Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

A proposta deste trabalho foi demonstrar in vivo, por meio de técnicas específicas de isolamento, a presença de fungos filamentosos nos canais radiculares de dentes portadores de necrose pulpar e lesão periapical, relacionar sua presença a pacientes com resposta imunológica comprometida e realizar o estudo taxonômico dos isolados. Foram realizadas culturas de 60 canais radiculares com polpa necrosada e lesão periapical. Os pacientes responderam a um questionário de saúde e assinaram permissão para realização da pesquisa. Após isolamento absoluto e assepsia do campo operatório, as amostras foram coletadas utilizando-se 3 pontas de papel absorvente estéreis inseridas no canal radicular uma a uma, durante 1 minuto. Em campo isolado por duas lamparinas, o material coletado foi inoculado em um tubo de ensaio contendo meio de Saboraud Agar acrescido de Cloranfenicol. Próximo ao campo isolado pelas duas lamparinas, foi colocada uma placa de Petri aberta contendo o mesmo meio de cultura contido no tubo de ensaio, com o intuito de verificar a acuidade do isolamento do campo (controle negativo). Ao mesmo tempo foi efetuado um controle positivo, através de uma placa de Petri que permaneceu aberta durante a coleta, fora do campo isolado. Os tubos e placas de Petri foram mantidos em temperatura ambiente por um período de sete a quatorze dias observando o crescimento micelial. Aqueles que apresentaram crescimento foram semeados em meios específicos para microcultivo CYA Agar, Extrato de Malte Agar, ou Agar Batata. Com o auxílio de microscopia óptica, as colônias foram identificadas em gênero e espécie. Das 60 amostras coletadas, 17 apresentaram cultura positiva para fungos filamentosos, perfazendo um total de 28,3%. O gênero Aspergillus foi isolado, in situ, de 7 amostras (11,6%), sendo que a espécie Aspergillus ustus foi isolada de 3 pacientes (5%). O Aspergillus granulosus, Aspergillus niger e o Aspergillus sydowii foram isoladas de 3 pacientes respectivamente. A espécie Emericella quadriluniata, forma sexuada de Aspergillus, foi isolada de 1 paciente. O gênero Penicillium foi isolado, in situ, de 4 amostras (6,6%), sendo as espécies isoladas: Penicillium implicatum, Penicilium micsynvisk, Penicillium lividum e Penicillium citrionigrum. O gênero Fusarium foi isolado, in situ, de 2 amostras (3,3%), sendo as espécies identificadas como Fusarium moniliforme, Fusarium melanochorum, respectivamente. As espécies Aureobasidium pullulans, Exophiala jeancelmei, Eurotium amstelodame e Cladosporium sphaerospermum foram isoladas in situ de 4 amostras. Todos as amostras nas quais foi isolado fungo filamentoso pertenciam a pacientes com comprometimento da resposta imunológica. Nas placas de Petri empregadas no raio das duas lamparinas, não houve crescimento micelial. Entretanto nas placas controle positivo abertas para verificar a contaminação do meio ambiente houve crescimento de fungos ambientais que não eram compatíveis com os isolados dos canais radiculares, além de não apresentarem culturas puras. Pôde-se concluir que canais radiculares, com necrose pulpar e lesão periapical, podem apresentar cultura positiva para fungos filamentosos e que este resultado, neste estudo, apresentou relação direta com a deficiência da resposta imunológica do hospedeiro. / The purpose of the present study was to evaluate in vivo, with specific techniques that isolates the presence of filament fungus in the root canal of teeth with necrotic pulp and perirradicular disease, see the relationship between the presence of these fungus and patients with immunological deficiency and carry out a taxonomic study of the fungus isolated. It was fulfilled the culture of 60 root canals of teeth with necrotic pulp and perirradicular disease. The patients answered a health questionnaire and signed a term to allow the research. After the absolute isolation and cleaning the operating field the samples were collected using three sterile paper points inserted into the root canal during 1 minute. In an isolated field by two lamps, the collected materials were inoculated in a tube with Saboraud Agar with Cloranfenicol. Nearby the isolated field with lamps it was placed an opened Petri plaque with the same culture material from the tubes with the purpose to verify the perceptiveness of the isolated field (negative control). At the same time it was carried out the positive control group with an opened Petri plaque that was maintained far from the isolated fields. The tubes and the Petri plaque were maintained in atmosphere temperature during seven to fourteen days to observe micelial growth. Those that showed growth were spread on specific environment for microcultivation CYA Agar, Extract of Agar Malt or Agar potato. With the help of an optic microscope the colonies were identified in genre and species. Among the 60 samples collected, 17 showed positive culture for filament fungus, making up a total of 28,3%. The genre Aspergillus was isolated, in situ, of 7 samples (11,6%), and the species Aspergillus ustus was isolated from 3 pacients (5%). The Aspergillus granulosus, Aspergillus niger e o Aspergillus sydowii were isolated from 3 pacients respectivaly. The species Emericella quadriluniata, sexual form of Aspergillus, was isolated from 1 pacient. The genre Penicillium was isolated, in situ, from 4 samples (6,6%), where the species isolated were Penicillium implicatum, Penicilium micsynvisk, Penicillium lividum and Penicillium citrionigrum. The genre Fusarium was isolated, in situ, from 2 samples (3,3%), where the species identified were Fusarium moniliforme, Fusarium melanochorum, respectively. The species Aureobasidium pullulans, Exophiala jeancelmei, Eurotium amstelodame and Cladosporium sphaerospermum were isolated in situ from 4 samples. All the samples where it was isolated the filament fungus belonged to pacients with the imunolgical response compromised. On the Petri plaques employed at the range of the two lamp, it was not seen micelial growth. Thereby, on the positive control plaques, opened to check the contamination of the environment showed the growth of ambiental fungus that were not compatible with the fungus isolated from the root canal, and did not shor pure culture. It was concluded that root canal with necrotic pulp and periapical disease, can show positive culture for filament fungus and these results were directly related to the deficiency of the immunological response of the hostess.

O semieixo automotivo é um componente usualmente metálico pelo qual o torque é transmitido do diferencial para as rodas do veículo. Diferentemente dos semieixos convencionais, os fabricados em materiais compósitos possuem algumas variáveis de projeto que devem ser levadas em consideração, como a orientação das fibras, a sequência de empilhamento, a espessura e o número de camadas. Neste trabalho, cilindros compósitos para aplicação em semieixos de transmissão foram processados por enrolamento filamentar com o objetivo de substituir peças em aço convencional por compósito laminado em fibra de carbono com matriz epóxi. Para tal, os parâmetros da aplicação do semieixo em compósito, como frequência natural, torque critico de flambagem e capacidade de transmissão de torque foram considerados. Foi realizado um ensaio preliminar de torção e foram selecionados três laminados: [±22/±45], [±89/±45] e [±45]2. Cilindros de carbono/epóxi foram fabricados pelo processo de enrolamento filamentar e ensaios de compressão radial e longitudinal dos cilindros foram realizados. Análises mecânicas foram realizadas por meio de abordagens analíticas e numéricas, sendo que a última foi baseada no método dos elementos finitos. Os resultados analíticos foram comparados com os numéricos e experimentais, apresentando uma boa correlação entre eles. O cilindro com o laminado [±45]2 apresentou o melhor desempenho de resistência sob torção. Para torque critico de flambagem, assim como em compressão radial e longitudinal, o laminado [±45]2 apresentou um desempenho satisfatório para a aplicação, apesar de não ser o melhor desempenho dentre os laminados. Conclui-se que o laminado [±45]2 é o que apresenta melhor desempenho, em geral e que a redução de massa do semieixo desenvolvido em compósito utilizando este laminado, em relação ao de aço é de 47%. / The automotive half shaft is usually a metallic-based component in which the torque is transmitted from the differential to the wheels. Unlike conventional half shafts, in composite half shafts there are several parameters to be improved, namely fiber orientation, stacking sequence, thickness and number of layers. In this study, composite cylinders for application in half shafts have been processed by filament winding in order to replace conventional steel parts by laminated composites with carbon fiber reinforced epoxy composites. For that, it must satisfy several parameters of the composite half shaft, such as critical speed, critical buckling torque and load carrying ability. A preliminary torsional test has been performed and three laminates were selected: [±22/±45], [±89/±45] and [±45]2. Carbon/epoxy cylinders were manufactured by filament winding process and radial and longitudinal compression tests were performed. Mechanical analysis has been accomplished by using analytical and numerical approaches, since the last one is based on the finite element method. Analytical results were compared with the numerical and experimental ones, presenting a good correlation between them. The cylinder [±45]2 has the best performance under torsional loading. For critical buckling torque, as well as radial and longitudinal compression, the laminate [±45]2 presented a satisfactory performance for the application, but not the best performance within the laminates. The main conclusion is that the laminate [± 45]2 has the best performance and the weight reduction of the composite half shaft developed using this laminate is of 47%, when compared to a steel-based shaft.

Em meio ao declínio do consumo de cigarros devido ao aumento das campanhas restritivas e a crescente consciência pública dos riscos associados à saúde dos fumantes, as indústrias de cigarros se deparam com o constante desafio de desenvolver novas tecnologias de fabricação e materiais que minimizem os efeitos da fumaça de cigarros sobre a saúde dos consumidores. O sabor e a composição da fumaça ingerida pelo fumante durante o ato de fumar dependem fundamentalmente da combinação do design do cigarro e do blend de fumo utilizado. O interesse na realização desta pesquisa foi avaliar a influência da densidade do filtro de cigarros na redução dos teores dos principais constituintes da fumaça. Para a realização do estudo, protótipos de cigarro foram fabricados em escala industrial, utilizando o mesmo blend de fumo e demais parâmetros de design do cigarro, apenas variando a especificação do denier do acetato de celulose utilizado na fabricação do filtro. O desempenho dos filtros como material filtrante da fumaça foi avaliado em termos da queda de pressão e das propriedades da fibra do cabo de acetato. E, utilizando métodos padronizados, os protótipos de cigarro foram fumados em máquina de fumar e a composição dos teores de alcatrão, nicotina e monóxido de carbono foi determinada para a avaliação da capacidade de retenção dos filtros de cigarro fabricados com diferentes densidades. Os resultados mostram que a utilização de cabos de acetato com menor denier por filamento nos filtros de cigarro apresenta grande desempenho na redução dos constituintes da fase particulada da fumaça, como o alcatrão e a nicotina, porém não apresenta efeito na redução do monóxido de carbono, substância volátil presente na fase vapor da fumaça. No entanto, cabos de acetato com menor espessura dos filamentos somente podem ser utilizados em filtros de cigarro se combinados com outros parâmetros de design de cigarro a fim de não apresentar prejuízo na aceitação do produto junto aos consumidores, devido ao aumento no esforço para a realização da tragada. / In the middle of the cigarette consumption decline caused by the increase of restrictive advertising campaigns and smokers’ health risk public awareness, tobacco industries now encounter the permanent challenge of developing materials and new manufacturing technologies to minimize cigarette smoke effects in regards to consumers’ health. The taste and formulation of the smoke absorbed in the smoking activity crucially depend on the combination between cigarette design and tobacco blend. The aim in this research was to evaluate the influence of cigarette filter density to reduce the level of smoke main constituents. In order to conduct the study, cigarette prototypes were manufactured at industrial proportion, using the same tobacco blend and respective cigarette design parameters, but only varying the denier specification of the cellulose acetate filter tow used to produce the filter. The performance of filters as smoke-filtering materials were evaluated in terms of pressure drop and filter tow fiber properties. And, according standardized methods, cigarette prototypes were smoked in smoking machines, and the composition of tar, nicotine and carbon monoxide levels was determined to evaluate the retention capacity of the cigarette filters manufactured with different densities. Results show that the use of filter tows with low denier per filament in cigarette filters increases smoke particulate phase components removal efficiency, such as tar and nicotine, but it does not present effects to reduce carbon monoxide, volatile substance that exists in the smoke vapor phase. However, filter tows with of filaments can only be used in cigarette filters if combined with other design parameters in order to avoid damage in the product acceptance by consumers due to the increase of effort in the cigarette puff.

No projeto de um forno, normalmente busca-se uma configuração para a posição dos aquecedores que resulte em aquecimento uniforme na superfície inferior, a superfície de projeto. Neste trabalho, o fluxo de calor e a temperatura são prescritos na superfície de projeto e os elementos aquecedores devem ser projetados em um conjunto de quatro filamentos, ou um filamento em cada quarto simétrico do forno, a fim de satisfazer às condições prescritas. O forno é modelado como uma cavidade tridimensional preenchida com meio transparente; assume-se que as paredes sejam cinzas e difusas e que o único mecanismo de transferência de calor presente é a radiação térmica. Esse problema, convencionalmente, é solucionado através de um procedimento de tentativa-e-erro; neste trabalho, a solução é obtida através da análise inversa, uma técnica mais versátil e eficaz de projeto, embora exija tratamentos matemáticos especiais. O problema inverso é resolvido nesta pesquisa de forma implícita, como um problema de otimização. A solução é obtida através do método da Otimização Extrema Generalizada (GEO), um método de otimização estocástico e global, utilizado para encontrar as posições para os aquecedores respeitando a condição de formar um filamento. A metodologia é aplicada para se obter a configuração geométrica e posição do filamento aquecedor, uma abordagem inédita na literatura, conduzindo a resultados com desvio máximo inferior a 2%. Por fim, nesta pesquisa, realiza-se um estudo acerca do fator de forma dos elementos aquecedores que indica a aplicabilidade da solução obtida para filamentos com diferentes espessuras. / In the design of a oven is desired to obtain the positions for the heaters that results in a uniform heating to the bottom surface, the design surface. The heat flux and temperature are prescribed in the design surface and the heating elements are positioned in a single filament so as to satisfy prescribed conditions. The oven is modeled as a three-dimensional cavity filled with transparent medium, it is assumed that the walls are gray and diffuse and the dominant heat transfer mechanism is thermal radiation. This problem, conventionally, is solved through a trial and error procedure, in this work, the solution is obtained by inverse analysis. The inverse problem is solved implicitly, as an optimization problem. The solution is obtained by the method of optimization extreme (GEO) a stochastic global optimization method used to find the locations for the heaters respecting the condition of build a filament. The methodology leads to satisfactory results, with maximum error less than 2%. Finally, this research, realized a study of the view factor of the elements heaters that indicates the applicability of the solution into filaments with different thicknesses.

Septinas constituem uma família conservada de proteínas de citoesqueleto pertencentes à superclasse das P-loop GTPases. Tais proteínas estão envolvidas em vários processos celulares. Em humanos, algumas septinas também estão relacionadas a casos de patologia. Suas seqüências são divididas em três domínios: domínio N-terminal, domínio GTPase e domínio C-terminal, que geralmente possui predição de coiled coil. A principal característica da família está na capacidade de seus membros formarem filamentos compostos por septinas diferentes. Em 2007, Sirajuddin et al apresentaram a primeira e única estrutura cristalográfica de um complexo de septinas, formado pelas septinas 2, 6 e 7. Embora os domínios C-terminal estivessem presentes, eles não apresentaram densidade eletrônica. Assim, a estrutura não trouxe informação estrutural sobre tais domínios. Atualmente, existem quatro estruturas de septinas depositadas no PDB: complexo 2/6/7 e três estruturas SEPT2 sem o C-terminal. Dada a inexistência de informações estruturais a nível atômico para os domínios C-terminal e baixa qualidade das poucas estruturas existentes, propusemos a obtenção de informações bioquímicas e estruturais dos domínios C-terminal de septinas humanas e a obtenção da estrutura cristalográfica de SEPT3-GC (GTPase mais C-terminal). Vale ressaltar que SEPT3 pertence ao único grupo de septinas que possui predição de não apresentar um coiled coil no C-terminal e para o qual não há nenhuma estrutura disponível. Expressamos e purificamos os domínios C-terminal de SEPT2, SEPT6 e SEPT7 (SEPT2-C, SEPT6-C e SEPT7-C). Mostramos que eles formam homo dímeros e que SEPT6-C e SEPT7-C formam um hetero dímero (KD 15,8 nM), nomeado por SEPT67-C. Tanto SEPT6-C quanto SEPT7-C tendem a precipitar, ao passo que SEPT67-C e SEPT2-C (KD 4 μM) são estáveis à altas concentrações. Tentamos, sem sucesso, cristalizar SEPT2-C e SEPT67-C. Via ressonância magnética nuclear, vimos que SEPT2-C possui duas regiões dinamicamente diferentes, uma central, em α-hélice, e duas extremidades desestruturadas. Neste ponto, planejamos construções para as regiões centrais dos domínios C-terminal, nomeadas SEPT2-CC, SEPT4-CC, SEPT6-CC e SEPT7-CC, referente às septinas 2, 4, 6 e 7. Obtivemos cristais para SEPT2-CC, SEPT4-CC e SEPT6-CC. Contudo, resolvemos apenas a estrutura de SEPT4-CC, mostrando que a construção forma um coiled coil anti-paralelo. Então, propusemos, pela primeira vez, um possível mecanismo de formação de ligações cruzadas entre filamentos de septinas. Por outro lado, obtivemos cristais para uma construção contendo os domínios GTPase e C-terminal de SEPT3 (SEPT3-GC) e resolvemos sua estrutura (2,9 Å). Vimos que SEPT3-GC forma filamentos no cristal, utilizando as mesmas duas interfaces já descritas anteriormente para as outras estruturas. Comparamos a estrutura obtida com estruturas da literatura e observamos diferenças significativas em algumas regiões, além de diferença em relação à orientação das duas subunidades adjacentes. Deve ser notado que a estrutura de SEPT4-CC é a primeira estrutura de um coiled coil de septina e que a estrutura de SEPT3-GC é a primeira estrutura de uma septina do grupo I. Em conclusão, o presente trabalho apresentou um conjunto de resultados os quais auxiliará no entendimento desta intrigante família de proteínas, inclusive em relação à formação de filamentos e as interações entre estes. / Septins are a conserved family of cytoskeletal proteins belonging to the superclass of the Ploop-GTPases, involved in various cellular processes. In humans, some septins are also linked to cases of pathology. Their sequences are divided into three domains: an N-terminal domain, a GTPase domain and a C-terminal domain, which usually is predicted to form a coiled coil. The main feature of the family is the ability of its members to form filaments composed of different septins. In 2007, Sirajuddin et al presented the first and only crystal structure of acomplex of septins, formed by septins 2, 6 and 7. Although the C-terminal domains were present, they showed no electron density, indicating disorder. Thus, this structure provides little structural information concerning their nature. Currently, there are four septin structures deposited in the PDB: the 2/6/7 complex and three structures of SEPT2 lacking the Cterminal domain . Based on the absence of structural information at atomic resolution about the C-terminal domains and the low quality of the few existing structures we set out to characterize both biochemically and structurally the C-terminal domains of selected human septins as well as to obtain the crystal structure of SEPT3-GC (a construct containing the GTPase and C-terminal domains). It is noteworthy that SEPT3 belongs to the only group of septins that are predicted to lack the C-terminal coiled coil and for which no crystal structure is available. We have expressed and purified the C-terminal domains of SEPT2, SEPT6 and SEPT7 (SEPT2-C, SEPT6-C and SEPT7-C). We show that they form homo-dimers and that SEPT6-C and SEPT7-C form a hetero-dimer (KD 15.8 nM), SEPT67-C. Both SEPT6-C and SEPT7-C were unstable, but SEPT67-C and SEPT2-C (KD 4 μM) were both stable at high concentrations. NMR measurements showed that SEPT2-C has two dynamically different regions, a central one which is -helical, and two extremities which are unstructured. Constructs were designed for the central regions of the C-terminal domains of septins 2, 4, 6 and 7 (SEPT2-CC, SEPT4-CC, SEPT6-CC and SEPT7-CC). We have obtained crystals of SEPT2-CC, SEPT4-CC and SEPT6-CC and have solved the structure of SEPT4-CC which unexpectedly is observed to form an anti-parallel coiled coil. We use this observation to propose, for the first time, a possible mechanism for the formation of cross-links between septin filaments. Crystals were obtained for SEPT3-GC its structure solved at 2.9 Å. We observe that SEPT3-GC forms filaments in the crystal, employing the same two interfaces previously described for other structures. We compare the structure obtained with those from the literature and observe significant differences in some regions of the molecule as well as differences in the relative orientation of the subunits. It should be noted that the structure of SEPT4-CC is the first structure of a septin coiled coil and that the structure of SEPT3-GC is the first structure of a septin from group I. In conclusion, this study presentsm results which will assist in the understanding of this intriguing protein family, including observations pertinent to filament formation and cross-linking.

No projeto de um forno, normalmente busca-se uma configuração para a posição dos aquecedores que resulte em aquecimento uniforme na superfície inferior, a superfície de projeto. Neste trabalho, o fluxo de calor e a temperatura são prescritos na superfície de projeto e os elementos aquecedores devem ser projetados em um conjunto de quatro filamentos, ou um filamento em cada quarto simétrico do forno, a fim de satisfazer às condições prescritas. O forno é modelado como uma cavidade tridimensional preenchida com meio transparente; assume-se que as paredes sejam cinzas e difusas e que o único mecanismo de transferência de calor presente é a radiação térmica. Esse problema, convencionalmente, é solucionado através de um procedimento de tentativa-e-erro; neste trabalho, a solução é obtida através da análise inversa, uma técnica mais versátil e eficaz de projeto, embora exija tratamentos matemáticos especiais. O problema inverso é resolvido nesta pesquisa de forma implícita, como um problema de otimização. A solução é obtida através do método da Otimização Extrema Generalizada (GEO), um método de otimização estocástico e global, utilizado para encontrar as posições para os aquecedores respeitando a condição de formar um filamento. A metodologia é aplicada para se obter a configuração geométrica e posição do filamento aquecedor, uma abordagem inédita na literatura, conduzindo a resultados com desvio máximo inferior a 2%. Por fim, nesta pesquisa, realiza-se um estudo acerca do fator de forma dos elementos aquecedores que indica a aplicabilidade da solução obtida para filamentos com diferentes espessuras. / In the design of a oven is desired to obtain the positions for the heaters that results in a uniform heating to the bottom surface, the design surface. The heat flux and temperature are prescribed in the design surface and the heating elements are positioned in a single filament so as to satisfy prescribed conditions. The oven is modeled as a three-dimensional cavity filled with transparent medium, it is assumed that the walls are gray and diffuse and the dominant heat transfer mechanism is thermal radiation. This problem, conventionally, is solved through a trial and error procedure, in this work, the solution is obtained by inverse analysis. The inverse problem is solved implicitly, as an optimization problem. The solution is obtained by the method of optimization extreme (GEO) a stochastic global optimization method used to find the locations for the heaters respecting the condition of build a filament. The methodology leads to satisfactory results, with maximum error less than 2%. Finally, this research, realized a study of the view factor of the elements heaters that indicates the applicability of the solution into filaments with different thicknesses.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho avaliou-se experimentalmente a influência da onfiguração de bobinagem no comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico com bobinagem simétrica e assimétrica. Para tanto, foram fabricados pelo processo de bobinamento filamentar (filament winding) dois grupos de cilindros com extremidades abertas, que apresentaram alteração no posicionamento das camadas em relação ao plano médio, caracterizando laminados simétrico e assimétrico. No compósito deste estudo, utilizou-se uma matriz com sistema tricomponente com resina epoxídica e reforço de fibra de carbono. Para avaliação da resistência mecânica, os cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático que consistiu da pressurização interna em dispositivo apropriado mediante a utilização de um fluido até que ocorresse o colapso. Adicionalmente, as deformações e os modos de falha dos dois grupos de cilindros foram analisados e comparados. A utilização de um programa de cálculo de elementos finitos permitiu concluir que esta ferramenta, muito usada em projeto, não consegue identificar tensões na orientação da fibra em cada uma das camadas do compósito, bem como tensões de cisalhamento interlaminares que surgem nos cilindros com configuração assimétrica. Os resultados dos ensaios mostraram que as configurações de bobinagem exercem influência no comportamento mecânico dos cilindros de material compósito, favorecendo a construção do tipo simétrica. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

The correct function of cardiac sarcomeric proteins allow for people to maintain quality of life. However, mutations of the cardiac sarcomeric proteins can result in remodeling of the heart which typically results in death. I present a full atomistic cardiac thin filament model that I have developed and three studies that I conducted while at the University of Arizona, while pursuing my doctoral degree in chemistry The goal was to develop the model to be able to study the effects of the mutations on the thin filament proteins. First, I present the long process of developing the model that is still evolving as new information is available. Second, I present the study of two mutants, the troponin T R92L mutant and the tropomyosin D230N mutant. Molecular dynamics was used to simulate the wild–type and mutant versions of the model which resulted in a visualization of the change of interaction between the tropomyosin and troponin, specifically at the overlap region. Third, I present the study of calcium release which is the "gatekeeper" to cardiac contraction. Steered molecular dynamics was utilized to find a previously unseen molecular mechanism that alters the rate of calcium release depending on the mutant. Fourth, I present the study of the mechanism of the tropomyosin transition across the actin filament, in which a longitudinal transition is favored. The studies helped to provide an atomistic level understanding of the cardiac thin filament as well as the methodology to which the mutations disrupt the natural functions of the sarcomeric proteins. The new results of the research can provide new insight into how the effects of the disease causing mutations can be mitigated, potentially extending the life of people with the conditions.

There is a strong push worldwide to develop multi-Joule femtosecond duration laser pulses at wavelengths around 3.5-4 and 9-11 mu m within important atmospheric transmission windows. We have shown that pulses with a 4 mu m central wavelength are capable of delivering multi-TW powers at km range. This is in stark contrast to pulses at near-IR wavelengths which break up into hundreds of filaments with each carrying around 5 GW of power per filament over meter distances. We will show that nonlinear envelope propagators fail to capture the true physics. Instead a new optical carrier shock singularity emerges that can act to limit peak intensities below the ionization threshold leading to low loss long range propagation. At LWIR wavelengths many-body correlations of weakly-ionized electrons further suppress the Kerr focusing nonlinearity around 10 mu m and enable whole beam self-trapping without filaments.