Dual interfacial modifications of hierarchically structured iodine-doped ZnO photoanodes for high-efficiency dye-sensitized solar cells

A nanocomposite porous electrode structure consisting of hierarchical iodine-doped zinc oxide (I-ZnO) aggregates combined with the two simple solution-processed interfacial modifications i.e. a ZnO compact layer (CL) and a TiO2 protective layer (PL) has been developed in order to understand electron transport and recombination in the photoanode matrix, together with boosting the conversion efficiency of I-ZnO based dye-sensitized solar cells (DSCs). Electrochemical impedance spectra demonstrate that ZnO CL pre-treatment and TiO2 PL post-treatment synergistically reduce charge-transfer resistance and suppress electron recombination. Furthermore, the electron lifetime in two combined modifications of IZnO + CL + PL photoelectrode is the longest in comparison with the other three photoelectrodes. As a consequence, the overall conversion efficiency of I-ZnO + CL + PL DSC is significantly enhanced to 6.79%, with a 36% enhancement compared with unmodified I-ZnO DSC. Moreover, the stability of I-ZnO + CL + PL cell is improved as compared to I-ZnO one. The mechanism of electron transfer and recombination upon the introduction of ZnO CL and TiO2 PL is also proposed in this work.

Teamwork Efficiency and Company Size

We study how ownership structure and management objectives interact in determining the company size without assuming information constraints or any explicit costs of management. In symmetric agent economies, the optimal company size balances the returns to scale of the production function and the returns to collaboration efficiency. For a general class of payoff functions, we characterize the optimal company size, and we compare the optimal company size across different managerial objectives. We demonstrate the restrictiveness of common assumptions on effort aggregation (e.g., constant elasticity of effort substitution), and we show that common intuition (e.g., that corporate companies are more efficient and therefore will be larger than equal-share partnerships) might not hold in general.

Combinations of Prompt and Target Response Modalities and Their Impact on Emergent Relations and Teaching Efficiency.

In the present study, native Spanish speakers were taught a small English vocabulary (Spanish-to-English intraverbals). Four different training conditions were created by combining textual and echoic prompts with written and vocal target responses. The efficiency of each training condition was examined by analysing emergent relations (i.e., tacts) and the total number of sessions required to reach mastery under each training condition. All combinations of prompt-response modalities generated increases in correct responding on tests for emergent relations but when target responses were written, mastery criterion was reached faster. Results are discussed in terms of efficiency for emergent relations and recommendations for future directions are provided.

Differential efficiency of the endocytic machinery in tonic and phasic synapses

Efficient synaptic vesicle membrane recycling is one of the key factors required to sustain neurotransmission. We investigated potential differences in the compensatory endocytic machineries in two glutamatergic synapses with phasic and tonic patterns of activity in the lamprey spinal cord. Post-embedding immunocytochemistry demonstrated that proteins involved in synaptic vesicle recycling, including dynamin, intersectin, and synapsin, occur at higher levels (labeling per vesicle) in tonic dorsal column synapses than in phasic reticulospinal synapses. Synaptic vesicle protein 2 occurred at similar levels in the two types of synapse. After challenging the synapses with high potassium stimulation for 30 min the vesicle pool in the tonic synapse was maintained at a normal level, while that in the phasic synapse was partly depleted along with expansion of the plasma membrane and accumulation of clathrin-coated intermediates at the periactive zone. Thus, our results indicate that an increased efficiency of the endocytic machinery in a synapse may be one of the factors underlying the ability to sustain neurotransmission at high rates.

Efficiency analysis of flat plate collectors for building facade integration

A theoretical approach has been used to evaluate the performance of facade integrated solar collectors based on the physical collector parameters such as absorber plate absorptance, transmittance of the glazed cover plate and insulation thickness. A 1D steady state model, based on the Hottel Whillier Bliss equation, was employed to determine the effect of changing parameters to meet façade integration criteria.

Efficiency of starfish mopping in reducing predation on cultivated benthic mussels (Mytilus edulis Linnaeus)

The starfish, Asterias rubens, preys on mussels (Mytilus edulis), which are relaid during benthic cultivation processes. Starfish mops, a modified dredge used to remove starfish from mussel cultivation beds, are used in several fisheries today but few studies have attempted to quantify the effectiveness of this method in removing starfish. This study tested the effectiveness of starfish mopping to reduce starfish numbers on mussel beds in Belfast Lough, Northern Ireland. Video surveys to determine starfish densities on mussel beds were conducted between October 2013 and December 2014 using a GoPro™ camera attached to starfish mops. This allowed us to firstly test whether starfish density varied among mussel beds and to investigate how fluctuations in starfish numbers may vary in relationship to starfish ecology. We then estimated the efficiency of mops at removing starfish from mussel beds by comparing densities of starfish on beds, as determined using video footage, with densities removed by mops. Starfish abundance was similar among different mussel beds during this study. The efficiency of mops at removing estimated starfish aggregations varied among mussel beds (4–78%) and the mean reduction in starfish abundance was 27% (± SE 3.2). The effectiveness of mops at reducing starfish abundance was shown to decline as the initial density of starfish on mussel beds increased. It can be recommended that the exact deployment technique of mops on mussel beds should vary depending on the density of starfish locally. The area of mussel bed covered by mops during a tow, for example, should be less when starfish densities are high, to maintain efficiencies throughout the full length of tows and to optimise the removal of starfish from mussel beds. This strategy, by reducing abundance of a major predator, could assist in reducing losses in the mussel cultivation industry.

Joint Optimization of Area Spectral Efficiency and Delay over PPP Interfered Ad-Hoc Networks

To evaluate the performance of the co-channel transmission based communication, we propose a new metric for area spectral efficiency (ASE) of interference limited ad-hoc network by assuming that the nodes are randomly distributed according to a Poisson point processes (PPP). We introduce a utility function, U = ASE/delay and derive the optimal ALOHA transmission probability p and the SIR threshold τ that jointly maximize the ASE and minimize the local delay. Finally, numerical results have been conducted to confirm that the joint optimization based on the U metric achieves a significant performance gain compared to conventional systems.

A Tractable Approach to Uplink Spectral Efficiency of Two-Tier Massive MIMO Cellular HetNets

This letter investigates the uplink spectral efficiency (SE) of a two-tier cellular network, where massive multiple-input multiple-output macro base stations are overlaid with dense small cells. Macro user equipments (MUEs) and small cells with single user equipment uniformly scattered are modeled as two independent homogeneous Poisson point processes. By applying stochastic geometry, we analyze the SE of the multiuser uplink at a macro base station that employs a zero-forcing detector and we obtain a novel lower bound as well as its approximation. According to the simple and near-exact analytical expression, we observe that the ideal way to improve the SE is by increasing the MUE density and the base station antennas synchronously rather than increasing them individually. Furthermore, a large value of path loss exponent has a positive effect on the SE due to the reduced aggregated interference.

Improved Efficiency for Partial Oxidation of Methane by Controlled Copper Deposition on Surface-Modified ZSM-5

The mono(μ-oxo) dicopper cores present in the pores of Cu-ZSM-5 are active for the partial oxidation of methane to methanol. However, copper on the external surface reduces the ratio of active, selective sites to unselective sites. More efficient catalysts are obtained by controlling the copper deposition during synthesis. Herein, the external exchange sites of ZSM-5 samples were passivated by bis(trimethylsilyl) trifluoroacetamide (BSTFA) followed by calcination, promoting selective deposition of intraporous copper during aqueous copper ion exchange. At an optimum level of 1–2 wt % SiO2, IR studies showed a 64 % relative reduction in external copper species and temperature-programmed oxidation analysis showed an associated increase in the formation of methanol compared with unmodified Cu-ZSM-5 samples. It is, therefore, reported that the modified zeolites contained a significantly higher proportion of active, selective copper species than their unmodified counterparts with activity for partial methane oxidation to methanol.

Methylene Blue-Loaded Dissolving Microneedles: Potential Use in Photodynamic Antimicrobial Chemotherapy of Infected Wounds

Photodynamic therapy involves delivery of a photosensitising drug that is activated by light of a specific wavelength, resulting in generation of highly reactive radicals. This activated species can cause destruction of targeted cells. Application of this process for treatment of microbial infections has been termed "photodynamic antimicrobial chemotherapy" (PACT). In the treatment of chronic wounds, the delivery of photosensitising agents is often impeded by the presence of a thick hyperkeratotic/necrotic tissue layer, reducing their therapeutic efficacy. Microneedles (MNs) are an emerging drug delivery technology that have been demonstrated to successfully penetrate the outer layers of the skin, whilst minimising damage to skin barrier function. Delivering photosensitising drugs using this platform has been demonstrated to have several advantages over conventional photodynamic therapy, such as, painless application, reduced erythema, enhanced cosmetic results and improved intradermal delivery. The aim of this study was to physically characterise dissolving MNs loaded with the photosensitising agent, methylene blue and assess their photodynamic antimicrobial activity. Dissolving MNs were fabricated from aqueous blends of Gantrez(®) AN-139 co-polymer containing varying loadings of methylene blue. A height reduction of 29.8% was observed for MNs prepared from blends containing 0.5% w/w methylene blue following application of a total force of 70.56 N/array. A previously validated insertion test was used to assess the effect of drug loading on MN insertion into a wound model. Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans biofilms were incubated with various methylene blue concentrations within the range delivered by MNs in vitro (0.1-2.5 mg/mL) and either irradiated at 635 nm using a Paterson Lamp or subjected to a dark period. Microbial susceptibility to PACT was determined by assessing the total viable count. Kill rates of >96%, were achieved for S. aureus and >99% for E. coli and C. albicans with the combination of PACT and methylene blue concentrations between 0.1 and 2.5 mg/mL. A reduction in the colony count was also observed when incorporating the photosensitiser without irradiation, this reduction was more notable in S. aureus and E. coli strains than in C. albicans.

Latent vs. Observed Variables: Analysis of Irrigation Water Efficiency Using SEM and SUR

In this paper we compare conceptualising single factor technical and allocative efficiency as indicators of a single latent variable, or as separate observed variables. In the former case, the impacts on both efficiency types are analysed by means of structural equation modeling (SEM), in the latter by seemingly unrelated regression (SUR). We compare estimation results of the two approaches based on a dataset on single factor irrigation water use efficiency obtained from a survey of 360 farmers in the Guanzhong Plain, China. The main methodological findings are that SEM allows identification of the most important dimension of irrigation water efficiency (technical efficiency) via comparison of their factor scores and reliability. Moreover, it reduces multicollinearity and attenuation bias. It thus is preferable to SUR. The SEM estimates show that perception of water scarcity is the most important positive determinant of both types of efficiency, followed by irrigation infrastructure, income and water price. Furthermore, there is a strong negative reverse effect from efficiency on perception.

Phthalocyanine-based systems: synthesis, properties and applications

A presente dissertação descreve a síntese e o estudo de propriedades fotofísicas e biológicas de sistemas baseados em ftalocianinas. Os sistemas sintetizados consistem em ftalocianinas contendo unidades de D-galactose, ciclodextrinas, [60]fulereno ou porfirinas. Na primeira parte da dissertação aborda-se a síntese de ftalocianinas substituídas com unidades de D-galactose, com o intuito de serem utilizadas como fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica. A eficiência de geração de oxigénio singuleto induzida pelas glicoftalocianinas, bem como a sua actividade fotodinâmica in vitro em células HeLa são avaliadas. Adicionalmente são descritos os estudos de MALDI-MS/MS de dois pares de glicoftalocianinas isoméricas. Numa segunda parte, descrevem-se a síntese e a caracterização de sistemas supramoleculares de ftalocianinas ligadas a ciclodextrinas ou [60]fulereno. Foram desenvolvidas metodologias sintéticas para obter complexos ftalocianínicos de ruténio(II) substituídos axialmente com derivados de ciclodextrinas, e complexos ftalocianínicos de zinco(II) ligados covalentemente a ciclodextrinas. Descreve-se também a síntese de uma díade ftalocianina- [60]fulereno. A estratégia sintética envolve um peculiar primeiro passo, uma reacção de aminação redutiva, no qual se obtém uma ftalocianina funcionalizada com glicina, seguida da habitual reacção de cicloadição 1,3- dipolar. Na terceira parte, abordam-se sistemas dador-aceitador de díades porfirinaftalocianina, como modelos promissores para mimetizar sistemas fotossintéticos naturais. Diferentes tipos de díades porfirina-ftalocianina, ligadas através do grupo fenilo da posição meso ou da posição β-pirrólica da porfirina, são sintetizadas e caracterizadas. As abordagens sintéticas envolvem reacções de aminação catalisadas por paládio e reacções de condensação cruzada de dois ftalonitrilos adequadamente substituídos. Também se descrevem processos de transferência de energia e electrónica fotoinduzidos que se formam a partir das díades porfirina-ftalocianina.

Síntese e potenciais aplicações de novas porfirinas β-funcionalizadas

Neste trabalho é descrita a síntese de novos derivados porfirínicos com potencial aplicação em terapia fotodinâmica (PDT) e como quimiossensores para o reconhecimento molecular de catiões metálicos. Os novos compostos foram preparados usando como “template” 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina através de diferentes abordagens sintéticas, tais como, reações de cicloadição 1,3-dipolar ou reações do tipo condensação aldólica. Depois de uma breve introdução sobre porfirinas segue-se no capítulo 2 a descrição dos estudos de formilação de Vilsmeier-Haack dos complexos de Ni(II) e Cu(II) de meso-tetra-arilporfirinas realizados usando irradiação de microondas. Utilizando os complexos de Ni(II) e Cu(II) da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina foram considerados vários solventes, potências de irradiação e tempos de reação; as melhores condições encontradas foram aplicadas a outras mesotetra- arilporfirinas. Os derivados formilados resultantes da reação de formilação de Vilsmeier-Haack com irradiação de micro-ondas foram isolados em bons rendimentos e com significativa redução no tempo de reação, que passou de horas, em condiçoes clássicas de aquecimento, para minutos sob irradiação de micro-ondas. O “scale-up” da reação, nas condições estabelecidas, mostrou ser eficiente não sendo a reação afetada pelo aumento da quantidade de porfirina. O capítulo 3 descreve a reação de ciclo-adição 1,3-dipolar de meso-tetraarilporfirinas com iminas de nitrilo, geradas in situ por desidrobromação de hidrazono-α-bromoglioxilatos de etilo na presença de base. A reação de iminas de nitrilo com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina, na presença de K2CO3 em tolueno a refluxo, permitiu isolar novas pirazoloclorinas em rendimentos moderados. Foram investigadas as propriedades fotofísicas das novas clorinas e os resultados sugerem que duas delas apresentam potencialidades para serem utilizadas em PDT. Este tipo de reações foi estendida ao complexo 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II); este complexo reagiu com as iminas de nitrilo obtendo-se os correspondentes derivados porfirina-pirazolina em rendimentos que variaram entre valores de bom e de excelente. A regioquímica dos derivados porfirina-pirazolina formados foi elucidada por RMN e confirmada por difração de raios-X. O tratamento dos derivados porfirina-pirazolina com DDQ proporciona os correspondentes derivados porfirina-pirazol com rendimentos de moderados a excelentes. Quando os derivados porfirina-pirazolina foram submetidos a condições de hidrólise básica, observou-se não só a hidrólise do grupo éster presente no anel pirazolínico mas também a concomitante oxidação desta unidade heterocíclica, isolando-se assim, num único passo reacional, novos derivados de tipo porfirinapirazol com um grupo carboxílico. A descomplexação dos complexos de Zn(II) foi realizada na presença de TFA, tendo-se isolado quantitativamente os respetivos derivados na forma de bases livres.Foram estudadas algumas das propriedades fotofísicas de todos os compostos obtidos, quer na forma de complexos de Zn(II), quer na forma de base livre. Duma forma geral, todos os compostos preparados mostraram ser bons geradores de oxigénio singleto, o que os torna interessantes para possível utilização como fotossensibilizadores em PDT. No capítulo 4 é descrita a reação de 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina com aril-cetonas e acetato de amónio, na presença de La(OTf)3, o que permitiu isolar novas benzoporfirinas e 2-(2,6-diarilpiridina-4-il)porfirinas. Esta metodologia foi utilizada para preparar, pela primeira vez, uma 2-(2,2':6,2''- terpiridin-4-il)porfirina. As estruturas de duas das 2-(2,6-diarilpiridin-4- il)porfirinas foram confirmadas por difração de raios-X de cristal único. A metodologia descrita permite ainda preparar novos derivados de tipo porfirinacalcona, apenas com pequenos ajustes nas condições reacionais através de uma reação do tipo condensação aldólica. Os derivados do tipo porfirinacalcona foram posteriormente usados para preparar derivados do tipo porfirinapirazol 1,3,5-tri-substituídos em bons rendimentos, através de reação de condensação com fenil-hidrazina. Em cada um dos capítulos é descrito os procedimentos experimentais e a caracterização espectroscópica (RMN, UV-vis e massa) dos novos compostos isolados. Em alguns casos foi necessário o recurso a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, NOESY, HSQC e HMBC. Os compostos preparados neste trabalho foram ainda objecto de estudos de avaliação das respetivas potencialidades para actuarem como quimiossensores para o reconhecimento de catiões metálicos, nomeadamente, Cu(II), Ag(I), Zn(II), Cd(II) e Hg(II). Assim no capítulo 5 é descrita a caracterização fotofísica dos compostos preparados no capítulo 4 e, os estudos destes como potenciais quimiossensores. Os estudos para verificar a potencialidade dos compostos como quimiossensores foram efectuados: i) em solução, através de titulações espectrofotométricas e espectrofluorimétricas, ii) no estado sólido, recorrendo à preparação de filmes de PMMA dopados com os ligandos porfirínicos em estudo e, iii) na fase gasosa, seguindo as titulações dos ligandos com metais por espectrometria de massa (MALDI-TOF-MS). Os compostos estudados mostraram ter capacidade para atuarem como quimiossensores de catiões metálicos capazes de distinguirem entre os iões Zn(II) e Hg(II).

Photoinactivation of viruses by porphyrins

A inativação fotodinâmica tem sido usada com sucesso na inativação de microorganismos. Diversos aspetos da inativação fotodinâmica foram já estudados para diferentes microrganismos, contudo, existe ainda pouca informação disponível no que diz respeito à inativação de bacteriófagos por processos fotodinâmicos. Este trabalho pretendeu elucidar e avaliar vários aspetos da fotoinativação de vírus, em particular de bacteriófagos, incluindo (i) o efeito de diversos parâmetros de luz utilizados na fotoinativação de bacteriófagos; (ii) a eficiência da inativação fotodinâmica de diferentes tipos de bacteriófagos (fagos do tipo DNA e RNA); (iii) o principal mecanismo através do qual a inativação fotodinâmica tem lugar; (iv) o efeito da fotoinativação nas proteínas do bacteriófago; e (v) o possível desenvolvimento de resistência e recuperação da viabilidade após vários tratamentos fotodinâmicos consecutivos. Para avaliar o efeito dos diferentes parâmetros de luz, suspensões fágicas com 107 UFP mL-1 foram irradiadas com diferentes fontes e doses de luz, intensidades luminosas e tempos de irradiação (30,90 e 270 min) na presença de 0,5; 1,0 e 5,0 μM dos derivados porfirínicos catiónicos Tri- Py+-Me-PF e Tetra-Py+-Me. A eficiência da fotoinativação de diferentes fagos do tipo DNA e RNA, foi avaliada através da irradiação da suspensão fágica com luz branca (40 W m-2) durante 270 min na presença de 0,5 e 5,0 μM do derivado porfirínico Tri-Py+-Me-PF, respetivamente para os fagos do tipo RNA e DNA. O mecanismo através do qual a fotoinativação de fagos de DNA (fago do tipo T4) e de RNA (fago Qb) tem lugar foi avaliado por exposição da suspensão fágica à luz branca com uma potência de 40 W m-2, na presença de fotossensibilizador (Tri-Py+-Me-PF e Tetra-Py+-Me) e inibidores, quer do oxigénio singuleto (azida de sódio e L-histidina) quer de radicais livres (Dmanitol e L-cisteína). Os danos nas proteínas do fago do tipo T4, induzidos pelas espécies reativas de oxigénio geradas por 5,0 μM Tri-Py+-Me-PF, foram avaliados pelo método convencional de SDS-PAGE e por espectroscopia de infravermelho. O possível desenvolvimento de resistência e recuperação da viabilidade após a inativação fotodinâmica dos bacteriófagos foi avaliado após dez ciclos consecutivos de tratamento fotodinâmico incompletos (120 min sob irradiação de luz branca a uma potência de 40 W m-2) na presença de 5,0 μM do derivado porfirínico Tri-Py+-Me-PF. Os resultados deste trabalho mostraram que (i) quando uma quantidade de energia (dose de luz) determinada foi aplicada numa suspensão fágica, a partir de uma mesma fonte irradiação, a fotoinactivação do fago foi tanto mais eficiente quanto mais baixa foi a potência luminosa aplicada; (ii) os bacteriófagos foram eficientemente inativados até ao limite de deteção (redução de 6-7 log); (ii) os fagos do tipo RNA foram inativados mais facilmente do que os fagos do tipo DNA (tempos de exposição mais curtos e com concentração de fotossensibilizador dez vezes menor do que a usada para inativar os fagos do tipo DNA); (iii) o mecanismo do tipo II (via produção de oxigénio singuleto) foi o principal mecanismo através do qual a fotoinativação dos bacteriófagos teve lugar; (iv) foi possível detectar danos no perfil proteico após tratamento fotodinâmico e a espectroscopia de infravermelho apresentou-se como uma metodologia promissora de screening para avaliação dos danos induzidos pela inativação fotodinâmica em proteínas; e (v) após dez ciclos consecutivos de tratamento fotodinâmico, o fago do tipo T4 não revelou nenhum tipo de resistência ao tratamento fotodinâmico nem recuperou a sua viabilidade. Como conclusão, a inativação fotodinâmica microbiana é uma tecnologia bastante eficaz para a fotoinativação de bacteriófagos do tipo DNA e RNA sem invólucro, a qual pode ser considerada como uma alternativa ao tratamento convencional com agentes antivíricos, mesmo com intensidades luminosas baixas, sem o risco associado de desenvolvimento de mecanismos de resistência.