Evaluación de diferentes niveles de nitrógeno y densidad sobre el rendimiento del cultivo del maiz

Con la finalidad de evaluar el comportamiento del cultivo del maíz (Zea mays L.) var. NB-6 a distintos niveles de nitrógeno (0- 40-80-120 kg/ha) y densidades de población (49,815; 56,931; 641048; y 71,164 plantas/ha) se realizó un estudio en la finca "La chiripa", ubicada en San Marcos de Apatite en el municipio de Muy-Muy departamento de Matagalpa, utilizando un disefto de bloques completos al azar con cuatro replicas y en arreglo de tratamiento en parcela divididas. Los resultados reflejan que la densidad de población no tuvo influencia significativa sobre ninguna de las variables evaluadas, sin embargo el mayor rendimiento se obtuvo con la población de 64,048 plantas/ha, mientras que con la fertilización nitrogenada se obtuvo una respuesta positiva, aumentando los rendimientos a medida que aumenta la dosis de nitrógeno hasta un nivel de 80 kg/ha, siendo este resultado similar estadísticamente a lo obtenido con la aplicación de 120 kg deN/ha; lográndose el máximo rendimiento con 108.84 kg de N/ha y óptimo económico con 100.3 kg de N/ha, si la relación costo/valor es igual a 5.29. No se detecto efecto de interacción entre los niveles de los factores evaluados, no obstante el mayor rendimiento se obtuvo con el tratamiento de 71,164 ptas/ha y 120 kg/ha.

Oxygen isotopes and volatiles in martian meteorites

Oxygen isotopes were measured in mineral separates from martian meteorites using laser fluorination and were found to be remarkably uniform in both δ18O and Δ17O, suggesting that martian magmas did not assimilate aqueously altered crust regardless of any other geochemical variations.

Measurements of Cl, F, H, and S in apatite from martian meteorites were made using the SIMS and NanoSIMS. Martian apatites are typically higher in Cl than terrestrial apatites from mafic and ultramafic rocks, signifying that Mars is inherently higher in Cl than Earth. Apatites from basaltic and olivine-phyric shergottites are as high in water as any terrestrial apatite from mafic and utramafic rocks, implying the possibility that martian magmas may be more similar in water abundance to terrestrial magmas than previously thought. Apatites from lherzolitic shergottites, nakhlites, chassignites, and ALH 84001 (all of which are cumulate rocks) are all lower in water than the basaltic and olivine-phyric shergottites, indicating that the slow-cooling accumulation process allows escape of water from trapped melts where apatite later formed. Sulfur is only high in some apatites from basaltic and olivine-phyric shergottites and low in all other SNCs from this study, which could mean that cumulate SNCs are low in all volatiles and that there are other controlling factors in basaltic and olivine-phyric magmas dictating the inclusion of sulfur into apatite.

Sulfur Kα X-rays were measured in SNC apatites using the electron probe. None of the peaks in the SNC spectra reside in the same position as anhydrite (where sulfur is 100% sulfate) or pyrite (where sulfur is 100% sulfide), but instead all SNC spectra peaks lie in between these two end member peaks, which implies that SNC apatites may be substituting some sulfide, as well as sulfate, into their structure. However, further work is needed to verify this hypothesis.

Chemical and mineralogical characterization of micro-inclusions in diamonds

Secondary-ion mass spectrometry (SIMS), electron probe analysis (EPMA), analytical scanning electron microscopy (SEM) and infrared (IR) spectroscopy were used to determine the chemical composition and the mineralogy of sub-micrometer inclusions in cubic diamonds and in overgrowths (coats) on octahedral diamonds from Zaire, Botswana, and some unknown localities.

The inclusions are sub-micrometer in size. The typical diameter encountered during transmission electron microscope (TEM) examination was 0.1-0.5 µm. The micro-inclusions are sub-rounded and their shape is crystallographically controlled by the diamond. Normally they are not associated with cracks or dislocations and appear to be well isolated within the diamond matrix. The number density of inclusions is highly variable on any scale and may reach 10^(11) inclusions/cm^3 in the most densely populated zones. The total concentration of metal oxides in the diamonds varies between 20 and 1270 ppm (by weight).

SIMS analysis yields the average composition of about 100 inclusions contained in the sputtered volume. Comparison of analyses of different volumes of an individual diamond show roughly uniform composition (typically ±10% relative). The variation among the average compositions of different diamonds is somewhat greater (typically ±30%). Nevertheless, all diamonds exhibit similar characteristics, being rich in water, carbonate, SiO_2, and K_2O, and depleted in MgO. The composition of micro-inclusions in most diamonds vary within the following ranges: SiO_2, 30-53%; K_2O, 12-30%; CaO, 8-19%; FeO, 6-11%; Al_2O_3, 3-6%; MgO, 2-6%; TiO_2, 2-4%; Na_2O, 1-5%; P_2O_5, 1-4%; and Cl, 1-3%. In addition, BaO, 1-4%; SrO, 0.7-1.5%; La_2O_3, 0.1-0.3%; Ce_2O_3, 0.3-0.5%; smaller amounts of other rare-earth elements (REE), as well as Mn, Th, and U were also detected by instrumental neutron activation analysis (INAA). Mg/(Fe+Mg), 0.40-0.62 is low compared with other mantle derived phases; K/ AI ratios of 2-7 are very high, and the chondrite-normalized Ce/Eu ratios of 10-21 are also high, indicating extremely fractionated REE patterns.

SEM analyses indicate that individual inclusions within a single diamond are roughly of similar composition. The average composition of individual inclusions as measured with the SEM is similar to that measured by SIMS. Compositional variations revealed by the SEM are larger than those detected by SIMS and indicate a small variability in the composition of individual inclusions. No compositions of individual inclusions were determined that might correspond to mono-mineralic inclusions.

IR spectra of inclusion- bearing zones exhibit characteristic absorption due to: (1) pure diamonds, (2) nitrogen and hydrogen in the diamond matrix; and (3) mineral phases in the micro-inclusions. Nitrogen concentrations of 500-1100 ppm, typical of the micro-inclusion-bearing zones, are higher than the average nitrogen content of diamonds. Only type IaA centers were detected by IR. A yellow coloration may indicate small concentration of type IB centers.

The absorption due to the micro-inclusions in all diamonds produces similar spectra and indicates the presence of hydrated sheet silicates (most likely, Fe-rich clay minerals), carbonates (most likely calcite), and apatite. Small quantities of molecular CO_2 are also present in most diamonds. Water is probably associated with the silicates but the possibility of its presence as a fluid phase cannot be excluded. Characteristic lines of olivine, pyroxene and garnet were not detected and these phases cannot be significant components of the inclusions. Preliminary quantification of the IR data suggests that water and carbonate account for, on average, 20-40 wt% of the micro-inclusions.

The composition and mineralogy of the micro-inclusions are completely different from those of the more common, larger inclusions of the peridotitic or eclogitic assemblages. Their bulk composition resembles that of potassic magmas, such as kimberlites and lamproites, but is enriched in H_2O, CO_3, K_2O, and incompatible elements, and depleted in MgO.

It is suggested that the composition of the micro-inclusions represents a volatile-rich fluid or a melt trapped by the diamond during its growth. The high content of K, Na, P, and incompatible elements suggests that the trapped material found in the micro-inclusions may represent an effective metasomatizing agent. It may also be possible that fluids of similar composition are responsible for the extreme enrichment of incompatible elements documented in garnet and pyroxene inclusions in diamonds.

The origin of the fluid trapped in the micro-inclusions is still uncertain. It may have been formed by incipient melting of a highly metasomatized mantle rocks. More likely, it is the result of fractional crystallization of a potassic parental magma at depth. In either case, the micro-inclusions document the presence of highly potassic fluids or melts at depths corresponding to the diamond stability field in the upper mantle. The phases presently identified in the inclusions are believed to be the result of closed system reactions at lower pressures.

Interaction of aqueous inorganic orthophosphate and phosphate rock

An experimental study was made of the interaction of phosphate rock and aqueous inorganic orthophosphate, calcium, and hydroxyl ions. A model of the reaction was developed by observing electron diffraction patterns in conjunction with concentration changes of chemical components. The model was applied in explaining the performance of batch suspensions of powdered phosphate rock and packed columns of granular phosphate rock. In both cases the reaction consisted initially of a rapid nucleation phase that occurred in a time period of minutes. In the batch system the calcium phosphate nuclei then ripened into larger micro-crystals of hydroxyapatite, which eventually became indistinguishable from the original phosphate rock surface. During column operation the high supersaturation ratio that existed after the rapid nucleation phase resulted in a layer of small nuclei that covered a slowly growing hydroxyapatite crystal.

The column steady-state rate constant was found to increase with increasing temperature, pH, and fluoride concentration, and to decrease with increasing concentrations of magnesium sulfate, ammonium chloride, and bicarbonate ion.

An engineering feasibility study indicated that, based on economic considerations, nucleation of apatite on phosphate rock ore has a potential use as a wastewater phosphate removal treatment process.

Origin of Th/U variations in chondritic meteorites

Isotope dilution thorium and uranium analyses of the Harleton chondrite show a larger scatter than previously observed in equilibrated ordinary chondrites (EOC). The linear correlation of Th/U with 1/U in Harleton (and all EOC data) is produced by variation in the chlorapatite to merrillite mixing ratio. Apatite variations control the U concentrations. Phosphorus variations are compensated by inverse variations in U to preserve the Th/U vs. 1/U correlation. Because the Th/U variations reflect phosphate ampling, a weighted Th/U average should converge to an improved solar system Th/U. We obtain Th/U=3.53 (1_-mean=0.10), significantly lower and more precise than previous estimates.

To test whether apatite also produces Th/U variation in CI and CM chondrites, we performed P analyses on the solutions from leaching experiments of Orgueil and Murchison meteorites.

A linear Th/U vs. 1/U correlation in CI can be explained by redistribution of hexavalent U by aqueous fluids into carbonates and sulfates.

Unlike CI and EOC, whole rock Th/U variations in CMs are mostly due to Th variations. A Th/U vs. 1/U linear correlation suggested by previous data for CMs is not real. We distinguish 4 components responsible for the whole rock Th/U variations: (1) P and actinide-depleted matrix containing small amounts of U-rich carbonate/sulfate phases (similar to CIs); (2) CAIs and (3) chondrules are major reservoirs for actinides, (4) an easily leachable phase of high Th/U. likely carbonate produced by CAI alteration. Phosphates play a minor role as actinide and P carrier phases in CM chondrites.

Using our Th/U and minimum galactic ages from halo globular clusters, we calculate relative supernovae production rates for ²³²Th/²³⁸U and ²³⁵U/²³⁸U for different models of r-process nucleosynthesis. For uniform galactic production, the beginning of the r-process nucleosynthesis must be less than 13 Gyr. Exponentially decreasing production is also consistent with a 13 Gyr age, but very slow decay times are required (less than 35 Gyr), approaching the uniform production. The 15 Gyr Galaxy requires either a fast initial production growth (infall time constant less than 0.5 Gyr) followed by very low decrease (decay time constant greater than 100 Gyr), or the fastest possible decrease (≈8 Gyr) preceded by slow in fall (≈7.5 Gyr).

Evolução geológica do Complexo Quirino, Terreno Paraíba do Sul, Setor Central da Faixa Ribeira, com base em dados isotópicos de Sm-Nd e Sr

A área estudada está inserida na Faixa Ribeira, Segmento Central da Província Mantiqueira (Almeida et al., 1973, 1977, 1981), que representa um cinturão de dobramentos e empurrões gerado no Neo-proterozóico/Cambriano, durante a Orogênese Brasiliana, na borda sul/sudeste do Cráton do São Francisco (Almeida, 1971, 1977; Cordani et al., 1967, 1973; Cordani & Brito Neves, 1982; Teixeira & Figueiredo, 1991). Neste contexto, o Complexo Quirino é o embasamento retrabalhado do Terreno Paraíba do Sul (Heilbron et al., 2004). O Complexo Quirino é formado por extensos corpos de ortognaisses foliados a homogêneos, leuco a mesocráticos, de granulometria média à grossa, composicionalmente variando entre granitóides tonalíticos/granodioríticos a graníticos, e apresentando enclaves de rochas ultramáficas, máficas e cálcio-silicáticas (ricas em tremolita). Os ortognaisses tonalíticos/granodioríticos apresentam porfiroblastos de plagioclásio e a hornblenda como máfico principal, contrastando com os de composição granítica que apresentam porfiroblastos de K-feldspato e biotita predominante. Como acessórios aparecem zircão, titanita, apatita e epidoto. Também estão associados a estes ortognaisses, granitóides neoproterozóicos que formam corpos individualizados ou lentes anatéticas no conjunto paleoproterozóico. Estes são compostos predominantemente por biotita gnaisse e hornblenda-biotita gnaisse. A análise litogeoquímicas dos ortognaisses do Complexo Quirino demonstrou a existência de duas séries magmáticas distintas. A primeira pertencente à série cálcio-alcalina de alto-K apresenta uma composição mais expandida granítica-adamelítica/granodioritica/tonalítica e é correlacionável aos bt-ortognaisses e alguns hb-bt-ortognaisses. Os ortognaisses da série médio-K apresentam composição predominantemente tonalítica, sendo correlacionáveis à maioria dos hornblenda-biotita gnaisses. Enclaves lenticulares de metapiroxeníticos e anfibolíticos ocorrem em muitos afloramentos. Também ocorrem granitóides neoproterozóicos de composição graníticas a quartzo-monzoníticas O estudo isotópico de Sm-Nd e Sr demonstrou que os ortognaisses da série cálcio-alcalina de alto-K e aqueles da série cálcio-alcalina de médio-K possuem idades modelo TDM variando entre paleoproterozóicas a arqueanas, consistentes com dados U-Pb em zircão publicados na literatura. A série cálcio-alcalina de alto-K é mais antiga (2308 9,2 Ma a 2185 8 Ma) do que a série calcio-alcalina de médio-K (2169 3 a 2136 14 Ma) e a existência de zircões herdados com idades mínimas de 2846 Ma e 2981 Ma para série de médio-K e 3388 16 para série de alto-K. Os granitóides brasilianos possuem idades de cristalização neoproterozóica correlacionada a Orogênese Brasiliana (602 a 627 Ma) (Viana, 2008; Valladares et al., 2002)./Com base nos dados de Sr e Sm-Nd foi possível caracterizar 4 grupos distintos. Os grupos 1 e 2 são formados por rochas de idade paleoproterozóica (2,1 a 2,3 Ga) com idades modelo TDM variando de 2,9 e 3,4 Ga, εNd entre -8,1 e -5,8 e 87Sr/86Sr(t) = 0,694707 (Grupo 1) e TDM variando de 2,5 a 2,7 Ga, εNd entre -5,8 e -3,1 e 87Sr/86Sr(t) = 0,680824 (Grupo 2), formados no paleoproterozóico com contribuição de uma crosta arqueana. O grupo 3 é formado por rochas juvenis de idade paleoproterozóica, com idades de cristalização variando entre 2,0 e 2,2 Ga e com idades modelo TDM variando de 2,1 a 2,2 Ga e εNd entre + 1,5 e + 1,2. O grupo 4 é formado durante o neoproterozóico (645 Ma) por rochas possivelmente de idade paleoproterozóico com idades modelo TDM igual a 1,7 Ga e εNd igual a -8,3.

Petrologia dos diabásios da região de Angra dos Reis, RJ

O tema abordado nesta dissertação de mestrado é a petrogênese dos diabásios do Eocretáceo que integram o Enxame de Diques da Serra do Mar na região de Angra dos Reis (RJ). Estes diques intrudem rochas do Terreno Ocidental e do Arco Magmático Rio Negro, inserindo-se no contexto geodinâmico de fragmentação do Gondwana no Cretáceo Inferior. Essas intrusões são subverticais e orientam-se preferencialmente a N039E. Intrusões retilíneas são as mais observadas em campo. Os diabásios são compostos, essencialmente, por plagioclásio e clinopiroxênios (augita e pigeonita). Quartzo, minerais opacos, apatita e olivina ocorrem como minerais acessórios. A composição mineral secundária é marcada pela presença de biotita, uralita e saussurita. Os diabásios estudados compreendem uma série transicional com afinidade toleítica. Os estudos petrológicos revelam a existência de cinco suítes de alto-TiO2, tendo sido as mesmas discriminadas com base nas razões La/Yb de amostras com o mesmo teor de MgO. Destas, apenas a suíte 2 têm quantidade mínima de amostras para avaliação de processos evolutivos. O resultado da modelagem petrogenética aponta que o processo evolutivo mais provável para a geração dos diabásios da suíte 2 é cristalização fracionada sem mudança na assembleia fracionante. As amostras representativas dos líquidos parentais das cinco suítes apresentam razões La/Nb e La/Yb maiores que a unidade, típicas de derivação de fonte enriquecida, que, em várias províncias basálticas continentais, tem sido associada à fusão exclusiva do manto litosférico subcontinental ou a sua participação em processos de mistura de fontes. A discriminação de fontes mantélicas foi feita exclusivamente com base nos teores de elementos traços de amostras representativas de líquidos parentais das cinco suítes discriminadas na área de estudo. Os modelos indicam que todas as cinco suítes estudadas estão relacionadas a fontes harzburgíticas com granada residual. A suíte 5 da área de estudo não pode ser associada à mesma fonte mantélica geradora das suítes 1, 2, 3 e 4 que, por sua vez, se originaram por diferentes quantidades de fusão parcial (respectivamente, 44%, 35%, 31% e 25%) de uma mesma fonte. Cabe ressaltar que a ocorrência de duas suítes, com razões La/Yb muito distintas, porém geograficamente muito próximas, sugere que processos de heterogeneidade mantélica, tipicamente laterais, devem também ocorrer verticalmente.

Solid-state NMR study of bioactive binary borosilicate glasses

A series of binary borosilicate glasses prepared by the sol-gel method are shown to be bioactive. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) and trimethylborate (TMB) in acidic medium are used to prepare xB(2)O(3)center dot(1-x)SiO2 glass systems for x = 0.045-0.167. The formation of a layer of apatite-like mineral on the glass surface becomes apparent after soaking in simulated body fluid for 48 h. We have measured the B-11-B-11 homonuclear second moments of the borosilicate glasses and inferred that no macroscopic phase separation occurred in our glasses. The B-11 chemical shift data also show that the formation of clustered boroxol rings is negligible in our glass system. Although the bioactivity of our borosilicate glasses is less than that of CaO-SiO2 sol-gel glasses, these simple binary systems could be taken as reference glass systems for the search of new bioactive borosilicate glasses. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Termocronologia (U-Th)He e reativação da margem continental do sudeste do Brasil: seção Serra da Mantiqueira - Gráben da Guanabara

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 σ) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 σ). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais.

Interações do lantânio e cério com microalgas dos gêneros Monoraphidium e Scenedesmus

Os elementos de terras raras, representados em sua maioria pelos lantanídeos, ocorrem principalmente como constituintes-traço da maioria dos minerais de rochas comuns (monazita, apatita) e também estão presentes em alguns minérios. Tais elementos foram largamente usados por décadas como fertilizantes na China. Na área das inovações tecnológicas, a demanda por esses metais vem crescendo por conta das suas aplicações em diversos campos. Consequentemente, grandes quantidades desses elementos são acumulados em ambientes aquáticos atingindo o fitoplâncton. Assim, as microalgas que são organismos ecologicamente importantes na cadeia alimentar têm sido frequentemente usadas em estudos ambientais para avaliar a toxicidade relativa de várias descargas químicas e são largamente estudadas na detecção dos primeiros impactos no ecossistema. Somado a isso, são biomassas que possuem boa capacidade de biossorção de metais devido à presença de ligantes na sua estrutura que promovem a captação deles quando em solução. Dessa forma, as interações entre as microalgas verdes Monoraphidium e Scenedesmus e os íons La3+ e Ce3+ foram investigadas neste trabalho. Para isso, foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação do La3+ pelas duas microalgas verdes. Adicionalmente, estudos em batelada da biossorção do La3+ e Ce3+ em soluções contendo os elementos isoladamente ou em combinação foram realizados. No estudo de toxicidade e de bioacumulação o meio de cultivo utilizado foi o ASM-1, com e sem presença de La3+ (10 mg.L-1 a 100 mg.L-1), onde o efeito tóxico do metal foi monitorado por análises micro e macroscópica das células e também pela quantificação do crescimento celular baseada em medidas da massa seca. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para ambas as microalgas. Os resultados obtidos mostraram que o efeito tóxico do metal foi presente em concentrações iônicas de 50 e 100 mg.L-1 e que houve uma bioconcentração do La3+ em ambas espécies de microalgas, principalmente quando a concentração inicial do La3+ foi de 10 e 25 mg.L-1, mostrando que houve uma relação direta entre a bioconcentração e a toxicidade do La3+. O gênero Monoraphidium bioconcentrou mais metal que o gênero Scenedesmus. Os resultados da biossorção dos metais em solução monoelementar mostraram que as microalgas apresentaram grande capacidade de captação do La3+ (20,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 17,8 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.) e do Ce3+ (25,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 11,5 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.). Os resultados obtidos revelaram que os dados melhor se ajustaram ao modelo de Freundlich, na maioria dos casos. Em sistema binário, notou-se que houve uma menor captação de cada um individualmente, evidenciando uma competição entre eles pelos mesmos sítios ligantes e que ambas apresentaram maior afinidade pelo Ce3+

Transplantation of human fetal blood stem cells in the osteogenesis imperfecta mouse leads to improvement in multiscale tissue properties.

Osteogenesis imperfecta (OI or brittle bone disease) is a disorder of connective tissues caused by mutations in the collagen genes. We previously showed that intrauterine transplantation of human blood fetal stem/stromal cells in OI mice (oim) resulted in a significant reduction of bone fracture. This work examines the cellular mechanisms and mechanical bone modifications underlying these therapeutic effects, particularly examining the direct effects of donor collagen expression on bone material properties. In this study, we found an 84% reduction in femoral fractures in transplanted oim mice. Fetal blood stem/stromal cells engrafted in bones, differentiated into mature osteoblasts, expressed osteocalcin, and produced COL1a2 protein, which is absent in oim mice. The presence of normal collagen decreased hydroxyproline content in bones, altered the apatite crystal structure, increased the bone matrix stiffness, and reduced bone brittleness. In conclusion, expression of normal collagen from mature osteoblast of donor origin significantly decreased bone brittleness by improving the mechanical integrity of the bone at the molecular, tissue, and whole bone levels.

Variability of nanoindentation responses of bone and artificial bone-like composites

Nanoindentation is a popular technique for measuring the intrinsic mechanical response of bone and has been used to measure a single-valued elastic modulus. However, bone is a composite material with 20-80 nm hydroxyapatite plates embedded in a collagen matrix, and modern instrumentation allows for measurements at these small length scales. The present study examines the indentation response of bone and artificial gelatin-apatite nanocomposite materials across three orders of magnitude of lengthscale, from nanometers to micrometers, to isolate the composite phase contributions to the overall response. The load-displacement responses were variable and deviated from the quadratic response of homogeneous materials at small depths. The distribution of apparent elastic modulus values narrowed substantially with increasing indentation load. Indentation of particulate nanocomposites was simulated using finite element analysis. Modeling results replicated the convergence in effective modulus seen in the experiments. It appears that the apatite particles are acting as the continuous ("matrix") phase in bone and nanocomposites. Copyright © 2004 by ASME.

Ultra-structural defects cause low bone matrix stiffness despite high mineralization in osteogenesis imperfecta mice.

Bone is a complex material with a hierarchical multi-scale organization from the molecule to the organ scale. The genetic bone disease, osteogenesis imperfecta, is primarily caused by mutations in the collagen type I genes, resulting in bone fragility. Because the basis of the disease is molecular with ramifications at the whole bone level, it provides a platform for investigating the relationship between structure, composition, and mechanics throughout the hierarchy. Prior studies have individually shown that OI leads to: 1. increased bone mineralization, 2. decreased elastic modulus, and 3. smaller apatite crystal size. However, these have not been studied together and the mechanism for how mineral structure influences tissue mechanics has not been identified. This lack of understanding inhibits the development of more accurate models and therapies. To address this research gap, we used a mouse model of the disease (oim) to measure these outcomes together in order to propose an underlying mechanism for the changes in properties. Our main finding was that despite increased mineralization, oim bones have lower stiffness that may result from the poorly organized mineral matrix with significantly smaller, highly packed and disoriented apatite crystals. Using a composite framework, we interpret the lower oim bone matrix elasticity observed as the result of a change in the aspect ratio of apatite crystals and a disruption of the crystal connectivity.

Effects of silicon addition on the electrical and magnetic properties of copper-doped (La,Ca)MnO3 compounds

In this paper we report about the electrical properties of La 0.7Ca0.3MnO3 compounds substituted by copper on the manganese site and/or deliberately contaminated by SiO2 in the reactant mixture. Several phenomena have been observed and discussed. SiO2 addition leads to the formation of an apatite-like secondary phase that affects the electrical conduction through the percolation of the charge carriers. On the other hand, depending on the relative amounts of copper and silicon, the temperature dependence of the electrical resistivity can be noticeably modified: our results enable us to compare the effects of crystallographic vacancies on the A and B sites of the perovskite with the influence of the copper ions substituted on the manganese site. The most original result occurs for the compounds with a small ratio Si/Cu, which display double-peaked resistivity vs. temperature curves. © 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preparation of bioactive glass ceramic nanoparticles by combination of sol-gel and coprecipitation method

SiO2-CaO-P2O5 ternary bioactive glass ceramic nanoparticles were prepared via the combination of sol-gel and coprecipitation processes. Precursors of silicon and calcium were hydrolyzed in acidic solution and gelated in alkaline condition together with ammonium dibasic phosphate. Gel particles were separated by centrifugation, followed by freeze drying, and calcination procedure to obtain the bioactive glass ceramic nanoparticles. The investigation of the influence of synthesis temperature on the nanopartilce's properties showed that the reaction temperature played an important role in the crystallinity of nanoparticle. The glass ceramic particles synthesized at 55 degrees C included about 15% crystalline phase, while at 25 degrees C and 40 degrees C the entire amorphous nanopowder could be obtained.