Taking a systems-oriented view of phosphorous enrichment in fresh waters

Eutrophication of fresh waters through anthropogenic enrichment by phosphorus is a global problem. The role of phosphorus enrichment in the formation of blooms of toxic blue-green algae (Cyanobacteria) in fresh waters is well established and of considerable concern in terms of human and animal health, loss of water resources and amenities, threats to fish stocks, and aesthetic considerations. Cultural eutrophication also poses threats to the ecosystem balance in fresh waters, with implications for wildlife. This article examines phosphorus enrichment in fresh waters from a systems perspective, and explores systems solutions that may be helpful in the development of more sustainable policies.

Programming chemical kinetics: engineering dynamic reaction networks with DNA strand displacement

Over the last century, the silicon revolution has enabled us to build faster, smaller and more sophisticated computers. Today, these computers control phones, cars, satellites, assembly lines, and other electromechanical devices. Just as electrical wiring controls electromechanical devices, living organisms employ "chemical wiring" to make decisions about their environment and control physical processes. Currently, the big difference between these two substrates is that while we have the abstractions, design principles, verification and fabrication techniques in place for programming with silicon, we have no comparable understanding or expertise for programming chemistry.

In this thesis we take a small step towards the goal of learning how to systematically engineer prescribed non-equilibrium dynamical behaviors in chemical systems. We use the formalism of chemical reaction networks (CRNs), combined with mass-action kinetics, as our programming language for specifying dynamical behaviors. Leveraging the tools of nucleic acid nanotechnology (introduced in Chapter 1), we employ synthetic DNA molecules as our molecular architecture and toehold-mediated DNA strand displacement as our reaction primitive.

Abstraction, modular design and systematic fabrication can work only with well-understood and quantitatively characterized tools. Therefore, we embark on a detailed study of the "device physics" of DNA strand displacement (Chapter 2). We present a unified view of strand displacement biophysics and kinetics by studying the process at multiple levels of detail, using an intuitive model of a random walk on a 1-dimensional energy landscape, a secondary structure kinetics model with single base-pair steps, and a coarse-grained molecular model that incorporates three-dimensional geometric and steric effects. Further, we experimentally investigate the thermodynamics of three-way branch migration. Our findings are consistent with previously measured or inferred rates for hybridization, fraying, and branch migration, and provide a biophysical explanation of strand displacement kinetics. Our work paves the way for accurate modeling of strand displacement cascades, which would facilitate the simulation and construction of more complex molecular systems.

In Chapters 3 and 4, we identify and overcome the crucial experimental challenges involved in using our general DNA-based technology for engineering dynamical behaviors in the test tube. In this process, we identify important design rules that inform our choice of molecular motifs and our algorithms for designing and verifying DNA sequences for our molecular implementation. We also develop flexible molecular strategies for "tuning" our reaction rates and stoichiometries in order to compensate for unavoidable non-idealities in the molecular implementation, such as imperfectly synthesized molecules and spurious "leak" pathways that compete with desired pathways.

We successfully implement three distinct autocatalytic reactions, which we then combine into a de novo chemical oscillator. Unlike biological networks, which use sophisticated evolved molecules (like proteins) to realize such behavior, our test tube realization is the first to demonstrate that Watson-Crick base pairing interactions alone suffice for oscillatory dynamics. Since our design pipeline is general and applicable to any CRN, our experimental demonstration of a de novo chemical oscillator could enable the systematic construction of CRNs with other dynamic behaviors.

Optimization of the pyrolysis process for the production of a biomass derived reducing agent and hydrogen-rich gases

221 p.

A Estratégia de Saúde da Família e sua proposta de (re)estruturação do modelo assistencial do SUS: a perspectiva de quem molda sua operacionalização

O olhar reflexivo sobre a implementação de programas/projetos de saúde pressupõe a elucidação dos modos pelos quais ocorrem as conexões entre a formulação e suas diretrizes e a operacionalização nos serviços de saúde. Portanto, o presente estudo centra seu olhar investigativo em questões da dimensão avaliativa voltadas para o planejamento e gestão de sistema local de saúde, assim como para a produção de tecnologias de planejamento e avaliação em saúde. Centrado na Atenção Básica, especialmente no Programa de Saúde da Família (PSF), o estudo buscou analisar tal estratégia levando em consideração as quatro grandes dimensões de reestruturação preestabelecidas pelo MS: (re)estruturação do modelo assistencial do SUS; (re)estruturação da demanda para os outros níveis do sistema; (re)estruturação dos processos de trabalho e das práticas em saúde, e (re)estruturação dos gastos no modelo assistencial do SUS. O trabalho define as dimensões de (re)estruturação do modelo assistencial e dos processos de trabalho e das práticas em saúde como objeto de estudo. Para tanto, propõe, inicialmente, compreender o contexto que molda a operacionalização do PSF, para perceber a dinâmica que se coloca, reprodução ou reestruturação da estrutura. Tomando como referencial o modelo de Estratificação do Agente de Giddens (1984), buscamos através de entrevistas com os profissionais das equipes de Saúde da Família perceber a compreensão teórica e a narrativa das práticas sobre alguns pressupostos básicos apontados pelo MS como potencializadores da capacidade de reestruturação do PSF e que são por eles operacionalizados no cotidiano de suas práticas. Os profissionais das equipes estudadas se identificam como agentes de mudança. E sendo agentes deste processo de reestruturação sofrem influencia da estrutura social (PSF e seus princípios) como também a influenciam, enquanto sujeitos que nela operam. Foi possível mapear um cenário de implantação e um universo bastante significativo de necessidades que chamamos de necessidades cognitivas, aspectos que se interagem influenciando na capacidade ou não de reestruturação do PSF. Em relação à capacidade de (re)estruturação do modelo assistencial do SUS, o momento é de transição entre modelos assistenciais, iniciando um processo, ainda que tímido, de mudança de enfoque, da abordagem curativa para uma abordagem que tende, ainda que fragmentada, a propiciar uma assistência integral, incorporando à oferta de ações curativas, ações programáticas em construção. Barreiras estruturais que se localizam no espaço da cultura institucional de organização dos serviços e consequentemente, dos Sistemas Locais de Saúde também dificultam a reestruturação sob a perspectiva do modelo assistencial. A capacidade de reestruturação dos processos de trabalho e das práticas em saúde parece ser incipiente, no contexto das equipes estudadas. A cultura organizacional dos serviços, a experiência acumulada dos profissionais em unidades organizadas de forma tradicional, associada a processos incipientes de educação permanente, dificultam a apreensão de novas práticas potencializadoras de um processo de trabalho que conjuguem o desenvolvimento compartilhado de projetos terapêuticos integrais, assim como de mecanismos gerenciais ordenados sob o enfoque do planejamento estratégico situacional. Mesmo cientes da complexidade que envolve os processos de reestruturação de modelos assistenciais em saúde, partimos da premissa de que a capacidade de reestruturação proposta pela Saúde da Família é possível, porque visa a mudança no modelo de produção da saúde, o qual é definido pelos mecanismos de gestão, mas também pelo modo com os profissionais de saúde operam no cotidiano seus processos de trabalho. Partindo desse pressuposto, o presente estudo optou em tomar como objeto de análise o cotidiano dos processos de trabalho dos profissionais das equipes de Saúde da Família. Num primeiro momento, o estudo buscou compreender o contexto que molda e condiciona a produção da saúde identificando a compreensão teórica e a narrativa da prática dos sujeitos que operam no PSF no cotidiano. O segundo momento do estudo resultou do primeiro, quando foi evidenciada a ausência, nos processos de trabalho das equipes, de um raciocínio programático que as orientasse na organização da oferta de ações de saúde às suas populações adscritas, direcionando para a abordagem das necessidades em saúde, contribuindo no reordenamento das práticas, conjugando as capacidades de trabalho potencial e real das equipes. Sendo assim, foi desenvolvida uma proposta de programação em saúde, ancorada no pressuposto central da programação, ou seja, no cotidiano das equipes de Saúde da Família. Ordenada pelas operações diagnóstica e normativa a proposta trabalhou com a análise das coberturas de produção Ideal (normativa), Real (quantitativo de procedimentos realizados pelo profissional durante um determinado espaço de tempo, oficialmente informada) e Potencial (Semana Típica de produção planejada).

Distribution of Healthcare resources II.Study and Comparison of a Linear Programming Problem and its Dual. Resolution and Evaluation of a Practical Case and its Programming using Excel and Win QSB.

[EN]This research had as primary objective to model different types of problems using linear programming and apply different methods so as to find an adequate solution to them. To achieve this objective, a linear programming problem and its dual were studied and compared. For that, linear programming techniques were provided and an introduction of the duality theory was given, analyzing the dual problem and the duality theorems. Then, a general economic interpretation was given and different optimal dual variables like shadow prices were studied through the next practical case: An aesthetic surgery hospital wanted to organize its monthly waiting list of four types of surgeries to maximize its daily income. To solve this practical case, we modelled the linear programming problem following the relationships between the primal problem and its dual. Additionally, we solved the dual problem graphically, and then we found the optimal solution of the practical case posed through its dual, following the different theorems of the duality theory. Moreover, how Complementary Slackness can help to solve linear programming problems was studied. To facilitate the solution Solver application of Excel and Win QSB programme were used.

Low-temperature hydrothermal growth of oriented [0001] ZnO film

Well-aligned ZnO films have been successfully prepared by using low-temperature hydrothermal approach on (0001) sapphire substrates that were pre-coated with a ZnO nano-layer by dip-coating. The characterizations of scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) indicate that the ZnO films consist of hexagonal rods that grow along the c axis based on the sapphire substrates. It is found that the size of ZnO rods can be adjusted by an aqueous solution with some methenamine. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.