A review of high magnetic moment thin films for microscale and nanotechnology applications

The creation of large magnetic fields is a necessary component in many technologies, ranging from magnetic resonance imaging, electric motors and generators, and magnetic hard disk drives in information storage. This is typically done by inserting a ferromagnetic pole piece with a large magnetisation density MS in a solenoid. In addition to large MS, it is usually required or desired that the ferromagnet is magnetically soft and has a Curie temperature well above the operating temperature of the device. A variety of ferromagnetic materials are currently in use, ranging from FeCo alloys in, for example, hard disk drives, to rare earth metals operating at cryogenic temperatures in superconducting solenoids. These latter can exceed the limit on MS for transition metal alloys given by the Slater-Pauling curve. This article reviews different materials and concepts in use or proposed for technological applications that require a large MS, with an emphasis on nanoscale material systems, such as thin and ultra-thin films. Attention is also paid to other requirements or properties, such as the Curie temperature and magnetic softness. In a final summary, we evaluate the actual applicability of the discussed materials for use as pole tips in electromagnets, in particular, in nanoscale magnetic hard disk drive read-write heads; the technological advancement of the latter has been a very strong driving force in the development of the field of nanomagnetism.

The Role and Effectiveness of Public – Private Partnerships (NHS LIFT) in the Development of Enhanced Primary Care Premises and Services:Report for the National Institute for Health Research Service Delivery and Organisation programme

The research project analysed the role and effectiveness of LIFT via a multi-method study which included semi-structured interviews with policy elites and users, as well as case studies and an exploratory analysis of the financial characteristics of three LIFT Companies. While the team felt that it was able to identify key aspects relating to the advantages and drawbacks surrounding LIFT, some aspects relating to the representativeness of the study was adversely affected by a reluctance of PCTs to participate in the case study analysis and commercial confidentiality restrictions. The study was nonetheless able to identify important issues in relation to the funding and procurement of primary care premises and services.

Sensitized terbium(iii) macrocyclic-phthalimide complexes as luminescent pH switches

Four new macrocyclic-phthalimide ligands were synthesised via the coupling of N-(3-bromopropyl)phthalimide either to cyclen (1,4,7,10- tetraazacyclododecane) itself or its carboxylate-functionalized analogues, and photophysical studies were carried out on their corresponding Tb(iii) complexes in aqueous media as a function of pH. Luminescence intensities of Tb·L^1a-Tb·L^3a were in 'switched off' mode under acidic conditions (pH < 4), and were activated on progression to basic conditions as the phthalimido functions therein were hydrolysed to their corresponding phthalamates Tb·L^1b-Tb·L^3b. Emission of phthalamate-based macrocyclic Tb(iii) complexes Tb·L ^1b-Tb·L^3b was in 'switched on' mode between pH 4 and 11, exhibiting high quantum yields (Φ) and long lifetimes (τ) of the order of milliseconds at pH ∼ 6. Tb(iii) emissions were found to decline with increasing number of chromophores. The values of Φ and τ were 46% and 2.4 ms respectively for Tb·L^1b at pH ∼ 6 when activated. This is the best pH-dependent sensor based on a Tb(iii) complex reported to date, benefiting from the macrocyclic architecture of the ligand. © 2013 The Royal Society of Chemistry.

Experimental investigation of thermal inertia properties in hemp-lime concrete walls

Hemp-lime concrete is a sustainable alternative to standard building wall materials, with low associated embodied energy. It exhibits good hygric, acoustic and thermal properties, making it an exciting, sustainable building envelope material. When cast in temporary shuttering around a timber frame, it exhibits lower thermal conductivity than concrete, and consequently achieves low U-values in a primarily mono-material wall construction. Although cast relatively thick hemp-lime walls do not generally achieve the low U-values stipulated in building regulations. However assessment of its thermal performance through evaluation of its resistance to thermal transfer alone, underestimates its true thermal quality. The thermal inertia, or reluctance of the wall to change its temperature when exposed to changing environmental temperatures, also has a significant impact on the thermal quality of the wall, the thermal comfort of the interior space and energy consumption due to space heating. With a focus on energy reduction in buildings, regulations emphasise thermal resistance to heat transfer with only less focus on thermal inertia or storage benefits due to thermal mass. This paper investigates dynamic thermal responsiveness in hemp-lime concrete walls. It reports the influence of thermal conductivity, density and specific heat through analysis of steady state and transient heat transfer, in the walls. A novel hot-box design which isolates the conductive heat flow is used, and compared with tests in standard hot-boxes. Thermal diffusivity and effusivity are evaluated, using experimentally measured conductivity, based on analytical relationships. Experimental results evident that hemp-lime exhibits high thermal inertia. They show the thermal inertia characteristics compensate for any limitations in the thermal resistance of the construction material. When viewed together the thermal resistance and mass characteristics of hemp-lime are appropriate to maintain comfortable thermal indoor conditions and low energy operation.

Reasons for non-participation in the Northern Ireland Bowel Cancer Screening Programme: a qualitative study

OBJECTIVES: To identify the reasons why some people do not participate in bowel cancer screening so that steps can be taken to improve informed decision-making.

DESIGN: Qualitative study, using focus groups with thematic analysis of data to identify, analyse and report patterns. Transcripts were repeatedly read and inductively coded using a phenomenological perspective, and organised into key themes.

SETTING: Belfast and Armagh, two areas of Northern Ireland with relatively low uptake of bowel cancer screening.

PARTICIPANTS: Ten women and 18 men in three single-gender focus groups (two male and one female), each with 9-10 participants. Study participants were recruited by convenience sampling from the general public and were eligible for, but had not taken part in, the Northern Ireland Bowel Cancer Screening Programme.

RESULTS: Key themes identified were fear of cancer; the test procedure; social norms; past experience of cancer and screening; lack of knowledge or understanding about bowel cancer screening; and resulting behaviour towards the test. Fear about receiving bad news and reluctance to conduct the test themselves were reactions that participants seemed willing to overcome after taking part in open discussion about the test.

CONCLUSIONS: We identified barriers to participation in bowel cancer screening and used these insights to develop new materials to support delivery of the programme. Some of the issues raised have been identified in other UK settings, suggesting that knowledge about barriers, and strategies to improve uptake, may be generalisable.

Natural Killer Cell-like signature observed in locally advanced rectal cancer after neoadjuvant chemoradiotherapy in a tumour regression grade dependent manner

Background: Around 10-15% of patients with locally advanced rectal cancer (LARC) undergo a pathologically complete response (TRG4) to neoadjuvant chemoradiotherapy; the rest of patients exhibit a spectrum of tumour regression (TRG1-3). Understanding therapy-related genomic alterations may help us to identify underlying biology or novel targets associated with response that could increase the efficacy of therapy in patients that do not benefit from the current standard of care.
Methods: 48 FFPE rectal cancer biopsies and matched resections were analysed using the WG-DASL HumanHT-12_v4 Beadchip array on the illumina iScan. Bioinformatic analysis was conducted in Partek genomics suite and R studio. Limma and glmnet packages were used to identify genes differentially expressed between tumour regression grades. Validation of microarray results will be carried out using IHC, RNAscope and RT-PCR.
Results: Immune response genes were observed from supervised analysis of the biopsies which may have predictive value. Differential gene expression from the resections as well as pre and post therapy analysis revealed induction of genes in a tumour regression dependent manner. Pathway mapping and Gene Ontology analysis of these genes suggested antigen processing and natural killer mediated cytotoxicity respectively. The natural killer-like gene signature was switched off in non-responders and on in the responders. IHC has confirmed the presence of Natural killer cells through CD56+ staining.
Conclusion: Identification of NK cell genes and CD56+ cells in patients responding to neoadjuvant chemoradiotherapy warrants further investigation into their association with tumour regression grade in LARC. NK cells are known to lyse malignant cells and determining whether their presence is a cause or consequence of response is crucial. Interrogation of the cytokines upregulated in our NK-like signature will help guide future in vitro models.

PTEN deficiency promotes macrophage infiltration and hypersensitivity of prostate cancer to IAP antagonist/radiation combination therapy

PTEN loss is prognostic for patient relapse post-radiotherapy in prostate cancer (CaP). Infiltration of tumor-associated macrophages (TAMs) is associated with reduced disease-free survival following radical prostatectomy. However, the association between PTEN loss, TAM infiltration and radiotherapy response of CaP cells remains to be evaluated. Immunohistochemical and molecular analysis of surgically-resected Gleason 7 tumors confirmed that PTEN loss correlated with increased CXCL8 expression and macrophage infiltration. However PTEN status had no discernable correlation with expression of other inflammatory markers by CaP cells, including TNF-α. In vitro, exposure to conditioned media harvested from irradiated PTEN null CaP cells induced chemotaxis of macrophage-like THP-1 cells, a response partially attenuated by CXCL8 inhibition. Co-culture with THP-1 cells resulted in a modest reduction in the radio-sensitivity of DU145 cells. Cytokine profiling revealed constitutive secretion of TNF-α from CaP cells irrespective of PTEN status and IR-induced TNF-α secretion from THP-1 cells. THP-1-derived TNF-α increased NFκB pro-survival activity and elevated expression of anti-apoptotic proteins including cellular inhibitor of apoptosis protein-1 (cIAP-1) in CaP cells, which could be attenuated by pre-treatment with a TNF-α neutralizing antibody. Treatment with a novel IAP antagonist, AT-IAP, decreased basal and TNF-α-induced cIAP-1 expression in CaP cells, switched TNF-α signaling from pro-survival to pro-apoptotic and increased radiation sensitivity of CaP cells in co-culture with THP-1 cells. We conclude that targeting cIAP-1 can overcome apoptosis resistance of CaP cells and is an ideal approach to exploit high TNF-α signals within the TAM-rich microenvironment of PTEN-deficient CaP cells to enhance response to radiotherapy.

All the World's a Stage: Facilitating Discovery Science and Improved Cancer Care through the Global Alliance for Genomics and Health

The recent explosion of genetic and clinical data generated from tumor genome analysis presents an unparalleled opportunity to enhance our understanding of cancer, but this opportunity is compromised by the reluctance of many in the scientific community to share datasets and the lack of interoperability between different data platforms. The Global Alliance for Genomics and Health is addressing these barriers and challenges through a cooperative framework that encourages "team science" and responsible data sharing, complemented by the development of a series of application program interfaces that link different data platforms, thus breaking down traditional silos and liberating the data to enable new discoveries and ultimately benefit patients.

A tool for the evaluation of slaughter horse welfare during unloading

This study aimed to develop a scientific and practical tool to be used to assess horse welfare after commercial transport over long journeys. A set of physical, behavioural and environmental measures was selected, covering welfare aspects of both transport and unloading procedures. The protocol was field-tested on 51 intra-EU commercial transports arriving at different sites in Italy. Univariate analysis was implemented to look for associations between the input variables (environmental hazards potentially affecting the animal well-being during long transports) and the outcome variables (direct evaluation of the animal condition). No severe welfare impairments were recorded (ie dead on arrival, severe injuries, non-ambulatory animals), while milder ones were more frequent at unloading (eg slipping; 36.7%, reluctance to move; 9.6%). Correlations emerged between ramp slope and falling; type of ramp floor and slipping; fast gait and the presence of gaps between the ramp and the floor. The horses' behaviour was also related to the type of handling procedure used. The measures were repeatable and practical to apply and score during real-time unloading. This work provides a sound basis for a new and practical welfare assessment tool for horses travelling over long journeys. Careful and constant application of this protocol would provide stakeholders with the opportunity to track and monitor changes in the industry over time, as well as to identify high risk areas in transport routines.

Levantamiento de una base de datos para el diagnóstico de fallas en motores de combustión interna ciclo Otto con sistema MPFI mediante el análisis del sensor MAP

En el presente documento se presenta el desarrollo de la creación de una base de datos para el diagnóstico de fallas en los motores de combustión interna MPFI mediante el análisis del sensor MAP (Manifold Absolute Pressure), a través del cual se puede determinar y diagnosticar fallas en sensores, actuadores y sistemas auxiliares.

Optical processing devices and techniques for next generation optical networks

Este trabalho surge do interesse em substituir os nós de rede óptica baseados maioritariamente em electrónica por nós de rede baseados em tecnologia óptica. Espera-se que a tecnologia óptica permita maiores débitos binários na rede, maior transparência e maior eficiência através de novos paradigmas de comutação. Segundo esta visão, utilizou-se o MZI-SOA, um dispositivo semicondutor integrado hibridamente, para realizar funcionalidades de processamento óptico de sinal necessárias em nós de redes ópticas de nova geração. Nas novas redes ópticas são utilizados formatos de modulação avançados, com gestão da fase, pelo que foi estudado experimentalmente e por simulação o impacto da utilização destes formatos no desempenho do MZI-SOA na conversão de comprimento de onda e formato, em várias condições de operação. Foram derivadas regras de utilização para funcionamento óptimo. Foi também estudado o impacto da forma dos pulsos do sinal no desempenho do dispositivo. De seguida, o MZI-SOA foi utilizado para realizar funcionalidades temporais ao nível do bit e do pacote. Foi investigada a operação de um conversor de multiplexagem por divisão no comprimento de onda para multiplexagem por divisão temporal óptica, experimentalmente e por simulação, e de um compressor e descompressor de pacotes, por simulação. Para este último, foi investigada a operação com o MZI-SOA baseado em amplificadores ópticos de semicondutor com geometria de poço quântico e ponto quântico. Foi também realizado experimentalmente um ermutador de intervalos temporais que explora o MZI-SOA como conversor de comprimento de onda e usa um banco de linhas de atraso ópticas para introduzir no sinal um atraso seleccionável. Por fim, foi estudado analiticamente, experimentalmente e por simulação o impacto de diafonia em redes ópticas em diversas situações. Extendeu-se um modelo analítico de cálculo de desempenho para contemplar sinais distorcidos e afectados por diafonia. Estudou-se o caso de sinais muito filtrados e afectados por diafonia e mostrou-se que, para determinar correctamente as penalidades que ocorrem, ambos os efeitos devem ser considerados simultaneamente e não em separado. Foi estudada a escalabilidade limitada por diafonia de um comutador de intervalos temporais baseado em MZI-SOA a operar como comutador espacial. Mostrou-se também que sinais afectados fortemente por não-linearidades podem causar penalidades de diafonia mais elevadas do que sinais não afectados por não-linearidades. Neste trabalho foi demonstrado que o MZI-SOA permite construir vários e pertinentes circuitos ópticos, funcionando como bloco fundamental de construção, tendo sido o seu desempenho analisado, desde o nível de componente até ao nível de sistema. Tendo em conta as vantagens e desvantagens do MZI-SOA e os desenvolvimentos recentes de outras tecnologias, foram sugeridos tópicos de investigação com o intuito de evoluir para as redes ópticas de nova geração.

Estabilidade de sistemas comutados com reset parcial

A presente tese é dedicada ao estudo da estabilidade de sistemas definidos por famílias finitas de sistemas lineares invariantes e por regras de comutação que coordenam a comutação entre eles. Assumimos que, em cada instante de tempo onde ocorre comutação, a trajectória do estado do sistema possa sofrer um "salto" desencadeado pela aplicação de um reset. Estes sistemas são, neste trabalho, designados por sistemas comutados com reset. Os resets podem ser de dois tipos - totais ou parciais, dependendo se a totalidade ou apenas uma parte das componentes do estado está disponível para reset. Neste sentido, distinguimos sistemas comutados com reset (total) e sistemas comutados com reset parcial. Analisamos a estabilidade dos dois tipos de sistemas comutados referidos à luz da teoria de Lyapunov e sob duas perspectivas; por um lado determinamos sob que condições um sistema comutado com reset é estável e por outro, identificamos resets que, quando aplicados, asseguram a estabilidade do sistema. Neste último ponto, a escolha dos resets adequados a aplicar pode por si só revelar-se insuficiente para obter estabilidade, especialmente se apenas parte das componentes do estado estiver disponível para reset (caso de reset parcial).

Enhanced ethernet switching technology for adaptive hard real-time applications: Tecnologia de comutação ethernet melhorada para aplicações adaptativas e críticas de tempo-real

Os Sistemas Embarcados Distribuídos (SEDs) estão, hoje em dia, muito difundidos em vastas áreas, desde a automação industrial, a automóveis, aviões, até à distribuição de energia e protecção do meio ambiente. Estes sistemas são, essencialmente, caracterizados pela integração distribuída de aplicações embarcadas, autónomas mas cooperantes, explorando potenciais vantagens em termos de modularidade, facilidade de manutenção, custos de instalação, tolerância a falhas, entre outros. Contudo, o ambiente operacional onde se inserem estes tipos de sistemas pode impor restrições temporais rigorosas, exigindo que o sistema de comunicação subjacente consiga transmitir mensagens com garantias temporais. Contudo, os SEDs apresentam uma crescente complexidade, uma vez que integram subsistemas cada vez mais heterogéneos, quer ao nível do tráfego gerado, quer dos seus requisitos temporais. Em particular, estes subsistemas operam de forma esporádica, isto é, suportam mudanças operacionais de acordo com estímulos exteriores. Estes subsistemas também se reconfiguram dinamicamente de acordo com a actualização dos seus requisitos e, ainda, têm lidar com um número variável de solicitações de outros subsistemas. Assim sendo, o nível de utilização de recursos pode variar e, desta forma, as políticas de alocação estática tornam-se muito ineficientes. Consequentemente, é necessário um sistema de comunicação capaz de suportar com eficácia reconfigurações e adaptações dinâmicas. A tecnologia Ethernet comutada tem vindo a emergir como uma solução sólida para fornecer comunicações de tempo-real no âmbito dos SEDs, como comprovado pelo número de protocolos de tempo-real que foram desenvolvidos na última década. No entanto, nenhum dos protocolos existentes reúne as características necessárias para fornecer uma eficiente utilização da largura de banda e, simultaneamente, para respeitar os requisitos impostos pelos SEDs. Nomeadamente, a capacidade para controlar e policiar tráfego de forma robusta, conjugada com suporte à reconfiguração e adaptação dinâmica, não comprometendo as garantias de tempo-real. Esta dissertação defende a tese de que, pelo melhoramento dos comutadores Ethernet para disponibilizarem mecanismos de reconfiguração e isolamento de tráfego, é possível suportar aplicações de tempo-real críticas, que são adaptáveis ao ambiente onde estão inseridas.Em particular, é mostrado que as técnicas de projecto, baseadas em componentes e apoiadas no escalonamento hierárquico de servidores de tráfego, podem ser integradas nos comutadores Ethernet para alcançar as propriedades desejadas. Como suporte, é fornecida, também, uma solução para instanciar uma hierarquia reconfigurável de servidores de tráfego dentro do comutador, bem como a análise adequada ao modelo de escalonamento. Esta última fornece um limite superior para o tempo de resposta que os pacotes podem sofrer dentro dos servidores de tráfego, com base unicamente no conhecimento de um dado servidor e na hierarquia actual, isto é, sem o conhecimento das especifidades do tráfego dentro dos outros servidores. Finalmente, no âmbito do projecto HaRTES foi construído um protótipo do comutador Ethernet, o qual é baseado no paradigma “Flexible Time-Triggered”, que permite uma junção flexível de uma fase síncrona para o tráfego controlado pelo comutador e uma fase assíncrona que implementa a estrutura hierárquica de servidores referidos anteriormente. Além disso, as várias experiências práticas realizadas permitiram validar as propriedades desejadas e, consequentemente, a tese que fundamenta esta dissertação.

Nonlinear behavioral modeling of mixed signal RF-digital I/O devices

Esta tese investiga a caracterização (e modelação) de dispositivos que realizam o interface entre os domínios digital e analógico, tal como os buffers de saída dos circuitos integrados (CI). Os terminais sem fios da atualidade estão a ser desenvolvidos tendo em vista o conceito de rádio-definido-por-software introduzido por Mitola. Idealmente esta arquitetura tira partido de poderosos processadores e estende a operação dos blocos digitais o mais próximo possível da antena. Neste sentido, não é de estranhar que haja uma crescente preocupação, no seio da comunidade científica, relativamente à caracterização dos blocos que fazem o interface entre os domínios analógico e digital, sendo os conversores digital-analógico e analógico-digital dois bons exemplos destes circuitos. Dentro dos circuitos digitais de alta velocidade, tais como as memórias Flash, um papel semelhante é desempenhado pelos buffers de saída. Estes realizam o interface entre o domínio digital (núcleo lógico) e o domínio analógico (encapsulamento dos CI e parasitas associados às linhas de transmissão), determinando a integridade do sinal transmitido. Por forma a acelerar a análise de integridade do sinal, aquando do projeto de um CI, é fundamental ter modelos que são simultaneamente eficientes (em termos computacionais) e precisos. Tipicamente a extração/validação dos modelos para buffers de saída é feita usando dados obtidos da simulação de um modelo detalhado (ao nível do transístor) ou a partir de resultados experimentais. A última abordagem não envolve problemas de propriedade intelectual; contudo é raramente mencionada na literatura referente à caracterização de buffers de saída. Neste sentido, esta tese de Doutoramento foca-se no desenvolvimento de uma nova configuração de medição para a caracterização e modelação de buffers de saída de alta velocidade, com a natural extensão aos dispositivos amplificadores comutados RF-CMOS. Tendo por base um procedimento experimental bem definido, um modelo estado-da-arte é extraído e validado. A configuração de medição desenvolvida aborda não apenas a integridade dos sinais de saída mas também do barramento de alimentação. Por forma a determinar a sensibilidade das quantias estimadas (tensão e corrente) aos erros presentes nas diversas variáveis associadas ao procedimento experimental, uma análise de incerteza é também apresentada.

All-optical routing functionalities

All-optical solutions for switching and routing packet-based traffic are crucial for realizing a truly transparent network. To meet the increasing requirements for higher bandwidth, such optical packet switched networks may require the implementation of digital functions in the physical layer. This scenario stimulated us to research and develop innovative high-speed all-optical storage memories, focusing mainly on bistables whose state switching is triggered by a pulsed clock signal. In clocked devices, a synchronization signal is responsible for controlling the enabling of the bistable. This thesis also presents novel solutions to implement optical logic gates, which are basic building blocks of any processing system and a fundamental element for the development of complex processing functionalities. Most of the proposed schemes developed in this work are based on SOA-MZI structures due to their inherent characteristics such as, high extinction ratio, high operation speed, high integration capability and compactness. We addressed the experimental implementation of an all-optical packet routing scheme, with contention resolution capability, using interconnected SOAMZIs. The impact on the system performance of the reminiscent power of the blocked packets, from the non ideal switching performed by the SOA-MZIs, was also assessed.