Electrocatalytic reduction of dioxygen at chemically modified electrodes

The kinetics of the reduction of O₂ by Ru(NH₃)₆⁺² as catalyzed by cobalt(II) tetrakis(4-N-methylpyridyl)porphyrin are described both in homogeneous solution and when the reactants are confined to Nafion coatings on graphite electrodes. The catalytic mechanism is determined and the factors that can control the total reduction currents at Nafion-coated electrodes are specified. A kinetic zone diagram for analyzing the behavior of catalyst-mediator-substrate systems at polymer coated electrodes is presented and utilized in identifying the current-limiting processes. Good agreement is demonstrated between calculated and measured reduction currents at rotating disk electrodes. The experimental conditions that will yield the optimum performance of coated electrodes are discussed, and a relationship is derived for the optimal coating thickness.

The relation between the reduction potentials of adsorbed and unadsorbed cobalt(III) tetrakis(4-N-methylpyridyl)porphyrin and those where it catalyzes the electroreduction of dioxygen is described. There is an unusually large change in the formal potential of the Co(III) couple upon the adsorption of the porphyrin on the graphite electrode surface. The mechanism in which the (inevitably) adsorbed porphyrin catalyzes the reduction of O₂ is in accord with a general mechanistic scheme proposed for most monomeric cobalt porphyrins.

Four new dimeric metalloporphyrins (prepared in the laboratory of Professor C. K. Chang) have the two porphyrin rings linked by an anthracene bridge attached to meso positions. The electrocatalytic behavior of the diporphyrins towards the reduction of O₂ at graphite electrodes has been examined for the following combination of metal centers: Co-Cu, Co-Fe, Fe-Fe, Fe-H₂. The Co-Cu diporphyrin catalyzes the reduction of O₂ to H₂O₂ but no further. The other three catalysts all exhibit mixed reduction pathways leading to both H₂O₂ and H₂O. However, the pathways that lead to H₂O do not involve H₂O₂ as an intermediate. A possible mechanistic scheme is offered to account for the observed behavior.

Influence of carbon tetrachloride on the liver of tadpoles of brown frog (Rana temporaria) [Translation from: Trudy leningt.sanit.-gig.med.Inst. 82, 32-36, 1967]

Comparative studies of the structure and regeneration of tissues in different vertebrates make it possible to get ideas from the evolution and regeneration potential of tissues. In this study are considered the reactive changes in the liver of larvae of the amphibian Rana temporaria to CC14 of different concentrations. Tadpoles of different sizes and different growth were placed once each day every day in a vessel with a determined solution of CC14 in water. The liver of tadpoles has a distinctive structure. It is distinguished by structure not only from the liver of higher vertebrates, but also from the liver of the adult frogs. The liver of the latter has an insignificant amount of fat and a whole series of other characters not typical of the liver of the tadpole. Placing the tadpoles in a solution of CCl4 with a concentration of 0.1% did not produce in the liver noticeable morphological changes. The author concludes that the absence of degenerative changes in the liver tadpoles, in spite of a high percentage of death of the experimental animals, tells of the well-known resistance of their liver to the influence of CC14.

Wave induced oscillations in harbors of arbitrary shape

Theoretical and experimental studies were conducted to investigate the wave induced oscillations in an arbitrary shaped harbor with constant depth which is connected to the open-sea.

A theory termed the “arbitrary shaped harbor” theory is developed. The solution of the Helmholtz equation, ∇²f + k²f = 0, is formulated as an integral equation; an approximate method is employed to solve the integral equation by converting it to a matrix equation. The final solution is obtained by equating, at the harbor entrance, the wave amplitude and its normal derivative obtained from the solutions for the regions outside and inside the harbor.

Two special theories called the circular harbor theory and the rectangular harbor theory are also developed. The coordinates inside a circular and a rectangular harbor are separable; therefore, the solution for the region inside these harbors is obtained by the method of separation of variables. For the solution in the open-sea region, the same method is used as that employed for the arbitrary shaped harbor theory. The final solution is also obtained by a matching procedure similar to that used for the arbitrary shaped harbor theory. These two special theories provide a useful analytical check on the arbitrary shaped harbor theory.

Experiments were conducted to verify the theories in a wave basin 15 ft wide by 31 ft long with an effective system of wave energy dissipators mounted along the boundary to simulate the open-sea condition.

Four harbors were investigated theoretically and experimentally: circular harbors with a 10° opening and a 60° opening, a rectangular harbor, and a model of the East and West Basins of Long Beach Harbor located in Long Beach, California.

Theoretical solutions for these four harbors using the arbitrary shaped harbor theory were obtained. In addition, the theoretical solutions for the circular harbors and the rectangular harbor using the two special theories were also obtained. In each case, the theories have proven to agree well with the experimental data.

It is found that: (1) the resonant frequencies for a specific harbor are predicted correctly by the theory, although the amplification factors at resonance are somewhat larger than those found experimentally,(2) for the circular harbors, as the width of the harbor entrance increases, the amplification at resonance decreases, but the wave number bandwidth at resonance increases, (3) each peak in the curve of entrance velocity vs incident wave period corresponds to a distinct mode of resonant oscillation inside the harbor, thus the velocity at the harbor entrance appears to be a good indicator for resonance in harbors of complicated shape, (4) the results show that the present theory can be applied with confidence to prototype harbors with relatively uniform depth and reflective interior boundaries.

Red laser-induced domain inversion in MgO-doped lithium niobate crystals

A laser beam at wavelength 647 nm is focused on a sample of 5 mol% MgO-doped lithium niobate crystal for domain inversion by a conventional external electric field. In this case, a reduction of 36% in the electric field required for domain nucleation (nucleation field) is observed. To the best of our knowledge, it is the longest wavelength reported for laser-induced domain inversion. This extends the spectrum of laser inducing, and the experimental results are helpful to understand the nucleation dynamics under laser illumination. The dependence of nucleation fields on intensities of laser beams is analysed in experiments.

Experimental investigation of optical beam deflection based on PLZT electro-optic ceramic

Based on the optical characteristics of PLZT electro-optic ceramic, two kinds of electro-optic deflectors, triangular electrode structure and optical phased array technology, are studied in detail by using transverse electro-optic effect. Theoretically, the electro-optic deflection characteristics and mechanisms of the deflectors are analyzed. Experimentally, the optical characteristics of ceramic wafer, such as the phase modulation, the hysteresis and the electro-induced loss characteristics, are measured firstly, and then the beam deflection experiments are designed to verify the theoretical results. Moreover, the effect of temperature on the performance of triangular electrode deflector is investigated. The characteristics of both deflectors are also compared and illuminated. (c) 2007 Optical Society of America.

Efeitos macrovasculares, microvasculares e interação leucócito-endotélio, na endotoxemia experimental após o uso de Dobutamina com e sem ressuscitação volêmica

Na sepse, o mecanismo desencadeador de morte é a disfunção múltipla de órgãos e sistemas. Com isso a microcirculação é considerada o motor na patogênese da sepse. A perfusão microcirculatória representa um dos principais objetivos para melhorar as taxas de sobrevida. Uma vez reconhecida a síndrome séptica, o protocolo clínico estabelece o uso de fluidoterapia com salina, de forma vigorosa na primeira hora e seguida de suporte inotrópico com Dobutamina. A partir daí foi levantada a hipótese das drogas β-agonistas serem relevantes na recuperação da microcirculação, antes mesmo de seu conhecido papel na recuperação do choque cardiogênico. Assim, estudar o papel da Dobutamina, um β-agonista, na resposta adrenérgica em situação de sepse se faz necessário e urgente e o entendimento de sua ação, associada à reposição volêmica, foi objeto deste estudo. Foram usados no presente estudo, 78 hamsters, induzida a endotoxemia com LPS (2mg/kg/de massa de peso corporal) e divididos em 9 grupos: controle (n=10), endotóxico(n=10), endotóxico tratados com Dobutamina na dose de 5 e 15 μg /kg/min (n=10), Isoproterenol(n=10), ressuscitação volêmica (n=10) e ressuscitação volêmica associada à Dobutamina 5 (n=10) e 15 μg/kg/min (n=4) e Isoproterenol (n=4). Foram comparados os resultados de recuperação da densidade capilar funcional ao longo do tempo entre os grupos, e obteve-se resultado estatisticamente significativo no grupo em que se usa Dobutamina de 5μg/kg/min associada à ressuscitação volêmica p< 0,05. Em conclusão este estudo mostra que o papel da ressuscitação volêmica é crucial na resposta da microcirculação para melhorar a densidade capilar funcional, que a velocidade da hemácia capilar tem relação direta com a melhora na perfusão tecidual e que a associação de recuperação volêmica com solução salina e Dobutamina na dose de 5 μg /kg /min melhora significativamente sua resposta e melhora a perfusão.

Benefício da natação em modelo experimental de doença gordurosa hepática não alcoólica e síndrome metabólica

O acúmulo crônico de gordura no fígado (doença hepática gordurosa não alcoólica ou esteatose hepática não alcoólica - NAFLD) está fortemente associada com a obesidade e a resistência à insulina. O estudo teve como objetivo investigar o efeito do exercício físico (natação) na redução da esteatose hepática e comorbidades associadas, incluindo a expressão hepática de síntese de ácidos graxos e receptor proliferador de peroxissoma atividade alfa. Camundongos machos C57BL/6 foram divididos em dois grandes grupos de acordo com a dieta durante 22 semanas: dieta padrão (10% de gordura, SC) ou dieta rica em gordura (60% de gordura, HF), caracterizando os grupos sedentários SC-Sed e HF-Sed. Nas últimas 10 semanas do experimento, metade dos grupos sedentários foram submetidos ao protocolo de natação com um aumento progressivo no tempo (6/dia até 60/dia, 5x/semana), caracterizando os grupos exercitados: SC-Ex e HF-Ex. No final do experimento, comparado ao grupo SC-Sed, o grupo HF-Sed teve a massa corporal significativamente superior, hiperglicemia, hiperinsulinemia com resistência à insulina, hipertrofia dos adipócitos (com infiltrado inflamatório), hipertrofia das ilhotas pancreáticas, dislipidemia, alteração das enzimas hepáticas e inflamatórias e NAFLD com mudanças na expressão de proteínas hepáticas lipogênicas e oxidativas. O programa de natação, mesmo concomitante com a dieta rica em gordura, reduziu o excesso de peso e todos os outros resultados, especialmente a NAFLD. Os resultados permitem concluir que a natação pode atenuar os efeitos deletérios de uma dieta rica em gorduras combinado com estilo de vida sedentário em camundongos. Estes dados reforçam a idéia que o exercício físico pode ser considerado uma estratégia terapêutica não farmacológica eficaz no tratamento da NAFLD, obesidade e resistência à insulina.

Spin-helical Dirac states in graphene induced by polar-substrate surfaces with giant spin-orbit interaction: a new platform for spintronics

Spintronics, or spin electronics, is aimed at efficient control and manipulation of spin degrees of freedom in electron systems. To comply with demands of nowaday spintronics, the studies of electron systems hosting giant spin-orbit-split electron states have become one of the most important problems providing us with a basis for desirable spintronics devices. In construction of such devices, it is also tempting to involve graphene, which has attracted great attention because of its unique and remarkable electronic properties and was recognized as a viable replacement for silicon in electronics. In this case, a challenging goal is to lift spin degeneracy of graphene Dirac states. Here, we propose a novel pathway to achieve this goal by means of coupling of graphene and polar-substrate surface states with giant Rashba-type spin-splitting. We theoretically demonstrate it by constructing the graphene@BiTeCl system, which appears to possess spin-helical graphene Dirac states caused by the strong interaction of Dirac and Rashba electrons. We anticipate that our findings will stimulate rapid growth in theoretical and experimental investigations of graphene Dirac states with real spin-momentum locking, which can revolutionize the graphene spintronics and become a reliable base for prospective spintronics applications.

Quantificação das células estreladas ativadas / miofibroblastos e análise da apoptose das células do fígado durante a terapia celular na fibrose hepática em ratos

A fibrose hepática é o resultado de uma resposta cicatrizante frente a repetidas lesões no fígado, e é caracterizada pelo acúmulo excessivo de proteínas da matriz extracelular (MEC) no parênquima hepático, incluindo colágeno, fibronectina, elastina, laminina e proteoglicanos, com a participação de diferentes populações celulares do fígado. As principais células responsáveis pela síntese de proteínas da MEC na fibrose hepática são as células estreladas hepáticas ativadas e os miofibroblastos, que surgem após estímulo inflamatório e são caracterizadas pela expressão de alfa-actina de músculo liso (α-SMA). Sabe-se que durante a progressão da fibrose hepática, ocorre a morte de hepatócitos e sua substituição por células fibrogênicas α-SMA+. A apoptose dessas células fibrogênicas é de grande relevância para a regressão da fibrose e regeneração hepática. Nos últimos anos, a terapia com células tronco de medula óssea tem sido utilizada para estimular a regeneração hepática em diferentes modelos experimentais e protocolos clínicos. A fração mononuclear da medula óssea adulta possui duas populações de células-tronco importantes no tratamento de diversas doenças hepáticas: células-tronco hematopoiéticas e células-tronco mesenquimais. O objetivo deste estudo foi analisar a expressão de α-SMA e o processo de apoptose de células hepáticas durante a fibrose hepática induzida por ligadura do ducto biliar (LDB) e após o transplante de células mononucleares de medula óssea (CMMO). Os fígados foram coletados de ratos dos seguintes grupos: normal, 14 dias de LDB, 21 dias de LDB e animais que receberam CMMO após 14 dias de LDB, e foram analisados após 7 dias (totalizando 21 dias de LDB). Para quantificar a expressão de α-SMA por células fibrogênicas nos grupos experimentais, foi realizada imunoperoxidase para α-SMA, seguida de morfometria no programa Image Pro Plus. Para analisar a apoptose nas células hepáticas, foi realizada imunoperoxidase e Western Blotting (WB) para caspase-3 (proteína apoptótica) e imunofluorescência com dupla-marcação para caspase-3 e α-SMA, seguida de observação em microscópio confocal. Os resultados da quantificação de α-SMA por morfometria mostraram que a expressão de α-SMA aumentou significativamente 14 e 21 dias após a LDB. Entretanto, essa expressão diminuiu significativamente no grupo tratado com CMMO, que apresentou parênquima hepático mais preservado em relação ao grupo com 21 dias de LDB. Os resultados de imunoperoxidase, WB e microscopia confocal para expressão de caspase-3 demonstraram que essa proteína diminuiu nos animais fibróticos com 14 e 21 dias de LDB com relação ao grupo normal, e estava significativamente elevada no grupo tratado com CMMO. A análise por microscopia confocal demonstrou que algumas células coexpressaram α-SMA e caspase-3 nos animais tratados com CMMO, sugerindo a morte de células fibrogênicas e remodelamento do parênquima hepático.

Remodelamento do fígado, pâncreas e tecido adiposo em modelo experimental de síndrome metabólica tratado com telmisartana, sitagliptina e metformina

A intervenção farmacológica pode minimizar ou até mesmo reverter o remodelamento adverso em órgãos num modelo de síndrome metabólica. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos das monoterapias e associações medicamentosas sobre a morfologia do tecido adiposo, remodelamento hepático e pancreático em camundongos C57bl/6 alimentados com dieta very high-fat. Camundongos C57bl/6 machos foram alimentados com dieta very high-fat (HF, 60% de lipídios) ou dieta padrão (SC, 10% de lipídios) por 10 semanas, quando foram iniciados os tratamentos: HF-T (HF + Telmisartana, 5.2mg/Kg/dia), HF-S (HF + Sitagliptina, 1.08g/Kg/dia), HF-M (HF + Metformina, 310.0mg/Kg/dia) e as associações medicamentosas HF-TM, HF-TS e HF-SM. Os grupos tratados também tiveram livre acesso à dieta high fat e os tratamentos duraram 6 semanas. Técnicas morfométricas, estereológicas, imunohistoquímicas, ELISA, western blotting e microscopia eletrônica foram utilizadas. A dieta high-fat causou sobrepeso, intolerância oral à glucose, hiperinsulinemia, hipertrofia de ilhotas e adipócitos, grau 2 de esteatose hepatica (<33%) redução da expressão de PPAR-alfa e de GLUT-2, concomitante com aumento da expressão de SREBP-1 no grupo HF (P<0.0001). Por outro lado, todos os tratamentos resultaram em perda de peso significativa, reversão da resistência à insulina, hipertrofia de ilhotas e adipócitos e alívio da esteatose hepática. Somente os grupos HF-T e HF-TS apresentaram massa corporal similar ao grupo SC ao final do experimento, sendo que o ultimo também apresentou reversão da esteatose hepática. O aumento da expressão do PPAR-alfa paralelamente ao decréscimo da expressão do SREBP-1 explica os achados favoráveis para o fígado. A normalização do tamanho do adipócito foi consistente com os níveis maiores de adiponectina e com a redução dos níveis de TNF-alfa (P<0.0001) nos grupos tratados.Todos os tratamentos foram eficazes para controlar a síndrome metabólica. Os melhores resultados foram alcançados com a telmisartana e sitagliptina como monoterapias ou como associação entre essas, combinando a ativação parcial do PPAR-alfa no fígado com a extensão do tempo de ação das incretinas

Si underlayer induced nano-ablation in AgInSbTe thin films

AgInSbTelSi thin films on glass substrates are prepared by dc magnetron sputtering at room temperature. Using Si underlayer as the thermal diffusion layer, the super-resolution nano-ablation holes with a size of 70nm in the AgInSbTe phase change films are obtained by a far-field focused laser experimental setup, with laser wavelength 405nm and objective-lens numerical aperture 0.90. The nano-ablation formation mechanism is analysed and discussed via the thermal diffusion of sample structures.

Laser pulse induced bumps in chalcogenide phase change films

Formation of bumps in chalcogenide phase change thin films during the laser writing process is theoretically and experimentally investigated. The process involves basically fast heating and quenching stages. Circular bumps are formed after cooling, and the shape and size of the bumps depend on various parameters such as temperatures, laser power, beam size, laser pulse duration, etc. In extreme cases, holes are formed at the apex of the bumps. To understand the bumps and their formation is of great interest for data storage. In the present work, a theoretical model is established for the formation process, and the geometric characters of the formed bumps can be analytically and quantitatively evaluated from various parameters involved in the formation. Simulations based on the analytic solution are carried out taking Ag8In14Sb55Te23 as an example. The results are verified with experimental observations of the bumps. (C) 2008 American Institute of Physics.

Generation of 1.5-12 ns width-tunable 532 nm pulses by adopting laser-induced plasma shutter technique

The pulse-shaping technique has found widespread applications in nonlinear optics and material processing. Experimental research on laser-induced plasma shutter to control the 532 nm pulse width is conducted. The impacts of the total pulse output energy on pulse compression are investigated, and a useful conclusion can be drawn that there exists an optimal value of pulse energy at which the shortest output pulse of 3.23 ns can be obtained without a device for delay-time. Once the device for delay-time is employed to change the optical differences between two laser paths, the pulse width can be further shortened to 1.51 ns. In short, the 1.5-12 ns width-tunable 532 nm laser pulses have been obtained by adopting the laser-induced plasma shutter technique. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Effect of PbO on precipitation of laser-induced gold nanoparticles inside silicate glasses

We report on three-dimensional precipitation of Au nanoparticles in gold ions-doped silicate glasses by a femtosecond laser irradiation and further annealing. Experimental results show that PbO addition plays the double roles of inhibiting hole-trapped centers generation and promoting formation and growth of gold nanoparticles. Additionally, glass containing PbO shows an increased non-linear absorption after femtosecond laser irradiation and annealing. The observed phenomena are significant for applications such as fabrications of three-dimensional multi-colored images inside transparent materials and three-dimensional optical memory, and integrated micro-optical switches. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sinalização da grelina no coração de camundongos obesos após hipernutrição durante a lactação

A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta.