On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Oil price shocks and labor market fluctuations

We examine the impact of real oil price shocks on labor market flows in the U.S. We first use smooth transition regression (STR) models to investigate to what extent oil prices can be considered as a driving force of labor market fluctuations. Then we develop and calibrate a modified version of Pissarides' (2000) model with energy costs, which we simulate in response to shocks mimicking the behavior of the actual oil price shocks. We find that (i) these shocks are an important driving force of job market flows; (ii) the job finding probability is the main transmission mechanism of such shocks; and (iii) they bring a new amplification mechanism for the volatility and should thus be seen as complementary of labor productivity shocks. Overall we conclude that shocks in oil prices cannot be neglected in explaining cyclical labor adjustments in the U.S.

Larvicidal Activity of essential oils from Brazilian plants against Aedes aegypti L.

Aedes aegypti L. is the major vector of dengue fever, an endemic disease in Brazil. In an effort to find effective and affordable ways to control this mosquito, the larvicidal activities of essential oils from nine plants widely found in the Northeast of Brazil were analyzed by measurement of their LC50. The essential oils were extracted by steam distillation and their chemical composition determined by GL-chromatography coupled to mass spectroscopy. The essential oils from Cymbopogon citratus and Lippia sidoides, reported in the literature to have larvicidal properties against A. aegypti, were used for activity comparison. The results show that Ocimum americanum and Ocimum gratissimum have LC50 of 67 ppm and 60 ppm respectively, compared to 63 ppm for L. sidoides and 69 ppm for C. citratus. These results suggest a potential utilization of the essential oil of these two Ocimum species for the control of A. aegypti.

Virucidal activity of Colombian Lippia essential oils on dengue virus replication in vitro

The inhibitory effect of Lippia alba and Lippia citriodora essential oils on dengue virus serotypes replication in vitro was investigated. The cytotoxicity (CC50) was evaluated by the MTT assay and the mode of viral inhibitory effect was investigated with a plaque reduction assay. The virus was treated with the essential oil for 2 h at 37ºC before cell adsorption and experiments were conducted to evaluate inhibition of untreated-virus replication in the presence of oil. Antiviral activity was defined as the concentration of essential oil that caused 50% reduction of the virus plaque number (IC50). L. alba oil resulted in less cytotoxicity than L. citriodora oil (CC50: 139.5 vs. 57.6 μg/mL). Virus plaque reduction for all four dengue serotypes was observed by treatment of the virus before adsorption on cell. The IC50 values for L. alba oil were between 0.4-32.6 μg/mL and between 1.9-33.7 μg/mL for L. citriodora oil. No viral inhibitory effect was observed by addition of the essential oil after virus adsorption. The inhibitory effect of the essential oil seems to cause direct virus inactivation before adsorption on host cell.

The antioxidant effect of β-caryophyllene protects rat liver from carbon tetrachloride-induced fibrosis by inhibiting hepatic stellate cell activation.

Plant-based whole foods provide thousands of bioactive metabolites to the human diet that reduce the risk of developing chronic diseases. β-Caryophyllene (CAR) is a common constituent of the essential oil of numerous plants, vegetables, fruits and medicinal herbs, and has been used as a flavouring agent since the 1930 s. Here, we report the antioxidant activity of CAR, its protective effect on liver fibrosis and its inhibitory capacity on hepatic stellate cell (HSC) activation. CAR was tested for the inhibition of lipid peroxidation and as a free radical scavenger. CAR had higher inhibitory capacity on lipid peroxidation than probucol, α-humulene and α-tocopherol. Also, CAR showed high scavenging activities against hydroxyl radical and superoxide anion. The activity of 5-lipoxygenase, an enzyme that actively participates in fibrogenesis, was significantly inhibited by CAR. Carbon tetrachloride-treated rats received CAR at 2, 20 and 200 mg/kg. CAR significantly improved liver structure, and reduced fibrosis and the expression of Col1a1, Tgfb1 and Timp1 genes. Oxidative stress was used to establish a model of HSC activation with overproduction of extracellular matrix proteins. CAR (1 and 10 μm) increased cell viability and significantly reduced the expression of fibrotic marker genes. CAR, a sesquiterpene present in numerous plants and foods, is as a natural antioxidant that reduces carbon tetrachloride-mediated liver fibrosis and inhibits hepatic cell activation.

Autosuficiència energètica a la casa rural "Les Vinyes Grosses"

L’objectiu del present projecte és aconseguir l’autosuficiència energètica per a la casa rural “Les Vinyes Grosses”. Aquesta casa rural està situada a Sant Agustí de Lluçanès, comarca d’Osona. Es vol aconseguir fer una canvi de les instal·lacions que utilitzen energies no renovables a unes instal·lacions que funcionin amb energies renovables. Es pretén canviar la instal·lació de calefacció i aigua calenta que funciona amb gas-oil per una instal·lació que funcioni amb estella de pi roig que provingui de la mateixa finca. També es vol fer un canvi de la instal·lació elèctrica que funciona amb electricitat de la xarxa per una instal·lació elèctrica que utilitzi energia solar fotovoltàica. Per últim, es pretén que tota l’aigua consumida en la casa rural sigui aigua de la pluja en comptes d’utilitzar l’aigua de la xarxa. El cost total calculat per a realitzar aquests canvis d’instal·lacions és de 58.825 €, amb un temps d’amortització de 15,32 anys.

Oil price shocks, income and democracy

We examine the effect of oil price fluctuations ondemocratic institutions over the 1960-2007 period. We also exploitthe very persistent response of income to oil price fluctuations tostudy the effect of persistent (oil price-driven) income shocks ondemocracy. Our results indicate that countries with greater net oilexports over GDP see improvements in democratic institutionsfollowing upturns in international oil prices. We estimate that a 1percentage point increase in per capita GDP growth due to apositive oil price shock increases the Polity democracy score byaround 0.2 percentage points on impact and by around 2 percentagepoints in the long run. The effect on the probability of a democratictransition is around 0.4 percentage points.

Oil and economy in Mexico, 1900-1930s

This brief essay reviews the macro framework of oil and economy in Mexicoin the early days of the oil industry, from 1900 to 1938. The first sectiondisplays the figures of production at the world level and shows how Mexicobecome a major oil producer in the 1920s. The second section look at theMexican economy of the first third of the century followed by a thirdsection on the importance of the oil sector in terms of trade and fiscalincome. The last section reviews the literature and the outlooks of thecontemporaries over the development of the oil industry in the early partof the 20th century. The paper will be of use for those producing in depthanalyses of the Mexican oil industry in this period.

Business Sphere, Vol. 19, no.1

Ethanol, the clean-burning, high octane fuel distilled from Iowa’s corn fields, has the potential to free the U.S. from its foreign oil dependence. Transforming corn into ethanol, however, takes energy, usually in the form of natural gas or coal. Ames-based Frontline BioEnergy is developing biomass-to-energy conversion methods that reduce an ethanol plant’s consumption of fossil fuels, making ethanol an even greener product. As Iowa’s ethanol industry continues to grow, developing energy from biomass could result in huge savings for the state’s production facilities.

Influence of average size and interface passivation on the spectral emission of Si nanocrystals embedded in SiO2

The correlation between the structural (average size and density) and optoelectronic properties [band gap and photoluminescence (PL)] of Si nanocrystals embedded in SiO2 is among the essential factors in understanding their emission mechanism. This correlation has been difficult to establish in the past due to the lack of reliable methods for measuring the size distribution of nanocrystals from electron microscopy, mainly because of the insufficient contrast between Si and SiO2. With this aim, we have recently developed a successful method for imaging Si nanocrystals in SiO2 matrices. This is done by using high-resolution electron microscopy in conjunction with conventional electron microscopy in dark field conditions. Then, by varying the time of annealing in a large time scale we have been able to track the nucleation, pure growth, and ripening stages of the nanocrystal population. The nucleation and pure growth stages are almost completed after a few minutes of annealing time at 1100°C in N2 and afterward the ensemble undergoes an asymptotic ripening process. In contrast, the PL intensity steadily increases and reaches saturation after 3-4 h of annealing at 1100°C. Forming gas postannealing considerably enhances the PL intensity but only for samples annealed previously in less time than that needed for PL saturation. The effects of forming gas are reversible and do not modify the spectral shape of the PL emission. The PL intensity shows at all times an inverse correlation with the amount of Pb paramagnetic centers at the Si-SiO2 nanocrystal-matrix interfaces, which have been measured by electron spin resonance. Consequently, the Pb centers or other centers associated with them are interfacial nonradiative channels for recombination and the emission yield largely depends on the interface passivation. We have correlated as well the average size of the nanocrystals with their optical band gap and PL emission energy. The band gap and emission energy shift to the blue as the nanocrystal size shrinks, in agreement with models based on quantum confinement. As a main result, we have found that the Stokes shift is independent of the average size of nanocrystals and has a constant value of 0.26±0.03 eV, which is almost twice the energy of the Si¿O vibration. This finding suggests that among the possible channels for radiative recombination, the dominant one for Si nanocrystals embedded in SiO2 is a fundamental transition spatially located at the Si¿SiO2 interface with the assistance of a local Si-O vibration.

Safety of combined heat and moisture exchanger filters in long-term mechanical ventilation.

STUDY OBJECTIVE: To evaluate the safety of a combined heat and moisture exchanger filter (HMEF) for the conditioning of inspired gas in long-term mechanical ventilation (MV). DESIGN: Randomized controlled trial. SETTING: Medical ICU in a large teaching hospital. PATIENTS: One hundred fifteen consecutive patients who required > or = 48 h of MV. INTERVENTIONS: Patients were randomized at intubation time (day 1) to receive inspired gas conditioned either by a water-bath humidifier heated at 32 degrees C (HWBH) or by an HMEF (Hygroster; DAR; Mirandola, Italy). MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: The two study groups were comparable in terms of primary pathologic condition at the time of hospital admission, disease severity as measured by the Simplified Acute Physiology Score, and ICU mortality. They did not differ with respect to ventilator days per patient (mean +/- SD: HMEF, 7.6 +/- 6.5; HWBH, 7.8 +/- 5.8), incidence of endotracheal tube obstruction (HMEF, 0/59; HWBH, 1/56), and incidence of hypothermic episodes (HMEF, five; HWBH, two). In 41 patients receiving MV for > or = 5 days, the morphologic integrity of respiratory epithelium was evaluated on day 1 and day 5, using a cytologic examination of tracheal aspirate smears. The state of ciliated epithelium was scored on a scale from 0 (poorest integrity) to 1,200 (maximum integrity), according to a well-described method. In both patient groups, the scores slightly but significantly decreased from day 1 to day 5 (mean +/- SD: HWBH, from 787 +/- 104 to 745 +/- 88; HMEF, from 813 +/- 79 to 739 +/- 62; p < 0.01 for both groups); there were no statistically significant differences between groups. CONCLUSIONS: These data indicate acceptable safety of HMEFs of the type used in the present study for long-term mechanical ventilation.

Anomalous roughening of Hele-Shaw flows with quenched disorder

The kinetic roughening of a stable oil-air interface moving in a Hele-Shaw cell that contains a quenched columnar disorder (tracks) has been studied. A capillary effect is responsible for the dynamic evolution of the resulting rough interface, which exhibits anomalous scaling. The three independent exponents needed to characterize the anomalous scaling are determined experimentally. The anomalous scaling is explained in terms of the initial acceleration and subsequent deceleration of the interface tips in the tracks coupled by mass conservation. A phenomenological model that reproduces the measured global and local exponents is introduced.

Vortices in atomic Bose-Einstein condensates in the large-gas-parameter region

In this work we compare the results of the Gross-Pitaevskii and modified Gross-Pitaevskii equations with ab initio variational Monte Carlo calculations for Bose-Einstein condensates of atoms in axially symmetric traps. We examine both the ground state and excited states having a vortex line along the z axis at high values of the gas parameter and demonstrate an excellent agreement between the modified Gross-Pitaevskii and ab initio Monte Carlo methods, both for the ground and vortex states.

Quantum fluctuations on domain walls, strings, and vacuum bubbles

We develop a covariant quantum theory of fluctuations on vacuum domain walls and strings. The fluctuations are described by a scalar field defined on the classical world sheet of the defects. We consider the following cases: straight strings and planar walls in flat space, true vacuum bubbles nucleating in false vacuum, and strings and walls nucleating during inflation. The quantum state for the perturbations is constructed so that it respects the original symmetries of the classical solution. In particular, for the case of vacuum bubbles and nucleating strings and walls, the geometry of the world sheet is that of a lower-dimensional de Sitter space, and the problem reduces to the quantization of a scalar field of tachyonic mass in de Sitter space. In all cases, the root-mean-squared fluctuation is evaluated in detail, and the physical implications are briefly discussed.

Dissipation, noise and vacuum decay in quantum field theory

We study the process of vacuum decay in quantum field theory focusing on the stochastic aspects of the interaction between long- and short-wavelength modes. This interaction results in a diffusive behavior of the reduced Wigner function describing the state of long-wavelength modes, and thereby to a finite activation rate even at zero temperature. This effect can make a substantial contribution to the total decay rate.