Development of models and methods to simulate peptide-assisted nucleation and growth of calcium-minerals

In den vergangenen Jahren wurden einige bislang unbekannte Phänomene experimentell beobachtet, wie etwa die Existenz unterschiedlicher Prä-Nukleations-Strukturen. Diese haben zu einem neuen Verständnis von Prozessen, die auf molekularer Ebene während der Nukleation und dem Wachstum von Kristallen auftreten, beigetragen. Die Auswirkungen solcher Prä-Nukleations-Strukturen auf den Prozess der Biomineralisation sind noch nicht hinreichend verstanden. Die Mechanismen, mittels derer biomolekulare Modifikatoren, wie Peptide, mit Prä-Nukleations-Strukturen interagieren und somit den Nukleationsprozess von Mineralen beeinflussen könnten, sind vielfältig. Molekulare Simulationen sind zur Analyse der Formation von Prä-Nukleations-Strukturen in Anwesenheit von Modifikatoren gut geeignet. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Ansatz zur Analyse der Interaktion von Peptiden mit den in Lösung befindlichen Bestandteilen der entstehenden Kristalle mit Hilfe von Molekular-Dynamik Simulationen.rnUm informative Simulationen zu ermöglichen, wurde in einem ersten Schritt die Qualität bestehender Kraftfelder im Hinblick auf die Beschreibung von mit Calciumionen interagierenden Oligoglutamaten in wässrigen Lösungen untersucht. Es zeigte sich, dass große Unstimmigkeiten zwischen etablierten Kraftfeldern bestehen, und dass keines der untersuchten Kraftfelder eine realistische Beschreibung der Ionen-Paarung dieser komplexen Ionen widerspiegelte. Daher wurde eine Strategie zur Optimierung bestehender biomolekularer Kraftfelder in dieser Hinsicht entwickelt. Relativ geringe Veränderungen der auf die Ionen–Peptid van-der-Waals-Wechselwirkungen bezogenen Parameter reichten aus, um ein verlässliches Modell für das untersuchte System zu erzielen. rnDas umfassende Sampling des Phasenraumes der Systeme stellt aufgrund der zahlreichen Freiheitsgrade und der starken Interaktionen zwischen Calciumionen und Glutamat in Lösung eine besondere Herausforderung dar. Daher wurde die Methode der Biasing Potential Replica Exchange Molekular-Dynamik Simulationen im Hinblick auf das Sampling von Oligoglutamaten justiert und es erfolgte die Simulation von Peptiden verschiedener Kettenlängen in Anwesenheit von Calciumionen. Mit Hilfe der Sketch-Map Analyse konnten im Rahmen der Simulationen zahlreiche stabile Ionen-Peptid-Komplexe identifiziert werden, welche die Formation von Prä-Nukleations-Strukturen beeinflussen könnten. Abhängig von der Kettenlänge des Peptids weisen diese Komplexe charakteristische Abstände zwischen den Calciumionen auf. Diese ähneln einigen Abständen zwischen den Calciumionen in jenen Phasen von Calcium-Oxalat Kristallen, die in Anwesenheit von Oligoglutamaten gewachsen sind. Die Analogie der Abstände zwischen Calciumionen in gelösten Ionen-Peptid-Komplexen und in Calcium-Oxalat Kristallen könnte auf die Bedeutung von Ionen-Peptid-Komplexen im Prozess der Nukleation und des Wachstums von Biomineralen hindeuten und stellt einen möglichen Erklärungsansatz für die Fähigkeit von Oligoglutamaten zur Beeinflussung der Phase des sich formierenden Kristalls dar, die experimentell beobachtet wurde.

Il modello green office come nicchia strategica per la transizione sostenibile del sistema universita the green office model as strategic niche for sustainability transition of hei systems

Nella prima parte di questo progetto di tesi, ho analizzato tutte le nozioni teoriche rilevanti in merito alla teoria della transizione. Il primo concetto condiviso in questa trattazione è quello di transizione. Nella parte finale del capitolo, il focus si sposta sul ruolo, in una generica transizione, delle nicchie. Lo strumento centrale in questa struttura sono gli esperimenti di transizione, i quali forniscono un approccio alternativo ai progetti di innovazione classica che sono incentrati nell'ottenimento di soluzioni a breve termine. Vi è dunque una forte relazione tra nicchia e sperimentazione. Infine la trattazione si concentra sul tema dello Strategic Niche Management. Nel secondo capitolo, analizzo il tema della sostenibilità inserita in un contesto universitario. Questa sezione si focalizza sulle strategie di alto livello richieste per dare avvio alla transizione universitaria verso la sostenibilità, identificando gli ostacoli e gli elementi portanti, e definendo una vision al fine di concretizzarla. Il capitolo guida, passo per passo, le università che tentano di mettere in pratica il proprio obiettivo e la vision di sviluppo sostenibile. Una delle problematiche principali per stimare gli sforzi verso la sostenibilità nelle università è costituita in modo particolare dagli strumenti di valutazione. Per questo motivo, è stata sviluppata la valutazione grafica della sostenibilità nell'università (GASU). Al fine di riassumere quanto detto fin qui ed avere un quadro generale più chiaro dell'organizzazione di un campus universitario che mira a diventare sostenibile, ho utilizzato lo strumento gestionale della SWOT Analysis. Negli ultimi due capitoli, infine, analizzo nel dettaglio il modello Green Office. La teorizzazione di questo modello e l'elaborazione dei 6 principi del Green Office sono state effettuate da rootAbility. Le seguenti pagine presentano 3 casi studio di come i 6 principi dei Green Office sono stati adattati alle 3 unità di sostenibilità guidate da studenti e supportate da staff qualificato. L'oggetto della trattazione sono i principali GO affermatisi nei Paesi Bassi. A seguito dell'introduzione del modello relativo al Green Office e dell'illustrazione degli esempi presi in esame, è stato sfruttato lo strumento della feasibility analysis al fine di giudicare se l'idea di business sia praticabile. Il mezzo con cui ho condotto l'analisi sotto riportata è un questionario relativo al modello di Green Office implementato, nel quale viene chiesto di valutare gli aspetti relativi alla organizational feasibility e alla financial feasibility. Infine nella sezione finale ho considerato i Green Office come fossero un unico movimento. L'analisi mira a considerare l'impatto globale del Green Office Movement nei sistemi universitari e come, a seguito del loro consolidarsi nella struttura accademica, possano divenire prassi comune. La struttura proposta contiene elementi sia da il SNM (Strategic Niche Management) che dal TE (Transition Experiment).

Influence of cristalline structure of two minerals clays of type 1/1 on their pozzolanic power

Two clayey materials, one provided by a patner in mineral sector and the other coming from Balengou (West Region Cameroon) were subject of a comparative study in order to evaluate the influence of their crystalline structure on their pozzolanic property. These two natural materials were preliminary enriched in clay minerals by wet sieving and the fractions obtained are denoted K and H respectively. K and H were calcinated at 700 °C, with a heating rate of 5 °C/min and 10 hours dwell at the peak temperature, the products obtained were named MK and MH. Samples K, H, MK and MH were physicochemically characterized by the chemical (ICP), thermal(TGA/DTA) and mineralogical (DRX and Spectrometry IR) analyses together with the measurement of specific surface (BET), crystallinity and the pouzzolanicity test. The results confirmed K as a kaolinitic and H halloysic clay. The kaolinite and the halloysite respectively presented in these clayey materials exhibited a poor crystallinity, but the degree of disorder is higher in K than in H. These results were largely affected by the significant fraction of gibbsite in kaolinitic clay K. At the crude state, the pozzolanic activity of the material H is weak compared with that of K, but the heat treatment makes largely improve this property for both samples.

A high-resolution soil erosion risk map of Switzerland as strategic policy support system

Soil erosion models and soil erosion risk maps are often used as indicators to assess potential soil erosion in order to assist policy decisions. This paper shows the scientific basis of the soil erosion risk map of Switzerland and its application in policy and practice. Linking a USLE/RUSLE-based model approach (AVErosion) founded on multiple flow algorithms and the unit contributing area concept with an extremely precise and high-resolution digital terrain model (2 m × 2 m grid) using GIS allows for a realistic assessment of the potential soil erosion risk, on single plots, i.e. uniform and comprehensive for the agricultural area of Switzerland (862,579 ha in the valley area and the lower mountain regions). The national or small-scale soil erosion prognosis has thus reached a level heretofore possible only in smaller catchment areas or single plots. Validation was carried out using soil loss data from soil erosion damage mappings in the field from long-term monitoring in different test areas. 45% of the evaluated agricultural area of Switzerland was classified as low potential erosion risk, 12% as moderate potential erosion risk, and 43% as high potential erosion risk. However, many of the areas classified as high potential erosion risk are located at the transition from valley to mountain zone, where many areas are used as permanent grassland, which drastically lowers their current erosion risk. The present soil erosion risk map serves on the one hand to identify and prioritise the high-erosion risk areas, and on the other hand to promote awareness amongst farmers and authorities. It was published on the internet and will be made available to the authorities in digital form. It is intended as a tool for simplifying and standardising enforcement of the legal framework for soil erosion prevention in Switzerland. The work therefore provides a successful example of cooperation between science, policy and practice.