Polymorphous Si thin films from radio frequency plasmas of SiH4 diluted in Ar: A study by transmission electron microscopy and Raman spectroscopy

In this study, we present a detailed structural characterization by means of transmission electron microscopy and Raman spectroscopy of polymorphous silicon (pm-Si:H) thin films deposited using radio-frequency dust-forming plasmas of SiH4 diluted in Ar. Square-wave modulation of the plasma and gas temperature was varied to obtain films with different nanostructures. Transmission electron microscopy and electron diffraction have shown the presence of Si crystallites of around 2 nm in the pm-Si:H films, which are related to the nanoparticles formed in the plasma gas phase coming from their different growth stages, named particle nucleation and coagulation. Raman scattering has proved the role of the film nanostructure in the crystallization process induced ¿in situ¿ by laser heating.

Statistics of depth probed by cw measurement of photons in a turbid medium

Photon migration in a turbid medium has been modeled in many different ways. The motivation for such modeling is based on technology that can be used to probe potentially diagnostic optical properties of biological tissue. Surprisingly, one of the more effective models is also one of the simplest. It is based on statistical properties of a nearest-neighbor lattice random walk. Here we develop a theory allowing one to calculate the number of visits by a photon to a given depth, if it is eventually detected at an absorbing surface. This mimics cw measurements made on biological tissue and is directed towards characterizing the depth reached by photons injected at the surface. Our development of the theory uses formalism based on the theory of a continuous-time random walk (CTRW). Formally exact results are given in the Fourier-Laplace domain, which, in turn, are used to generate approximations for parameters of physical interest.

Measurement of total estrone content in foods. Application to dairy products.

Estrone is a powerful growth-inducing hormone that is present in milk, mainly in the form of fatty acid esters, at concentrations that promote growth in experimental animals. We present here a method useful for the measurement of this natural hormone in foods and applied it to several common dairy products. Samples were frozen, finely powdered, and lyophilized then extracted with trichloromethane/methanol; the dry extract was saponified with potassium hydroxide. The free estrone evolved was extracted with ethyl acetate and was used for the estimation of total estrone content through radioimmunoassay. Application of the method to dairy products showed high relative levels of total estrone (essentially acyl-estrone) in milk, in the range of 1 ¿M, which were halved in skimmed milk. Free estrone levels were much lower, in the nanomolar range. A large proportion of estrone esters was present in all other dairy products, fairly correlated with their fat content. The amount of estrone carried by milk is well within the range, where its intake may exert a physiological response in the sucklings for which it is provided. These growth-inducing and energy expenditure-lowering effects may affect humans ingesting significant amounts of dairy products.

Semiquantitative RT-PCR measurement of gene expression in rat tissues including a correction for varying cell size and number

Background: Current methodology of gene expression analysis limits the possibilities of comparison between cells/tissues of organs in which cell size and/or number changes as a consequence of the study (e.g. starvation). A method relating the abundance of specific mRNA copies per cell may allow direct comparison or different organs and/or changing physiological conditions. Methods: With a number of selected genes, we analysed the relationship of the number of bases and the fluorescence recorded at a present level using cDNA standards. A lineal relationship was found between the final number of bases and the length of the transcript. The constants of this equation and those of the relationship between fluorescence and number of bases in cDNA were determined and a general equation linking the length of the transcript and the initial number of copies of mRNA was deduced for a given pre-established fluorescence setting. This allowed the calculation of the concentration of the corresponding mRNAs per g of tissue. The inclusion of tissue RNA and the DNA content per cell, allowed the calculation of the mRNA copies per cell. Results: The application of this procedure to six genes: Arbp, cyclophilin, ChREBP, T4 deiodinase 2, acetyl-CoA carboxylase 1 and IRS-1, in liver and retroperitoneal adipose tissue of food-restricted rats allowed precise measures of their changes irrespective of the shrinking of the tissue, the loss of cells or changes in cell size, factors that deeply complicate the comparison between changing tissue conditions. The percentage results obtained with the present methods were essentially the same obtained with the delta-delta procedure and with individual cDNA standard curve quantitative RT-PCR estimation. Conclusion: The method presented allows the comparison (i.e. as copies of mRNA per cell) between different genes and tissues, establishing the degree of abundance of the different molecular species tested.

Price transmission and market power analysis in the Spanish seafood market chain

[cat] Espanya és un dels principals mercats de productes pesquers d’Europa i del món. El consum de productes pesquers ha estat tradicionalment molt important a Espanya, el 2005 es varen consumir 36,7 kg per persona (MAPA, diversos anys). Malgrat això, el mercat i cóm interactuen els diversos nivells de la cadena de comercialització han gaudit de poca atenció. En aquest estudi, utilitzant dades setmanals, s’analitza per als dotze principals productes pesquers, l’elasticitat en la transmissió de preus al llarg de la cadena de comercialització a Espanya (llotja, mercat central i detallista). Finalment s’investiga la presència d’assimetria en la transmissió de preus entre aquests nivells de mercat. Els resultats obtinguts tenen importants implicacions a l’hora d’analitzar la demanda, poder de mercat i marges al llarg del mercat per als productes pesquers.

Thermal resonance in signal transmission

We use temperature tuning to control signal propagation in simple one-dimensional arrays of masses connected by hard anharmonic springs and with no local potentials. In our numerical model a sustained signal is applied at one site of a chain immersed in a thermal environment and the signal-to-noise ratio is measured at each oscillator. We show that raising the temperature can lead to enhanced signal propagation along the chain, resulting in thermal resonance effects akin to the resonance observed in arrays of bistable systems.

Space and momentum representation analysis of Hartman's effect in wave packet transmission

The Hartman effect is analyzed in both the position and momentum representations of the problem. The importance of Wigner tunneling and deep tunneling is singled out. It is shown quantitatively how the barrier acts as a filter for low momenta (quantum speed up) as the width increases, and a detailed mechanism is proposed. Superluminal transmission is also discussed.

Chiroptical measurement of chiral aggregates at liquid-liquid interface in centrifugal liquid membrane cell by Mueller matrix and conventional circular dichroism methods

The centrifugal liquid membrane (CLM) cell has been utilized for chiroptical studies of liquid-liquid interfaces with a conventional circular dichroism (CD) spectropolarimeter. These studies required the characterization of optical properties of the rotating cylindrical CLM glass cell, which was used under the high speed rotation. In the present study, we have measured the circular and linear dichroism (CD and LD) spectra and the circular and linear birefringence (CB and LB) spectra of the CLM cell itself as well as those of porphyrine aggregates formed at the liquid-liquid interface in the CLM cell, applying Mueller matrix measurement method. From the results, it was confirmed that the CLM-CD spectra of the interfacial porphyrin aggregates observed by a conventional CD spectropolarimeter should be correct irrespective of LD and LB signals in the CLM cell.

Financial Integration, Trade Openness and International Transmission

[cat] Com afecten l’obertura comercial i financera a la volatilitat macroeconòmica? La literatura existent, tant empírica com teòrica, no ha assolit encara un consens. Aquest article usa un model microfonamentat de dos països simètrics amb entrada endògena d’empreses per estudiar-ho. L’anàlisis es du a terme per tres règims econòmics diferents amb diferents nivells d’integració internacional: una economia tancada, una autarquia financera i una integració plena. Es consideren diversos nivells d’obertura comercial, en forma de biaix domèstic de la demanda i l’economia pot patir pertorbacions en la productivitat del treball i en innovació. El model conclou que la incertesa macroeconòmica, representada principalment per la volatilitat del consum, la producció i la relació real d’intercanvi internacional, depèn del grau d’obertura i del tipus de pertorbació.

Measurement of biologically available naphthalene in gas and aqueous phases by use of a Pseudomonas putida biosensor.

Genetically constructed microbial biosensors for measuring organic pollutants are mostly applied in aqueous samples. Unfortunately, the detection limit of most biosensors is insufficient to detect pollutants at low but environmentally relevant concentrations. However, organic pollutants with low levels of water solubility often have significant gas-water partitioning coefficients, which in principle makes it possible to measure such compounds in the gas rather than the aqueous phase. Here we describe the first use of a microbial biosensor for measuring organic pollutants directly in the gas phase. For this purpose, we reconstructed a bioluminescent Pseudomonas putida naphthalene biosensor strain to carry the NAH7 plasmid and a chromosomally inserted gene fusion between the sal promoter and the luxAB genes. Specific calibration studies were performed with suspended and filter-immobilized biosensor cells, in aqueous solution and in the gas phase. Gas phase measurements with filter-immobilized biosensor cells in closed flasks, with a naphthalene-contaminated aqueous phase, showed that the biosensor cells can measure naphthalene effectively. The biosensor cells on the filter responded with increasing light output proportional to the naphthalene concentration added to the water phase, even though only a small proportion of the naphthalene was present in the gas phase. In fact, the biosensor cells could concentrate a larger proportion of naphthalene through the gas phase than in the aqueous suspension, probably due to faster transport of naphthalene to the cells in the gas phase. This led to a 10-fold lower detectable aqueous naphthalene concentration (50 nM instead of 0.5 micro M). Thus, the use of bacterial biosensors for measuring organic pollutants in the gas phase is a valid method for increasing the sensitivity of these valuable biological devices.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.