Le basculement de paradigme apporté par l'ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative par rapport à l'approche thérapeutique utilisant les biomatériaux, questionne aujourd'hui les méthodes d'évaluation de ces thérapies avancées en histopathologie. Les outils d'évaluation actuellement disponibles en histopathologie ne sont pas pleinement satisfaisants pour l'évaluation locale de ces thérapies avancées, notamment en matière d'évaluation de leur performance. Nous avons développé une nouvelle méthode quantitative numérique, simple, peu coûteuse fournissant des indicateurs clés pour la caractérisation structurelle et compositionnelle des tissus régénérés. Cet indicateur mesure le taux de croissance tissulaire (TIR) en intégrant deux autres indicateurs, le taux de croissance cellulaire (CIR) et le contenu total en collagène (TCC). Il se traduit par l'équation suivante TIR (%) = CIR (%) + TCC (%). D'autre part, un sous-ensemble d'indicateurs quantitatifs décrivant l'organisation directionnelle du collagène (relation entre structure et propriétés mécaniques des tissus), le ratio collagène I / collagène III (qualité du remodelage) et la propriété anisotropique optique du collagène (indicateur de maturité), a également été produit automatiquement. A l'aide d'un analyseur d'images assisté par ordinateur tous les indicateurs sont extraits uniquement à partir de deux lames sériées colorées soit avec du Feulgen & Rossenbeck (spécificité cellulaire) ou à l'aide de la coloration au rouge picrosirius F3BA (spécifique du collagène). Pour valider cette nouvelle approche, des échafaudages 3D identiques ont été implantés en site intrapéritonéal chez un groupe de rats sains et chez un groupe de rats diabétiques. L'hypothèse émise était que quantitativement la régénération tissulaire serait significativement retardée et défectueuse chez les rats diabétiques par rapport aux rats sains. De plus, un échafaudage 3D chimiquement modifié a été similairement implanté chez un troisième groupe de rats sains avec l'hypothèse qu'une modulation de la croissance tissulaire serait mise en évidence quantitativement par rapport au groupe de rats sains portant l'échafaudage 3D non-modifié. Après 21 jours d'implantation, les deux hypothèses ont été vérifiées, validant cette nouvelle approche d'analyse quantitative computationnelle. Les résultats quantitatifs ont révélé des différences tissulaires fines qui n'ont pas été détectées à l'évaluation semi-quantitative conduite en parallèle. Cette méthode automatisée et supervisée réduit la dépendance à l'opérateur à un minimum et s'est montrée sensible, simple, peu coûteuse et permet de gagner du temps. Elle offre le double avantage d'objectiver les comparaisons thérapeutiques et de comprendre la régénération des tissus fonctionnels localement et dans le temps / The paradigm shift brought about by the expansion of tissue engineering and regenerative medicine away from the use of biomaterials, currently questions the value of histopathologic methods in the evaluation of biological changes. To date, the available tools of evaluation are not fully consistent and satisfactory for these advanced therapies. We have developed a new, simple and inexpensive quantitative digital approach that provides key metrics for structural and compositional characterization of the regenerated tissues. For example, metrics provide the tissue ingrowth rate (TIR) which integrates two separate indicators; the cell ingrowth rate (CIR) and the total collagen content (TCC) as featured in the equation, TIR%=CIR%+TCC%. Moreover a subset of quantitative indicators describing the directional organization of the collagen (relating structure and mechanical function of tissues), the ratio of collagen I to collagen III and the optical anisotropy property of the collagen (maturity indicator) was automatically produced as well. Using an image analyzer, all metrics were extracted from only two serial sections stained with either Feulgen & Rossenbeck (cell specific) or Picrosirius Red F3BA (collagen specific). To validate this new procedure, 3D scaffolds were intraperitoneally implanted in healthy and diabetic rats. It was hypothesized that quantitatively; the healing tissue would be significantly delayed and of poor quality in diabetic rats in comparison to healthy rats. In addition, a chemically modified 3D scaffold was similarly implanted in a third group of healthy rats with the assumption that modulation of the ingrown tissue would be quantitatively present in comparison to the 3D scaffold-healthy group. After 21 days of implantation, both hypotheses were verified by use of this novel computerized approach. When the two methods were run in parallel, the quantitative results revealed fine details and differences not detected by the semi-quantitative assessment, demonstrating the importance of quantitative analysis in the performance evaluation of soft tissue healing. This automated and supervised method reduced operator dependency to a minimum and proved to be simple, sensitive, cost-effective, time-effective, a way of doing objective therapeutic comparisons and a way to elucidate regeneration and the dynamics of a functional tissue

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:15:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaGDS_TESE.pdf: 10253325 bytes, checksum: a11a4b9893c49f999607f55737b5aded (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The effect of confinement on the magnetic structure of vortices of dipolar coupled ferromagnetic nanoelements is an issue of current interest, not only for academic reasons, but also for the potential impact in a number of promising applications. Most applications, such as nano-oscillators for wireless data transmission, benefit from the possibility of tailoring the vortex core magnetic pattern. We report a theoretical study of vortex nucleation in pairs of coaxial iron and Permalloy cylinders, with diameters ranging from 21nm to 150nm, and 12nm and 21nm thicknesses, separated by a non-magnetic layer. 12nm thick iron and Permalloy isolated (single) cylinders do not hold a vortex, and 21nm isolated cylinders hold a vortex. Our results indicate that one may tailor the magnetic structure of the vortices, and the relative chirality, by selecting the thickness of the non-magnetic spacer and the values of the cylinders diameters and thicknesses. Also, the dipolar interaction may induce vortex formation in pairs of 12nm thick nanocylinders and inhibit the formation of vortices in pairs of 21nm thick nanocylinders. These new phases are formed according to the value of the distance between the cylinderes. Furthermore, we show that the preparation route may control relative chirality and polarity of the vortex pair. For instance: by saturating a pair of Fe 81nm diameter, 21nm thickness cylinders, along the crystalline anisotropy direction, a pair of 36nm core diameter vortices, with same chirality and polarity is prepared. By saturating along the perpendicular direction, one prepares a 30nm diameter core vortex pair, with opposite chirality and opposite polarity. We also present a theoretical discussion of the impact of vortices on the thermal hysteresis of a pair of interface biased elliptical iron nanoelements, separated by an ultrathin nonmagnetic insulating layer. We have found that iron nanoelements exchange coupled to a noncompensated NiO substrate, display thermal hysteresis at room temperature, well below the iron Curie temperature. The thermal hysteresis consists in different sequences of magnetic states in the heating and cooling branches of a thermal loop, and originates in the thermal reduction of the interface field, and on the rearrangements of the magnetic structure at high temperatures, 5 produce by the strong dipolar coupling. The width of the thermal hysteresis varies from 500 K to 100 K for lateral dimensions of 125 nm x 65 nm and 145 nm x 65 nm. We focus on the thermal effects on two particular states: the antiparallel state, which has, at low temperatures, the interface biased nanoelement with the magnetization aligned with the interface field and the second nanoelement aligned opposite to the interface field; and in the parallel state, which has both nanoelements with the magnetization aligned with the interface field at low temperatures. We show that the dipolar interaction leads to enhanced thermal stability of the antiparallel state, and reduces the thermal stability of the parallel state. These states are the key phases in the application of pairs of ferromagnetic nanoelements, separated by a thin insulating layer, for tunneling magnetic memory cells. We have found that for a pair of 125nm x 65nm nanoelements, separated by 1.1nm, and low temperature interface field strength of 5.88kOe, the low temperature state (T = 100K) consists of a pair of nearly parallel buckle-states. This low temperature phase is kept with minor changes up to T= 249 K when the magnetization is reduced to 50% of the low temperature value due to nucleation of a vortex centered around the middle of the free surface nanoelement. By further increasing the temperature, there is another small change in the magnetization due to vortex motion. Apart from minor changes in the vortex position, the high temperature vortex state remains stable, in the cooling branch, down to low temperatures. We note that wide loop thermal hysteresis may pose limits on the design of tunneling magnetic memory cells / Os efeitos de confinamento e o forte acoplamento dipolar na estrutura de v?rtices de nano-elementos ferromagn?ticos ? um tema de interesse atual, n?o apenas pelo valor puramente acad?mico, mas tamb?m pelo impacto em grande n?mero de dispositivos da ?rea de spintr?nica. Muitos dispositivos, como nano-osciladores para transmiss?o de dados sem fio, podem tirar grande proveito da possibilidade de controlar o padr?o magn?tico do n?cleo do v?rtice magn?tico. Relatamos um estudo te?rico da nuclea??o de v?rtices em um par de cilindros coaxiais de ferro e de Permalloy, com di?metros desde 21nm at? 150nm e espessuras de 12nm e de 21nm, separados por uma fina camada n?o-magn?tica. Cilindros isolados de ferro e Permalloy com espessura de 12nm n?o permitem a forma??o de v?rtices, enquanto que cilindros de espessura de 21nm possuem v?rtices quando isolados em reman?ncia. Nossos resultados indicam que ? poss?vel controlar a estrutura magn?tica dos v?rtices, bem como a chiralidade e polaridade relativa dos dois v?rtices, pela escolha apropriada dos valores dos di?metros e da separa??o dos dois cilindros ferromagn?ticos. Dependendo do valor da separa??o entre os cilindros, a intera??o dipolar pode induzir a forma??o de v?rtices em pares de cilindros de espessura de 12nm e inibir a forma??o de v?rtices em pares de cilindros de 21nm de espessura. Al?m disso, mostramos que a rota de prepara??o do estado magn?tico em campo nulo, pode ser usada para determinar a chiralidade e polaridade relativa dos dois v?rtices. Por exemplo: partindo da satura??o da magnetiza??o de um par de cilindros de ferro com di?metro de 81nm e espessura de 21nm, na dire??o do eixo f?cil da anisotropia uniaxial do ferro, resulta um par de v?rtices com n?cleo de 36nm, mesma chiralidade e mesma polaridade. Partindo do estado saturado em uma dire??o no plano e perpendicular ao eixo de anisotropia uniaxial, resulta um par de v?rtices com n?cleo de 30nm de di?metro, com chiralidade e polaridade opostas. Relatamos tamb?m um estudo te?rico do impacto de v?rtices magn?ticos na histerese t?rmica de um par de nanoelementos el?pticos de ferro, de 10nm de espessura, separados por um espa?ador n?o-magn?tico e acoplados com um substrato antiferromagn?tico por energia de 3 troca. Nossos resultados indicam que h? histerese t?rmica em temperatura ambiente (muito menor do que a temperatura de Curie do ferro), se o substrato for uma superf?cie n?o compensada de NiO. A histerese t?rmica consiste na diferen?a da sequ?ncia de estados magn?ticos nos ramos de aquecimento e resfriamento de um ciclo t?rmico, e se origina na redu??o do valor do campo de interface em altas temperaturas, e na reestrutura??o das fases magn?ticas impostas pela intera??o dipolar forte entre os dois nanoelementos de ferro. A largura da histerese t?rmica varia entre 500K ? 100K para dimens?es laterais de 125nm x 65nm e 145nm x 65nm. Focamos nos ciclos t?rmicos de dois estados especiais: o estado antiparalelo, com o nanoelmento em contato com o substrato alinhado na dire??o do campo de interface e o outro nanoelemento alinhado em dire??o oposta; e o estado paralelo em que os dois nanoelementos est?o alinhados com o campo de interface em temperaturas baixas. Esses s?o os dois estados magn?ticos b?sicos de c?lulas de mem?rias magn?ticas de tunelamento. Mostramos que a intera??o dipolar confere estabilidade t?rmica ao estado antiparalelo e reduz a estabilidade t?rmica do estado paralelo. Al?m disso, nossos resultados indicam que um par de cilindros com dimens?es de 125nm x 65nm, separados por 1.1nm, com campo de interface de 5.88kOe em temperatura de 100K, est? no estado paralelo. Essa fase se mant?m at? 249K, quando h? uma redu??o de 50% da magnetiza??o devido ? nuclea??o de um v?rtice no nanoelemento com superf?cie livre. Pequenas varia??es da magnetiza??o, devidas ao movimento do v?rtice, s?o encontradas no ramo de aquecimento, at? 600K. O estado encontrado em 600K se mant?m ao longo do ramo de resfriamento, com pequenas mudan?as na posi??o do v?rtice. A exist?ncia de histerese t?rmica pode ser um s?rio limite de viabilidade de mem?rias magn?ticas de tunelamento

O presente trabalho trata de construir um modelo computacional utilizando o método dos volumes finitos para malhas não-estruturadas, a fim de se calcular a carga hidráulica num meio poroso, considerando este meio não homogêneo e anisotrópico. A anisotropia é uma característica de muitos materiais encontrados na natureza e depende da propriedade estudada no meio. Primeiramente apresenta-se a dedução da equação do transporte advectivo dispersivo e a formulação matemática para a equação de Laplace, esta última utilizada para o cálculo da carga hidráulica. Em seguida, apresenta-se o algoritmo de solução de um programa computacional em linguagem C++ que permite calcular a velocidade do fluxo em cada face de um volume de controle. Finalmente são feitos vários testes para validação do código computacional utilizado, o que levou a crer que o método utilizado é eficaz para os tipos de malhas testados, apresentando algumas diferenças quanto ao erro da solução. / The present work build a computational model using the finite volumes method for unstructured meshes, with the purpose of calculating the hydraulic load in a porous medium, considering it material non - homogeneous and anisotropic. The Anisotropy is a characteristic of many materials found in the nature and it depends on the property studied in this material. First, we present the deduction of the equation of advective-dispersive transport and the mathematical formulation for the Laplaces equation, this last one used for the calculation of the hydraulic load. Soon afterwards, we present the solution algorithm of a computational program in the C++ language that allows to calculate the speed of the flow in each face of the control volume. Finally several tests for validation of the code are made, which makes it that the plausible to assume method is effective for the types of meshes tested, presenting some differences for the wrong solution.

Le but de ce travail de thèse est de réaliser des vannes de spin « naturelles » constituées d’un matériau unique. Le matériau en question doit contenir une alternance de feuillets magnétiques et non magnétiques et présenter différents états magnétiques. Ce système modèle ne présenterait alors ni d’inter diffusion ni de rugosité aux interfaces magnétiques/non-magnétiques et pourrait constituer un système modèle pour les études des phénomènes de transport dépendant de spin. Le CoV2O6 est un oxyde polymorphe de basse dimensionnalité. Les deux phases (α et γ) présentent chacune plusieurs plateaux d’aimantation induits par un champ magnétique. Le premier objectif est de comprendre la structure cristalline et magnétique de ce composé, ce qui a été réalisé par des mesures d’aimantation, de diffraction des rayons X et de neutrons sur des poudres et monocristaux. Les résultats de la phase α sont appuyés par des calculs ab initio. Le second objectif est de déposer ce matériau en couche mince afin d’analyser ses propriétés de transport. Des films épitaxiés de γ CoV2O6 ont été obtenus sur TiO2(100) et TiO2/Pt(111) par ablation laser. Le dépôt sur l’électrode de Pt montre la présence de six variants entrainant l’observation de plateaux d’aimantation supplémentaires. / The purpose of this work is to synthesize “natural” spin valves within one unique material. The material needs a crystalline structure formed by stacking magnetic and non-magnetic sheets as well as different magnetic states. Such model system could be used for the study of spin dependent transport properties as no-roughness or diffusion at the magnetic/non-magnetic interfaces is allowed. The polymorph low-dimensional oxide CoV2O6 is such a material. Both phases (α and γ) exhibit field induced magnetization plateaus. This study’s first aim is to understand crystalline and magnetic structures. Investigations were performed on powders and single crystals using magnetization measurements as well as X-ray and neutron diffraction measurements. The magnetic properties of α CoV2O6 were supported by ab initio calculations. The second aim is to grow CoV2O6 thin films in order to analyze further the transport properties. Epitaxial γ CoV2O6 thin films were obtained by pulsed laser ablation on both TiO2(100) and TiO2/Pt(111) substrates. Films grown on Pt electrode exhibit six variants which allows observing additional magnetization plateaus.

Laboratory magnetic measurements are used to develop a methodology to characterize the Kiruna-type Rare Earth Elements (REE) bearing apatite iron-oxide deposits at Blötberget in central Sweden. This high-grade ore deposit is known to have sharp boundaries between lens shaped main ore bodies of magnetite-rich ore, and a complex hematite-rich ore associated with pegmatites and skarn formation. The thesis covers laboratory magnetic measurements of 37 samples originating from eight drill cores and reference samples from previously mined area. It focuses on on-covering how the samples relate in terms of magnetic susceptibility, further its dependency on temperature, frequency, field and the orientation. The results are correlated with petrographic analysis previously performed on accompanying thin sections. The measurements show that magnetite with strong susceptibility contribution overshadow the hematite contribution in the samples. Transition changes in susceptibility are noticeable when crossing the Verwey temperature; -153°C, Curie temperature; 580°C and Néel temperature; 680°C. The Morin temperature appears at -60°C, or is missing. Linear relationships are identified between the magnitude difference in susceptibilities across transitions at high temperature and wt% magnetite and hematite have been identified. The Blötberget skarn and hematite-rich ore samples have a higher degree of susceptibility anisotropy than the other ore-types. Blötberget samples are dominated by multidomain characteristics in remanence, saturation and coercivity. High temperature measurements have shown that the magnetite is close to pure. The low temperature measurements suggest hematite is impure or bears a petrological footprint. The study also shows that rich iron ore samples sometimes can be at risk of being overlooked with standard methods of measuring susceptibility / Laboratorietekniska metoder kan användas som ett komplement till malmgeologi och geofysisk prospektering. I denna metodstudie karaktäriseras apatitjärnmalm från Blötberget, nära Grängesberg. En fyndighet bestående av linsformade malmkroppar rika på magnetit och ofta avskilda men komplexa hematitrika stråk. Studien är gjord 37 prover från totalt 8 borrkärnor, och lokaler som tillhörde produktion från gruvverksamhet under 1900-talet. Mätmetoderna fokuserar på att kartlägga malmens magnetiska egenskaper, och hur temperatur, frekvens, fältstyrka samt riktning påverkar dessa. Resultaten jämfördes med tidigare petrografisk studie av tillhörande tunnslip Resultaten visar att magnetit står för merparten av susceptibiliteten i proverna, men att även hematit kan urskiljas och kvantifieras. Temperaturberoende har påvisats vid övergångar för Verwey-temperatur; -153°C, Curie-temperatur; 580 °C, och Néeltemperatur; 680 °C. Den förväntade Morin-temperaturen vid -14°C, påträffades vid -60 °C eller saknas helt för flera av de hematitrika proverna. Magnetiskt anisotropa prover återfinns bland prover som identifierats som skarn eller hematitrika. Magnetisk granulometri visar karaktär av multidomäntyp med låg magnetisk coercivitet och hög satureringsförmåga. Högtemperaturmätningar av susceptibilitet visar på ren magnetit för prover från Blötberget. Samtidigt visar lågtemperaturemätningar att hematit sannolikt har inblandning av titanium eller bär på ett mer komplext förflutet. Studien visar också att det finns en risk i att enbart förlita sig på bulksusceptibilitet för prover rika på malm.

Ionic Liquids (ILs) has been attracting attention, both from academia and industry, given the numerous applications of these systems. ILs are salts, usually composed by an organic ion, and a counterion which could be organic or inorganic, and, interestingly they are found at liquid state at room temperature. Our interest in studying ILs comes from its low toxicity. Some recent studies have shown that the toxicity of the ILs ishigher than believed, in particular for biologically relevant systems. The main goal of this research is to study the influence of the ionic liquid 1-tetradecyl-3-methylimidazolium chloride ([C14MIM][Cl]) with membrane systems. To do so, we made use of different lipids: POPC, Sphingomyelin, Cholesterol, POPG, DPPC, DPPG and DMPC. For each of these systems, the influence of ILs concentration were elucidated by means of a systematic study through different experimental techniques: Small Angle X-ray scattering (SAXS), dynamic light scattering (DLS), fluorescence anisotropy, optical microscopy and z-potential. Since [C14MIM][Cl] has a positive charge on the imidazolium group, the superficial charge of all vesicles increased. For zwitterionic vesicles no significant change in size and melting temperature were noticed. The imidazolium-based ionic liquid diminished the gel-fluid transition temperature for negatively charged lipids. For DPPC:DPPG (1:1), for instance, the transition temperature decreased from 42.50±0.13oC to 25.27±0.33oC and for DPPG from 46.12±0.22 oC to 36.6±0.38 oC. For DPPG, the vesicle hydrodynamic diameter increased from 84±0.1nm to 176±0.1nm, whereas for DPPC:DPPG it increased from 95±0.1nm to 196±0.1nm. The electronic density profile, obtained by SAXS, supported the penetration of the [C14MIM][Cl] into the negative bilayer structure. 15 mol% of [C14MIM][Cl] increased the polar head thickness of DPPC vesicles from 11.1±0.6 Å to 18.0±0.7 Å, without alter significantly the inner region of the membrane.Qualitative results obtained with optical microscopy showed that the IL incorporation destabilize the membrane asymmetry (between the leaflets) leading to the formation of pores (evidenced by optical contrast lost) and the presence of buds. We believe that this work could improve the understanding of the effects of ILs in the presence of biological relevant systems / Os líquidos iônicos (LI) tem atraído grande atenção, tanto da academia quanto da indústria, devido às suas numerosas aplicações. LI são sais, normalmente compostos por um íon orgânico, e um contra-íon que pode ser orgânico ou inorgânico, mas que tem como característica ser encontrado no estado líquido à temperaturas próximas a ambiente. Nosso interesse em estudar LIs vem de sua baixa toxicidade, atribuída a sua baixa volatilidade. Entretanto, alguns estudos recentes mostraram que a toxicidade dos LI é maior do que se acreditava, em particular com sistemas de relevância biológica.O objetivo principal desta dissertação é estudar a influência do líquido iônico 1-tetradecil-3-metilimidazólio cloreto ([C14MIM][Cl]) com sistemas de membrana. Para isso, utilizamos diferentes lipídios, como o POPC, esfingomielina, colesterol, POPG, DPPC,DPPG e o DMPC. Para cada um destes sistemas, a influência da concentração de LI foi elucidada por meio de um estudo sistemático através de diferentes técnicas experimentais, tais como: espalhamento de raio-X a baixos ângulos (SAXS), espalhamento dinâmico de luz (DLS), anisotropia de fluorescência, microscopia óptica e potencial-z. Uma vez que o componente iônico de [C14MIM][Cl] tem uma carga positiva no grupo imidazólio, a carga superficial de todas as vesículas estudadas aqui aumentou. Entretanto, para asvesículas compostas pelos lipídeos zwitteriónicos, não tenha sido observada qualquer alteração significativa no tamanho e na temperatura de transição de fase gel-fluido. O [C14MIM][Cl] altera a organização interna entre as moléculas de lipídio com carga negativa. Consequentemente, à medida que a quantidade de LI aumenta, a temperatura de transição de fase diminui e o tamanho médio das vesículas aumenta. Para o sistema DPPC:DPPG (1:1) a temperatura de transição de fase caiu de 42.50 ± 0.13 oC para 25.27 ± 0.33 oC e para as vesículas de DPPG de 46.12±0.22 oC para 36.6±0.38 oC. Quanto ao diâmetro hidrodinâmico médio, no caso do DPPG este valor aumentou de 84±0.1 nm para 176±0.1 nm, enquanto que para a mistura DPPC:DPPG (1:1) ele passou de 95±0.1nm para 196±0.1nm. Indicando assim que o LI incorpora na bicamada lipídica negativamente carregada. O perfil de densidade eletrônica, obtido por SAXS, confirma a penetração do [C14MIM][Cl] na bicamada lipídica. Diferentemente, para a membrana lipídica zwitteriónica o LI tende a se situar perto da região da cabeça polar sem afetar significativamente a região do interior da bicamada lipídica. Por outro lado, a presença de15 mol% de [C14MIM][Cl] aumenta a espessura da região polar das bicamadas das vesículas de DPPC de ~ 11.1±0.6 Å para ~ 18.0±0.7 Å. Os resultados qualitativos da microscopia óptica mostraram que a incorporação da LI desestabiliza a assimetria da membrana entre as camadas interna e externa, além de sugerir o aparecimento de poros (evidenciado pela perda do contraste ótico das vesículas) e estruturas chamadas de buds. Esperamos que este trabalho melhore a compreensão dos efeitos do LI na presença de organismos biológicos.

Movimentos coletivos prestam um papel fundamental na dinâmica e energética de biomoléculas em solução. Estes movimentos permitem o acoplamento de regiões significativamente distantes, apresentando considerável influência, por exemplo, no alosterismo para a formação de complexos macromoleculares e no funcionamento integrado de proteínas multidomínios como \"máquinas moleculares\". Neste trabalho de doutoramento, serão apresentados os resultados referentes à aplicação conjunta de técnicas experimentais biofísicas, de modelagem estrutural e de dinâmica molecular no estudo de dois sistemas para os quais estes movimentos coletivos demonstram considerável importância funcional. Para a interação do receptor nuclear do ácido 9-cis-retinóico com seu elemento responsivo específico no DNA (HRE), a comparação de estudos de dinâmica molecular com ensaios de afinidade por anisotropia de fluorescência sugere que a resistência inicial para a associação do monômero, seguida da acentuada colaboratividade na associação do dímero é regida por um impedimento da associação do domínio de ligação ao DNA (DBD) para o primeiro à sequência responsiva devido, em última análise, a uma não complementaridade dos modos coletivos mútuos. Este impedimento para a associação monomérica inicial é mais acentuado para o monômero 5\' (para o qual a menor especificidade de ligação à seqüência específica já é bem documentada), devido aos efeitos conjuntos de um \"defeito\" natural no empacotamento de bases da seqüência responsiva, que se manifesta mais significativamente na interface entre o meio-sítio 5\' e a seqüência espaçadora, e dos modos vibracionais entre os dois sítios decorrentes de seu faseamento relativo na topologia do DNA na seqüência responsiva, caracterizando um mecanismo \"chave e fechadura\" para a interação obrigatoriamente simultânea dos dois monômeros ao DNA. No segundo caso, um estudo integrado utilizando a técnica experimental de espalhamento de raios X a baixos ângulos e uma abordagem de modelagem estrutural baseada em dinâmica molecular foi realizado para a celobiohidrolase I de Trichoderma harziannum. Este estudo permitiu tanto a elaboração de um modelo estrutural de maior resolução para esta enzima de alto potencial biotecnológico como a constatação dos possíveis mecanismos moleculares a partir dos quais as glicosilações no peptídeo conector impõem restrições à orientação e modos vibracionais entre seus dois domínios de forma condizente com sua ação concertada na interação e no deslize da enzima sobre a superfície celulósica, ambos de fundamental importância para a processividade da enzima na hidrólise do substrato microcristalino. / Collective motions play a fundamental role in solution biomolecule dynamics and energetics. These movements can couple very distant regions in the protein structures affection, for instance, allosteric mechanisms, the establishment of macromolecular complexes, and on the integrated function of multidomain proteins as molecullar machines. In this thesis, we present results concerning to the joint use of experimental biophysical techniques, structural modeling and molecular dynamics simulations on the study of two systems for which these collective motions have substantial importance. First, we study the interaction of the nuclear retinoid X receptor with its specific DNA hormone response element (HRE) using a combination of molecular dynamics simulations and affinity assays performed by using fluorescence anisotropy. We find out that collective motions mediate the low binding affinity of monomers and the high cooperative binding of HRE dimers. The lower binding affinity of the monomer is more prominent for 5´ monomers. This occur due to an natural ineffective stacking of the last base pair step at the 5´-half-site and to the phasing of the two binding half-sites in the DNA topology, that impose a collective motions that tends to occlude the 5´ binding site. This behavior, in turn, is concurrent with the well known 3´ polarity and the decreased binding specificity to the 5´ half site for the hRXRα monomer. This same pattern impose a lock-and-key mechanisms dependent on the binding of the full dimer. Second, an integrated Small angle X ray scattering and molecular dynamics based structural modeling was used to comprehend the interdomain motions of cellobiohydrolase I of Trichoderma harziannum. We manage to build a refined model for this enzime, with important biotechnological potential. We also provide insights into molecular mechanisms of linker and glycosylation imposed restraints on the orientation and vibrational modes of the full-length enzyme, supporting a mechanism of sliding of on the cellulose surface. This mechanism is fundamental for the high processivity on the hydrolysis of microcrystalline cellulose.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Luciano Vaz de Sa.pdf: 1061982 bytes, checksum: 6f6a32de4e2caf51ea9a29ac0038f796 (MD5) Previous issue date: 2011-09-09 / The Ferromagnetic Resonance technique is used to study the magnetostriction and the magnetic anisotropy of cobalt thin films grown on glass and silicon substrates. The effective values of the magnetostriction and magnetic anisotropy constants obtained do not agree with known values in the literature, but show the viability of the experimental method used [with the film glued to a cantilever beam under stress] to study the magnetostriction of magnetic thin films. / Este trabalho tem como objetivo estudar a magnetostricção e a anisotropia magnética de filmes finos de cobalto usando a técnica de Ressonância Ferromagnética. As amostras investigadas foram produzidas pela técnica de magnetron sputtering, depositadas sobre substratos de vidro e silício, com espessuras variando na faixa de 10 a 20 nm. Os valores efetivos obtidos para as constantes de magnetostricção e de anisotropia magnética de volume e de superfície diferem de valores conhecidos na literatura, mas comprovam a viabilidade do procedimento experimental aplicado [com o filme fixo sobre uma haste cantilever sujeita a stress] para investigar a magnetostricção de filmes finos magnéticos.

O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de formulações e de códigos computacionais que possibilitem a análise bidimensional estática de meios contínuos anisotrópicos viscoplásticos reforçados ou não por fibras. Especificamente, as análises numéricas envolvem aplicações dos métodos dos elementos de contorno (MEC) e dos elementos finitos (MEF), comparando-se os resultados obtidos com respostas analíticas e experimentais, disponíveis na literatura, buscando-se assim, subsídios teóricos que permitam o entendimento de problemas mais gerais envolvendo meios anisotrópicos. Para tanto são empregados elementos finitos triangulares com aproximações cúbica e quadrática para os deslocamentos na modelagem dos domínios. Na consideração do reforço com fibras, elementos finitos de barras simples são empregados. A formulação desenvolvida proporciona também a consideração de distribuição randômica das fibras imersas no meio sem qualquer aumento dos graus de liberdade do problema analisado, diferindo-se assim, das formulações conhecidas até o momento. Com o MEC, a análise de plasticidade e viscoplasticidade em meios com anisotropia geral é feita de maneira original no trabalho, destacando-se a consideração de lei de fluxo plástico não-associativa e o tratamento de viscosidade apenas com integrais de contorno, sem a utilização de aproximações de domínio. Uma quantidade significativa de exemplos é apresentada, possibilitando a verificação da eficiência das formulações e dos códigos desenvolvidos / The objective of the present work is the development of formulations and computational codes that enable the static bidimensional analysis of the viscoplastic anisotropic medias reinforced, or not, by fibers. Specifically, the numerical analysis involve applications of the boundary elements method (BEM) and finite elements (FEM), comparing the results obtained with analytical and experimental solutions available in the literature, allowing the understanding of general problems in anisotropic media. Two-dimensional finite elements with cubic and quadrate approximations for the displacements are used to model domains. Reinforcements are modeled by truss finite elements. The developed formulation provides the consideration of random distribution of the fibers, without any additional degree of freedom of the problem. With the BEM, the plasticity and viscoplasticity analysis in general anisotropic medias is originally developed in the present work, emphasizing the consideration of non-associative plastic flow and the treatment of viscosity just with boundary integrals, without domain approximation. Various examples are shown in order to verify the efficiency of the proposed formulation and developed computational codes

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Josberg Silva Rodrigues.pdf: 647762 bytes, checksum: 76e44a5c4743594c8862ff4d8b22704c (MD5) Previous issue date: 2009-04-30 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / In this work we study the effects of the spontaneous breaking of Lorentz symmetry on black body radiation phenomenon in the context of the Maxwell-Caroll-Field-Jackiw (MCFJ) model. The MCFJ model is the electromagnetic CPT-odd sector of the standard model extension and, it presents for a purely space-like background a positive-definite hamiltonian. Firstly, we study the Maxwell electrodynamics by analyzing its hamiltonian structure following the Dirac s procedure for constrained systems. Then, we calculate the partition function via the path integrals formalism and consequently we obtain its thermodynamic properties such as: energy density, radiation pressure and the entropy. Afterwards, we apply the same procedure to find the partition function of the MCFJ model and we observe how the spectrum of black body changes due to the breaking of the CPT and Lorentz symmetries. We show that if the cosmic microwave background (CMB) radiation is described by this model, it shows an angular anisotropy in the energy density distribution. We also give, at leading order in the Lorentz violating parameter, the contributions of the Lorentz breaking for the Planck s radiation and the Stefan-Boltzmann laws. The Lorentz-violating (LV) corrections for the Planck s law is non-linear in the frequency and for the Stefan-Boltzmann law is quadratic in the temperature. Using our results, we set upper limits for the LV parameter by analyzing the Stefan-Boltmann law and the CMB anisotropy but it is shown that they are much less stringents that those obtained by birefringence or polarization analysis of light. / Esta dissertação aborda os efeitos da quebra espontânea da simetria de Lorentz sob a radiação do corpo negro no contexto da eletrodinâmica de Maxwell-Carroll-Field-Jackiw (MCFJ). O modelo MCFJ advém do setor CPT-ìmpar do modelo padrão estendido e apresenta uma hamiltoniana positiva-definida somente para um campo de fundo puramente tipo-espaço. O estudo começa pela eletrodinâmica de Maxwell realizando uma análise de sua estrutura hamiltoniana através do procedimento de Dirac para sistemas vinculados. Após essa análise, calcula-se a função de partição via o formalismo de integração funcional e obtendo consequentemente suas propriedades termodinâmicas relevantes como: densidade de energia, pressão de radiação e a entropia do sistema. Na segunda parte, seguindo um procedimento similar encontramos a função de partição do modelo MCFJ. Observa-se que o espectro de energia do corpo negro sofre alteração devido à quebra da invariância de Lorentz e da simetria CPT. Mostramos que se a radiação cósmica de fundo (RCF) for descrita por esse modelo desponta uma anisotropia na distribuição de densidade de energia. Também, mostramos que a lei de radiação de Planck e a lei de Stefan Boltzmann são afetadas pela introdução do campo externo responsável pela quebra de Lorentz. Tais modificações no caso da lei de Planck são não-lineares na frequência e na lei de Stefan-Boltzmann são quadráticas na temperatura. Usando esses resultados e os dados experimentais da constante de Stefan-Boltzmann e os dados referentes a anisotropia da radiação cósmica de fundo, estipulamos limites superiores para a magnitude do parâmetro da VL. Contudo, os limites obtidos são menos restritivos que os obtidos pela análise do fenômeno da birrefrigência.