Evaluation and comparison of SYBR Green I Real-Time PCR and TaqMan Real-Time PCR methods for quantitative assay of Listeria monocytogenes in nutrient broth and milk

Specific traditional plate count method and real-time PCR systems based on SYBR Green I and TaqMan technologies using a specific primer pair and probe for amplification of iap-gene were used for quantitative assay of Listeria monocytogenes in seven decimal serial dilution series of nutrient broth and milk samples containing 1.58 to 1.58×107 cfu /ml and the real-time PCR methods were compared with the plate count method with respect to accuracy and sensitivity. In this study, the plate count method was performed using surface-plating of 0.1 ml of each sample on Palcam Agar. The lowest detectable level for this method was 1.58×10 cfu/ml for both nutrient broth and milk samples. Using purified DNA as a template for generation of standard curves, as few as four copies of the iap-gene could be detected per reaction with both real-time PCR assays, indicating that they were highly sensitive. When these real-time PCR assays were applied to quantification of L. monocytogenes in decimal serial dilution series of nutrient broth and milk samples, 3.16×10 to 3.16×105 copies per reaction (equals to 1.58×103 to 1.58×107 cfu/ml L. monocytogenes) were detectable. As logarithmic cycles, for Plate Count and both molecular assays, the quantitative results of the detectable steps were similar to the inoculation levels.

Regularization of descriptor systems

Implicit dynamic-algebraic equations, known in control theory as descriptor systems, arise naturally in many applications. Such systems may not be regular (often referred to as singular). In that case the equations may not have unique solutions for consistent initial conditions and arbitrary inputs and the system may not be controllable or observable. Many control systems can be regularized by proportional and/or derivative feedback.We present an overview of mathematical theory and numerical techniques for regularizing descriptor systems using feedback controls. The aim is to provide stable numerical techniques for analyzing and constructing regular control and state estimation systems and for ensuring that these systems are robust. State and output feedback designs for regularizing linear time-invariant systems are described, including methods for disturbance decoupling and mixed output problems. Extensions of these techniques to time-varying linear and nonlinear systems are discussed in the final section.

Less Conservative Control Design for Linear Systems with Polytopic Uncertainties via State-Derivative Feedback

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Stochastic Stability for Markovian Jump Linear Systems Subject to a Crucial Failure Event

This paper is concerned with the stability of discrete-time linear systems subject to random jumps in the parameters, described by an underlying finite-state Markov chain. In the model studied, a stopping time τ Δ is associated with the occurrence of a crucial failure after which the system is brought to a halt for maintenance. The usual stochastic stability concepts and associated results are not indicated, since they are tailored to pure infinite horizon problems. Using the concept named stochastic τ-stability, equivalent conditions to ensure the stochastic stability of the system until the occurrence of τ Δ is obtained. In addition, an intermediary and mixed case for which τ represents the minimum between the occurrence of a fix number N of failures and the occurrence of a crucial failure τ Δ is also considered. Necessary and sufficient conditions to ensure the stochastic τ-stability are provided in this setting that are auxiliary to the main result.

The LQ control problem for Markovian jumps linear systems with horizon defined by stopping times

This paper deals with a stochastic optimal control problem involving discrete-time jump Markov linear systems. The jumps or changes between the system operation modes evolve according to an underlying Markov chain. In the model studied, the problem horizon is defined by a stopping time τ which represents either, the occurrence of a fix number N of failures or repairs (TN), or the occurrence of a crucial failure event (τΔ), after which the system is brought to a halt for maintenance. In addition, an intermediary mixed case for which T represents the minimum between TN and τΔ is also considered. These stopping times coincide with some of the jump times of the Markov state and the information available allows the reconfiguration of the control action at each jump time, in the form of a linear feedback gain. The solution for the linear quadratic problem with complete Markov state observation is presented. The solution is given in terms of recursions of a set of algebraic Riccati equations (ARE) or a coupled set of algebraic Riccati equation (CARE).

Variable structure control of switched systems based on Lyapunov-Metzler-SPR systems

This paper presents two Variable Structure Controllers (VSC) for continuous-time switched plants. It is assumed that the state vector is available for feedback. The proposed control system provides a switching rule and also the variable structure control input. The design is based on Lyapunov-Metzler (LM) inequalities and also on Strictly Positive Real (SPR) systems stability results. The definition of Lyapunov-Metzler-SPR (LMS) systems and its direct application in the design of VSC for switched systems are introduced in this paper. Two examples illustrate the design of the proposed VSC, considering a plant given by a switched system with a switched-state control law and two linear time-invariant systems, that are not controllable and also can not be stabilized with state feedback. ©2008 IEEE.

Implementation of a DC-DC converter with variable structure control of switched systems

This paper presents a control method for a class of continuous-time switched systems, using state feedback variable structure controllers. The method is applied to the control of a two-cell dc-dc buck converter and a control circuit design using the software PSpice is proposed. The design is based on Lyapunov-Metzler-SPR systems and the performance of the resulting control system is superior to that afforded by a recently-proposed alternative sliding-mode control technique. The dc-dc power converters are very used in industrial applications, for instance, in power systems of hybrid electric vehicles and aircrafts. Good results were obtained and the proposed design is also inexpensive because it uses electric components that can be easily found for the hardware implementation. Future researches on the subject include the hardware validation of the dc-dc converter controller and the robust control design of switched systems, with structural failures. © 2011 IEEE.

On a control design to an AFM microcantilever beam, operating in a tapping-mode, with irregular behavior

In last decades, control of nonlinear dynamic systems became an important and interesting problem studied by many authors, what results the appearance of lots of works about this subject in the scientific literature. In this paper, an Atomic Force Microscope micro cantilever operating in tapping mode was modeled, and its behavior was studied using bifurcation diagrams, phase portraits, time history, Poincare maps and Lyapunov exponents. Chaos was detected in an interval of time; those phenomena undermine the achievement of accurate images by the sample surface. In the mathematical model, periodic and chaotic motion was obtained by changing parameters. To control the chaotic behavior of the system were implemented two control techniques. The SDRE control (State Dependent Riccati Equation) and Time-delayed feedback control. Simulation results show the feasibility of the bothmethods, for chaos control of an AFM system. Copyright © 2011 by ASME.

Design and implementation of a dc-dc converter based on variable structure control of switched systems

This paper presents a control method for a class of continuous-time switched systems, using state feedback variable structure controllers. The method is applied to the control of a non-trivial dc-dc power converter and a simple and inexpensive control circuit design, that was simulated using the software PSpice, is proposed. The design is based on Lyapunov-Metzler-SPR systems and the performance of the resulting control system is superior to that afforded by a recently proposed alternative sliding-mode control technique. © 2011 IFAC.

Stochastic exponential stability of singular linear systems with Markov jump parameters

This paper deals with exponential stability of discrete-time singular systems with Markov jump parameters. We propose a set of coupled generalized Lyapunov equations (CGLE) that provides sufficient conditions to check this property for this class of systems. A method for solving the obtained CGLE is also presented, based on iterations of standard singular Lyapunov equations. We present also a numerical example to illustrate the effectiveness of the approach we are proposing.

Microcantilever chaotic motion suppression in tapping mode atomic force microscope

The tapping mode is one of the mostly employed techniques in atomic force microscopy due to its accurate imaging quality for a wide variety of surfaces. However, chaotic microcantilever motion impairs the obtention of accurate images from the sample surfaces. In order to investigate the problem the tapping mode atomic force microscope is modeled and chaotic motion is identified for a wide range of the parameter's values. Additionally, attempting to prevent the chaotic motion, two control techniques are implemented: the optimal linear feedback control and the time-delayed feedback control. The simulation results show the feasibility of the techniques for chaos control in the atomic force microscopy. © 2012 IMechE.

Adhesive systems: important aspects related to their composition and clinical use

This literature review article addresses the types and the main components of different etch-and-rinse and self-etch adhesive systems available in the market, and relates them to their function, possible chemical interactions and influence of handling characteristics. Scanning electron microscopy (SEM) images are presented to characterize the interface between adhesives and dentin. Adhesive systems have been recently classifed according to their adhesion approaches in etch-and-rinse, self-etch and glass ionomer. The etch-and-rinse systems require a specifc acid-etch procedure and may be performed in two or three steps. Self-etch systems employ acidic monomers that demineralize and impregnate dental substrates almost at the same time. These systems are separated in one or two steps. Some advantages and defciencies were noted for etch-and-rinse and self-etch approaches, mainly for the simplifed ones due to some chemical associations and interactions. The SEM micrographs illustrate different relationships between adhesive systems and dental structures, particularly dentin. The knowledge of composition, characteristics and mechanisms of adhesion of each adhesive system is of fundamental importance to permit the adoption of ideal bonding strategies under clinical conditions.

Preventing chaotic motion in tapping-mode atomic force microscope

During the last 30 years the Atomic Force Microscopy became the most powerful tool for surface probing in atomic scale. The Tapping-Mode Atomic Force Microscope is used to generate high quality accurate images of the samples surface. However, in this mode of operation the microcantilever frequently presents chaotic motion due to the nonlinear characteristics of the tip-sample forces interactions, degrading the image quality. This kind of irregular motion must be avoided by the control system. In this work, the tip-sample interaction is modelled considering the Lennard-Jones potentials and the two-term Galerkin aproximation. Additionally, the State Dependent Ricatti Equation and Time-Delayed Feedback Control techniques are used in order to force the Tapping-Mode Atomic Force Microscope system motion to a periodic orbit, preventing the microcantilever chaotic motion

Untersuchungen zur Visuomotorik des Menschen

Motorische Bewegungen werden über die visuelle Rückmeldung auf ihre Genauigkeit kontrolliert und ggf. korrigiert. Über einen technischen Eingriff, wie beispielsweise einer Prismenbrille, kann man eine Differenz zwischen optisch wahrgenommener und haptisch erlebter Umwelt erzeugen, um die Fähigkeiten des visuomotorischen Systems zu testen. In dieser Arbeit wurde eine computergestützte Methode entwickelt, eine solche visuomotorische Differenz zu simulieren. Die Versuchspersonen führen eine ballistische Bewegung mit Arm und Hand aus in der Absicht, ein vorgegebenes Ziel zu treffen. Die Trefferpunkte werden durch einen Computer mit Hilfe eines Digitalisierungstablettes aufgenommen. Die visuelle Umwelt, welche den Versuchspersonen präsentiert wird, ist auf einem Monitor dargestellt. Das Monitorabbild – ein Kreuz auf weißem Hintergrund – betrachten die Testpersonen über einen Spiegel. Dieser ist in einem entsprechenden Winkel zwischen Monitor und Digitalisierungstablett angebracht, so dass das Zielbild auf dem Digitalisierungstablett projiziert wird. Die Testpersonen nehmen das Zielkreuz auf dem Digitalisierungstablett liegend wahr. Führt die Versuchsperson eine Zielbewegung aus, können die aufgenommenen Koordinaten als Punkte auf dem Monitor dargestellt werden und die Testperson erhält über diese Punktanzeige ein visuelles Feedback ihrer Bewegung. Der Arbeitsbereich des Digitalisierungstabletts kann über den Computer eingerichtet und so motorische Verschiebungen simuliert werden. Die verschiedenartigen Möglichkeiten dieses Aufbaus wurden zum Teil in Vorversuchen getestet um Fragestellungen, Methodik und technische Einrichtungen aufeinander abzustimmen. Den Hauptversuchen galt besonderes Interesse an der zeitlichen Verzögerung des visuellen Feedbacks sowie dem intermanuellen Transfer. Hierbei ergaben sich folgende Ergebnisse: ● Die Versuchspersonen adaptieren an eine räumlich verschobene Umwelt. Der Adaptationsverlauf lässt sich mit einer Exponentialfunktion mathematisch berechnen und darstellen. ● Dieser Verlauf ist unabhängig von der Art des visuellen Feedbacks. Die Beobachtung der Handbewegung während der Adaptation zeigt die gleiche Zielabfolge wie eine einfache Punktprojektion, die den Trefferort der Bewegung darstellt. ● Der exponentielle Verlauf der Adaptationsbewegung ist unabhängig von den getesteten zeitlichen Verzögerungen des visuellen Feedbacks. ● Die Ergebnisse des Folgeeffektes zeigen, dass bei zunehmender zeitlicher Verzögerung des visuellen Feedbacks während der Adaptationsphase, die Größe des Folgeeffektwertes geringer wird, d.h. die anhaltende Anpassungsleistung an eine visuomotorische Differenz sinkt. ● Die Folgeeffekte weisen individuelle Eigenheiten auf. Die Testpersonen adaptieren verschieden stark an eine simulierte Verschiebung. Ein Vergleich mit den visuomotorischen Herausforderungen im Vorleben der Versuchspersonen ließ vermuten, dass das visuomotorische System des Menschen trainierbar ist und sich - je nach Trainingszustand – unterschiedlich an wahrgenommene Differenzen anpasst. ● Der intermanuelle Transfer konnte unter verschiedenen Bedingungen nachgewiesen werden. ● Ein deutlich stärkerer Folgeeffekt kann beobachtet werden, wenn die wahrgenommene visuomotorische Differenz zwischen Ziel und Trefferpunkt in eine Gehirnhälfte projiziert wird und der Folgeeffekt mit der Hand erfolgt, welche von dieser Hirnhemisphäre gesteuert wird. Der intermanuelle Transfer wird demnach begünstigt, wenn die visuelle Projektion der Fehlerbeobachtung in die Gehirnhälfte erfolgt, die während der Adaptationsphase motorisch passiv ist.

Mikrobielle Prozesskontrolle in Biogasanlagen durch Monitoring der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse im Gasbereich

Der zunehmende Anteil von Strom aus erneuerbaren Energiequellen erfordert ein dynamisches Konzept, um Spitzenlastzeiten und Versorgungslücken aus der Wind- und Solarenergie ausgleichen zu können. Biogasanlagen können aufgrund ihrer hohen energetischen Verfügbarkeit und der Speicherbarkeit von Biogas eine flexible Energiebereitstellung ermöglichen und darüber hinaus über ein „Power-to-Gas“-Verfahren bei einem kurzzeitigen Überschuss von Strom eine Überlastung des Stromnetzes verhindern. Ein nachfrageorientierter Betrieb von Biogasanlagen stellt jedoch hohe Anforderungen an die Mikrobiologie im Reaktor, die sich an die häufig wechselnden Prozessbedingungen wie der Raumbelastung im Reaktor anpassen muss. Eine Überwachung des Fermentationsprozesses in Echtzeit ist daher unabdingbar, um Störungen in den mikrobiellen Gärungswegen frühzeitig erkennen und adäquat entgegenwirken zu können. rnBisherige mikrobielle Populationsanalysen beschränken sich auf aufwendige, molekularbiologische Untersuchungen des Gärsubstrates, deren Ergebnisse dem Betreiber daher nur zeitversetzt zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig ein Laser-Absorptionsspektrometer zur kontinuierlichen Messung der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse des Methans an einer Forschungsbiogasanlage erprobt. Dabei konnten, in Abhängigkeit der Raumbelastung und Prozessbedingungen variierende Isotopenverhältnisse gemessen werden. Anhand von Isolaten aus dem untersuchten Reaktor konnte zunächst gezeigt werden, dass für jeden Methanogenesepfad (hydrogeno-troph, aceto¬klastisch sowie methylotroph) eine charakteristische, natürliche Isotopensignatur im Biogas nachgewiesen werden kann, sodass eine Identifizierung der aktuell dominierenden methanogenen Reaktionen anhand der Isotopen-verhältnisse im Biogas möglich ist. rnDurch den Einsatz von 13C- und 2H-isotopen¬markierten Substraten in Rein- und Mischkulturen und Batchreaktoren, sowie HPLC- und GC-Unter¬suchungen der Stoffwechselprodukte konnten einige bislang unbekannte C-Flüsse in Bioreaktoren festgestellt werden, die sich wiederum auf die gemessenen Isotopenverhältnisse im Biogas auswirken können. So konnte die Entstehung von Methanol sowie dessen mikrobieller Abbauprodukte bis zur finalen CH4-Bildung anhand von fünf Isolaten erstmalig in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage rekonstruiert und das Vorkommen methylotropher Methanogenesewege nachgewiesen werden. Mithilfe molekularbiologischer Methoden wurden darüber hinaus methanoxidierende Bakterien zahlreicher, unbekannter Arten im Reaktor detektiert, deren Vorkommen aufgrund des geringen O2-Gehaltes in Biogasanlagen bislang nicht erwartet wurde. rnDurch die Konstruktion eines synthetischen DNA-Stranges mit den Bindesequenzen für elf spezifische Primerpaare konnte eine neue Methode etabliert werden, anhand derer eine Vielzahl mikrobieller Zielorganismen durch die Verwendung eines einheitlichen Kopienstandards in einer real-time PCR quantifiziert werden können. Eine über 70 Tage durchgeführte, wöchentliche qPCR-Analyse von Fermenterproben zeigte, dass die Isotopenverhältnisse im Biogas signifikant von der Zusammensetzung der Reaktormikrobiota beeinflusst sind. Neben den aktuell dominierenden Methanogenesewegen war es auch möglich, einige bakterielle Reaktionen wie eine syntrophe Acetatoxidation, Acetogenese oder Sulfatreduktion anhand der δ13C (CH4)-Werte zu identifizieren, sodass das hohe Potential einer kontinuierlichen Isotopenmessung zur Prozessanalytik in Biogasanlagen aufgezeigt werden konnte.rn