Prediction of segregation in funnel and mass flow discharge

In this paper we present a model to predict the onset and evolution of segregation during the discharge of binary mixtures of granular materials. The model accounts for the multi-phase and multi-component nature of the granular mixtures, to simulate the main flow regimes occurring in the discharge of silos (funnel and mass flow) and how they affect segregation. The new comprehensive model for segregation follows a continuum Eulerian approach and results from the coupling between an ad-hoc rheology for granular flow and a percolation model for multi-component mixtures. Predictions are compared with independent literature experimental data, for short and tall silos and prove to be quite accurate, after a tuning of the percolation flux sub-model. The larger segregation in short flow paths with smaller amount of fines reported by the experiments is quantitatively predicted. The model also predicts the three phases observed in experiments during the discharge of tall silos

Interacción de los materiales biofuncionales y/o bioactivos con los medios biológicos : Riesgos emergentes y estrategias innovadoras de mejora

El incremento considerable del uso de biomateriales para implantes ha incentivado el estudio y diseño de nuevos materiales capaces de promover respuestas deseables en los tejidos adyacentes. Los metales biodegradables (MB) que interaccionan con los medios biológicos (bioactivos), por ejemplo Cu, Mg y aleaciones son promisorios para la confección de implantes y dispositivos dado que su biofuncionalidad transcurre en simultáneo con la degradación del material. En tal sentido, el control de la velocidad de degradación debe ser óptimo para mantener su integridad mecánica durante la recuperación del tejido y reducir los efectos citotóxicos ocasionados en los tejidos aledaños por acumulación de iones y nano-micropartículas. Adicionalmente, en la industria, la degradación de materiales metálicos como el Cu genera productos que contaminan el medio ambiente impactando negativamente sobre los organismos vivientes. Una alternativa para controlar la degradación metálica es utilizar inhibidores de corrosión, sin embargo, en muchos casos, se desconoce su toxicidad y su impacto ambiental. Otro problema asociado a los MB es la adhesión de bacterias sobre su superficie generando biofilms microbianos que conducen a la falla del implante por falta de fijación en las aplicaciones médicas y a daños de distinto grado en dispositivos e instalaciones industriales. Frente a los riesgos emergentes de la degradación de los MB y de la susceptibilidad para formar biopelículas microbianas, la utilización de fitocompuestos podría ser una estrategia innovadora y ecocompatible (EIE). Se consideró entonces como hipótesis del presente trabajo, que sería posible adsorber y/o electropolimerizar los fitocompuestos fenólicos (FF) seleccionados sobre superficies de MB, logrando así, controlar la corrosión de manera eficiente y biocompatible e inhibir la adhesión bacteriana sobre las mismas. Se investigó la interacción de FF tales como carvacrol, timol, ácido trans-ferúlico, ácido gálico y aceites esenciales de Thymus vulgaris, Origanum vulgare y Origanum x applii con MB de baja tasa de degradación como el Cu y de alta tasa de degradación como el Mg y sus aleaciones, empleando el Pt como control. Los objetivos particulares fueron: evaluar la biocompatibilidad de los FF en sistemas biológicos; estudiar la actividad electroquímica de los FF sobre superficies de Pt, Cu y Mg caracterizando los productos generados; reducir la tasa de degradación del Cu y Mg y sus aleaciones utilizando los FF seleccionados y evaluar los efectos biológicos (mejora de la biocompatibilidad y antiadherencia de bacterias) originados por las modificaciones superficiales de los MB estudiados. Con esos propósitos, en este trabajo, de características multidisciplinarias, se emplearon diversas técnicas fisicoquímicas y biológicas. Entre ellas se encuentran técnicas electroquímicas (voltamperometría cíclica, cronoamperometría, barridos lineales de potencial, registros de potencial a circuito abierto, curvas de Tafel) que permitieron llevar a cabo y analizar la adsorción y electropolimerización de los FF, así como evaluar la degradación y la inhibición de la corrosión metálica. Se realizaron también estudios superficiales utilizando espectroscopías infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), de dispersión de energía de rayos X (EDS), de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS), microscopía electrónica de barrido (SEM) y de fuerza atómica (AFM) y se emplearon técnicas de absorción atómica y colorimétricas para medición de iones metálicos liberados. Estos estudios se complementaron con ensayos biológicos utilizando cultivos de distintas líneas celulares que incluyeron análisis de biocompatibilidad de las drogas puras y combinadas con productos de degradación metálica y de viabilidad celular de cultivos en contacto con los materiales modificados superficialmente. Los recubrimientos con electropolímeros de timol (polyTOH) y carvacrol (polyCarv) logrados resultaron altamente protectores de la corrosión del Cu y, consecuentemente, generaron una mejora significativa de la biocompatibilidad, presentando una mayor performance las películas poliméricas obtenidas aplicando potencial constante y en particular las de polyCarv, dando lugar a una posible estrategia para su utilización en dispositivos intrauterinos (DIUs) y estructuras en contacto con medios acuosos. Por otra parte, las películas de polyTOH generadas sobre una aleación de Mg revelaron propiedades inhibitorias de la corrosión metálica, reduciendo la formación de precipitados de productos de degradación tales como fosfatos y carbonatos, logrando así disminuir la adhesión bacteriana 30 veces frente al control sin recubrimiento. En base a los resultados obtenidos se pudo concluir que los FF utilizados son biocompatibles y que, adsorbidos o electropolimerizados sobre las superficies poseen características relevantes para aplicaciones en MB, tales como propiedades antimicrobianas y antibiofilm y capacidad de controlar la velocidad de disolución metálica. Las propiedades resultantes de las modificaciones superficiales variaron según las características del FF (estructura molecular, capacidad de adsorberse y electropolimerizarse sobre la superficie metálica) y del MB (alta o baja velocidad de degradación). Los tratamientos diseñados constituyen EIE de utilidad, tanto para ambientes industriales como médicos, con capacidad de reducir los riesgos emergentes del contacto de los MB y el medio con actividad biológica.Facultad de Ciencias Exacta

Detection of carvacrol in essential oils by electrochemical polymerization

Carvacrol (Carv) and thymol (TOH), components of essential oils, are known by their antimicrobial and antioxidant activity. However, Carv but not TOH seems to be the responsible of anti-inflammatory and inhibition of Cu corrosion properties. Since Carv and TOH are positional isomers, their identification is tricky and GC-MS is usually required. To find simple and inexpensive methods that allow the detection of Carv in presence of TOH (e.g. essential oils), cyclic voltammetry and chronoamperometry tests using Pt and Cu as electrodes in TOH and Carv containing mixtures and essential oils were made. Electrochemical and ATR-FTIR results show that pure phytocompounds and mixtures lead to the formation of polymeric layers on both metallic surfaces. Results show that only Cu is suitable for Carv detection. Potentiostatic and potentiodynamic detection is simple and conclusive in Carv + TOH mixtures and in essential oils due to the formation of a homogeneous blocking Carv electropolymeric layer on Cu.Fil: Bertuola, Marcos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Fagali, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Fernandez Lorenzo, Monica Alicia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin

Family of generalized random matrix ensembles

Using the Generalized Maximium Entropy Principle based on the nonextensive q entropy a new family of random matrix ensembles is generated. This family unifies previous extensions of Random Matrix Theory and gives rise to an orthogonal invariant stable Levy ensemble with new statistical properties. Some of them are analytically derived.Comment: 13 pages and 2 figure

Level density for deformations of the Gaussian orthogonal ensemble

Formulas are derived for the average level density of deformed, or transition, Gaussian orthogonal random matrix ensembles. After some general considerations about Gaussian ensembles we derive formulas for the average level density for (i) the transition from the Gaussian orthogonal ensemble (GOE) to the Poisson ensemble and (ii) the transition from the GOE to $m$ GOEs.Comment: 7 pages revtex4, 5 eps figures, submitted to Phys. Rev.

Mejora de la biocompatibilidad de biomateriales base cobre mediante el empleo de un antioxidante de origen natural

Los dispositivos intrauterinos (DIU) constituyen sistemas biodegradables de acción anticonceptiva debido a la liberación de iones Cu como resultado de su corrosión [1]. Los productos de degradación, tales como iones y nano-micropartículas pueden modificar la homeostasis celular, alterando tejidos aledaños, órganos y fluidos biológicos, induciendo procesos de inflamación, estrés oxidativo y cito-genotoxicidad [2]. Los objetivos de este trabajo fueron 1) estudiar el efecto antioxidante del timol (TOH), compuesto fenólico de origen natural, sobre el daño inducido por cobre (Cu) y sus productos de degradación; 2) testear si la disminución de la corrosión del Cu por parte del timol posibilita la reducción del efecto citotóxico inducido por los iones liberados.  La capacidad antioxidante del TOH se evaluó exponiendo los cultivos celulares (CHO-K1) por 24 hs de manera conjunta a extractos de Cu (Ex) y distintas concentraciones de TOH. Los Ex se obtuvieron sumergiendo una lámina de Cu (Pureza=99,8%) en medio de cultivo a 37ºC por 12hs. Además, se realizaron ensayos con pretratamientos de células con TOH durante 4hs y se prosiguió con el ensayo combinado de TOH y Ex por 24hs. Se analizó la viabilidad celular mediante las técnicas de Rojo Neutro, que evidencia integridad del sistema de endomembranas, y de MTT que evalúa la actividad mitocondrial. Ensayos electroquímicos previos mostraron que el TOH ejercía una actividad inhibitoria de la corrosión de Cu (eficacia de inhibición=46%). Este efecto se evaluó en sistemas biológicos mediante ensayos de contacto entre la lámina de Cu (con y sin pretratamiento con TOH) y el cultivo celular a fin de cuantificar la distribución y crecimiento celular en función de la distancia del metal. Se analizó la viabilidad después de 24 hs de exposición mediante la tinción con Naranja de Acridina y la proliferación celular, después de 7 días, por el ensayo clonogénico. En los ensayos combinados (Ex+TOH) (con/sin pretratamiento) no se observó mejora del daño celular inducido por iones Cu. Los resultados de los ensayos de contacto no evidenciaron una actividad inhibitoria de la corrosión del Cu suficiente como para revertir el efecto citotóxico inducido por sus productos de corrosión en células CHO-K1, observando un crecimiento celular y un número y morfología de colonias formadas similar tanto en presencia de la lámina de Cu tratada como en aquella sin tratar con TOH. Puede concluirse que en las condiciones experimentales empleadas, el TOH no ejercería una actividad antioxidante capaz de revertir el daño celular inducido por iones Cu y, a pesar de que estudios electroquímicos preliminares evidenciaron cierta capacidad inhibitoria de la corrosión del Cu por parte del TOH, los ensayos biológicos realizados no mostraron un aumento en la viabilidad celular

Is the biocompatibility of copper with polymerized natural coating dependent on the potential selected for the electropolymerization process?

With the intention of taking care of the environment and human health, the development of alternative eco-friendly methods to inhibit metal corrosion is intensively encouraged. In previous works we showed that some phytocompounds components of essential oils such as carvacrol (Carv) and thymol (TOH) are able to be electropolymerized on metals and they seem to be promissory for this purpose. The aim this paper is to investigate if the biocompatibility of copper covered by coatings formed by electropolymerization of Carv and TOH (polyCarv and polyTOH) is related with the potential selected for the electropolymerization process. Potentiostatic perturbations at different potentials, AFM images, ATR-FTIR spectroscopy and measurements of copper ions release provided suitable information to make a detailed analysis of different stages of the electropolymerization process that leads to polyCarv and polyTOH layers on copper surface. The change of the characteristics of the coatings over time was evaluated after several polymerization periods and current transients were interpreted by using nucleation and growth models. Results showed interesting changes in the polymerization process with the electrochemical perturbation, nature of the isomer, and time of the treatment. The treatment that provides the most protective, transparent and homogeneous layer, that strongly increased the biocompatibility of Cu could be selected: electropolymerization of Carv at 0.4 V. Results highlight the importance of the detailed study of the evolution of the electropolymerization processes to select the best ecofriendly condition due the high impact of potential perturbation and polarization time on the biocompatibility of the resulting polymeric layer-copper system.Facultad de IngenieríaInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada