Using polymers to improve the rutting resistance of asphalt concrete

This study assesses rutting on two types of modified asphalt mixtures containing: (i) amorphous polyolefin polymer and (ii) a particular polymer obtained by combining LDPE (low density polyethylene) and EVA (ethyl-vinyl-acetate). Rutting tests were performed by a wheel tracking device. Stiffness and fatigue tests were carried out to confirm the performance of the asphalt mixtures. The testing showed that polymer modification in this study improved rut resistance without compromising the stiffness and fatigue behavior. The rutting results were fit in the NCHRP 1-37A model and the in situ rutting performance of asphalt mixtures can be predicted.

Effect of argon ion energy on the performance of silicon nitridemultilayer permeation barriers grown by hot-wire CVD on polymers

One of the authors (S.M.) acknowledges Direction des Relations Extérieures of Ecole Polytechnique for financial support.

Optimization of magnetoelectric composites based on electroactive polymers for energy harvesting and sensor application

Tese de Doutoramento em Engenharia de Materiais.

Development of multifunctional coatings deposited on polymers based sensors for biomedical applications

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia de Materiais)

Aproximación al manejo de Nemátodos Fitófagos de los genéros nacobbus y meloidogyne en la Provincia de Córdoba: cultivos hortícolas y aromáticos. Approach to the management of phytophagous nematodes of de genera nacobbus and meloidogyne in the province of Córdoba: horticultural and aromatic crops.

El proyecto que se propone es continuación de investigaciones relacionadas con dos géneros de nematodos fitófagos de interés para cultivos hortícolas (Nacobbus y Meloidogyne) y plantas aromáticas (Meloidogyne) en la Provincia de Córdoba. Hasta el momento, los conocimientos sobre estos parásitos son limitados, de allí la justificación del tema propuesto. Se realizarán muestreos de los citados cultivos, desarrollados a campo y bajo cubierta, para identificar poblaciones de esos nematodos perjudiciales. Se caracterizará morfológicamente poblaciones de N. aberrans con el objeto de consolidar criterios que permitan su reconocimiento. Se llevarán a cabo estudios de relaciones nematodo-hospedador poniendo énfasis en aspectos para los cuales no existen antecedentes en el país. Por un lado, se evaluará el grado de susceptibilidad de diferentes cultivares de pimiento a la agresión de poblaciones de N. aberrans de reconocida patogenicidad para el cultivo. Por otro, se estudiará el efecto de la colonización de micorrizas arbusculares en raíces de tomate y pimiento, como agente que brindaría resistencia al ataque de N. aberrans. Cabe hacer notar que con respecto a la interacción del complejo representado por N. aberrans-planta-micorrizas no ha sido publicada información alguna a nivel mundial. La importancia del proyecto reside en la posibilidad de obtener datos originales, transferibles al sector de producción agrícola. Al mismo tiempo, contribuirá a definir estrategias alternativas de manejo de problemas ocasionados por nematodos fitófagos, basadas en aspectos biológicos y no en la utilización sistemática de agroquímicos contaminantes.

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Polímeros a partir de fuentes renovables. Polymers from renewable resources.

Las poliolefinas (polietileno y polipropileno) y el poliestireno se obtienen por polimerización de monómeros derivados del petróleo. La utilización creciente del petróleo incrementa la emisión a la atmósfera de gases que provocan el recalentamiento global. Por otra parte, la escasez de reservas de petróleo provocó en los últimos años un incremento en el precio del crudo y en el de sus derivados. Por tal motivo, esto pone de manifiesto el interés actual por reemplazar al petróleo y al gas natural por materias primas renovables. El ácido poliláctico (APL) y el poli(3-hidroxibutirato) (PHB) son poliésteres de origen bacteriano que poseen propiedades termoplásticas y elastómeras similares a los plásticos derivados del petróleo, pero son biodegradables y se producen a partir de sustratos renovables. Sin embargo, su costo es aún demasiado elevado. Una de las estrategias utilizadas para abaratarlos es la utilización de sustratos de costo bajo o nulo (residuos agroindustriales y permeado de lactosuero). Por lo tanto, el principal objetivo de este proyecto es sintetizar plásticos biodegradables alternativos a los polímeros sintéticos ya existentes a partir de recursos renovables de bajo costo. En particular, se pretende utilizar permeado de lactosuero proveniente de distintas industrias de San Francisco y su zona. San Francisco se encuentra estratégicamente ubicada dentro de una de las principales cuencas lecheras de este país. Los trabajos a desarrollar serán teórico y experimentales, y se relacionan con la síntesis y caracterización de los productos y el modelado de dichos procesos. Desde el punto de vista experimental se pretende: a) sintetizar el bio-monómero (ácico láctico) y los polímeros (APL y PHB) ; b) caracterizar el bio-monómero y los polímeros mediante el empleo de técnicas volumétricas, espectroscópicas y cromatográficas; y c) medir propiedades finales (fundamentalmente mecánicas) y establecer las relaciones estructuras-propiedades. Desde el punto de vista teórico se modelarán los procesos de síntesis (bio-monómero) y polimerización. Los modelos se utilizarán para la predicción de características físicas y moleculares de los productos finales, para la simulación y la optimización de procesos, y para complementar técnicas de caracterización. Este proyecto se enmarca dentro de la Química Verde o Sustentable con lo cual se pretende incentivar el desarrollo de productos más saludables y químicamente adaptados al medio ambiente que reemplacen a los polímeros sintéticos existentes sin la pérdida de sus propiedades finales. De este modo, se espera que los resultados contribuyan al conocimiento científico y tecnológico y resulten de interés regional e internacional.

Inducción sistémica de la biosintesis de metabolitos secundarios en plantas aromáticas mediada por rizobacterias. Systemic induction of secondary metablolites biosynthesis in aromatic plants by rhizobacteria.

El uso de microorganismos como inoculantes para incrementar la disponibilidad y toma de nutrientes por parte de los cultivos, es una nueva tecnología que ha dado buenos resultados, observándose un incremento en la emergencia, vigor, mayor desarrollo en la parte aérea y de raíces, registrándose aumentos considerables de los rendimientos en cultivos de interés comercial. Esto es debido a que los microorganismos PGPR (Plant Growth promoting rhizobacteria) sintetizan ciertas sustancias reguladoras del crecimiento como giberelinas, citoquininas y auxinas; las cuales estimulan la densidad y longitud de los pelos radicales, aumentando así la cantidad y longitud de las raíces de los vegetales. Así, se incrementa la capacidad de absorción de agua y nutrientes, haciendo que las plantas sean más vigorosas, productivas y tolerantes a condiciones climáticas adversas, como sequías o heladas. Otro factor benéfico es que ciertos microorganismos solubilizan nutrientes poco móviles en el suelo como el caso del fósforo, segundo nutriente, después del nitrógeno en importancia para el crecimiento de los cultivos. Estos microorganismos también tienen una función muy importante en el control natural de agentes patógenos, a través de la inducción del sistema de defensa en las plantas, aumentando su resistencia a enfermedades, a través de la producción de compuestos bacterianos como antibióticos y sideróforos. Los variados mecanismos mediante los cuales la acción PGPR se lleva a cabo no son plenamente conocidos y, por lo tanto, es necesario determinar con precisión su efecto particular en la biología de la planta beneficiada. Las plantas aromáticas y medicinales inoculadas con microorganismos (rizobacterias) registran un incremento en varios parámetros de crecimiento vegetal (peso fresco parte aérea, peso seco de raíz, número de hojas, etc) y en el rendimiento de aceite esencial (AE). El aumento de la síntesis, y la variación de los porcentajes relativos de los componentes principales de AE en plantas aromáticas, como efecto de la inoculación, podría considerarse como una respuesta defensiva de la planta frente a la colonización de microorganismos dado que varios AE poseen propiedades antimicrobianas. El incremento de estos metabolitos también se ha registrado como respuesta frente a la herbivoría. En el presente proyecto se propone dilucidar la existencia de una relación entre las defensas inducidas por rizobacterias con la producción de metabolitos secundarios en plantas aromaticas y medicinales. The use of microorganisms as inoculants to increase the availability and nutrient uptake by crops, is a new technology that has been successfully applied, with an increase in the emergence, vigor, greater development in the shoot and roots, recording significant increases in yields of crop with commercial interest. This is because microorganisms PGPR (Plant Growth Promoting rhizobacteria) synthesize certain growth regulating substances such as gibberellins, cytokinins and auxins, which stimulate the density and length of root hairs, increasing the number and length of roots. Thus, increase the capacity of absorbing water and nutrients, make the plants more vigorous, productive and tolerant to adverse climatic conditions such as drought or frost.Another beneficial factor is that some microorganisms solubilize nutrients mobile in the soil as the case of phosphorus, second nutrient after nitrogen important for plant growth. These organisms also have an important role in the natural control of pathogens through the induction of the plants defense system, increasing their resistance to disease through the production of compounds such as antibiotics and bacterial siderophores. The various mechanisms by which PGPR action takes place are not fully known and therefore it is necessary to accurately determine its particular effect on the biology of the specific plant benefit. Aromatic and medicinal plants inoculated with microorganisms (rhizobacteria) recorded an increase in several parameters of plant growth (shoot fresh weight, root dry weight, leaf number, etc) and essential oil yield (AE). The increase in the biosynthesis, and changes in the relative percentages of the main components of AE in aromatic plants inoculated with rizobacterias, could be regarded as a plant defense response against microbial colonization, since several AE have antimicrobial properties. The increase of these metabolites have also been recorded as a response to herbivory.

The use of forensic polycyclic aromatic hydrocarbon signatures and Compound Ratio Analysis Techniques (CORAT) for the source characterisation of petrogenic/pyrogenic environmental releases.

This study utilised recent developments in forensic aromatic hydrocarbon fingerprint analysis to characterise and identify specific biogenic, pyrogenic and petrogenic contamination. The fingerprinting and data interpretation techniques discussed include the recognition of: The distribution patterns of hydrocarbons (alkylated naphthalene, phenanthrene, dibenzothiophene, fluorene, chrysene and phenol isomers), • Analysis of “source-specific marker” compounds (individual saturated hydrocarbons, including n-alkanes (n-C5 through 0-C40) • Selected benzene, toluene, ethylbenzene and xylene isomers (BTEX), • The recalcitrant isoprenoids; pristane and phytane and • The determination of diagnostic ratios of specific petroleum / non-petroleum constituents, and the application of various statistical and numerical analysis tools. An unknown sample from the Irish Environmental Protection Agency (EPA) for origin characterisation was subjected to analysis by gas chromatography utilising both flame ionisation and mass spectral detection techniques in comparison to known reference materials. The percentage of the individual Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAIIs) and biomarker concentrations in the unknown sample were normalised to the sum of the analytes and the results were compared with the corresponding results with a range of reference materials. In addition, to the determination of conventional diagnostic PAH and biomarker ratios, a number of “source-specific markers” isomeric PAHs within the same alkylation levels were determined, and their relative abundance ratios were computed in order to definitively identify and differentiate the various sources. Statistical logarithmic star plots were generated from both sets of data to give a pictorial representation of the comparison between the unknown sample and reference products. The study successfully characterised the unknown sample as being contaminated with a “coal tar” and clearly demonstrates the future role of compound ratio analysis (CORAT) in the identification of possible source contaminants.

Burkholderia sartisoli sp. nov., isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil.

A Gram-negative, rod-shaped, aerobic bacterium, designated strain RP007(T), was isolated from a polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil in New Zealand. Two additional strains were recovered from a compost heap in Belgium (LMG 18808) and from the rhizosphere of maize in the Netherlands (LMG 24204). The three strains had virtually identical 16S rRNA gene sequences and whole-cell protein profiles, and they were identified as members of the genus Burkholderia, with Burkholderia phenazinium as their closest relative. Strain RP007(T) had a DNA G+C content of 63.5 mol% and could be distinguished from B. phenazinium based on a range of biochemical characteristics. Strain RP007(T) showed levels of DNA-DNA relatedness towards the type strain of B. phenazinium and those of other recognized Burkholderia species of less than 30 %. The results of 16S rRNA gene sequence analysis, DNA-DNA hybridization experiments and physiological and biochemical tests allowed the differentiation of strain RP007(T) from all recognized species of the genus Burkholderia. Strains RP007(T), LMG 18808 and LMG 24204 are therefore considered to represent a single novel species of the genus Burkholderia, for which the name Burkholderia sartisoli sp. nov. is proposed. The type strain is RP007(T) (=LMG 24000(T) =CCUG 53604(T) =ICMP 13529(T)).

The antibody response in mice to carrier-free synthetic polymers of Plasmodium falciparum circumsporozoite repetitive epitope is I-Ab-restricted: possible implications for malaria vaccines.

The immunogenicity of a novel synthetic peptide consisting of an average of 40 (Asn-Ala-Asn-Pro) repeats of the circumsporozoite protein of Plasmodium falciparum, (NANP)40, was studied in mice without using any carrier proteins. First, high titers of anti-(NANP)40 antibodies could be obtained after immunization of C57BL/6 mice. These antibodies also reacted with an extract of mosquitoes infected with P. falciparum sporozoites. C57BL/6 nu/nu mice did not produce antibodies against (NANP)40. Secondly, when 14 strains of mice with nine different H-2 haplotypes were immunized with (NANP)40 without carrier, only H-2b mice were found to produce anti-(NANP)40 antibodies, whereas all non-H-2b mice were consistently unresponsive. This response was demonstrated to be I-A-linked by using recombinant and mutant mice. I-Ab [B10.A(5R)] mice produced anti-(NANP)40 antibodies as well as H-2b inbred mice. B6CH-2bm12 I-Ab-mutant mice showed only a very low response. Third, the antibody response against (NANP)40 could be induced in nonresponder mice by immunization with the peptide coupled to a carrier protein. In view of the existence of such an exceptional H-2b restriction in the response to sporozoite synthetic peptides in mice, the triggering of peptide-specific T cell responses in humans receiving sporozoite malaria vaccines might be difficult to achieve.

Human urothelial cells grown on collagen adsorbed to surface-modified polymers.

OBJECTIVES: Tissue engineering methods can be applied to regenerate diseased, or congenitally missing, urinary tract tissues. Urinary tract tissue cell cultures must be established in vitro and adequate matrices, acting as cell carriers, must be developed. Although degradable and nondegradable polymer matrices offer adequate mechanical stability, they are not optimal for cell adherence and growth. To overcome this problem, extracellular matrix proteins, permitting cell adhesion and regulation of cell proliferation and differentiation, can be adsorbed to the surface-modified polymer. METHODS: In this study, nondegradable polymer films, poly(ethylene terephthalate), were used as an experimental model. Films were modified by graft polymerization of acrylic acid to subsequently allow collagen type I and III immobilization. The following adhesion, proliferation of human urothelial cells, and induction of their stratification were analyzed. RESULTS: Collagen adsorption on 0.2 microg/cm2 poly(acrylic acid)-grafted polymer films rendered the matrix apt for human urothelial cell adhesion and proliferation. Furthermore, stratification of urothelial cells was demonstrated on these surface-modified matrices. CONCLUSIONS: These results have shown that surface-modified polymer matrices can be used to act as cell carriers for cultured human urothelial cells. Such a cell-matrix construct could be applied in reparative surgery of the urinary tract.

Effect of Knotting on the Shape of Polymers

Momentary configurations of long polymers at thermal equilibrium usually deviate from spherical symmetry and can be better described, on average, by a prolate ellipsoid. The asphericity and nature of asphericity (or prolateness) that describe these momentary ellipsoidal shapes of a polymer are determined by specific expressions involving the three principal moments of inertia calculated for configurations of the polymer. Earlier theoretical studies and numerical simulations have established that as the length of the polymer increases, the average shape for the statistical ensemble of random configurations asymptotically approaches a characteristic universal shape that depends on the solvent quality. It has been established, however, that these universal shapes differ for linear, circular, and branched chains. We investigate here the effect of knotting on the shape of cyclic polymers modeled as random isosegmental polygons. We observe that random polygons forming different knot types reach asymptotic shapes that are distinct from the ensemble average shape. For the same chain length, more complex knots are, on average, more spherical than less complex knots.