Characterization of soluble and bound EPS obtained from 2 submerged membrane bioreactors by 3D-EEM and HPSEC

This research study deals with the quantification and characterization of the EPS obtained from two 25 L bench scale membrane bioreactors (MBRs) with micro-(MF-MBR) and ultrafiltration (UF-MBR) submerged membranes. Both reactors were fed with synthetic water and operated for 168 days without sludge extraction, increasing their mixed liquor suspended solid (MLSS) concentration during the experimentation time. The characterization of soluble EPS (EPSs) was achieved by the centrifugation of mixed liquor and bound EPS (EPSb) by extraction using a cationic resin exchange (CER). EPS characterization was carried out by applying the 3-dimensional excitation–emission matrix fluorescence spectroscopy (3D-EEM) and high-performance size exclusion chromatography (HPSEC) with the aim of obtaining structural and functional information thereof. With regard to the 3D-EEM analysis, fluorescence spectra of EPSb and EPSs showed 2 peaks in both MBRs at all the MLSS concentrations studied. The peaks obtained for EPSb were associated to soluble microbial by-product-like (predominantly protein-derived compounds) and to aromatic protein. For EPSs, the peaks were associated with humic and fulvic acids. In both MBRs, the fluorescence intensity (FI) of the peaks increased as MLSS and protein concentrations increased. The FI of the EPSs peaks was much lower than for EPSb. It was verified that the evolution of the FI clearly depends on the concentration of protein and humic acids for EPSb and EPSs, respectively. Chromatographic analysis showed that the intensity of the EPSb peak increased while the concentrations of MLSS did. Additionally, the mean MW calculated was always higher the higher the MLSS concentrations in the reactors. MW was higher for the MF-MBR than for the UF-MBR for the same MLSS concentrations demonstrating that the filtration carried out with a UF membrane lead to retentions of lower MW particles.

Production and Electrical Characterization of Low Density Polyethylene-based Micro- and Nano-dielectrics containing Graphene Oxide, Functionalized Graphene and Carbon Black additives

Oggigiorno la ricerca di nuovi materiali per gradatori di campo da impiegarsi in accessori di cavi ha iniziato a studiare alcuni materiali nano dielettrici con proprietà elettriche non lineari con la tensione ed aventi proprietà migliorate rispetto al materiale base. Per questo motivo in questo elaborato si sono studiati materiali nanostrutturati a base di polietilene a bassa densità (LDPE) contenenti nano polveri di grafene funzionalizzato (G*), ossido di grafene (GO) e carbon black (CB). Il primo obiettivo è stato quello di selezionare e ottimizzare i metodi di fabbricazione dei provini. La procedura di produzione è suddivisa in due parti. Nella prima parte è stata utilizzatala tecnica del ball-milling, mentre nella seconda un pressa termica (thermal pressing). Mediante la spettroscopia dielettrica a banda larga (BDS) si sono misurate le componenti reali e immaginarie della permettività e il modulo della conducibilità del materiale, in tensione alternata. Il miglioramento delle proprietà rispetto al provino di base composto dal solo polietilene si sono ottenute quando il quantitativo delle nanopolveri era maggiore. Le misure sono state effettuate sia a 3 V che a 1 kV. Attraverso misurazioni di termogravimetria (TGA) si è osservato l’aumento della resistenza termica di tutti i provini, soprattutto nel caso quando la % di nanopolveri è maggiore. Per i provini LDPE + 0.3 wt% GO e LDPE + 0.3 wt% G* si è misurata la resistenza alle scariche parziali attraverso la valutazione dell’erosione superficiale dei provini. Per il provino contenente G* è stato registrato una diminuzione del 22% del volume eroso, rispetto al materiale base, mentre per quello contenente GO non vi sono state variazioni significative. Infine si è ricercata la resistenza al breakdown di questi ultimi tre provini sopra citati. Per la caratterizzazione si è fatto uso della distribuzione di Weibull. Lo scale parameter α risulta aumentare solo per il provino LDPE + 0.3 wt% G*.

The comparative characterization of structural heterogeneity of mesoporous activated carbon fibers (ACFs)

The comparative analysis of the most widely used methods of mesoporosity characterization of two activated carbon fibers is presented. Not only the older methods are used, i.e. Barrett, Joyner and Halenda (BJH), Dubinin (the so-called first variant-D-1ST and the so-called second variant-D-2ND), Dollimore and Heal (DH), and Pierce (P) but the recently developed ones, i.e. the method of Nguyen and Do (ND) and that developed by Do (Do) are also applied. Additionally, the method of the characterization of fractality is put to use (fractal analog of FHH isotherm). The results are compared and discussed. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All fights reserved.

Comparative Analysis of Structural and Morphological Properties of Large-Pore Periodic Mesoporous Organosilicas and Pure Silicas

A systematic study on the structural properties and external morphologies of large-pore mesoporous organosilicas synthesized using triblock copolymer EO20PO70EO20 as a template under low-acid conditions was carried out. By employing the characterization techniques of SAXS, FE-SEM, and physical adsorption of N-2 in combination with alpha(s)-plot method, the structural properties and external morphologies of large-pore mesoporous organosilicas were critically examined and compared with that of their pure-silica counterparts synthesized under similar conditions. It has been observed that unlike mesoporous pure silicas, the structural and morphological properties of mesoporous organosilicas are highly acid-sensitive. High-quality mesoporous organosilicas can only be obtained from synthesis gels with the molar ratios of HCl/H2O between 7.08 x 10(-4) and 6.33 x 10(-3), whereas mesoporous pure silicas with well-ordered structure can be obtained in a wider range of acid concentration. Simply by adjusting the HCl/H2O molar ratios, the micro-, meso-, and macroporosities of the organosilica materials can be finely tuned without obvious effect on their structural order. Such a behavior is closely related to their acid-controlled morphological evolution: from necklacelike fibers to cobweb-supported pearl-like particles and to nanosized particulates.

Structural and functional characterization of the conserved salt bridge in mammalian Paneth cell alpha-defensins - Solution structures of mouse cryptdin-4 AND (E15D)-cryptdin-4

Defensins are mediators of mammalian innate immunity, and knowledge of their structure-function relationships is essential for understanding their mechanisms of action. We report here the NMR solution structures of the mouse Paneth cell α-defensin cryptdin-4 (Crp4) and a mutant (E15D)-Crp4 peptide, in which a conserved Glu15 residue was replaced by Asp. Structural analysis of the two peptides confirms the involvement of this Glu in a conserved salt bridge that is removed in the mutant because of the shortened side chain. Despite disruption of this structural feature, the peptide variant retains a well defined native fold because of a rearrangement of side chains, which result in compensating favorable interactions. Furthermore, salt bridge-deficient Crp4 mutants were tested for bactericidal effects and resistance to proteolytic degradation, and all of the variants had similar bactericidal activities and stability to proteolysis. These findings support the conclusion that the function of the conserved salt bridge in Crp4 is not linked to bactericidal activity or proteolytic stability of the mature peptide.

Structural and cellular characterization of Idiopathic Pulmonary Fibrosis

La Fibrosi Polmonare Idiopatica (IPF) è una malattia polmonare cronica, irreversibile la cui eziologia risulta essere ignota, caratterizzata da un processo fibrotico progressivo che inizia nel tratto respiratorio inferiore. Le persone affette da IPF presentano età media compresa tra 55 e 77 anni. L’incidenza annuale di IPF è stata recentemente stimata tra 14 e 42,7 casi per 100.000 persone e tale dato risulta essere in aumento. IPF fa parte delle malattie Polmonari Idiopatiche Interstiziali (IIP) che comprendono patologie con quadri istologici e clinici differenti. Le affezioni su cui si concentrerà questo studio sono: UIP (Usual Interstitial Pneumonia) caratterizzata da fibrosi interstiziale e dalla presenza di foci fibrotici connessi alla pleura e corrispondente al quadro anatomopatologico della maggior parte dei casi di IPF; NSIP (Non Specific Interstitial Pneumonia) simile alla UIP ma con maggiore uniformità temporale e spaziale delle manifestazioni; Sarcoidosi, malattia granulomatosa ad eziologia ignota. Attualmente la gravità della IPF, che implica una mortalità del 50% dei pazienti a 5 anni dall’esordio, e la scarsa efficacia farmacologica nel rallentarne la progressione vedono il trapianto polmonare come unica possibilità di sopravvivenza nelle forme più severe. Al momento non è chiaro il meccanismo patogenetico di insorgenza e progressione della IPF anche se sono stati individuati alcuni fattori scatenanti quali fumo di sigaretta, infezioni respiratorie e inquinanti atmosferici; tuttavia nessuno di tali elementi può da solo determinare un così esteso e progressivo rimodellamento del parenchima polmonare. Numerose sono le evidenze di come il substrato genetico, le alterazioni del rapporto morte/proliferazione cellulare e le citochine svolgano un ruolo nella genesi e nella progressione della malattia, ma non sono ancora chiari i fenomeni biologico-cellulari che la sostengono e, quindi, quali siano i punti di attacco per poter incidere terapeuticamente nel modificare l’evoluzione della IPF. Poiché il nostro laboratorio ha partecipato alla scoperta dell’esistenza di cellule staminali nel polmone umano normale, uno degli obiettivi finali di questo progetto si basa sull’ipotesi che un’alterazione del compartimento staminale svolga un ruolo cruciale nella eziopatogenesi di IPF. Per questo in precedenti esperienze abbiamo cercato di identificare nella IPF cellule che esprimessero antigeni associati a staminalità quali c-kit, CD34 e CD133. Questo lavoro di tesi si è proposto di condurre un’indagine morfometrica ed immunoistochimica su biopsie polmonari provenienti da 9 pazienti affetti da UIP, 3 da NSIP e 5 da Sarcoidosi al fine di valutare le alterazioni strutturali principali imputabili alle patologie. Preparati istologici di 8 polmoni di controllo sono stati usati come confronto. Come atteso, è stato osservato nelle tre patologie esaminate (UIP, NSIP e Sarcoidosi) un significativo incremento nella sostituzione del parenchima polmonare con tessuto fibrotico ed un ispessimento dei setti alveolari rispetto ai campioni di controllo. L’analisi dei diversi pattern di fibrosi presenti fa emergere come vi sia una netta differenza tra le patologie con una maggiore presenza di fibrosi di tipo riparativo e quindi altamente cellulata nei casi di UIP, e NSIP mentre nelle Sarcoidosi il pattern maggiormente rappresentato è risultato essere quello della fibrosi replacement o sostitutiva. La quantificazione delle strutture vascolari è stata effettuata tenendo separate le aree di polmone alveolare rispetto a quelle occupate da focolai sostitutivi di danno (componente fibrotica). Nei campioni patologici analizzati era presente un significativo riarrangiamento di capillari, arteriole e venule rispetto al polmone di controllo, fenomeno principalmente riscontrato nel parenchima fibrotico. Tali modifiche erano maggiormente presenti nei casi di NSIP da noi analizzati. Inoltre le arteriole subivano una diminuzione di calibro ed un aumento dello spessore in special modo nei polmoni ottenuti da pazienti affetti da Sarcoidosi. Rispetto ai controlli, nella UIP e nella Sarcoidosi i vasi linfatici risultavano inalterati nell’area alveolare mentre aumentavano nelle aree di estesa fibrosi; quadro differente si osservava nella NSIP dove le strutture linfatiche aumentavano in entrambe le componenti strutturali. Mediante indagini immunoistochimiche è stata documentata la presenza e distribuzione dei miofibroblasti, positivi per actina muscolare liscia e vimentina, che rappresentano un importante componente del danno tissutale nella IPF. La quantificazione di questo particolare fenotipo è attualmente in corso. Abbiamo inoltre analizzato tramite immunoistochimica la componente immunitaria presente nei campioni polmonari attraverso la documentazione dei linfociti T totali che esprimono CD3, andando poi a identificare la sottopopolazione di T citotossici esprimenti la glicoproteina CD8. La popolazione linfocitaria CD3pos risultava notevolmente aumentata nelle tre patologie analizzate soprattutto nei casi di UIP e Sarcoidosi sebbene l`analisi della loro distribuzione tra i vari distretti tissutali risultasse differente. Risultati simili si sono ottenuti per l`analisi dei linfociti CD8pos. La componente monocito-macrofagica è stata invece identificata tramite la glicoproteina CD68 che ha messo in evidenza una maggiore presenza di cellule positive nella Sarcoidosi e nella UIP rispetto ai casi di NSIP. I dati preliminari di questo studio indicano che il rimodellamento strutturale emo-linfatico e cellulare infiammatorio nella UIP si differenziano rispetto alle altre malattie interstiziali del polmone, avanzando l’ipotesi che il microambiente vascolare ed immunitario giochino un ruolo importante nella patogenesi della malattia

Quantitative characterization of energy absorption in femtosecond laser micro-modification of fused silica

We present the results of experimental and theoretical study of an energy absorption of femtosecond laser pulse in fused silica. Fundamental and second harmonics of ytterbium laser were used in experiment while general case was considered theoretically and numerically. More efficient absorption at the second harmonics is confirmed both experimentally and numerically. Quantitative characterization of the theoretical model is performed by fitting key parameters of the absorption process such as cross-section of multi-photon absorption and effective electronic collision and recombination times.

VLSI testing and characterization system for micro electro-mechanical (MEM) sensors

The purpose of this investigation was to develop and implement a general purpose VLSI (Very Large Scale Integration) Test Module based on a FPGA (Field Programmable Gate Array) system to verify the mechanical behavior and performance of MEM sensors, with associated corrective capabilities; and to make use of the evolving System-C, a new open-source HDL (Hardware Description Language), for the design of the FPGA functional units. System-C is becoming widely accepted as a platform for modeling, simulating and implementing systems consisting of both hardware and software components. In this investigation, a Dual-Axis Accelerometer (ADXL202E) and a Temperature Sensor (TMP03) were used for the test module verification. Results of the test module measurement were analyzed for repeatability and reliability, and then compared to the sensor datasheet. Further study ideas were identified based on the study and results analysis. ASIC (Application Specific Integrated Circuit) design concepts were also being pursued.

Through wafer 3D Vertical Micro-Coaxial Probe for high frequency material characterization and millimeter wave packaging systems

This work presents the development of an in-plane vertical micro-coaxial probe using bulk micromachining technique for high frequency material characterization. The coaxial probe was fabricated in a silicon substrate by standard photolithography and a deep reactive ion etching (DRIE) technique. The through-hole structure in the form of a coaxial probe was etched and metalized with a diluted silver paste. A co-planar waveguide configuration was integrated with the design to characterize the probe. The electrical and RF characteristics of the coaxial probe were determined by simulating the probe design in Ansoft's High Frequency Structure Simulator (HFSS). The reflection coefficient and transducer gain performance of the probe was measured up to 65 GHz using a vector network analyzer (VNA). The probe demonstrated excellent results over a wide frequency band, indicating its ability to integrate with millimeter wave packaging systems as well as characterize unknown materials at high frequencies. The probe was then placed in contact with 3 materials where their unknown permittivities were determined. To accomplish this, the coaxial probe was placed in contact with the material under test and electromagnetic waves were directed to the surface using the VNA, where its reflection coefficient was then determined over a wide frequency band from dc-to -65GHz. Next, the permittivity of each material was deduced from its measured reflection coefficients using a cross ratio invariance coding technique. The permittivity results obtained when measuring the reflection coefficient data were compared to simulated permittivity results and agreed well. These results validate the use of the micro-coaxial probe to characterize the permittivity of unknown materials at high frequencies up to 65GHz.

Structural and Functional Characterization of the Human Tribbles Homologue 2 Pseudokinase

The Tribbles Homologues are a family of three eukaryotic pseudokinases (Trb1, Trb2, Trb3) that act as allosteric inhibitors and regulatory scaffold sites in pathways governing adipogenesis, cell proliferation and insulin signaling. The Tribbles Homologues have the same overall tertiary structure of the eukaryotic protein kinase domain, but lack multiple residues necessary to catalysis in the nucleotide-binding P-loop and the Mg2+-coordinating DFG motif. Trb1 has been shown conclusively to be incapable of binding ATP, whereas a recent study presents evidence that Trb2 autophosphorylates independently of Mg2+ in vitro. This finding is surprising given the high degree of sequence similarity between the two proteins (71%), and suggests unique nucleotide binding and phosphotransfer mechanisms. The goal of this project was to investigate whether Trb2 possesses kinase activity or not and determine its structural basis. A method for the high-yield recombinant expression and purification of stable Trb2 was developed. Trb2 nucleotide binding and autophosphorylation could not be detected across multiple experimental approaches, including thermal shift assays, MANT-ATP fluorescence, radiolabeled phosphate incorporation, and nonspecific ATPase activity assays. Further characterization also revealed that Trb2 forms homomultimers with possible functional consequences, and extensive crystallization screening has yielded multiple promising conditions that could produce diffraction-quality crystals with further optimization. This project explores the difficulties in functionally characterizing putatively active pseudokinases, and proposes a structural basis for the conserved pseudokinase features of the Tribbles homologues.