princípios bioativos contidos no Desensibilize Nano P (nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio) e no GC Tooth Mousse (CPP-ACP,fosfopeptídios de caseína e fosfato de cálcio amorfo) assim como da saliva artificial e do fluoreto de sódio gel neutro no esmalte dental bovino submetido a desafio erosivo. Foram utilizados 20 incisivos bovinos, seccionados na linha amelo-cementária, fixados em resina epóxi e padronizados pela planificação da superfície. Foram obtidos 20 corpos de prova (CP) que foram divididos aleatoriamente em 4 grupos. Todos os dentes foram avaliadosinicialmente para a obtenção da contagem dos elementos fósforo (P), cálcio (Ca) e estrôncio (Sr) interpretados a partir de um espectro de Fluorescência de Raios X obtidos pelo Artax 800. Após uma semana da medição inicial, cada grupo de amostras foi imerso em uma solução de 10 ml de ácido cítrico a 2% (pH 2,6) por 90 minutos. Imediatamente após obtenção dos espectros dos dentes submetidos ao desafio erosivo, cada grupo recebeu seus tratamentos correspondentes. Grupo 1 (Saliva) - saliva; Grupo 2 (Flúor) - Flúor; Grupo 3 (Nano P) - Desensibilize Nano P; Grupo 4 (Recaldent) - GC Tooth Mousse. A leitura e os tratamentos eram realizados a cada sete dias sendo repetidos por de 3 semanas. Foi utilizado inicialmente o teste de Bonferroni para comparação das médias de P, Ca e Sr dentro de cada grupo, com um nível de significância de 0,05 (p=0,05), que demonstrou remineralização efetiva na terceira semana de tratamento no grupo Nano P. Posteriormente foi utilizado o teste T-Student para comparação das médias de P, Ca e Sr entre os diferentes grupos, também com um nível de significância de 0,05 (p=0,05). O grupo Nano P foi mais efetivo do que todos os outros grupos e o grupo Saliva menos efetivo que Fluor e Recaldent após três semanas de tratamento. Nestas condições expirimentais in vitro a pasta Desensibilize Nano P foi eficaz noprocesso de remineralização dental desde a primeira semana de tratamento e estável após 3 semanas de tratamento do que os tratamentos com Saliva, Flúor e GC Tooth Mousse.