I undervisningen av det submikroskopiska används ofta olika representationer för att visualisera och hjälpa eleverna att förstå det abstrakta. För att förstå de olika delarna av de cellmetaboliska processerna krävs en mängd olika kunskaper och förmågor. Tre av dessa är begreppsförståelse, domän specifikt språk och visuell kompetens. Visuell kompetens är förmågan att kunna tolka, skapa och identifiera fel och begränsningar i komplexa representationer.  I denna studie är detta undersökt utifrån lärarnas perspektiv. Syftet är att få svar från lärare om hur de motiverar deras didaktiska val av representationer i undervisningen, identifiera vilka svårigheter de ser finns i undervisningen i relation till elevernas förkunskaper samt förutsättningar för att förstå de bilder som användas i undervisningen. Vidare undersöks lärarnas värdering om möjligheten att arbeta elevcentrerat och problemorienterat med de cellmetaboliska processorna. Studien är baserad på semistrukturerade intervjuer med 6 lärare på gymnasieskolan med frågor centrerade kring undervisningen av cellandningen i kursen Biologi 2. Studien indikerar att lärarna upplever undervisningen av cellandningen som svår, och värderar att eleverna har begränsande förutsättningar som t.ex. kring kemiska förkunskaper för användning av komplexa representationer. Studien gav också indikation, att lärarna använder en lärarcentrerad undervisning och de ser svårigheter i att använda en mer elevcentrerad undervisning.

<p>This work focuses on the physical properties and crystallization of theophyline co-crystals. Co-crystals of theophylline with oxalic acid, glutaric acid and maleic acid have been investigated.</p><p>The DSC curves of these co-crystals show that their first endothermic peaks are all lower than the melting temperature of theophylline. The decomposition temperature of theophylline – oxalic acid co-crystal is at about 230 °C, determined by DSC together with TGA. After decomposition, the remaining theophylline melts at about 279 °C, which is higher than the known melting temperature of theophylline, suggesting a structure difference, ie. a new polymorph may have been formed. The formation of hydrogen bonds in theophylline – oxalic acid co-crystal was investigated by FTIR. Changes of FTIR peaks around 3120 cm^-1 reflects the hydrogen bond of basic N of theophylline and hydroxyl H of oxalic acid. The solubility of theophylline – oxalic acid co-crystal and theophylline – glutaric acid co-crystal was determined in 4:1 chlroform – methanol and in pure chloroform respectively. At equilibrium with the solid theophylline – oxalic acid co-crystal, the theophylline concentration is only 60 % of the corresponding value for the pure solid theophylline. At equilibrium with the solid theophylline – glutaric acid co-crystal, the theophylline concentration is at least 5 times higher than the corresponding value for the pure solid theophylline. Two phases of theophylline were found during the solubility determination. In the chloroform – methanol mixture (4:1 in volume ratio) the solubility of the stable polymorph of theophylline is found to be about 14 % lower than that of the metastable phase. Various aspects of the phase diagram of theophylline – oxalic acid co-crystal was explored.</p><p>Theophylline – oxalic acid co-crystal has been successfully prepared via primary nucleation from a stoichiometric solution mixture of the two components in chloroform – methanol mixture. By slurry conversion crystallization, the co-crystal can be prepared in several solvents, and yield and productivity can be significantly increased. Theophylline – glutaric acid can be successfully prepared via both co-grinding of the two components and slow evaporation with seeding.</p> / QC20100608

Kvantkemiska studier av reaktiviteten hos guldnanopartiklar Au3-Au11 och Au13 mot O- centrerade molekylradikaler OH , OOH , OCH3   och H2O undersöks. Olika molekylära ytegenskaper tas med i beräkningen, elektrostatiska ytpotentialen, den genomsnittliga lokala joniseringsenergin, electron attachment energy och spinndensiteten (VS(r), IS(r), TS(r), ES(r) och S(r)). De erhållna resultaten gäller slutna och öppna skalsystem. Där system med slutna skal bildas från växelverkan mellan en guldklusterradikal och en fri radikal, och system med öppna skal bildas från växelverkan mellan ett jämnt antal guldatomer med en fri radikal. För system med slutna skal Aux-R (där x = 3, 5, 7, 9 eller 11 och R är en O-centrerad radikal) finns det en övergripande trend av bindningsenergin gentemot ES(r), vilket återspeglar elektrofilictiten hos guldnanopartiklar. Multivariata modeller visar vidare hur de olika parametrarna korrelerar gentemot varandra för system med slutna skal.För strukturerna Aux-R (där x=3-11) medl ägst bindningsenergi, dvs. inklusive både slutna och öppna skalsystem, är den tydligaste trenden bindningsenergi vs minimum i ES(r) och parametern TS(r). Vid jämförelse av resultaten av interaktionerna med de fria radikalerna med H2O är trenden alltid tydligast för H2O. I linje med tidigare studier finns det även en korrelation av bindningsenergierna med VS,max och ES,min för H2O. Slutligen sträcker sig trenden med bindningsenergi vs ES,min vidare till systemet som innehåller den icke-plana Au13-strukturen. Denna studie visar kopplingen mellan reaktiviteten hos guldnanopartiklar mot fria radikaler till den lokala ES(r), samtidigt som bidraget från andra ytegenskaper visas. Detta kan vara av betydelse för fortsatta studier kring naturen av interaktioner av guldnanopartiklar. / The nature of gold nanoparticle interactions towards molecular radicals are investigated. Quantum chemical studies of the reactivity of gold nanoparticles Au3-Au11 and Au13 towards O-centered molecular radicals OH , OOH , OCH3   and H2O are performed. Different molecular surface properties are taken into account; the surface electrostatic potential, average local ionization energy, electron attachment energy and spin density (VS(r), IS(r), TS(r), ES(r) and S(r)). The obtained results concern closed and open shell systems. Where closed shell systems are formed from the interaction of a radical gold cluster and a free radical, and open shell systems are formed from the interaction of an even number of gold atoms with a free radical. For closed shell systems Aux-R (where x = 3, 5, 7, 9 or 11 and R is an O-centered radical) there is an overall trend of the binding energy vs the local electron attachment energy, reflecting the electrophilicity of the gold nanoparticles. Multivariate plots further show how the different parameters correlate together for closed shell systems. Looking at the lowest energy structures Aux-R (where x = 3-11), i.e. including closed and open shell systems, the clearest trend is of binding energy vs minima in the local electron attachment energy ES,min and the TS(r) parameter. When comparing the results of the interactions with the free radicals with H2O, the trend is always clearest for H2O. Concurring with previous trends, there is a correlation of the binding energies with VS,max and ES,min for H2O. Lastly, the trend of Binding energy vs ES,min further extends to systems containing the non-planar Au13 structure. This study extends the reactivity of gold nanoparticles towards free radicals to the local electron attachment energy, while showing the contribution of other surface properties. This might be of importance for further studies concerning the nature of gold nanoparticle interactions.

Hydrated polysaccharide systems primarily using xylans along with mutans and alternans were studied using long atomistic simulations over a few microseconds to analyse structure-function relationships and nanoscale interactions with moisture. The influence of various structural and chemical factors such as alignment, nature of glycosidic linkage, effect of moisture / chemical substitutions was explored with a focus on structure-dynamics correlations to aid in the effective functionalisation of biomaterials for the development of a green, circular bioeconomy. The effect of initial geometry in terms of alignment of the xylan chains was observed to affect xylan chain extension and water dynamics significantly. Xylan interaction with moisture studied at high and low moisture contents showed compression along with structural locking, and evolution into segregated water-rich and polymer-rich phases respectively. The effect of chemical heterogeneity in terms of substitutions appeared to improve xylan dispersion in water resulting in faster dynamics for substituted residues with reference to unsubstituted residues along a given polymer chain. In addition, significant correlations between local hydration and polymer dynamics / structure in terms of relaxation times and order parameters was observed across differently substituted hydrated xylan systems, such that the polymer dynamics could be expressed as a local hydration water dependent component and a second partially stochastic component. In addition, the molecular structure of mixed linkage (1,3 and 1,6) as well as 1,3 linked glucans elucidated the effect of the nature of glycosidic linkage on the molecular structure of glucan oligosaccharides. A combination of glucan linkages and the ratio of different conformation states of the hydroxymethyl dihedral angle was observed to yield linear, twisted and extended structures in mutans, or helical coils of varying pitch sizes in alternans. Further modeling of structure-dynamics dependencies in hydrated xylan systems and analysis of the effect of alignment / chemical substitutions at the nanoscale is to be correlated with scattering or related experimental techniques in the future to understand the dynamics of hydrated xylan aggregates in typically aqueous solutions at varying intermediate length / timescales. In addition, the methodologies derived in this work to identify atom-specific, temporally sensitive, structural / dynamical parameters for analysing structural / dynamical variations at the nanoscale can be extended to study other hydrated biopolymeric systems. The role of substitutions, involving its polar nature and interactions with other xylans, can be extended to neutral groups such as arabinose sugars to broaden knowledge in carbohydrate science as well as being analysed further to improve effective functionalisation for tailoring physical properties influencing phenomena like aggregation / dispersion. / Hydrerade polysackaridsystem som primärt använde xylaner, mutaner och alternaner studerades med hjälp av långa atomistiska simuleringar under några mikrosekunder för att analysera struktur-funktionsförhållanden och interaktioner med fukt i nanoskala. Inverkan av olika strukturella och kemiska faktorer såsom placering, karaktären av glykosidbindning, effekten avfukt/kemiska substitutioner undersöktes med fokus på struktur-dynamiska korrelationer för att hjälpa till med en effektiv funktionalisering av biomaterial för utvecklingen av en grön, cirkulär bioekonomi. Effekten av initial geometri i termer av placering av xylan-kedjorna observerades påverka xylan-kedjeförlängningen och vattendynamiken signifikant. Xylaninteraktionen medfukt studerades vid höga och låga fukthalter och visade kompression tillsammans med strukturell låsning och utveckling till segregerade vattenrika och polymerrika faser respektive. Effekten av kemisk heterogenitet i termer av substitutioner verkade förbättra dispersionen av xylan i vatten vilket resulterade i snabbare dynamik för substituerade delar jämfört med osubstituerade delar längs en given polymerkedja. Dessutom observerades signifikanta korrelationer mellan lokal hydratisering och polymerdynamik/struktur i termer av relaxationstider och ordningsparametrar över olika substituerade hydratiserade xylansystem, så att polymerdynamiken kunde uttryckas som en lokal hydreringsvattenberoende komponent och en andra delvis stokastisk komponent. Dessutom klargjorde den molekylära strukturen av blandad koppling (1,3 och 1,6) såväl som 1,3 länkade glukaner effekten av glykosidkopplingens natur på molekylstrukturen hos glukanoligosackarider. En kombination av glukanbindningar och förhållandet mellan olika konformationstillstånd för den hydroximetyldiedriska vinkeln observerades i linjära, vridna och utsträckta strukturer som i mutaner, eller som spiralformade spolar med varierande stigningsstorlekar i alternaner. Ytterligare modellering av struktur-dynamiska beroenden i hydratiserade xylansystem och analys av effekten av inriktning/kemiska substitutioner på nanoskala ska korreleras med spridning av relaterade experimentella tekniker i framtiden för att förstå dynamiken hos hydratiserade xylanaggregat i typiskt vattenhaltiga lösningar vid varierande medellängd /tidsskalor. Dessutom kan de metoder som härrör från detta arbete för att identifiera atomspecifika, tidsmässigt känsliga, strukturella/dynamiska parametrar för analys av strukturella/dynamiska variationer på nanoskala, utvidgas till att studera andra hydratiserade biopolymera system. Substitutionernas roll, som involverar dess polära natur och interaktioner med andra xylaner, kan utvidgas till neutrala grupper som arabinossocker för att bredda kunskapen inom kolhydratvetenskap samt analyseras ytterligare för att förbättra effektiv funktionalisering för att skräddarsy fysiska egenskaper som påverkar fenomen som aggregering / dispersion. / <p>QC 2023-05-22</p>