First-dimension separation with the MicroRotoforTM cell prior to SDS-PAGE and LC-MS/MS analysis

Free-flow isoelectric focusing (IEF) is a gel-free method for separating proteins based on their isoelectric point (pl) in a liquid environment and in the presence of carrier ampholytes. this method has been used with the RotoforTM cell at the preparative scale to fractionate proteins from samples containing several hundred milligrams of protein; see the refeences listed in Bio-Rad bulletin 3152. the MicroRotofor cell applies the same method to much sl=maller protein samples without dilution, separating and recoverng milligram quantities of protein in a total volume of about 2 ml.

Numerical modeling of inhaled charged aerosol deposition in human airways

A new numerical modeling of inhaled charge aerosol has been developed based on a modified Weibel's model. Both the velocity profiles (slug and parabolic flows) and the particle distributions (uniform and parabolic distributions) have been considered. Inhaled particles are modeled as a dilute dispersed phase flow in which the particle motion is controlled by fluid force and external forces acting on particles. This numerical study extends the previous numerical studies by considering both space- and image-charge forces. Because of the complex computation of interacting forces due to space-charge effect, the particle-mesh (PM) method is selected to calculate these forces. In the PM technique, the charges of all particles are assigned to the space-charge field mesh, for calculating charge density. The Poisson's equation of the electrostatic potential is then solved, and the electrostatic force acting on individual particle is interpolated. It is assumed that there is no effect of humidity on charged particles. The results show that many significant factors also affect the deposition, such as the volume of particle cloud, the velocity profile and the particle distribution. This study allows a better understanding of electrostatic mechanism of aerosol transport and deposition in human airways.

A priori error analysis of space–time Trefftz discontinuous Galerkin methods for wave problems

We present and analyse a space–time discontinuous Galerkin method for wave propagation problems. The special feature of the scheme is that it is a Trefftz method, namely that trial and test functions are solution of the partial differential equation to be discretised in each element of the (space–time) mesh. The method considered is a modification of the discontinuous Galerkin schemes of Kretzschmar et al. (2014) and of Monk & Richter (2005). For Maxwell’s equations in one space dimension, we prove stability of the method, quasi-optimality, best approximation estimates for polynomial Trefftz spaces and (fully explicit) error bounds with high order in the meshwidth and in the polynomial degree. The analysis framework also applies to scalar wave problems and Maxwell’s equations in higher space dimensions. Some numerical experiments demonstrate the theoretical results proved and the faster convergence compared to the non-Trefftz version of the scheme.

Development of impedimetric and optical calcium biosensor by using modified gold electrode with porcine S100A12 protein

We describe the development of a label free method to analyze the interactions between Ca(2+) and the porcine S100A12 protein immobilized on polyvinyl butyral (PVB). The modified gold electrodes were characterized using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), scanning electron microscopy (SEM) and surface plasmon resonance (SPR) techniques. SEM analyses of PVB and PVB-S100A12 showed a heterogeneous distribution of PVB spherules on gold surface. EIS and CV measurements have shown that redox probe reactions on the modified gold electrodes were partially blocked due the adsorption of PVB-S100A12, and confirm the existence of a positive response of the immobilized S100Al2 to the presence of calcium ions. The biosensor exhibited a wide linear response to Ca(2+) concentrations ranging from 12.5 to 200 mM. The PVB-S100A12 seems to be bound to the gold electrode surface by physical adsorption: we observed an increase of 1184.32 m degrees in the SPR angle after the adsorption of the protein on the PVB surface (in an indication that 9.84 ng of S100A12 are adsorbed per mm(2) of the Au-PVB electrode), followed by a further increase of 581.66 m degrees after attachment of the Ca(2+) ions. In addition, no SPR response is obtained for non-specific ions. These studies might be useful as a platform for the design of new reusable and sensitive biosensing devices that could find use in the clinical applications. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Motion cue analysis for parkinsonian gait recognition

This paper presents a computer-vision based marker-free method for gait-impairment detection in Patients with Parkinson's disease (PWP). The system is based upon the idea that a normal human body attains equilibrium during the gait by aligning the body posture with Axis-of-Gravity (AOG) using feet as the base of support. In contrast, PWP appear to be falling forward as they are less-able to align their body with AOG due to rigid muscular tone. A normal gait exhibits periodic stride-cycles with stride-angle around 45o between the legs, whereas PWP walk with shortened stride-angle with high variability between the stride-cycles. In order to analyze Parkinsonian-gait (PG), subjects were videotaped with several gait-cycles. The subject's body was segmented using a color-segmentation method to form a silhouette. The silhouette was skeletonized for motion cues extraction. The motion cues analyzed were stride-cycles (based on the cyclic leg motion of skeleton) and posture lean (based on the angle between leaned torso of skeleton and AOG). Cosine similarity between an imaginary perfect gait pattern and the subject gait patterns produced 100% recognition rate of PG for 4 normal-controls and 3 PWP. Results suggested that the method is a promising tool to be used for PG assessment in home-environment.

Dois critérios de seleção na pré-desmama em bovinos da raça Gir. 1. Estimativas de parâmetros genéticos

Dados de 16.592 animais da raça Gir, provenientes do controle de desenvolvimento ponderal da Associação Brasileira dos Criadores de Zebu, nascidos no período de 1978 a 1994, criados em diversas condições de ambiente no Brasil, foram usados para estimar parâmetros genéticos e ambientais das características ganho médio diário do nascimento à desmama (GMD) e dias para atingir 160 kg do nascimento à desmama (D160). As estimativas dos componentes de variância e herdabilidade foram obtidas pelo método da máxima verossimilhança restrita por modelos animais uni-característica. Foram utilizados dois modelos o modelo 1, com grupo de contemporâneos (GC) como efeito fixo e com efeitos genético aditivo de animal e materno, efeito de ambiente permanente materno e erro como aleatórios; e modelo 2, com os mesmos efeitos do modelo 1, mas com covariância genética entre os efeitos direto e materno igual a zero (sigmaam=0). As estimativas de herdabilidade, utilizando-se o Modelo 1, foram iguais a 0,11; 0,04; 0,11 e 0,07 para GMD (efeito direto), GMD (efeito materno), D160 (efeito direto) e D160 (efeito materno), respectivamente. Para o Modelo 2, as estimativas de herdabilidade foram: 0,12; 0,05; 0,10 e 0,05 para GMD (efeito direto), GMD (efeito materno), D160 (efeito direto) e D160 (efeito materno). A diferença entre os modelos pela não inclusão da estrutura de covariância entre os efeitos direto e materno (sigmaam=0), neste trabalho, não foi significativa. A contribuição da variância residual (como porcentagem da variação fenotípica total) foi de 76% para GMD e de 80% para D160, para os dois modelos, indicando a necessidade da melhoria do ambiente de criação, assim como a padronização e formação de lotes de manejo, o que reflete na possibilidade de melhor definição de grupo de contemporâneos.

Dois critérios de seleção na pré- desmama em bovinos da raça Gir. 2. Efeito na classificação dos animais

A utilização de dois critérios de seleção na pré-desmama, ganho médio diário do nascimento à desmama (GMD) e dias para ganhar 160 kg do nascimento à desmama (D160), foi estudada, analisando-se informações de 16.592 animais, provenientes do controle de desenvolvimento ponderal da Associação Brasileira dos Criadores de Zebu, nascidos no período de 1978 a 1994. Foram incluídos no modelo o efeito fixo de grupo de contemporâneos e os efeitos aleatórios genético aditivo de animal e materno, de ambiente permanente materno e o erro. A covariância entre os efeitos direto e materno foi considerada igual a zero. As estimativas dos componentes de variância e herdabilidade foram obtidas pelo método da máxima verossimilhança restrita e os valores genéticos preditos (VGs), por modelos animais uni-característica. As estimativas de herdabilidade foram: 0,12; 0,05; 0,10 e 0,05 para GMD (efeito direto), GMD (efeito materno), D160 (efeito direto) e D160 (efeito materno), respectivamente. Foram estimadas a correlação genética entre GMD e D160 (efeito direto e materno) e a correlação de classificação (Spearman) entre os valores genéticos para as categorias de touros, vacas e bezerros. As estimativas de correlação genética entre GMD e D160 foram 0,86 e 0,88, para o efeito direto e materno, respectivamente. As estimativas de correlação de ;rank;, também foram altas, entretanto, nenhuma foi igual a um, resultando em alterações na classificação dos animais. A relação entre as médias aritmética (A) e harmônica (H) e o desvio-padrão (S) do GMD ajustado para efeitos ambientais e maternos (GMDc) foi verificada utilizando-se um modelo restrito, sem intercepto, mediante as regressões linear e quadrática do S do GMDc sobre a diferença entre a média aritmética e média harmônica (A-H). Os resultados evidenciaram que, semelhantemente a H, o critério D160 apresentou a propriedade de discriminar touros com progênie mais uniforme.

Análise de fatores genéticos e ambientais que afetam a infestação de fêmeas bovinas da raça Caracu por carrapatos (Boophilus microplus)

Este trabalho foi conduzido com o objetivo de avaliar o efeito de fatores de meio sobre a infestação de bovinos Caracu pelo carrapato Boophilus microplus (Canestrini, 1887) e estimar parâmetros genéticos do grau de infestação por esse ectoparasita. Foram realizadas contagens em fêmeas de dois rebanhos, nas quatro estações, por dois anos consecutivos (setembro/1998 a julho/2000). Contou-se o número de carrapatos (NC) em um dos lados do animal e atribuiu-se escore visual (EC) de acordo com a quantidade de carrapatos no animal. Foram feitas de uma a oito avaliações, totalizando-se 4.079 e 3.994 observações de NC e EC, respectivamente, em 718 animais. Os dados foram analisados pelo método dos quadrados mínimos com um modelo que incluiu efeitos de rebanho (R), cor do animal (C), R x C, animal dentro de R x C como erro a, ano e estação da avaliação, espessura de pelame e idade do animal como covariável. As estimativas dos componentes de variância foram obtidas pelo método da máxima verossimilhança restrita livre de derivadas, utilizando-se um modelo que incluiu os efeitos fixos de grupo de contemporâneos (fazenda-ano-época), espessura do pelame e idade do animal como covariável e os efeitos aleatórios aditivos diretos e de ambiente permanente. Antes das análises, a variável NC foi transformada para log10 (n + 1) e EC para (x + 0,5)½, em que n é o número de carrapatos contados no animal e x, o escore (0 a 4). A incidência de carrapatos foi maior no verão e, quanto maior a espessura do pelame, maior o nível de infestação. As estimativas de herdabilidade e repetibilidade foram, respectivamente, 0,22 e 0,29 para NC e 0,15 e 0,21 para EC; a correlação genética entre NC e EC foi igual a 1,00. Os resultados sugerem que é possível obter progresso genético para resistência a carrapato pela seleção.

O Exame Nacional de Cursos: provão e suas repercussões no curso de Pedagogia da UFPA/Santarém

O estudo teve por objetivo: compreender o processo de consolidação da avaliação na educação superior que, a partir da década de 1990, se materializou nas aferições do Exame Nacional de Cursos (ENC), a fim de interpretar como esse exame repercutiu no Curso de Pedagogia da UFPA, em Santarém. A pesquisa teve por objeto de estudo o Exame Nacional de Cursos e partiu das seguintes questões: a) De que forma se desencadeou o processo histórico de constitucionalização e institucionalização da avaliação no Campo Educacional Brasileiro, especificamente na educação superior? b) Como se consolidou a Política de Avaliação da Educação Superior consubstanciada no ENC no país? e c) Como repercutiram as aferições do ENC no âmbito do Curso de Pedagogia da UFPA, em Santarém? O enfoque foi o sócio-histórico e a abordagem historiográfica, com base na Escola de Analles. Constou de pesquisa documental e análise dos relatos orais de docentes e egressos do Curso, coletados através de entrevista semi-estruturada. Os resultados da investigação mostram que a avaliação da educação superior vem sendo estruturada, desde a implantação dos primeiros cursos de nível superior, com o objetivo de estabelecer controle externo sobre as IES. Na década de 90, o Brasil planejou suas políticas econômicas e educativas iluminado pelas estratégias de ajuste estrutural formuladas pelo FMI e pelo Banco Mundial, em sintonia com os interesses econômicos internacionais. O ENC expressou a opção do Estado brasileiro pela avaliação por exame e seu atrelamento às determinações de organismos internacionais. Foi uma tecnologia de regulação, controle e aferição diagnóstica e camuflou o conflito em torno de dois paradigmas avaliativos que marcaram seu tempo e projetaram os acontecimentos atuais. Um defendido pelo ANDES, que pensava a avaliação a partir de um Programa Institucional autônomo e democrático e o outro originário das determinações do Estado que instituiu a avaliação como política pública, expressa em um Sistema Nacional de Avaliação das IES. As repercussões do ENC no Curso de Pedagogia foram percebidas pelos sujeitos sob forma de pressão, medo, apreensão, terror, angústia, conflito, pavor, ansiedade, agressão e preocupação, mas, representou também, muita determinação pessoal em superar os limites interpostos pelo Estado ao Curso. O ENC repercutiu contraditoriamente, ao produzir, ao mesmo tempo, um estado de tensão e prontidão nos alunos e professores, uma postura de aceitação consciente e intencional ao se submeterem a um exame imposto para assegurar um resultado positivo ao Curso e a UFPA.

Desenvolvimento de software utilizando a técnica sph (smoothed particle hydrodynamics) na geração de ondas de submersão

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Topical Insulin Accelerates Wound Healing in Diabetes by Enhancing the AKT and ERK Pathways: A Double-Blind Placebo-Controlled Clinical Trial

Background: Wound healing is impaired in diabetes mellitus, but the mechanisms involved in this process are virtually unknown. Proteins belonging to the insulin signaling pathway respond to insulin in the skin of rats. Objective: The purpose of this study was to investigate the regulation of the insulin signaling pathway in wound healing and skin repair of normal and diabetic rats, and, in parallel, the effect of a topical insulin cream on wound healing and on the activation of this pathway. Research Design and Methods: We investigated insulin signaling by immunoblotting during wound healing of control and diabetic animals with or without topical insulin. Diabetic patients with ulcers were randomized to receive topical insulin or placebo in a prospective, double-blind and placebo-controlled, randomized clinical trial (NCT 01295177) of wound healing. Results and Conclusions: Expression of IR, IRS-1, IRS-2, SHC, ERK, and AKT are increased in the tissue of healing wounds compared to intact skin, suggesting that the insulin signaling pathway may have an important role in this process. These pathways were attenuated in the wounded skin of diabetic rats, in parallel with an increase in the time of complete wound healing. Upon topical application of insulin cream, the wound healing time of diabetic animals was normalized, followed by a reversal of defective insulin signal transduction. In addition, the treatment also increased expression of other proteins, such as eNOS (also in bone marrow), VEGF, and SDF-1 alpha in wounded skin. In diabetic patients, topical insulin cream markedly improved wound healing, representing an attractive and cost-free method for treating this devastating complication of diabetes.

Entwicklung und Tests von Algorithmen für die Impedanztomographie

Die Elektrische Impedanztomographie soll als kostengünstige und nebenwirkungsfreie Tomographiemethode in der medizinischen Diagnostik, z. B. in der Mammographie dienen. Mit der EIT läßt sich Krebsgewebe von gesundem Gewebe unterscheiden, da es eine signifikant erhöhte Leitfähigkeit aufweist. Damit kann die EIT als Ergänzung zu den klassischen Diagnoseverfahren dienen. So ist z.B. bei jungen Frauen mit einem dichteren Fettgewebe die Identifizierung eines Mammakarzinoms mit der Röntgentomographie nicht immer möglich. Ziel dieser Arbeit war es, einen Prototypen für die Impedanztomographie zu entwickeln und mögliche Anwendungen zu testen. Der Tomograph ist in Zusammenarbeit mit Dr. K.H.Georgi gebaut worden. Der Tomograph erlaubt es niederohmige, Wechselströme an Elektroden auf der Körperoberfläche einzuspeisen. Die Potentiale können an diesen Elektroden programmierbar vorgegeben werden. Weitere hochohmige Elektroden dienen zur Potentialmessung. Um den Hautwiderstand zu überbrücken, werden Wechselstromfrequenzen von 20-100 kHz eingesetzt. Mit der Möglichkeit der Messung von Strom und Potential auf unterschiedlichen Elektroden kann man das Problem des nur ungenau bekannten Hautwiderstandes umgehen. Prinzipiell ist es mit dem Mainzer EIT System möglich, 100 Messungen in der Sekunde durchzuführen. Auf der Basis von mit dem Mainzer EIT gewonnenen Daten sollten unterschiedliche Rekonstruktionsalgorithmen getestet und weiterentwickelt werden. In der Vergangenheit sind verschiedene Rekonstruktionsalgorithmen für das mathematisch schlecht gestellte EIT Problem betrachtet worden. Sie beruhen im Wesentlichen auf zwei Strategien: Die Linearisierung und iterative Lösung des Problems und Gebietserkennungsmethoden. Die iterativen Verfahren wurden von mir dahingehend modifiziert, dass Leitfähigkeitserhöhungen und Leitfähigkeitserniedrigungen gleichberechtigt behandelt werden können. Für den modifizierten Algorithmus wurden zwei verschiedene Rekonstruktionsalgorithmen programmiert und mit synthetischen Daten getestet. Zum einen die Rekonstruktion über die approximative Inverse, zum anderen eine Rekonstruktion mit einer Diskretisierung. Speziell für die Rekonstruktion mittels Diskretisierung wurde eine Methode entwickelt, mit der zusätzliche Informationen in der Rekonstruktion berücksichtigt werden können, was zu einer Verbesserung der Rekonstruktion beiträgt. Der Gebietserkennungsalgorithmus kann diese Zusatzinformationen liefern. In der Arbeit wurde ein neueres Verfahren für die Gebietserkennung derart modifiziert, dass eine Rekonstruktion auch für getrennte Strom- und Spannungselektroden möglich wurde. Mit Hilfe von Differenzdaten lassen sich ausgezeichnete Rekonstruktionen erzielen. Für die medizinischen Anwendungen sind aber Absolutmessungen nötig, d.h. ohne Leermessung. Der erwartende Effekt einer Inhomogenität in der Leitfähigkeit ist sehr klein und als Differenz zweier grosser Zahlen sehr schwierig zu bestimmen. Die entwickelten Algorithmen kommen auch gut mit Absolutdaten zurecht.

Entwicklungen zur Absolutquantifizierung der Lungenperfusion mittels kontrastmittelverstärkter Magnetresonanztomographie

Die regionale Bestimmung der Durchblutung (Perfusion) ermöglicht differenzierte Aussagen über den Gesundheitszustand und die Funktionalität der Lunge. Durch neue Messverfahren ermöglicht die Magnetresonanztomographie (MRT) eine nicht-invasive und strahlungsfreie Untersuchung der Perfusion. Obwohl die Machbarkeit qualitativer MRT-Durchblutungsmessungen bereits gezeigt wurde, fehlt bisher eine validierte quantitative Methode. Ziel dieser Arbeit war eine Optimierung der bestehenden Messprotokolle und mathematischen Modelle zur Absolutquantifizierung der Lungenperfusion mit Magnetresonanztomographie. Weiterhin sollte die Methodik durch Vergleich mit einem etablierten Referenzverfahren validiert werden. Durch Simulationen und Phantommessungen konnten optimale MRT-Messparameter und ein standardisiertes Protokoll festgelegt werden. Des Weiteren wurde eine verallgemeinerte Bestimmung der Kontrastmittelkonzentration aus den gemessenen Signalintensitäten vorgestellt, diskutiert und durch Probandenmessungen validiert. Auf der Basis dieser Entwicklungen wurde die MRT-Durchblutungsmessung der Lunge tierexperimentell mit der Positronenemissionstomographie (PET) intraindividuell verglichen und validiert. Die Ergebnisse zeigten nur kleine Abweichungen und eine statistisch hochsignifikante, stark lineare Korrelation. Zusammenfassend war es durch die Entwicklungen der vorgestellten Arbeit möglich, die kontrastmittelgestützte MRT-Durchblutungsmessung der Lunge zu optimieren und erstmals zu validieren.

Structure-property relations in polymers from renewable resources

The present research project focuses its attention on the study of structure-property relations in polymers from renewable sources (bio-based polymers) such as polymers microbially produced, i.e. polyhydrohyalkanoates (PHAs) or chemically synthesized using monomers from renewable sources, i.e. polyammide 11 (PA11). By means of a broad spectrum of experimental techniques, the influence of different modifications on bio-based polymers such as blending with other components, copolymerization with different co-monomers and introduction of branching to yield complex architectures have been investigated. The present work on PHAs focused on the study of the dependence of polymer properties on both the fermentation process conditions (e.g. bacterial strain and carbon substrate used) and the method adopted to recover PHAs from cells. Furthermore, a solvent-free method using an enzyme and chemicals in an aqueous medium, was developed in order to recover PHAs from cells. Such a method allowed to recover PHA granules in their amorphous state, i.e. in native form useful for specific applications (e.g. paper coating). In addition, a commercial PHA was used as polymeric matrix to develop biodegradable and bio-based composites for food packaging applications. Biodegradable, non-toxic, food contact plasticizers and low cost, widely available lignocellulosic fibers (wheat straw fibers) were incorporated in such a polymeric matrix, in order to decrease PHA brittleness and the polymer cost, respectively. As concerns the study of polyamide 11, both the rheological and the solid-state behavior of PA11 star samples with different arm number and length was studied. Introduction of arms in a polymer molecule allows to modulate melt viscosity behavior which is advantageous for industrial applications. Also, several important solid-state properties, in particular mechanical properties, are affected by the presence of branching. Given the importance of using ‘green’ synthetic strategies in polymer chemistry, novel poly(-amino esters), synthesized via enzymatic-catalyzed polymerization, have also been investigated in this work.

Optimization of purification procedures in organic semiconductor synthesis for improving the performances of organic field-effect transistors

The aim of the research activity focused on the investigation of the correlation between the degree of purity in terms of chemical dopants in organic small molecule semiconductors and their electrical and optoelectronic performances once introduced as active material in devices. The first step of the work was addressed to the study of the electrical performances variation of two commercial organic semiconductors after being processed by means of thermal sublimation process. In particular, the p-type 2,2′′′-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene (DH4T) semiconductor and the n-type 2,2′′′- Perfluoro-Dihexyl-2,2′:5′,2′′:5′′,2′′′-quaterthiophene (DFH4T) semiconductor underwent several sublimation cycles, with consequent improvement of the electrical performances in terms of charge mobility and threshold voltage, highlighting the benefits brought by this treatment to the electric properties of the discussed semiconductors in OFET devices by the removal of residual impurities. The second step consisted in the provision of a metal-free synthesis of DH4T, which was successfully prepared without organometallic reagents or catalysts in collaboration with Dr. Manuela Melucci from ISOF-CNR Institute in Bologna. Indeed the experimental work demonstrated that those compounds are responsible for the electrical degradation by intentionally doping the semiconductor obtained by metal-free method by Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) (Pd(PPh3)4) and Tributyltin chloride (Bu3SnCl), as well as with an organic impurity, like 5-hexyl-2,2':5',2''-terthiophene (HexT3) at, in different concentrations (1, 5 and 10% w/w). After completing the entire evaluation process loop, from fabricating OFET devices by vacuum sublimation with implemented intentionally-doped batches to the final electrical characterization in inherent-atmosphere conditions, commercial DH4T, metal-free DH4T and the intentionally-doped DH4T were systematically compared. Indeed, the fabrication of OFET based on doped DH4T clearly pointed out that the vacuum sublimation is still an inherent and efficient purification method for crude semiconductors, but also a reliable way to fabricate high performing devices.