Performance-Driven Microfabrication-Oriented Methodology for MEMS Conceptual Design with Application in Microfluidic Device Design

Performance and manufacturability are two important issues that must be taken into account during MEMS design. Existing MEMS design models or systems follow a process-driven design paradigm, that is, design starts from the specification of process sequence or the customization of foundry-ready process template. There has been essentially no methodology or model that supports generic, high-level design synthesis for MEMS conceptual design. As a result, there lacks a basis for specifying the initial process sequences. To address this problem, this paper proposes a performance-driven, microfabrication-oriented methodology for MEMS conceptual design. A unified behaviour representation method is proposed which incorporates information of both physical interactions and chemical/biological/other reactions. Based on this method, a behavioural process based design synthesis model is proposed, which exploits multidisciplinary phenomena for design solutions, including both the structural components and their configuration for the MEMS device, as well as the necessary substances for the chemical/biological/other reactions. The model supports both forward and backward synthetic search for suitable phenomena. To ensure manufacturability, a strategy of using microfabrication-oriented phenomena as design knowledge is proposed, where the phenomena are developed from existing MEMS devices that have associated MEMS-specific microfabrication processes or foundry-ready process templates. To test the applicability of the proposed methodology, the paper also studies microfluidic device design and uses a micro-pump design for the case study.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

On the design of education conditional cash transfer programs and non education outcomes: the case of teenage pregnancy

We investigate the effect of education Conditional Cash Transfer programs (CCTs) on teenage pregnancy. Our main concern is with how the size and sign of the effect may depend on the design of the program. Using a simple model we show that an education CCT that conditions renewal on school performance reduces teenage pregnancy; the program can increase teenage pregnancy if it does not condition on school performance. Then, using an original data base, we estimate the causal impact on teenage pregnancy of two education CCTs implemented in Bogot´a (Subsidio Educativo, SE, and Familias en Acci´on, FA); both programs differ particularly on whether school success is a condition for renewal or not. We show that SE has negative average effect on teenage pregnancy while FA has a null average effect. We also find that SE has either null or no effect for adolescents in all age and grade groups while FA has positive, null or negative effects for adolescents in different age and grade groups. Since SE conditions renewal on school success and FA does not, we can argue that the empirical results are consistent with the predictions of our model and that conditioning renewal of the subsidy on school success crucially determines the effect of the subsidy on teenage pregnancy

Teaching and learning design and technology : a guide to recent research and its applications.

Este manual presenta un resumen de algunas de las investigaciones más importantes en diseño y tecnología de la última década. Los resultados están relacionados con la enseñanza y el aprendizaje de la tecnología y el diseño en el aula. La investigación es relevante desde el nivel de la enseñanza primaria, secundaria y formación profesional. Abarca la enseñanza de estas materias como un tema separado o como integrado con otras áreas del currículo. Discute el desarrollo de libros de texto, el desarrollo curricular, la organización departamental, el aprendizaje de los niños, y el criterio de evaluación.

Comparing meta-analysis and ecological-longitudinal analysis in time-series studies: a case study of the effects of air pollution on mortality in three Spanish cities

The objective of this paper is to introduce a diVerent approach, called the ecological-longitudinal, to carrying out pooled analysis in time series ecological studies. Because it gives a larger number of data points and, hence, increases the statistical power of the analysis, this approach, unlike conventional ones, allows the complementation of aspects such as accommodation of random effect models, of lags, of interaction between pollutants and between pollutants and meteorological variables, that are hardly implemented in conventional approaches. Design—The approach is illustrated by providing quantitative estimates of the short-termeVects of air pollution on mortality in three Spanish cities, Barcelona,Valencia and Vigo, for the period 1992–1994. Because the dependent variable was a count, a Poisson generalised linear model was first specified. Several modelling issues are worth mentioning. Firstly, because the relations between mortality and explanatory variables were nonlinear, cubic splines were used for covariate control, leading to a generalised additive model, GAM. Secondly, the effects of the predictors on the response were allowed to occur with some lag. Thirdly, the residual autocorrelation, because of imperfect control, was controlled for by means of an autoregressive Poisson GAM. Finally, the longitudinal design demanded the consideration of the existence of individual heterogeneity, requiring the consideration of mixed models. Main results—The estimates of the relative risks obtained from the individual analyses varied across cities, particularly those associated with sulphur dioxide. The highest relative risks corresponded to black smoke in Valencia. These estimates were higher than those obtained from the ecological-longitudinal analysis. Relative risks estimated from this latter analysis were practically identical across cities, 1.00638 (95% confidence intervals 1.0002, 1.0011) for a black smoke increase of 10 μg/m3 and 1.00415 (95% CI 1.0001, 1.0007) for a increase of 10 μg/m3 of sulphur dioxide. Because the statistical power is higher than in the individual analysis more interactions were statistically significant,especially those among air pollutants and meteorological variables. Conclusions—Air pollutant levels were related to mortality in the three cities of the study, Barcelona, Valencia and Vigo. These results were consistent with similar studies in other cities, with other multicentric studies and coherent with both, previous individual, for each city, and multicentric studies for all three cities

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Molecular quantum similarity in QSAR: applications in computer-aided molecular design

La present tesi està centrada en l'ús de la Teoria de Semblança Quàntica per a calcular descriptors moleculars. Aquests descriptors s'utilitzen com a paràmetres estructurals per a derivar correlacions entre l'estructura i la funció o activitat experimental per a un conjunt de compostos. Els estudis de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat són d'especial interès per al disseny racional de molècules assistit per ordinador i, en particular, per al disseny de fàrmacs. Aquesta memòria consta de quatre parts diferenciades. En els dos primers blocs es revisen els fonaments de la teoria de semblança quàntica, així com l'aproximació topològica basada en la teoria de grafs. Ambdues teories es fan servir per a calcular els descriptors moleculars. En el segon bloc, s'ha de remarcar la programació i implementació de programari per a calcular els anomenats índexs topològics de semblança quàntica. La tercera secció detalla les bases de les Relacions Quantitatives Estructura-Activitat i, finalment, el darrer apartat recull els resultats d'aplicació obtinguts per a diferents sistemes biològics.

Theoretical studies of the exohedral reactivity of fullerene compounds

Des del descobriment del buckminster ful.lerè el 1985, s'ha despertat un interés enorme per entendre la reactivitat química així com les propietats d'aquests compostos. La funcionalització exoèdrica del ful.lerè més abundant, el C60, està força ben establerta. Tanmateix, la investigació en aquest camp encara continua oberta ja que s'han sintetitzat una gran varietat de derivats molt prometedors donades les seves futures aplicacions. La tesi comprèn quinze capítols que contenen set publicacions relacionades. Els primers dos estudis es basen en la reacció Diels-Alder sobre els anomenats metal.loful.lerens endoèdrics TNT X3N@C78, X= Sc, Y. Aquest projecte de investigació està motivat pel desconeixament existent sobre les possibles conseqüències de l'encapsulació del grup X3N. El tercer estudi descriu minuciosament els canvis detectats en la funcionalització exoèdrica un cop s'ha produït l'encapsulació dels diferents gasos nobles. En aquesta tesi s'estudia en detall l'ús de l'aproximació ONIOM per a estudiar reaccions de cicloaddició en compostos ful.lerènics. Els resultats d'aquest projecte són d'alt interès per a la realització dels estudis posteriors sobre la reacció de Diels-Alder i la 1,3-dipolar en ful.lerens i derivats. Finalment, l'última part d'aquesta tesi es basa en les propietats antioxidants de determinats ful.lerens. A l'últim treball inclòs en aquesta tesi s'estudia en detall el mecanismo de reacció per a la eliminació del ió superòxid en presència de ful.lerens.

Studies of dynamics of physical agent ecosystems

This thesis addresses the problem of learning in physical heterogeneous multi-agent systems (MAS) and the analysis of the benefits of using heterogeneous MAS with respect to homogeneous ones. An algorithm is developed for this task; building on a previous work on stability in distributed systems by Tad Hogg and Bernardo Huberman, and combining two phenomena observed in natural systems, task partition and hierarchical dominance. This algorithm is devised for allowing agents to learn which are the best tasks to perform on the basis of each agent's skills and the contribution to the team global performance. Agents learn by interacting with the environment and other teammates, and get rewards from the result of the actions they perform. This algorithm is specially designed for problems where all robots have to co-operate and work simultaneously towards the same goal. One example of such a problem is role distribution in a team of heterogeneous robots that form a soccer team, where all members take decisions and co-operate simultaneously. Soccer offers the possibility of conducting research in MAS, where co-operation plays a very important role in a dynamical and changing environment. For these reasons and the experience of the University of Girona in this domain, soccer has been selected as the test-bed for this research. In the case of soccer, tasks are grouped by means of roles. One of the most interesting features of this algorithm is that it endows MAS with a high adaptability to changes in the environment. It allows the team to perform their tasks, while adapting to the environment. This is studied in several cases, for changes in the environment and in the robot's body. Other features are also analysed, especially a parameter that defines the fitness (biological concept) of each agent in the system, which contributes to performance and team adaptability. The algorithm is applied later to allow agents to learn in teams of homogeneous and heterogeneous robots which roles they have to select, in order to maximise team performance. The teams are compared and the performance is evaluated in the games against three hand-coded teams and against the different homogeneous and heterogeneous teams built in this thesis. This section focuses on the analysis of performance and task partition, in order to study the benefits of heterogeneity in physical MAS. In order to study heterogeneity from a rigorous point of view, a diversity measure is developed building on the hierarchic social entropy defined by Tucker Balch. This is adapted to quantify physical diversity in robot teams. This tool presents very interesting features, as it can be used in the future to design heterogeneous teams on the basis of the knowledge on other teams.

Museum Studies Borderlands: negotiating curriculum and competencies

Given ICTOP‘s work on revising the curriculum guide using the competencies approach (2000-2008), the author asks whether it is possible to reflect some of the issues and conceptual underpinnings that are at play in the discourse of museology/museum studies as a field of study and pedagogy when designing curriculum when taking the competencies approach. Until we address this question, ICTOP‘s work will have little relevance for the design of syllabi/curriculum by post-secondary institutions. This presentation lays out some of the professional issues underlying and the role for critical reflexive professionalism which can bridge theory and practice, competencies and epistemological knowledge and s how a way forward. Then it moves to address some of the territories where critical discussion is at work that would extend the curriculum discussions of ICTOP, while pointing to some developments that offer a museology of possibilities.

A review of studies performed to assess metal uptake by earthworms

Earthworms perform a number of essential functions in soil; the impacts of metals on earthworms are often investigated. In this review we consider the range of earthworm species, types of soil and forms of metal for which metal uptake and accumulation have been studied, the design of these experiments and the quantitative relationships that have been derived to predict earthworm metal body burden. We conclude that there is a need for more studies on earthworm species other than Eisenia fetida in order to apply the large existing database on this earthworm to other, soil dwelling species. To aid comparisons between studies agreement is needed on standard protocols that define exposure and deputation periods and the parameters, such as soil solution composition, soil chemical and physical properties to be measured. It is recommended that more field or terrestrial model ecosystem studies using real contaminated soil rather than metal-amended artificial soils are performed. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

From activity to active learning: drawing and dialogue interaction in virtual learning environments for computer-supported collaborative work in design.

Virtual learning environments (VLEs) would appear to be particular effective in computer-supported collaborative work (CSCW) for active learning. Most research studies looking at computer-supported collaborative design have focused on either synchronous or asynchronous modes of communication, but near-synchronous working has received relatively little attention. Yet it could be argued that near-synchronous communication encourages creative, rhetorical and critical exchanges of ideas, building on each other’s contributions. Furthermore, although many researchers have carried out studies on collaborative design protocol, argumentation and constructive interaction, little is known about the interaction between drawing and dialogue in near-synchronous collaborative design. The paper reports the first stage of an investigation into the requirements for the design and development of interactive systems to support the learning of collaborative design activities. The aim of the study is to understand the collaborative design processes while sketching in a shared white board and audio conferencing media. Empirical data on design processes have been obtained from observation of seven sessions with groups of design students solving an interior space-planning problem of a lounge-diner in a virtual learning environment, Lyceum, an in-house software developed by the Open University to support its students in collaborative learning.

An evaluation of Bayesian designs for dose-escalation studies in healthy volunteers

In this paper, Bayesian decision procedures previously proposed for dose-escalation studies in healthy volunteers are reviewed and evaluated. Modifications are made to the expression of the prior distribution in order to make the procedure simpler to implement and a more relevant criterion for optimality is introduced. The results of an extensive simulation exercise to establish the proper-ties of the procedure and to aid choice between designs are summarized, and the way in which readers can use simulation to choose a design for their own trials is described. The influence of the value of the within-subject correlation on the procedure is investigated and the use of a simple prior to reflect uncertainty about the correlation is explored. Copyright (c) 2005 John Wiley & Sons, Ltd.

Decision-theoretic designs for phase II clinical trials allowing for competing studies

This article describes an approach to optimal design of phase II clinical trials using Bayesian decision theory. The method proposed extends that suggested by Stallard (1998, Biometrics54, 279–294) in which designs were obtained to maximize a gain function including the cost of drug development and the benefit from a successful therapy. Here, the approach is extended by the consideration of other potential therapies, the development of which is competing for the same limited resources. The resulting optimal designs are shown to have frequentist properties much more similar to those traditionally used in phase II trials.

Comparison of sample size formulae for 2x2 cross-over designs applied to bioequivalence studies

We consider the comparison of two formulations in terms of average bioequivalence using the 2 × 2 cross-over design. In a bioequivalence study, the primary outcome is a pharmacokinetic measure, such as the area under the plasma concentration by time curve, which is usually assumed to have a lognormal distribution. The criterion typically used for claiming bioequivalence is that the 90% confidence interval for the ratio of the means should lie within the interval (0.80, 1.25), or equivalently the 90% confidence interval for the differences in the means on the natural log scale should be within the interval (-0.2231, 0.2231). We compare the gold standard method for calculation of the sample size based on the non-central t distribution with those based on the central t and normal distributions. In practice, the differences between the various approaches are likely to be small. Further approximations to the power function are sometimes used to simplify the calculations. These approximations should be used with caution, because the sample size required for a desirable level of power might be under- or overestimated compared to the gold standard method. However, in some situations the approximate methods produce very similar sample sizes to the gold standard method. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.