Collective behavior of asperities as a model for friction and adhesion

Understanding friction and adhesion in static and sliding contact of surfaces is important in numerous physical phenomena and technological applications. Most surfaces are rough at the microscale, and thus the real area of contact is only a fraction of the nominal area. The macroscopic frictional and adhesive response is determined by the collective behavior of the population of evolving and interacting microscopic contacts. This collective behavior can be very different from the behavior of individual contacts. It is thus important to understand how the macroscopic response emerges from the microscopic one. In this thesis, we develop a theoretical and computational framework to study the collective behavior. Our philosophy is to assume a simple behavior of a single asperity and study the collective response of an ensemble. Our work bridges the existing well-developed studies of single asperities with phenomenological laws that describe macroscopic rate-and-state behavior of frictional interfaces. We find that many aspects of the macroscopic behavior are robust with respect to the microscopic response. This explains why qualitatively similar frictional features are seen for a diverse range of materials. We first show that the collective response of an ensemble of one-dimensional independent viscoelastic elements interacting through a mean field reproduces many qualitative features of static and sliding friction evolution. The resulting macroscopic behavior is different from the microscopic one: for example, even if each contact is velocity-strengthening, the macroscopic behavior can be velocity-weakening. The framework is then extended to incorporate three-dimensional rough surfaces, long- range elastic interactions between contacts, and time-dependent material behaviors such as viscoelasticity and viscoplasticity. Interestingly, the mean field behavior dominates and the elastic interactions, though important from a quantitative perspective, do not change the qualitative macroscopic response. Finally, we examine the effect of adhesion on the frictional response as well as develop a force threshold model for adhesion and mode I interfacial cracks.

High energy heavy ion induced enhanced adhesion

The work described in this thesis represents an attempt to summarize to date the information collected on the process of high energy heavy ion induced enhanced adhesion. Briefly, the process involves the irradiation of materials covered by thin (≾3μm) films with high energy (E > 200 keV I nucleon) heavy ion beams (such as Fluorine or Chlorine). Enhanced adhesion has been observed on all material combinations tested, including metal on metal, metal on semiconductor, metal on dielectric and dielectric on dielectric systems. In some cases, the enhancement can be quite large, so that a film that could be wiped off a substrate quite easily before irradiation can withstand determined scrubbing afterwards.

Very little is understood yet about this adhesion mechanism, so what is presented are primarily observations about systems studied, and descriptions of the actual preparation and irradiation of samples used. Some discussion is presented about mechanisms that have been considered but rejected.

Análise da eficácia do instrumento RECIPROC #25 em atingir o forame apical sem glide path

O presente estudo avaliou a eficáciado instrumento Reciproc#25 em atingir o forame de canais de molares inferiores sem um glide path manual prévio. Para isso, uma amostra geral de 300 molares inferiores foi radiografada e previamente selecionada quanto ao grau de curvatura segundo critério de Schneider sendo divididos em classes I e II. Após a aplicação dos critérios de inclusão e exclusão, uma amostragem total de 502 canais radiculares foi incluída para formar os grupos experimentais: 253 canais no grupo de molares inferiores classe I e 249 no grupo de molares classe II. Todos os canais foram instrumentados diretamente com a lima 25, sem nenhum glide path prévio, seguindo criteriosamente as diretrizes do fabricante. Os dados foram descritos como a frequência da distribuição do número de canais (%) nos quais foi possível chegar ao forame apical sem a necessidade de glide path, assim como o número de fraturas em cada grupo. Os resultados compilados dos 2 grupos experimentais mostraram que em 93,4% do total dos canais instrumentados, o instrumento R25 foi capaz de ir até o forame apical sem a necessidade de glide path. Em 6,4% do total dos canais, o instrumento R25 não chegou até o forame apical e em somente 0,2% dos casos ocorreu fratura da lima (um caso no grupo classe I, enquanto no grupo classe II não houve nenhuma ocorrência de fratura). O teste Qui-quadrado foi realizado para verificar se uma determinada classe de canais encontra-se mais associada ou não a necessidade de glide path quando o sistema Reciproc é usado. No grupo de molares classe II houve maior número de canais (23) que o instrumento R25 não foi capaz de ir até o forame apical do que no grupo de molares classe I (9), sendo essa diferença estatisticamente significante (Qui-quadrado, p=0,020, X2=5,452). Dentro das condições experimentais do presente estudo, pode-se concluir então quea lima R25 mostrou uma alta eficácia em instrumentar toda a extensão dos canais de molares inferiores classe I e II sem a necessidade de glide path prévio. Além disso, o sistema de instrumentação proposto mostrou-se altamente seguro quanto ao índice de fratura.

Influência da espessura do filme de cimento na resistência adesiva de pinos de fibra de vidro cimentados em condutos radiculares de dentes humanos

O presente estudo visa avaliar a influência da espessura do filme de cimento sobre a resistência de união de pinos de fibra de vidro em diferentes regiões do conduto radicular (cervical, médio e apical), cimentados com cimento resinoso autoadesivo, com e sem a adição de Rodamina B, por meio do teste de push-out. Quarenta raízes foram incluídas em resina epóxi, submetidas a tratamento endodôntico e obturadas com guta percha e cimento endodôntico sem eugenol. Após sete dias, os condutos foram desobstruídos e aleatoriamente divididos em 4 grupos (n=10), de acordo com as brocas do sistema de pinos de fibra WhitePost DC (FGM) usadas: (G1) broca #2; (G2) broca #3; (G3) broca #4; (G4) broca #2. O preparo foi realizado a uma profundidade de 10 mm. A cimentação foi realizada com o cimento resinoso autoadesivo RelyX U100 (3M ESPE), e apenas nos grupos G1, G2 e G3 uma pequena quantidade de Rodamina B em pó foi usada como corante no cimento. Após uma semana, cada raiz foi seccionada em máquina de corte, obtendo-se 6 fatias de 1 0,1 mm de espessura. Antes do ensaio de push-out, imagens digitais foram obtidas, por meio de um estereomicroscópio, de ambas as faces de cada fatia, para determinação do raio dos pinos e da espessura do filme de cimento. Após o ensaio mecânico, novas imagens foram obtidas para determinação do modo de falha. Para determinar a espessura de cimento, foi desenvolvida uma rotina (macro) no software KS 400. Os dados foram estatisticamente analisados com análise de variância (ANOVA) 2 fatores (influência do diâmetro da broca e influência dos terços) e Kruskal-Wallis (influência da espessura do filme de cimento). Comparações múltiplas foram realizadas com o teste Duncan. Todos os testes foram aplicados com α=0,05. Houve diferenças significantes entre os grupos em relação ao diâmetro da broca (p<0,0001), sendo G2 (14,62 5,15 MPa) > G1 (10,04 5,13 MPa) > G3 (7,68 6,14 MPa). O terço do conduto exerceu influência significativa sobre a resistência adesiva (p<0,0001), sendo os maiores valores obtidos no terço apical. As espessuras do filme de cimento foram estatisticamente diferentes nos grupos. Os maiores valores de espessura de cimento foram obtidos no G3 (248,78 μm), seguido de G2 (185,91 μm) e G1 (110,16 μm), sendo o último estatisticamente semelhante ao G4 (119,99 μm). Os resultados de G1(10,04 5,13 MPa) e G4 (8,89 + 5,18 MPa) foram estatisticamente semelhantes, indicando que a presença da Rodamina B não influencia significativamente na resistência de união. O tipo de falha predominante no G1 foi mista, no G2, adesiva entre pino e cimento, e no G3 e G4, adesiva entre cimento e dentina. O diâmetro da broca influenciou significativamente nos resultados de resistência de união ao teste de push-out. O ligeiro aumento na espessura do filme de cimento promoveu um aumento nos valores de resistência, quando comparado com filmes de cimento muito finos ou muito espessos.

RARRES3 suppresses breast cancer lung metastasis by regulating adhesion and differentiation

In estrogen receptor-negative breast cancer patients, metastatic relapse usually occurs in the lung and is responsible for the fatal outcome of the disease. Thus, a better understanding of the biology of metastasis is needed. In particular, biomarkers to identify patients that are at risk of lung metastasis could open the avenue for new therapeutic opportunities. Here we characterize the biological activity of RARRES3, a new metastasis suppressor gene whose reduced expression in the primary breast tumors identifies a subgroup of patients more likely to develop lung metastasis. We show that RARRES3 downregulation engages metastasis-initiating capabilities by facilitating adhesion of the tumor cells to the lung parenchyma. In addition, impaired tumor cell differentiation due to the loss of RARRES3 phospholipase A1/A2 activity also contributes to lung metastasis. Our results establish RARRES3 downregulation as a potential biomarker to identify patients at high risk of lung metastasis who might benefit from a differentiation treatment in the adjuvant programme.

The study on the interface adhesion comparison of the MgF2, Al2O3, SiO2 and Ag thin films

Adhesion between the interface of pure silver thin film and three kinds of low refractive index coatings MgF2, Al2O3, SiO2 were compared in this article. The results indicated that the adhesion of Al2O3 and Ag was evidently superior to that of MgF2 and Ag, and the adhesion of MgF2 and Ag was evidently superior to that Of SiO2 and Ag. Reasons were analyzed accordingly. On the other hand, we compared the effect on the optical characteristic of Ag film when these three kinds of films were used as protective coatings and enhanced coatings. Considering the difference of the adhesion between Ag and MgF2, Al2O3, SiO2, suited uses are given for each other. © 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Influência do limite e do calibre apical após a instrumentação mecanizada com instrumentos reciprocantes na extrusão bacteriana apical

O objetivo deste estudo foi avaliar ex vivo a extrusão bacteriana apical após instrumentação com um sistema de instrumento único reciprocante e verificar a influência de diferentes limites e diâmetros apicais nesta. Sessenta e quatro raízes de pré-molares foram utilizadas. Os dentes foram acessados e seus canais radiculares foram contaminados com uma suspensão de Enterococcus faecalis e incubados por 30 dias possibilitando crescimento bacteriano em biofilme. Os dentes contaminados foram divididos em quatro grupos com 15 espécimes cada. O calibre dos instrumentos utilizados e comprimento de trabalho de cada grupo foram respectivamente R25 à 0mm do forame, R25 aquém 1mm, R40 a 0mm e R40 aquém 1mm. Foram feitos grupos controle de crescimento bacteriano positivo e negativo. As bactérias extruídas apicalmente durante a instrumentação foram coletadas em frascos de vidro contendo 0,9% de NaCl. As amostras microbiológicas foram retiradas destes frascos e incubadas em meio BHI ágar, durante 24 horas. O crescimento bacteriano foi contado e os resultados foram expressos em unidades formadoras de colônia (UFC). Os dados foram analisados pelo teste estatístico de Kruskal-Wallis. Não houve diferença estatisticamente significante no número de UFC entre os quatro grupos (p>0,05). A partir da análise dos resultados e dentro das limitações deste estudo foi possível concluir que independente do comprimento de trabalho e da ampliação foraminal haverá similar quantidade de extrusão bacteriana.

Avaliação da extrusão bacteriana apical após instrumentação mecanizada com sistemas reciprocantes de instrumento único comparados a um sistema rotatório multi-instrumento

O objetivo deste estudo foi avaliar ex vivo a extrusão bacteriana apical após instrumentação mecanizada com sistemas reciprocantes de instrumento único e movimento reciprocante (WaveOne and Reciproc) comparados a um sistema multi-instrumentos (BioRaCe). Quarenta e cinco incisivos inferiores humanos unirradiculares, ovais e de anatomia semelhante foram utilizados. Os dentes foram acessados e seus canais radiculares foram contaminados com uma suspensão de Enterococcus faecalis e incubados por 30 dias possibilitando crescimento bacteriano em biofilme. Os dentes contaminados foram divididos em três grupos com 15 espécimes cada (RE - Reciproc, WO -WaveOne e BR - BioRaCe). Foram utilizados oito dentes para grupos controle de crescimento bacteriano positivo e negativo. As bactérias extruídas apicalmente durante a instrumentação foram coletadas em frascos de vidro contendo 0,9% de NaCl. As amostras microbiológicas foram retiradas dos frascos e incubadas em meio BHI ágar, durante 24 horas. O crescimento bacteriano foi contado e os resultados foram expressos em unidades formadoras de colônia (UFC). Os dados foram analisados pelos testes estatísticos de Wilcoxon e Kruskal-Wallis. Não houve diferença estatisticamente significante no número de UFC entre os dois sistemas reciprocantes (p>0,05). Em contrapartida, o sistema de instrumentos rotatórios mostrou uma quantidade de UFC significativamente maior do que os dois outros grupos (p <0,05). A partir da análise dos resultados e dentro das limitações deste estudo foi possível concluir que todos os sistemas de instrumentação testados extruem bactérias apicalmente. No entanto, ambos os sistemas de instrumento único e movimento reciprocante extruem menos bactérias apicalmente do que o sistema rotatório multi-instrumentos de referência.

Dinâmica de crescimento em Tabebuia rosea (Bertol.) Bertero ex A.DC. (Bignoniaceae): fenologia apical e cambial caulinar

O estudo da dinâmica de crescimento em espécies arbóreas permite melhor compreender a adaptação de uma espécie ao ambiente em que se desenvolve. Dados dessa natureza ainda são escassos no Brasil considerando-se a diversidade de espécies e fitofisionomias existentes. Esse tipo de estudo tem sido apontado como de grande relevância principalmente diante das situações atuais de desmatamento e mudanças climáticas, que exigem recuperação de áreas degradadas e prospectar como as espécies nativas sobreviveram diante deste ambiente de aceleradas mudanças. Nesta perspectiva, o objetivo deste trabalho foi investigar a dinâmica de crescimento de Tabebuia rosea, por meio do monitoramento mensal da fenologia apical e cambial caulinar e dos teores dos pigmentos fotossintetizantes: clorofilas a, b, totais e carotenoides. Os resultados obtidos foram correlacionados entre si e também com a sazonalidade das variáveis ambientais: temperatura, precipitação e fotoperíodo. No que se refere aos teores dos pigmentos fotossintetizantes, foi também avaliada as oscilações observadas nas folhas obtidas nas orientações geográficas: norte, sul, leste e oeste. O trabalho foi desenvolvido no Campus da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, RJ, Brasil. A fenologia dos ápices caulinares foi acompanhada mensalmente a partir de observações qualitativas e quantitativas em 15 indivíduos. As amostras contendo a zona cambial foram obtidas por método não destrutivo e processadas segundo as técnicas usuais em histologia vegetal. A extração dos pigmentos fotossintéticos foi realizada em acetona 80%, com posterior centrifugação e análise ao espectrofotômetro em diferentes comprimentos de onda. Tabebuia rosea apresentou aumento na largura da zona cambial em número de camadas celulares e em micrômetros, diminuição do diâmetro radial da célula inicial fusiforme e aumento em micrômetros da camada de células em processo de alongamento e diferenciação do xilema secundário no mesmo período em que a copa das árvores estava ocupada por folhas adultas e com os teores mais elevados de clorofilas nas folhas, coincidindo com o período em que as variáveis ambientais apresentaram-se elevadas, corroborando os resultados já obtidos para outras espécies nativas da Mata Atlântica se desenvolvendo no estado do Rio de Janeiro. A maior concentração de carotenoides foi observada no período em que as variáveis ambientais apresentavam índices elevados e as plantas estavam mais expostas à radiação luminosa, possivelmente em função de um maior investimento em fotoproteção. Cabe destacar que o lado oeste da copa das árvores mostrou uma tendência em apresentar maiores concentrações dos pigmentos fotossintéticos estudados, resultado ainda não observado na literatura até o momento, o que pode ser uma estratégia da espécie em compensar níveis baixos de radiação solar com acúmulo de clorofilas.