Σε ένα διάκενο που αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο υψηλής τάσεως πλαισιωμένο από έναν αριθμό γειωμένων αγωγών, η κατάληξη μίας εκκένωσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο έχει μια στοχαστική εξάρτηση από τη γενική διαμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που επικρατεί στο διάκενο. Η λέξη «στοχαστική» έχει την έννοια ότι πρακτικά οποιοδήποτε γειωμένο σημείο μέσα στο διάκενο κατέχει μία πιθανότητα να δεχθεί την εκκένωση, αλλά αυτή η πιθανότητα μπορεί να είναι διαφορετική για τα διάφορα σημεία. Επιπλέον, αν το διάκενο αποτελείται από περισσότερα από ένα διηλεκτρικά, το σημείο κατάληξης της εκκένωσης, όπως και οι παράμετροι της διάσπασης, επηρεάζονται από την παρουσία και τα ηλεκτρικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διηλεκτρικών αυτών. Σε ένα απλό διάκενο ακίδας-πλάκας με αέρα, τα σημεία κατάληξης όλων των εκκενώσεων είναι συγκεντρωμένα γύρω από το ίχνος του άξονα της ακίδας, που είναι η θέση της μέγιστης πιθανότητας. Η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει σε μία συγκεκριμένη θέση του επιπέδου, διαφορετική από τον άξονα της εκκένωσης, μειώνεται όσο μεγαλώνει η απόσταση της θέσης αυτής από τον άξονα. Αν ένας γειωμένος αγωγός εισαχθεί στο διάκενο, όπως για παράδειγμα ένας ή περισσότεροι γειωμένοι αγωγοί παράλληλα στο επίπεδο (σχήμα 1), η πιθανότητα μία εκκένωση να καταλήξει, είτε στα σύρματα είτε στο επίπεδο, εξαρτάται από τη συγκεκριμένη θέση των καλωδίων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να καθορίσει: α) τη συνδυασμένη επίδραση διαφόρων παραγόντων στην πιθανότητα μια εκκένωση να καταλήξει σε γειωμένους αγωγούς, τοποθετημένους σε ένα διάκενο ακίδας-πλάκας, β) την επίδραση των παραγόντων αυτών στα χαρακτηριστικά της διάσπασης, από τα οποία το σημαντικότερο είναι η τάση διάσπασης και γ) την μορφή του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται μεταξύ ακίδας-πλάκας καθώς και την επίδραση των παραπάνω παραγόντων σε αυτό. . Πιο συγκεκριμένα στη μελέτη που έγινε η απόσταση των γειωμένων συρμάτων από το πλέγμα ήταν d2=2,5 cm και μελετήθηκε η επίδραση της πυκνότητας του πλέγματος (χρησιμοποιήθηκαν 7 διαφορετικά πλέγματα και λαμαρίνα) και της απόστασης των συρμάτων α cm. Τα δεδομένα που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία, δηλαδή η τιμή της τάσης διάσπασης σε κάθε περίπτωση, κανονικοποιήθηκαν με τους συντελεστές διόρθωσης υγρασίας και πυκνότητας του αέρα, έγινε δηλαδή αναγωγή των τιμών σε κανονικές συνθήκες. Έπειτα γραφικά προέκυψε μία πρώτη προσέγγιση της τιμής της τάσεως U50% και της διασποράς σ. Χρησιμοποιήσαμε ένα πρόγραμμα σε γλώσσα προγραμματισμού C, το οποίο υλοποιούσε τη μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας, προκειμένου να προκύψει με μεγαλύτερη ακρίβεια η τιμή της τάσης διάσπασης U50%, η διασπορά σ και τα όρια αξιοπιστίας τους. Σαν αρχικές τιμές των U50% και σ, χρησιμοποιήθηκαν αυτές που προέκυψαν από τη γραφική εκτίμηση. Τέλος, οι τελικές τιμές της τάσης διάσπασης, καθώς και οι τιμές της ικανότητας σύλληψης των γειωμένων συρμάτων, δηλαδή η πιθανότητα οι εκκενώσεις να καταλήξουν σε αυτά, ομαδοποιήθηκαν και προέκυψαν τα τελικά διαγράμματα. Η εργασία ολοκληρώθηκε με παρατηρήσεις σχετικά με τη συμπεριφορά της τάσης διάσπασης και της ικανότητας σύλληψης των γειωμένων συρμάτων και έγινε μια προσπάθεια αιτιολόγησής. / -

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η μελέτη των μη θερμικών αποτελεσμάτων της ηλεκτρομαγνητικής (ΗΜ) ακτινοβολίας στη δομή των βιομορίων χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής με το πακέτο λογισμικού GROMACS. Τα αποτελέσματα αυτών των μελετών παρουσιάζονται στα κεφάλαια 2,3,4 και όλα αντιστοιχούν σε δημοσιεύσεις σε περιοδικά με κριτές με το τελευταίο να έχει γίνει μόλις πρόσφατα δεκτό στο Electromagnetic Biology and Medicine. Το κεφάλαιο 1 αποτελεί μια μικρή εισαγωγή στις αλληλεπιδράσεις ΗΜ πεδίων και έμβιας ύλης. Τα Κεφάλαια 2,3 αφορούν ένα συνθετικό πεπτίδιο, την chignolin, που αντιπροσωπεύει ένα μικρό μοντέλο πρωτεΐνης που οφείλει την σταθερότητα της δομής του στου δεσμούς υδρογόνου. Εξαρχής οι δεσμοί υδρογόνου αποτέλεσαν πιθανούς στόχους των ΗΜ αλληλεπιδράσεων στα βιομόρια λόγω της μικρής τους ισχύος αφού από τη φύση τους κατατάσσονται στις αλληλεπιδράσεις μακράς εμβέλειας. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι δομικές αλλαγές που σχετίζονται με διάσπαση αυτών των δεσμών απαιτούν τρομακτικά ισχυρά πεδία της τάξης των 1V/nm που δεν απαντώνται στην καθημερινότητα. Αντίθετα το Κεφάλαιο 4 ασχολείται (για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία των MD προσομοιώσεων σε βιομόρια), με τις αλληλεπιδράσεις πιο ρεαλιστικών ηλεκτρικών πεδίων της τάξης των 1000V/m με το σύστημα ιοντικό διάλυμα–βιομόριο και βασίζεται στην υπόθεση ότι τα ηλεκτρικά πεδία επηρεάζουν εύκολα τα ευκίνητα ιόντα και αυτά με τη σειρά τους την δομή των πρωτεϊνών. Ως βιομόριο επελέχθη η τριαλανίνη κυρίως λόγω των προυπαρχουσών μελετών της δομής της. Αναπάντεχα βρέθηκαν ισχυρές δομικές αλλαγές παρουσία του ηλεκτρικού πεδίου στην περίπτωση του υπερκορεσμένου διαλύματος NaF μεταξύ των κρυστάλλων NaF και του πεπτιδίου. Το εύρημα αυτό ήδη προσανατολίζει την πορεία των επόμενων μελετών μιας και πολλές παθολογίες όπως η ποδάγρα σχετίζονται με το σχηματισμό κρυσταλλικών δομών στο ανθρώπινο σώμα. / This study focuses on the non-thermal effects of electromagnetic (EM) radiation on the structure of biomolecules using molecular dynamics simulations with the software package GROMACS. Simulation results are presented in Chapters 2,3,4 and they have already been published in refereed journals with the last one recently accepted in “Electromagnetic Biology and Medicine”. Chapter 1 is a brief introduction of EM interaction with living matter. Chapters 2,3 are about chignolin, a synthetic peptide resembling a small model stable protein due to its hydrogen bonds. Initially, long-range interactions such as hydrogen bonds were potential targets of EM interactions in biomolecules. The results suggest that conformational changes associated with these destructions require tremendously strong fields of the order of 1V/nm not encountered in daily life. On the contrary, Chapter 4 deals (for the first time in the literature of MD simulations with biomolecules), with more realistic electric fields around 1000 V/m in the system biomolecule-ionic solution. The hypothesis tested was that electric fields easily affect flexible ions and then these ions induce structural changes to the proteins. To this end, trialanini was chosen a a model biomolecule, primarily due to the extensive prior knowledge of its structure. Surprisingly, strong structural changes in the presence of an external electric field were found in the case of supersaturated NaF solution between the NaF crystals and the peptide. These findings orient the course of subsequent studies because it is well known that many pathologies such as gout are associated with the formation of crystalline structures in the human body.

Στην παρούσα μελέτη η βιοτυπία και η ανάλυση του DNA με ηλεκτρο-φόρηση σε παλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο (PFGE) εφαρμόσθηκαν σε ένα σύνο-λο εντε-ρο-κόκ-κων που απομονώθηκαν από νερά αναψυχής και πόσιμα νερά, προκει-μένου να προσδιορισθεί πιθανή γενετική συγγένεια. Τα 200 στελέχη εντε-ρο--κόκκου απομονώθηκαν από 246 δείγματα νερών αναψυχής και 903 δείγματα πόσιμου νερού, από θάλασσα, νερό δικτύου, ποταμούς και πηγές της Ν.Δ. Ελλάδας. Η ταυτοποίηση σε επίπεδο είδους έγινε με το σύστημα API 20strep. Ο έλεγχος της ευαισθησίας στα αντιβιοτικά έγινε με προσδιορισμό της ελάχιστης ανασταλτικής πυκνότητας (MIC) με την μέθοδο ταινιών E-test. Η ηλεκτροφό-ρηση σε παλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόσθηκε για τις γονοτυπικές δοκιμασίες. Ο χαρακτηρισμός σε επίπεδο είδους ταξινόμησε τους εντερόκοκκους σε 22 βιότυπους. Στην πλειοψηφία τους τα στελέχη ήσαν E. faecium (142 ή 71%), ακολουθούσε ο E. faecalis (40 ή 20%), o E. durans (9 ή 4,5%), o E. gallinarum (5 ή 2,5%) και o E. avium (4 ή 2%). Μεταξύ των στελεχών του E. faecium υπήρ-χε σχέση των βιοτύπων και της πηγής του δείγματος. Αυτό δεν παρατηρή-θη-κε στα στελέχη του E. faecalis ούτε στα υπόλοιπα είδη. Κανένα στέλεχος δεν βρέθηκε να παράγει β-λακταμάση. Δεν παρατηρήθηκε καμία σχέση μεταξύ της αντοχής στα αντιβιοτικά και της προέλευσης των στελεχών. Κανένα είδος εντεροκόκκου δεν παρουσίασε αντοχή στα γλυκοπεπτίδια. Κλινικά στελέχη E. faecium περιελήφθησαν στα γονοτυπικά πειράματα ως μάρτυρες για τους ήδη ταυτοποιημένους κλώνους που ενδημούν στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Πάτρας. Η ανάλυση των τύπων PFGE μεταξύ των 104 στελεχών αποκάλυψε την παρουσία 18 κλώνων μεταξύ του E. faecium, 14 του E. faecalis, 2 του E. durans, 3 του E. gallinarum και ενός του E. avium. Αν και μεταξύ των εξετασθέ-ντων στελεχών παρατηρήθηκε γενετική ποικιλία, προσδιορίσθηκαν κοινοί κλώ-νοι μεταξύ διαφορετικών δειγμάτων νερών. Τα δενδρογράμματα αποκά-λυ-ψαν γενετική σχέση μεταξύ συγκεκριμέ-νων περιβαλλοντικών στελεχών του E. faecium και αυτών που ήσαν νοσοκομειακής προέλευσης. Για τη μελέτη της παρουσίας κλώνων μεταξύ εντεροκόκκων που απομονώνονται από το περιβάλλον πρέπει να εφαρμόζονται μέθοδοι ανάλυσης χρωμοσωμικού DNA. / In this study we have identified the enterococcal species isolated from different environmental sources and we have characterized their biotypes, antibiotic resistance patterns and PFGE types. Biotyping and DNA fingerprinting by pulsed-field gel electrophoresis was applied to a collection of enterococci recovered form recreational and drinking water, in order to identify possible genetic relationships. Clinical strains of hospital origin were compared to the environmental isolates. A total of 200 enterococci were isolated from 246 recreational water, and 900 drinking water. One hundred forty two isolates were characterized as Enterococcus faecium recovered from all sources, 40 E. faecalis, 9 E. durans, 5. E. gallinarum and E. avium. Biotypes, determined with API 20 strep, among E. faecium were correlated with certain environmental sources, while antibiotypes, determined with Etest, did not reveal any relationship with the sample origin. Even though genetic diversity was observed among the studied strains, common clonal types were also identified in different sources, suggesting a possible common origin of the enterococci. Cluster analysis revealed a genetic relationship between certain environmental E. faecium and clinical strains.

Τα παραγόμενα πρωτογενή ηλεκτρόνια εντός του φωτοαγώγιμου υλικού ενός μαστογραφικού ανιχνευτή ενεργού μήτρας άμεσης μετατροπής κατά την ακτινοβόληση, αποτελούν το πρωτογενές σήμα το οποίο προχωρώντας σχηματίζει το τελικό σήμα (εικόνα). Έτσι, η ποιότητα της μαστογραφικής εικόνας εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά των πρωτογενών ηλεκτρονίων. Ερευνώνται οι διαδικασίες σχηματισμού του πρωτογενούς σήματος και τα χαρακτηριστικά των πρωτογενών ηλεκτρονίων σε κατάλληλα φωτοαγώγιμα υλικά, όπως τα a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, CdTe, CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te, ZnTe, PbO, TlBr, PbI2 και HgI2, με την ανάπτυξη μοντέλου προσομοίωσης με τεχνικές Monte Carlo της παραγωγής των πρωτογενών ηλεκτρονίων για διάφορα φάσματα ακτίνων Χ στο μαστογραφικό εύρος ενεργειών. Το μοντέλο προσομοιώνει την αλληλεπίδραση φωτονίων-ύλης και την ατομική αποδιέγερση. Επιπρόσθετα, ειδικότερα για το a-Se, πραγματοποιείται μία προκαταρτική μελέτη της συσχέτισης των χαρακτηριστικών αρχικού και τελικού σήματος, με επίλυση των εξισώσεων του Νεύτωνα για την ολίσθηση των πρωτογενών ηλεκτρονίων στο κενό υπό την επίδραση ενός απλού ηλεκτρικού πεδίου. Για το ίδιο υλικό, αναπτύσσεται αφενός μεν αλγόριθμος υπολογισμού της κατανομής του ηλεκτρικού δυναμικού εντός του ανιχνευτή με χρήση υπάρχουσας αναλυτικής λύσης αφετέρου δε ένα πρωταρχικό μοντέλο Monte Carlo για τις ηλεκτρονιακές αλληλεπιδράσεις. Τα σημαντικότερα ευρήματα είναι: (i) το ποσοστό των πρωτογενών ηλεκτρονίων που εκπέμπονται εμπρόσθια είναι περίπου 60 % με την πιθανότερη πολική γωνία εκπομπής μεταξύ 50ο και 70ο, (ii) τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται σε δύο λοβούς γύρω από τις αζιμουθιακές γωνίες φ=0 και π, (iii) περίπου το 80 % των πρωτογενών ηλεκτρονίων παράγεται στο σημείο πρόσπτωσης των ακτίνων Χ ενώ η πλειονότητά τους παράγεται εντός των πρώτων 300 μm από την επιφάνεια του ανιχνευτή, (iv) οι χωρικές κατανομές των ηλεκτρονίων στα a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, PbO και TlBr είναι σχεδόν ανεξάρτητες του μαστογραφικού φάσματος ενώ στα υπόλοιπα υλικά παρουσιάζουν φασματική εξάρτηση, (v) για το πρακτικό μαστογραφικό εύρος (15-40 keV) και στο πρωταρχικό στάδιο της δημιουργίας του σήματος τα a-Se, a-As2Se3 και Ge έχουν την ελάχιστη αζιμουθιακή ομοιομορφία κατά την εκπομπή των ηλεκτρονίων ενώ τα CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te και CdTe τη μέγιστη, το a-Se παρουσιάζει την καλύτερη ενδογενή χωρική διακριτική ικανότητα αλλά το μικρότερο παραγόμενο αριθμό ηλεκτρονίων, το PbO παρουσιάζει το ελάχιστο χώρο παραγωγής πρωτογενών ηλεκτρονίων (ακτίνας R=200 μm, βάθους Dmax=320 μm), ενώ το CdTe το μέγιστο (R=500 μm, Dmax=660 μm), (vi) τέλος, υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις ότι τα PbI2 και HgI2 αποτελούν τις καλύτερες επιλογές φωτοαγώγιμου υλικού. / The x-ray induced primary electrons inside the photoconductor of direct conversion digital flat panel mammographic detectors, comprise the primary signal which propagates in the material and forms the final signal (image). Consequently, the quality of the mammographic image strongly depends on the characteristics of primary electrons. An investigation is made concerning the primary signal formation and the characteristics of primary electrons inside a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, CdTe, CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te, ZnTe, PbO, TlBr, PbI2 and HgI2, which are suitable photoconductors for direct detectors. A Monte Carlo model has been developed that simulates the primary electron production inside the materials mentioned for various x-ray spectra in the mammographic energy range. The model simulates the photon interactions and the atomic deexcitations. Furthermore, particularly for a-Se, a preliminary study is made concerning the correlation between the characteristics of primary and final signal, solving Newton’s equations of electron drifting in vacuum under the influence of a simple electric field. For the same material, an algorithm that calculates the electric potential distribution inside the detector from an existing analytical solution has been developed as well as a primitive Monte Carlo model for electron interactions. The most important findings are: (i) the percentage of primary electrons being forwards ejected is approximately 60 % with the most probable polar angles ranging from 50o to 70o, (ii) the electrons prefer to be emitted at two lobes around azimuthal angles φ=0 and π, (iii) approximately 80% of primary electrons are produced at the point of x-ray incidence whereas their majority is produced within the first 300 μm from detector’s surface, (iv) the electron spatial distributions for a-Se, a-As2Se3, GaSe, GaAs, Ge, PbO and TlBr are almost spectral independent while for the rest of materials there is a spectral dependence, (v) at the practical mammographic energies (15-40 keV) and at the primitive stage of signal formation a-Se, a-As2Se3 and Ge have the minimum azimuthal uniformity in electron emission whereas CdZnTe, Cd0.8Zn0.2Te and CdTe the maximum one, a-Se has the best inherent spatial resolution but the minimum number of primary electrons, PbO has the minimum bulk space in which electrons can be produced (radius R=200 μm, depth Dmax=320 μm) whereas CdTe has the maximum one (R=500 μm, Dmax=660 μm), (vi) finally, there is strong evidence indicating that PbI2 and HgI2 could be the best choices for this kind of applications.