Morphology dependence of the dielectric properties of epitaxial BaTiO3 films and epitaxial BaTiO3/SrTiO3 multilayers

Epitaxial BaTiO3 films and epitaxial BaTiO3/SrTiO3 multilayers were grown by pulsed laser deposition on vicinal surfaces of (001)-oriented Nb-doped SrTiO3 (SrTiO3:Nb) single-crystal substrates. Atomic force microscopy was used to investigate the surface topography of the deposited films. The morphology of the films, of the BaTiO3/SrTiO3 interfaces, and of the column boundaries was investigated by cross-sectional high-resolution transmission electron microscopy. Measurements of the dielectric properties were performed by comparing BaTiO3 films and BaTiO3/SrTiO3 multilayers of different numbers of individual layers, but equal overall thickness. The dielectric loss saturates for a thickness above 300 nm and linearly decreases with decreasing film thickness below a thickness of 75 nm. At the same thickness of 75 nm, the thickness dependence of the dielectric constant also exhibits a change in the linear slope both for BaTiO3 films and BaTiO3/SrTiO3 multilayers. This behaviour is explained by the change observed in the grain morphology at a thickness of 75 nm. For the thickness dependence of the dielectric constant, two phenomenological models are considered, viz. a 'series-capacitor' model and a 'dead-layer' model.

A coiled-coil-repeat protein 'Ccrp' in Bdellovibrio bacteriovorus prevents cellular indentation, but is not essential for vibroid cell morphology

Bdellovibrio bacteriovorus are small, vibroid, predatory bacteria that grow within the periplasmic space of a host Gram-negative bacterium. The intermediate-filament (IF)-like protein crescentin is a member of a broad class of IF-like, coiled-coil-repeat-proteins (CCRPs), discovered in Caulobacter crescentus, where it contributes to the vibroid cell shape. The B. bacteriovorus genome has a single ccrp gene encoding a protein with an unusually long, stutter-free, coiled-coil prediction; the inactivation of this did not alter the vibriod cell shape, but caused cell deformations, visualized as chiselled insets or dents, near the cell poles and a general 'creased' appearance, under the negative staining preparation used for electron microscopy, but not in unstained, frozen, hydrated cells. Bdellovibrio bacteriovorus expressing 'teal' fluorescent protein (mTFP), as a C-terminal tag on the wild-type Ccrp protein, did not deform under negative staining, suggesting that the function was not impaired. Localization of fluorescent Ccrp-mTFP showed some bias to the cell poles, independent of the cytoskeleton, as demonstrated by the addition of the MreB-specific inhibitor A22. We suggest that the Ccrp protein in B. bacteriovorus contributes as an underlying scaffold, similar to that described for the CCRP protein FilP in Streptomyces coelicolor, preventing cellular indentation, but not contributing to the vibroid shape of the B. bacteriovorus cells.

Effects of Parasitism and Morphology on Squirrelpox Virus Seroprevalence in Grey Squirrels (Sciurus carolinensis)

Invasive species have been cited as major causes of population extinctions in several animal and plant classes worldwide. The North American grey squirrel (Sciurus carolinensis) has a major detrimental effect on native red squirrel (Sciurus vulgaris) populations across Britain and Ireland, in part because it can be a reservoir host for the deadly squirrelpox virus (SQPV). Whilst various researchers have investigated the epizootiology of SQPV disease in grey squirrels and have modelled the consequent effects on red squirrel populations, less work has examined morphological and physiological characteristics that might make individual grey squirrels more susceptible to contracting SQPV. The current study investigated the putative relationships between morphology, parasitism, and SQPV exposure in grey squirrels. We found geographical, sex, and morphological differences in SQPV seroprevalence. In particular, larger animals, those with wide zygomatic arch widths (ZAW), males with large testes, and individuals with concurrent nematode and/or coccidial infections had an increased seroprevalence of SQPV. In addition, males with larger spleens, particularly those with narrow ZAW, were more likely to be exposed to SQPV. Overall these results show that there is variation in SQPV seroprevalence in grey squirrels and that, consequently, certain individual, or populations of, grey squirrels might be more responsible for transmitting SQPV to native red squirrel populations.

ALMA-resolved salt emission traces the chemical footprint and inner wind morphology of VY Canis Majoris

(abreviated) We aim to study the inner-wind structure (R<250 Rstar) of the well-known red supergiant VY CMa. We analyse high spatial resolution (~0".24x0".13) ALMA Science Verification (SV) data in band 7 in which four thermal emission lines of gaseous sodium chloride (NaCl) are present at high signal-to-noise ratio. For the first time, the NaCl emission in the inner wind region of VY CMa is spatially resolved. The ALMA observations reveal the contribution of up to four different spatial regions. The NaCl emission pattern is different compared to the dust continuum and TiO2 emission already analysed from the ALMA SV data. The emission can be reconciled with an axisymmetric geometry, where the lower density polar/rotation axis has a position angle of ~50 degrees measured from north to east. However, this picture can not capture the full morphological diversity, and discrete mass ejection events need to be invoked to explain localized higher-density regions. The velocity traced by the gaseous NaCl line profiles is significantly lower than the average wind terminal velocity, and much slower than some of the fastest mass ejections, signalling a wide range of characteristic speeds for the mass loss. Gaseous NaCl is detected far beyond the main dust condensation region. Realising the refractory nature of this metal halide, this hints at a chemical process preventing all NaCl from condensing onto dust grains. We show that in the case of the ratio of the surface binding temperature to the grain temperature being ~50, only some 10% of NaCl remains in gaseous form, while for lower values of this ratio thermal desorption efficiently evaporates NaCl. Photodesorption by stellar photons seems not to be a viable explanation for the detection of gaseous NaCl at 220 Rstar from the central star, and instead, we propose shock-induced sputtering driven by localized mass ejection events as alternative.

Computerized key to the genus Bursaphelenchus Fuchs, analysis of species clusters based on morphology, using information of insect vectors and associated plants, with a revision of the genus.

The genus Bursaphelenchus includes B. xylophilus (Steiner et Buhrer, 1934) Nickle, 1981, which is of world economic and quarantine importance. Distinction among several species of the pinewood nematodes species complex (PWNSC) is often difficult. Besides standard morphology, morphometrics and molecular biology, new tools are welcome to better understand this group. The computerized (or e-) key of this genus, presented in this communication, includes 74 species (complete list of valid species of the world fauna) and 35 characters, that were used by the taxonomic experts of this group, in the original descriptions. Morphology of sex organs (male spicules and female vulval region) was digitized and classified to distinguish alternative types. Several qualitative characters with overlapping character states (expressions) were transformed into the morphometric indices with the discontinuous ranges (characters of ratios of the spicule dimensions). Characters and their states (expressions) were illustrated in detail and supplied by brief user-friendly comments. E-key was created in the BIKEY identification system (Dianov & Lobanov, 1996-2004). The system has built-algorithm ranging characters depending on their diagnostic values at each step of identification. Matrix of species and the character states (structural part of the e-key database) may be easily transformed using statistical packages into the dendrograms of general phenetic similarities (UPGMA, standard distance: mean character difference). It may be useful in the detailed analysis of taxonomy and evolution of the genus and in its splitting to the species groups based on morphology. The verification of the dendrogram using the information on the species links with insect vectors and their associated plants, provided an opportunity to recognize the five clusters (xylophilus, hunti, eremus sensu stricto, tusciae and piniperdae sensu stricto), which seem to be the natural species groups. The hypothesis about the origin and the first stages of the genus evolution is proposed. A general review of the genus Bursaphelenchus is presented.

On the vulval morphology of some species of Bursaphelenchus (Nematoda: Parasitaphelenchinae)

The vulval pattern of six species of the genus Bursaphelenchus (B. abruptus, B. conicaudatus, B. fraudulentus, B. luxuriosae, B. mucronatus and B. xylophilus) was studied using scanning electron microscopy. A terminology for the vulval region structures observed is proposed herein and illustrated by micrographs and line drawings. It was shown that, of the studied species, only B. mucronatus and B. xylophilus share an identical morphology of the vulval region, all other species differing significantly from each other and from both B. mucronatus and B. xylophilus. This study indicates the diagnostic potential for variation in vulval morphology within Bursaphelenchus and it is recommended that such features are recorded in all future descriptions.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

PP1 interactomes as a means of characterizing protein functions

A maioria das funções celulares, incluindo expressão de genes, crescimento e proliferação celulares, metabolismo, morfologia, motilidade, comunicação intercelular e apoptose, é regulada por interações proteína-proteína (IPP). A célula responde a uma variedade de estímulos, como tal a expressão de proteínas é um processo dinâmico e os complexos formados são constituídos transitoriamente mudando de acordo com o seu ciclo funcional, adicionalmente, muitas proteínas são expressas de uma forma dependente do tipo de célula. Em qualquer instante a célula pode conter cerca de centenas de milhares de IPPs binárias, e encontrar os companheiros de interação de uma proteína é um meio de inferir a sua função. Alterações em redes de IPP podem também fornecer informações acerca de mecanismos de doença. O método de identificação binário mais frequentemente usado é o sistema Dois Hibrido de Levedura, adaptado para rastreio em larga escala. Esta metodologia foi aqui usada para identificar os interactomas específicos de isoforma da Proteína Fosfatase 1 (PP1), em cérebro humano. A PP1 é uma proteína fosfatase de Ser/Thr envolvida numa grande variedade de vias e eventos celulares. É uma proteína conservada codificada por três genes, que originam as isoformas α, β, e γ, com a última a originar γ1 e γ2 por splicing alternativo. As diferentes isoformas da PP1 são reguladas pelos companheiros de interação – proteínas que interagem com a PP1 (PIPs). A natureza modular dos complexos da PP1, bem como a sua associação combinacional, gera um largo reportório de complexos reguladores e papéis em circuitos de sinalização celular. Os interactomas da PP1 específicos de isofoma, em cérebro, foram aqui descritos, com um total de 263 interações identificadas e integradas com os dados recolhidos de várias bases de dados de IPPs. Adicionalmente, duas PIPs foram selecionadas para uma caracterização mais aprofundada da interação: Taperina e Sinfilina-1A. A Taperina é uma proteína ainda pouco descrita, descoberta recentemente como sendo uma PIP. A sua interação com as diferentes isoformas da PP1 e localização celulares foram analisadas. Foi descoberto que a Taperina é clivada e que está presente no citoplasma, membrana e núcleo e que aumenta os níveis de PP1, em células HeLa. Na membrana ela co-localiza com a PP1 e a actina e uma forma mutada da Taperina, no motivo de ligação à PP1, está enriquecida no núcleo, juntamente com a actina. Mais, foi descoberto que a Taperina é expressa em testículo e localiza-se na região acrossómica da cabeça do espermatozoide, uma estrutura onde a PP1 e a actina estão também presentes. A Sinfilina-1A, uma isoforma da Sinfilina-1, é uma proteína com tendência para agregar e tóxica, envolvida na doença de Parkinson. Foi mostrado que a Sinfilina-1A liga às isoformas da PP1, por co-transformação em levedura, e que mutação do seu motivo de ligação à PP1 diminuiu significativamente a interação, num ensaio de overlay. Quando sobre-expressa em células Cos-7, a Sinfilina-1A formou corpos de inclusão onde a PP1 estava presente, no entanto a forma mutada da Sinfilina-1A também foi capaz de agregar, indicando que a formação de inclusões não foi dependente de ligação à PP1. Este trabalho dá uma nova perspetiva dos interactomas da PP1, incluindo a identificação de dezenas de companheiros de ligação específicos de isoforma, e enfatiza a importância das PIPs, não apenas na compreensão das funções celulares da PP1 mas também, como alvos de intervenção terapêutica.

Image morphology: from perception to rendering

Complete image ontology can be obtained by formalising a top-down meta-language wich must address all possibilities, from global message and composition to objects and local surface properties.

Sperm motility in Solea senegalensis: effect of temperature, salinity, pH and ovarian fluid

A análise da mobilidade seminal é uma ferramenta importante para reprodução em aquacultura. Esta é uma técnica in vitro que auxilia a estabulação, manutenção e selecção de lotes de reprodutores. A análise de mobilidade seminal pode tornar-se potencialmente uma ferramenta para o melhoramento das condições do ambiente de fertilização. A utilização do software CASA (Computer Assisted Sperm Analysis) revolucionou a descrição e quantificação específica da mobilidade seminal. A maioria da informação recolhida sobre mobilidade de sémen de peixes baseia-se em espécies de água doce, pelo que é crucial conhecer as condições óptimas de activação da mobilidade de espermatozóides para novas espécies de de água salgada de interesse em aquacultura tal como Solea senegalensis. A optimização das condições de fertilização desta espécie é particularmente importante já que os lotes de reprodutores em cativeiro podem desenvolver disfunções reprodutoras. Este trabalho teve como objectivo realizar a avaliação das condições óptimas de activação da mobilidade do sémen em S. senegalensis em termos de temperatura, salinidade e pH. O segundo objectivo foi realizar a avaliação da influência de fluido ovárico homólogo (S. senegalensis) e heterólogo (Epinephelus marginatus) na mobilidade seminal de S. senegalensis. Deste modo foram realizados dois conjuntos de experiências: 1) mobilidade de sémen de 7 machos analisado através do CASA em diferentes temperaturas, salinidades e pH, 2) mobilidade de sémen de 8 machos activados na presença de diferentes concentrações de fluido ovárico. Os parâmetros do CASA foram registados e posteriormente analisados através de médias e cluster analysis. Concluiu-se que temperaturas mais elevadas (20 ºC) e baixas salinidades (25 ‰ e 30 ‰) da solução de activação ocorre um melhoramento das características de mobilidade seminal, tal como a velocidade. A presença de fluido ovárico em baixas concentrações melhora as características da mobilidade seminal assim como a longevidade dos espermatozóides. O fluido ovárico é consequentemente um factor que estimula a mobilidade seminal que tem sido negligenciado em estudos anteriores. Este estudo demonstrou que durante a época de reprodução a temperatura da água (20 ºC) e a salinidade (25 ‰ e 30 ‰) no tanque são os principais factores que melhoram a activação da mobilidade do sémen, sendo consequentemente uma contribuição importante para compreender a dinâmica do processo de fertilização em S. senegalensis.

Potential biomarkers on gametogenesis process and in sperm quality of european EEL (Anguilla anguilla)

Dissertação de mestrado, Aquacultura, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Development and standardization of a protocol for sperm cryopreservation of two important commercial oyster species

Dissertação de mestrado, Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Identifying the Influence of Channel Morphology on Physical Habitat Availability for Native Fish: Application to the Two-spined Blackfish (Gadopsis bispinosus) in the Cotter River, Australia.

The impact of channel morphology and flow on physical habitat availability for the two-spined blackfish (Gadopsis bispinosus) was assessed in the Cotter River, ACT, Australia. Physical habitat requirements for three life stages were identified based on previous field sampling in the Cotter River. Two sites were selected with contrasting channel morphology: Spur Hole, with a moderate gradient and runs and glides, and Vanity’s Crossing, with a steeper gradient, rapids, and fast-flowing pools. Physical Habitat Simulation System (PHABSIM) was used to simulate the flow v. physical habitat availability relationship for each life stage at both sites. Clear differences were apparent between sites, with Spur Hole characterised by increasing habitat with increasing flow and Vanity’s Crossing showing the opposite relationship. The nature of the channel morphology determined this difference, with Spur Hole characterised by marginal zones becoming inundated at higher flows and providing additional suitable physical habitat as discharge increases. Vanity’s Crossing does not contain similar marginal zones. Further analysis demonstrated that high water velocity was the most important factor limiting physical habitat availability at both sites. This approach demonstrates the importance of channel morphology in determining physical habitat availability and an alternative use of PHABSIM to highlight limiting factors for target species.

Modulation of a cytoskeletal calpain-like protein induces major transitions in trypanosome morphology

Individual eukaryotic microbes, such as the kinetoplastid parasite Trypanosoma brucei, have a defined size, shape, and form yet transition through life cycle stages, each having a distinct morphology. In questioning the structural processes involved in these transitions, we have identified a large calpain-like protein that contains numerous GM6 repeats (ClpGM6) involved in determining T. brucei cell shape, size, and form. ClpGM6 is a cytoskeletal protein located within the flagellum along the flagellar attachment zone (FAZ). Depletion of ClpGM6 in trypomastigote forms produces cells with long free flagella and a shorter FAZ, accompanied by repositioning of the basal body, the kinetoplast, Golgi, and flagellar pocket, reflecting an epimastigote-like morphology. Hence, major changes in microbial cell form can be achieved by simple modulation of one or a few proteins via coordinated association and positioning of membrane and cytoskeletal components.