Function of the PDLIM2 protein in oncogenic Wnt signalling pathways

Aberrant regulation of the Wnt signalling pathway is a recurrent theme in cancer biology. Hyper activation due to oncogenic mutations and paracrine activity has been found in both colon cancer and breast cancer, and continues to evolve as a central mechanism in oncogenesis. PDLIM2, a cytoskeletal PDZ protein, is an IGF-1 regulated gene that is highly expressed in cancer cell lines derived from metastatic tumours. Suppression of PDLIM2 inhibits polarized cell migration, reverses the Epithelial to Mesenchymal transition (EMT) phenotype, suppresses the transcription of β-catenin target genes, and regulates gene expression of key transcription factors in EMT. This thesis investigates the mechanism by which PDLIM2 contributes to the maintenance of Wnt signalling in cancer cells. Here we show that PDLIM2 is a critical regulator of the Wnt pathway by regulating β-catenin at the adherens juctions, as also its transcriptional activity by the interaction of PDLIM2 with TCF4 at the nucleus. Evaluation of PDLIM2 in macrophages and co-culture studies with cancer cells and fibroblasts showed the influence exerted on PDLIM2 by paracrine cues. Thus, PDLIM2 integrates cytoskeleton signalling with gene expression by modulating the Wnt signalling pathway and reconciling microenvironmental cues with signals in epithelial cells. Negative correlation of mRNA and protein levels in the triple negative breast cancer cell BT549 suggests that PDLIM2 is part of a more complex mechanism that involves transcription and posttranslational modifications. GST pulldown studies and subsequent mass spectrometry analysis showed that PDLIM2 interacts with 300 proteins, with a high biological function in protein biosynthesis and Ubiquitin/proteasome pathways, including 13 E3 ligases. Overall, these data suggest that PDLIM2 has two distinct functions depending of its location. Located at the cytoplasm mediates cytoskeletal re-arrangements, whereas at the nucleus PDLIM2 acts as a signal transduction adaptor protein mediating transcription and ubiquitination of key transcription factors in cancer development.

Chemical approaches for doping nanodevice architectures

Advanced doping technologies are key for the continued scaling of semiconductor devices and the maintenance of device performance beyond the 14 nm technology node. Due to limitations of conventional ion-beam implantation with thin body and 3D device geometries, techniques which allow precise control over dopant diffusion and concentration, in addition to excellent conformality on 3D device surfaces, are required. Spin-on doping has shown promise as a conventional technique for doping new materials, particularly through application with other dopant methods, but may not be suitable for conformal doping of nanostructures. Additionally, residues remain after most spin-on-doping processes which are often difficult to remove. In-situ doping of nanostructures is especially common for bottom-up grown nanostructures but problems associated with concentration gradients and morphology changes are commonly experienced. Monolayer doping (MLD) has been shown to satisfy the requirements for extended defect-free, conformal and controllable doping on many materials ranging from traditional silicon and germanium devices to emerging replacement materials such as III-V compounds but challenges still remain, especially with regard to metrology and surface chemistry at such small feature sizes. This article summarises and critically assesses developments over the last number of years regarding the application of gas and solution phase techniques to dope silicon-, germanium- and III-V-based materials and nanostructures to obtain shallow diffusion depths coupled with high carrier concentrations and abrupt junctions.

Organic functionalisation, doping and characterisation of semiconductor surfaces for future CMOS device applications

Organic Functionalisation, Doping and Characterisation of Semiconductor Surfaces for Future CMOS Device Applications Semiconductor materials have long been the driving force for the advancement of technology since their inception in the mid-20th century. Traditionally, micro-electronic devices based upon these materials have scaled down in size and doubled in transistor density in accordance with the well-known Moore’s law, enabling consumer products with outstanding computational power at lower costs and with smaller footprints. According to the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), the scaling of metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) is proceeding at a rapid pace and will reach sub-10 nm dimensions in the coming years. This scaling presents many challenges, not only in terms of metrology but also in terms of the material preparation especially with respect to doping, leading to the moniker “More-than-Moore”. Current transistor technologies are based on the use of semiconductor junctions formed by the introduction of dopant atoms into the material using various methodologies and at device sizes below 10 nm, high concentration gradients become a necessity. Doping, the controlled and purposeful addition of impurities to a semiconductor, is one of the most important steps in the material preparation with uniform and confined doping to form ultra-shallow junctions at source and drain extension regions being one of the key enablers for the continued scaling of devices. Monolayer doping has shown promise to satisfy the need to conformally dope at such small feature sizes. Monolayer doping (MLD) has been shown to satisfy the requirements for extended defect-free, conformal and controllable doping on many materials ranging from the traditional silicon and germanium devices to emerging replacement materials such as III-V compounds This thesis aims to investigate the potential of monolayer doping to complement or replace conventional doping technologies currently in use in CMOS fabrication facilities across the world.

Angiotensin receptors and β-catenin regulate brain endothelial integrity in malaria

Cerebral malaria is characterized by cytoadhesion of Plasmodium falciparum–infected red blood cells (Pf-iRBCs) to endothelial cells in the brain, disruption of the blood-brain barrier, and cerebral microhemorrhages. No available antimalarial drugs specifically target the endothelial disruptions underlying this complication, which is responsible for the majority of malaria-associated deaths. Here, we have demonstrated that ruptured Pf-iRBCs induce activation of β-catenin, leading to disruption of inter–endothelial cell junctions in human brain microvascular endothelial cells (HBMECs). Inhibition of β-catenin–induced TCF/LEF transcription in the nucleus of HBMECs prevented the disruption of endothelial junctions, confirming that β-catenin is a key mediator of P. falciparum adverse effects on endothelial integrity. Blockade of the angiotensin II type 1 receptor (AT1) or stimulation of the type 2 receptor (AT2) abrogated Pf-iRBC–induced activation of β-catenin and prevented the disruption of HBMEC monolayers. In a mouse model of cerebral malaria, modulation of angiotensin II receptors produced similar effects, leading to protection against cerebral malaria, reduced cerebral hemorrhages, and increased survival. In contrast, AT2-deficient mice were more susceptible to cerebral malaria. The interrelation of the β-catenin and the angiotensin II signaling pathways opens immediate host-targeted therapeutic possibilities for cerebral malaria and other diseases in which brain endothelial integrity is compromised.

Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells with Embedded Bipolar Electrodes: Visualizing Bipolar Electrochemistry in Solid State

The work presented in this thesis examines the properties of BPEs of various configurations and under different operating conditions in a large planar LEC system. Detailed analysis of time-lapsed fluorescence images allows us to calculate the doping propagation speed from the BPEs. By introducing a linear array of BPEs or dispersed ITO particles, multiple light-emitting junctions or a bulk homojunction have been demonstrated. In conclusion, it has been observed that both applied bias voltages and sizes of BPEs affected the electrochemical doping from the BPE. If the applied bias voltage was initially not sufficiently high enough, a delay in appearance of doping from the BPE would take place. Experiments of parallel BPEs with different sizes (large, medium, small) demonstrate that the potential difference across the BPEs has played a vital role in doping initiation. Also, the p-doping propagation distance from medium-sized BPE has displayed an exponential growth over the time-span of 70 seconds. Experiments with a linear array of BPEs with the same size demonstrate that the doping propagation speed of each floating BPE was the same regardless of its position between the driving electrodes. Probing experiments under high driving voltages further demonstrated the potential of having a much more efficient light emission from an LEC with multiple BPEs.

Two new 3' PML breakpoints in t(15;17)(q22;q21)-positive acute promyelocytic leukemia.

In the present article, two new types of PML/RARA junctions are described. Both were identified in diagnostic samples from two t(15;17)(q22;q21)-positive acute promyelocytic leukemia (APL) patients who failed to achieve complete remission. By using different sets of primers, reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) of PML/RARA junctions showed atypical larger bands compared with those generated from the three classical PML breakpoints already described. Sequence analysis of the fusion region of the amplified cDNAs allowed us to determine the specificity of these fragments in both patients. This analysis showed two new hybrid transcripts that were 53 and 306 base pairs (bp) longer than that expressed by the NB4 cell line (PML breakpoint within intron 6), and are the result of the direct joining of RARA exon 3 with PML exon 7a (patient 2) or the 5' portion of PML exon 7b (patient 1), respectively. In patient 1, RT-PCR analysis of the reciprocal RARA/PML junction showed a smaller transcript than that expected in bcr1 cases, while in patient 2 no amplified fragment was obtained. Cytogenetic analysis and/or fluorescence in situ hybridization (FISH) showed that both patients had the t(15;17) translocation. The clinical and hematological profiles expressed by the two patients carrying these unexpected types of PML/RARA rearrangement did not differ significantly from that commonly seen in other APLs with the exception of the poor outcome. Genes Chromosomes Cancer 27:35-43, 2000.

Graphene-MoS2 Hybrid Technology for Large-Scale Two-Dimensional Electronics

Two-dimensional (2D) materials have generated great interest in the last few years as a new toolbox for electronics. This family of materials includes, among others, metallic graphene, semiconducting transition metal dichalcogenides (such as MoS2) and insulating Boron Nitride. These materials and their heterostructures offer excellent mechanical flexibility, optical transparency and favorable transport properties for realizing electronic, sensing and optical systems on arbitrary surfaces. In this work, we develop several etch stop layer technologies that allow the fabrication of complex 2D devices and present for the first time the large scale integration of graphene with molybdenum disulfide (MoS2) , both grown using the fully scalable CVD technique. Transistor devices and logic circuits with MoS2 channel and graphene as contacts and interconnects are constructed and show high performances. In addition, the graphene/MoS2 heterojunction contact has been systematically compared with MoS2-metal junctions experimentally and studied using density functional theory. The tunability of the graphene work function significantly improves the ohmic contact to MoS2. These high-performance large-scale devices and circuits based on 2D heterostructure pave the way for practical flexible transparent electronics in the future. The authors acknowledge financial support from the Office of Naval Research (ONR) Young Investigator Program, the ONR GATE MURI program, and the Army Research Laboratory. This research has made use of the MI.

A boron nitride - graphene - C60 heterostructure

We have fabricated a new van-der-Waals heterostructure composed by BN/graphene/C60. We performed transport measurements on the preliminary BN/graphene device finding a sharp Dirac point at the neutrality point. After the deposition of a C60 thin film by thermal evaporation, we have observed a significant n-doping of the heterostructure. This suggests an unusual electron transfer from C60 into the BN/graphene structure. This BN/graphene/C60 heterostructure can be of interest in photovoltaic applications. It can be used to build devices like p-n junctions, where C60 can be easily deposited in defined regions of a graphene junction by the use of a shadow mask. Our results are contrasted with theoretical calculations.

Theta-associated high-frequency oscillations (110–160 Hz) in the hippocampus and neocortex

TORT, A. B. L. ; SCHEFFER-TEIXEIRA, R ; Souza, B.C. ; DRAGUHN, A. ; BRANKACK, J. . Theta-associated high-frequency oscillations (110-160 Hz) in the hippocampus and neocortex. Progress in Neurobiology , v. 100, p. 1-14, 2013.

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

Trasporte eléctrico y magnetismo en sistemas electrodo - aislante - electrodo: hacia el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel.

La presente tesis es un estudio dedicado a la optimización y desarrollo de sistemas del tipo juntura túnel. La metodología utilizada para la realización de la tesis consistió, en primer lugar, en la optimización de las componentes independientes de la juntura túnel: electrodo y barrera aislante. Posteriormente se optimizaron los procesos de fabricación para el desarrollo y caracterización de dispositivos del tipo juntura túnel en su forma final. En la primera parte de la tesis se analizan detalladamente los resultados obtenidos de la caracterización eléctrica y topografica de barreras aislantes en sistemas electrodo - barrera. Los sistemas bicapas estudiados, GdBa_2Cu_3_7/SrTiO_3, Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 y YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3, fueron caracterizados utilizando un microscopio de fuerza atómica en modo conductor. Se propuso un modelo fenomenológico basado en los resultados experimentales, que permitió la obtención de parámetros críticos para el desarrollo de dispositivos del tipo juntura túnel con nuevas funcionalidades. La información obtenida de la caracterización de los sistemas bicapas (homogeneidad de crecimiento, baja densidad de defectos y de pinholes) indican un muy buen control de los parámetros de crecimiento de las barreras. Por otro lado, se obtuvo un buen comportamiento aislante para espesores mayores a 2 nm sin la presencia de pinholes en la barrera. La similitud en la estequiometría de las barreras (SrTiO_3) permitió comparar los distintos sistemas estudiados en términos de conductividad eléctrica. Se verificó que el modelo fenomenológico permite comparar la conductividad eléctrica de los sistemas mediante uno de los parámetros definidos en el modelo fenomenológico (obtenido de los ajustes lineales de las curvas I(V)). De los 3 sistemas estudiados, las bicapas GdBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 presentaron un mayor valor de longitud de atenuación de los portadores de carga a través de la barrera y una muy baja densidad de defectos superficiales. Las bicapas YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 y Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 permitieron validar el modelo fenomenológico propuesto para el análisis de la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor. La segunda parte de la tesis abarca conceptos de magnetismo y microfabricación para el desarrollo de junturas túnel magnéticas. Durante la caracterización de las películas ferromagnéticas individuales de Co_90Fe_10 (CoFe) se logró aumentar valor del campo coercitivo de films de 10 nm de espesor al incrementar la temperatura de depósito. Esto se debe a un aumento del tamaño de grano de los films. El aumento de la temperatura del sustrato durante el crecimiento influye en la morfología y las propiedades magnéticas de los films de CoFe favoreciendo la formación de granos y la pérdida del eje preferencial de magnetización. Estos resultados permitieron la fabricación de sistemas Co_90Fe_10/M_gO/Co_90Fe_10 con distintas orientaciones relativas accesibles con campo magnético para el estudio del acople magnético entre los films de CoFe. La caracterización eléctrica de estos sistemas, particularmente la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor, indicó que las propiedades de transporte eléctrico de las junturas presentan un alto grado de reproducibilidad. Se analizó además la inuencia del sustrato utilizado en la corriente túnel que atraviesa la barrera aislante. Por otro lado, se discuten los fenómenos relacionados a la optimización de las propiedades magnéticas de electrodos ferromagnéticos para la fabricación de junturas túnel Co_90Fe_10/MgO/Co_90Fe_10 y Co_90Fe_10/MgO /Fe_20Ni_80. En particular, se estudió el acople magnético entre capas ferromagnéticas y la inuencia del sustrato utilizado para el crecimiento de las tricapas. La optimización de los electrodos magnéticos involucró el análisis de la inuencia de la presencia de un aislante entre dos capas magnéticas en el acople de los electrodos. Se logró el desacople de films de 10 nm de Co_90Fe_10 y Fe_20Ni_80 separados por un espaciador de MgO de 2 nm. Finalmente se detallan los pasos para la fabricación de una red de junturas túnel magnéticas y su caracterización eléctrica a bajas temperaturas. El sistema estudiado fue la tricapa Co_90Fe_10 (10 nm)/M_gO (8 nm)/ Fe_20Ni_80 (10 nm) crecido sobre un sustrato de M_gO. La caracterización eléctrica confirmó la buena calidad de la junturas fabricadas. Las junturas obtenidas presentaron un comportamiento altamente resistivo (~ MΩ). Las mediciones de la corriente túnel en función de la temperatura permitieron descartar la presencia de pinholes en la barrera. El transporte de los portadores de carga es por efecto túnel a través de la barrera aislante. Las curvas de conductancia diferencial permitieron calcular el valor medio de la altura de la barrera de potencial (φ = 3.1 eV) a partir del modelo de Brinkman. Los resultados obtenidos en cada uno de los capítulos se complementan y son relevantes para la optimización de junturas túnel, debido a que brindan información crítica para su correcto funcionamiento. En la presente tesis se lograron obtener los primeros avances para la fabricación de arreglos de junturas túnel que permitan el desarrollo de dispositivos.

Développement de procédés technologiques pour une intégration 3D monolithique de dispositifs nanoélectroniques sur CMOS

Résumé : Le transistor monoélectronique (SET) est un dispositif nanoélectronique très attractif à cause de son ultra-basse consommation d’énergie et sa forte densité d’intégration, mais il n’a pas les capacités suffisantes pour pouvoir remplacer complètement la technologie CMOS. Cependant, la combinaison de la technologie SET avec celle du CMOS est une voie intéressante puisqu’elle permet de profiter des forces de chacune, afin d’obtenir des circuits avec des fonctionnalités additionnelles et uniques. Cette thèse porte sur l’intégration 3D monolithique de nanodispositifs dans le back-end-of-line (BEOL) d’une puce CMOS. Cette approche permet d’obtenir des circuits hybrides et de donner une valeur ajoutée aux puces CMOS actuelles sans altérer le procédé de fabrication du niveau des transistors MOS. L’étude se base sur le procédé nanodamascène classique développé à l’UdeS qui a permis la fabrication de dispositifs nanoélectroniques sur un substrat de SiO2. Ce document présente les travaux réalisés sur l’optimisation du procédé de fabrication nanodamascène, afin de le rendre compatible avec le BEOL de circuits CMOS. Des procédés de gravure plasma adaptés à la fabrication de nanostructures métalliques et diélectriques sont ainsi développés. Le nouveau procédé nanodamascène inverse a permis de fabriquer des jonctions MIM et des SET métalliques sur une couche de SiO2. Les caractérisations électriques de MIM et de SET formés avec des jonctions TiN/Al2O3 ont permis de démontrer la présence de pièges dans les jonctions et la fonctionnalité d’un SET à basse température (1,5 K). Le transfert de ce procédé sur CMOS et le procédé d’interconnexions verticales sont aussi développés par la suite. Finalement, un circuit 3D composé d’un nanofil de titane connecté verticalement à un transistor MOS est réalisé et caractérisé avec succès. Les résultats obtenus lors de cette thèse permettent de valider la possibilité de co-intégrer verticalement des dispositifs nanoélectroniques avec une technologie CMOS, en utilisant un procédé de fabrication compatible.

Computer simulations of soft particles in flow

Understanding the dynamics of blood cells is a crucial element to discover biological mechanisms, to develop new efficient drugs, design sophisticated microfluidic devices, for diagnostics. In this work, we focus on the dynamics of red blood cells in microvascular flow. Microvascular blood flow resistance has a strong impact on cardiovascular function and tissue perfusion. The flow resistance in microcirculation is governed by flow behavior of blood through a complex network of vessels, where the distribution of red blood cells across vessel cross-sections may be significantly distorted at vessel bifurcations and junctions. We investigate the development of blood flow and its resistance starting from a dispersed configuration of red blood cells in simulations for different hematocrits, flow rates, vessel diameters, and aggregation interactions between red blood cells. Initially dispersed red blood cells migrate toward the vessel center leading to the formation of a cell-free layer near the wall and to a decrease of the flow resistance. The development of cell-free layer appears to be nearly universal when scaled with a characteristic shear rate of the flow, which allows an estimation of the length of a vessel required for full flow development, $l_c \approx 25D$, with vessel diameter $D$. Thus, the potential effect of red blood cell dispersion at vessel bifurcations and junctions on the flow resistance may be significant in vessels which are shorter or comparable to the length $l_c$. The presence of aggregation interactions between red blood cells lead in general to a reduction of blood flow resistance. The development of the cell-free layer thickness looks similar for both cases with and without aggregation interactions. Although, attractive interactions result in a larger cell-free layer plateau values. However, because the aggregation forces are short-ranged at high enough shear rates ($\bar{\dot{\gamma}} \gtrsim 50~\text{s}^{-1}$) aggregation of red blood cells does not bring a significant change to the blood flow properties. Also, we develop a simple theoretical model which is able to describe the converged cell-free-layer thickness with respect to flow rate assuming steady-state flow. The model is based on the balance between a lift force on red blood cells due to cell-wall hydrodynamic interactions and shear-induced effective pressure due to cell-cell interactions in flow. We expect that these results can also be used to better understand the flow behavior of other suspensions of deformable particles such as vesicles, capsules, and cells. Finally, we investigate segregation phenomena in blood as a two-component suspension under Poiseuille flow, consisting of red blood cells and target cells. The spatial distribution of particles in blood flow is very important. For example, in case of nanoparticle drug delivery, the particles need to come closer to microvessel walls, in order to adhere and bring the drug to a target position within the microvasculature. Here we consider that segregation can be described as a competition between shear-induced diffusion and the lift force that pushes every soft particle in a flow away from the wall. In order to investigate the segregation, on one hand, we have 2D DPD simulations of red blood cells and target cell of different sizes, on the other hand the Fokker-Planck equation for steady state. For the equation we measure force profile, particle distribution and diffusion constant across the channel. We compare simulation results with those from the Fokker-Planck equation and find a very good correspondence between the two approaches. Moreover, we investigate the diffusion behavior of target particles for different hematocrit values and shear rates. Our simulation results indicate that diffusion constant increases with increasing hematocrit and depends linearly on shear rate. The third part of the study describes development of a simulation model of complex vascular geometries. The development of the model is important to reproduce vascular systems of small pieces of tissues which might be gotten from MRI or microscope images. The simulation model of the complex vascular systems might be divided into three parts: modeling the geometry, developing in- and outflow boundary conditions, and simulation domain decomposition for an efficient computation. We have found that for the in- and outflow boundary conditions it is better to use the SDPD fluid than DPD one because of the density fluctuations along the channel of the latter. During the flow in a straight channel, it is difficult to control the density of the DPD fluid. However, the SDPD fluid has not that shortcoming even in more complex channels with many branches and in- and outflows because the force acting on particles is calculated also depending on the local density of the fluid.

Trasporte eléctrico y magnetismo en sistemas electrodo - aislante - electrodo: hacia el desarrollo de dispositivos del tipo juntura tunel.

La presente tesis es un estudio dedicado a la optimización y desarrollo de sistemas del tipo juntura túnel. La metodología utilizada para la realización de la tesis consistió, en primer lugar, en la optimización de las componentes independientes de la juntura túnel: electrodo y barrera aislante. Posteriormente se optimizaron los procesos de fabricación para el desarrollo y caracterización de dispositivos del tipo juntura túnel en su forma final. En la primera parte de la tesis se analizan detalladamente los resultados obtenidos de la caracterización eléctrica y topografica de barreras aislantes en sistemas electrodo - barrera. Los sistemas bicapas estudiados, GdBa_2Cu_3_7/SrTiO_3, Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 y YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3, fueron caracterizados utilizando un microscopio de fuerza atómica en modo conductor. Se propuso un modelo fenomenológico basado en los resultados experimentales, que permitió la obtención de parámetros críticos para el desarrollo de dispositivos del tipo juntura túnel con nuevas funcionalidades. La información obtenida de la caracterización de los sistemas bicapas (homogeneidad de crecimiento, baja densidad de defectos y de pinholes) indican un muy buen control de los parámetros de crecimiento de las barreras. Por otro lado, se obtuvo un buen comportamiento aislante para espesores mayores a 2 nm sin la presencia de pinholes en la barrera. La similitud en la estequiometría de las barreras (SrTiO_3) permitió comparar los distintos sistemas estudiados en términos de conductividad eléctrica. Se verificó que el modelo fenomenológico permite comparar la conductividad eléctrica de los sistemas mediante uno de los parámetros definidos en el modelo fenomenológico (obtenido de los ajustes lineales de las curvas I(V)). De los 3 sistemas estudiados, las bicapas GdBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 presentaron un mayor valor de longitud de atenuación de los portadores de carga a través de la barrera y una muy baja densidad de defectos superficiales. Las bicapas YBa_2Cu_3O_7/SrTiO_3 y Nb/Ba_0,05Sr_0,95TiO_3 permitieron validar el modelo fenomenológico propuesto para el análisis de la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor. La segunda parte de la tesis abarca conceptos de magnetismo y microfabricación para el desarrollo de junturas túnel magnéticas. Durante la caracterización de las películas ferromagnéticas individuales de Co_90Fe_10 (CoFe) se logró aumentar valor del campo coercitivo de films de 10 nm de espesor al incrementar la temperatura de depósito. Esto se debe a un aumento del tamaño de grano de los films. El aumento de la temperatura del sustrato durante el crecimiento influye en la morfología y las propiedades magnéticas de los films de CoFe favoreciendo la formación de granos y la pérdida del eje preferencial de magnetización. Estos resultados permitieron la fabricación de sistemas Co_90Fe_10/M_gO/Co_90Fe_10 con distintas orientaciones relativas accesibles con campo magnético para el estudio del acople magnético entre los films de CoFe. La caracterización eléctrica de estos sistemas, particularmente la respuesta corriente - voltaje obtenida con el microscopio de fuerza atómica en modo conductor, indicó que las propiedades de transporte eléctrico de las junturas presentan un alto grado de reproducibilidad. Se analizó además la inuencia del sustrato utilizado en la corriente túnel que atraviesa la barrera aislante. Por otro lado, se discuten los fenómenos relacionados a la optimización de las propiedades magnéticas de electrodos ferromagnéticos para la fabricación de junturas túnel Co_90Fe_10/MgO/Co_90Fe_10 y Co_90Fe_10/MgO /Fe_20Ni_80. En particular, se estudió el acople magnético entre capas ferromagnéticas y la inuencia del sustrato utilizado para el crecimiento de las tricapas. La optimización de los electrodos magnéticos involucró el análisis de la inuencia de la presencia de un aislante entre dos capas magnéticas en el acople de los electrodos. Se logró el desacople de films de 10 nm de Co_90Fe_10 y Fe_20Ni_80 separados por un espaciador de MgO de 2 nm. Finalmente se detallan los pasos para la fabricación de una red de junturas túnel magnéticas y su caracterización eléctrica a bajas temperaturas. El sistema estudiado fue la tricapa Co_90Fe_10 (10 nm)/M_gO (8 nm)/ Fe_20Ni_80 (10 nm) crecido sobre un sustrato de M_gO. La caracterización eléctrica confirmó la buena calidad de la junturas fabricadas. Las junturas obtenidas presentaron un comportamiento altamente resistivo (~ MΩ). Las mediciones de la corriente túnel en función de la temperatura permitieron descartar la presencia de pinholes en la barrera. El transporte de los portadores de carga es por efecto túnel a través de la barrera aislante. Las curvas de conductancia diferencial permitieron calcular el valor medio de la altura de la barrera de potencial (φ = 3.1 eV) a partir del modelo de Brinkman. Los resultados obtenidos en cada uno de los capítulos se complementan y son relevantes para la optimización de junturas túnel, debido a que brindan información crítica para su correcto funcionamiento. En la presente tesis se lograron obtener los primeros avances para la fabricación de arreglos de junturas túnel que permitan el desarrollo de dispositivos.

International comparative field evaluation of a traffic-responsive signal control strategy in three cities

The recently developed network-wide real-time signal control strategy TUC has been implemented in three traffic networks with quite different traffic and control infrastructure characteristics: Chania, Greece (23 junctions); Southampton, UK (53 junctions); and Munich, Germany (25 junctions), where it has been compared to the respective resident real-time signal control strategies TASS, SCOOT and BALANCE. After a short outline of TUC, the paper describes the three application networks; the application, demonstration and evaluation conditions; as well as the comparative evaluation results. The main conclusions drawn from this high-effort inter-European undertaking is that TUC is an easy-to-implement, inter-operable, low-cost real-time signal control strategy whose performance, after very limited fine-tuning, proved to be better or, at least, similar to the ones achieved by long-standing strategies that were in most cases very well fine-tuned over the years in the specific networks.