Machine Learning Topological Invariants with Neural Networks

In this Letter we supervisedly train neural networks to distinguish different topological phases in the context of topological band insulators. After training with Hamiltonians of one-dimensional insulators with chiral symmetry, the neural network can predict their topological winding numbers with nearly 100% accuracy, even for Hamiltonians with larger winding numbers that are not included in the training data. These results show a remarkable success that the neural network can capture the global and nonlinear topological features of quantum phases from local inputs. By opening up the neural network, we confirm that the network does learn the discrete version of the winding number formula. We also make a couple of remarks regarding the role of the symmetry and the opposite effect of regularization techniques when applying machine learning to physical systems.Comment: 6 pages, 4 figures and 1 table + 2 pages of supplemental materia

A cell–ECM screening method to predict breast cancer metastasis

Breast cancer preferentially spreads to the bone, brain, liver, and lung. The clinical patterns of this tissue-specific spread (tropism) cannot be explained by blood flow alone, yet our understanding of what mediates tropism to these physically and chemically diverse tissues is limited. While the micro- environment has been recognized as a critical factor in governing metastatic colonization, the role of the extracellular matrix (ECM) in mediating tropism has not been thoroughly explored. We created a simple biomaterial platform with systematic control over the ECM protein density and composition to determine if integrin binding governs how metastatic cells differentiate between secondary tissue sites. Instead of examining individual behaviors, we compiled large patterns of phenotypes associated with adhesion to and migration on these controlled ECMs. In combining this novel analysis with a simple biomaterial platform, we created an in vitro fingerprint that is predictive of in vivo metastasis. This rapid biomaterial screen also provided information on how b1, a2, and a6 integrins might mediate metastasis in patients, providing insights beyond a purely genetic analysis. We propose that this approach of screening many cell–ECM interactions, across many different heterogeneous cell lines, is predictive of in vivo behavior, and is much simpler, faster, and more economical than complex 3D environments or mouse models. We also propose that when specifically applied toward the question of tissue tropism in breast cancer, it can be used to provide insight into certain integrin subunits as therapeutic targets

学会抄録

THP-1 cell viability after exposure to U-MWCNTs or Z-MWCNTs. (PDF 423 kb

Avaliação de características físico-químicas das águas subterrâneas do município de Pranchita/PR / Evaluation of physico-chemical characteristics of groundwater in the municipality of Pranchita/PR

A água é um bem natural e sua fonte é escassa, sem água de boa qualidade a vida na terra fica comprometida. Diante disso, se faz necessário estudos para monitoramento da qualidade da água. A água subterrânea é utilizada em diversos lugares, principalmente cidades de menor porte onde ainda se encontra muitos poços nas residências. Poços perfurados sem um estudo técnico e sem um projeto adequado podem estar mais vulneráveis a contaminação. A contaminação da água subterrânea está associada a descartes inadequados de resíduos e efluentes bem como as intensas atividades agrícolas. O munícipio de Pranchita, localizado no sudoeste do Paraná possui uma atividade agrícola muito intensa, e o uso de água subterrâneas extraídas de poços na área urbana da cidade é muito comum. Objetivou-se com este estudo realizar análise de alguns parâmetros físicos e químicos (pH, condutividade elétrica, turbidez, sólidos totais dissolvidos e nitrato) da água subterrânea de três poços do município de Pranchita a fim de buscar se essas águas estão tendo sua qualidade comprometida e se tal comprometimento tem relação com o uso de fertilizantes e pesticidas utilizados nas áreas agrícolas do entorno da cidade. Observou-se que apenas um poço (P3) apresentou um valor fora dos estabelecidos pela legislação e somente para o parâmetro turbidez, os demais resultados tanto para o poço P3 quando para os poços P1 e P2 estão dentro dos valores máximos permitidos pela legislação exceto para pH onde obtiveram um valor um pouco abaixo do recomendado (P1 – pH5,25 e P2 – pH5,24)

Nãotecido geotêxtil agulhado aplicado como material de leito filtrante em água pré -tratada com coagulantes orgânicos / Nonwoven geotextile as filter bed material in the pre treatment of water with organics coagulants

O trabalho foi realizado com a finalidade de identificar o potencial do nãotecido geotêxtil agulhado como material de leito filtrante quando comparado ou associado a areia utilizando como coagulantes orgânicos a Moringa oleifera e o Tanino no tratamento de água. Simulou-se as mesmas condições adotadas em estações de tratamento de água aplicando os processos de coagulação/floculação/sedimentação/filtração. Utilizou-se uma solução coagulante de Tanino e outra solução coagulante de Moringa oleifera, ambas na concentração de 6 ml.L-¹. Os tratamentos foram: F1 filtro com camada dupla de areia com granulometrias diferentes (até 0,425 mm – G1  e de 0,425mm a 0,800mm – G2); F2 associação de uma camada de areia de granulometria G1 e uma camada de nãotecido geotêxtil agulhado gramatura 500 g.m-2; F3 uma camada única de nãotecido geotêxtil agulhado. Analisou-se os parâmetros pH, condutividade elétrica, cor aparente e turbidez. Em todos os tratamentos o parâmetro pH se manteve dentro da faixa entre 6,0 e 9,5 estabelecida pela legislação, o parâmetro condutividade elétrica apresentou alteração quando utilizado a solução coagulante de Moringa oleifera, fato atribuído a esta ser uma solução salina que potencializa esta propriedade. Não houve diferença significativa entre os dados de nenhum dos tratamentos mas o filtro mostou-se eficiente em todos os casos. Apenas nos tratamentos onde associou-se Tanino ao F1 ou F2 observou-se todos os parâmetros dentro dos limites exigidos por legislação. 

Sistema SODIS para desinfecção da água / SODIS system for water disinfection

O crescimento acentuado da população mundial conduziu a um aumento considerável no consumo de água potável, no entanto significativa parcela desta população reside em localidades nos quais o saneamento básico é precário ou até mesmo inexistente. O emprego da tecnologia no tratamento da água com o uso de coagulante orgânico como a extração da semente da Moringa oleifera, busca novas alternativas ao tratamento da água e associado ao desenvolvimento de um sistema SODIS (Solar Water Disinfection) de desinfecção torna-se uma alternativa atraente para a desinfecção de água, tendo em vista a sua grande eficiência e poder de sustentabilidade quando utilizado em propriedades rurais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da desinfecção da água com a utilização da radiação solar associado ao uso de coagulante orgânico extraído da semente de Moringa oleifera. Com isso foi coletado 75 litros de água do Ribeirão Três Bocas em Londrina-PR, para a realização dos ensaios de coagulação, floculação, sedimentação, filtração e desinfecção. Os ensaios foram conduzidos em 3 dias (ensaios 1, 2 e 3), em duplicata, e foram construídos dois concentradores solar  utilizando material de baixo custo, onde foram posicionadas garrafas PET de 1 L no interior dos concentradores e foram utilizados os seguintes tratamentos:  Garrafa 100% pintada (G1), Garrafa 50% pintada no sentido horizontal voltado pra cima (G2), Garrafa 50% pintada no sentido horizontal voltado pra baixo (G3) e Garrafa sem aplicação de tinta (G4) e após 4 horas de exposição ao sol foram coletadas as amostras de água e analisados os parâmetros temperatura, cor verdadeira, turbidez, coliformes totais e Escherichia coli para cada ensaio. Após a desinfecção, a temperatura apresentou um aumento entre os tratamentos em função da radiação solar, mantendo uma média de 29°C. A cor verdadeira mostrou uma eficiência de 100% de remoção após a desinfecção da água pelo SODIS. Para turbidez os valores alcançados de eficiência de remoção foram acima de 96% tendo os resultados satisfatórios para todos os tratamentos. Para coliformes totais e E coli., o concentrador solar foi muito eficiente, mostrando a eliminação de 100% para todos os tratamentos para os ensaios 1 e 3, na qual ocorreu em dias de sol com temperaturas superior a 60°C. Já para o ensaio 2 não houve a eliminação suficiente devido a condição meteorológica presente no dia, no entanto houve mesmo assim uma diminuição nos seus valores, demonstrando que o tratamento completo da água com uso do sistema SODIS no final do processo não foi satisfatório. Em relação a análise de variância entre os ensaios 1 e 3 não houve diferença significativa entre os tratamentos para todos os parâmetros. A ação do SODIS apresentou uma eficiência de 100% de remoção de coliformes em dias de alta radiação solar, e para dia com nebulosidade teve uma diminuição do número de coliformes, mas não houve eliminação, sendo um processo eficaz, alternativo e barato para o processo de desinfecção da água

A cell–ECM screening method to predict breast cancer metastasis

Breast cancer preferentially spreads to the bone, brain, liver, and lung. The clinical patterns of this tissue-specific spread (tropism) cannot be explained by blood flow alone, yet our understanding of what mediates tropism to these physically and chemically diverse tissues is limited. While the micro- environment has been recognized as a critical factor in governing metastatic colonization, the role of the extracellular matrix (ECM) in mediating tropism has not been thoroughly explored. We created a simple biomaterial platform with systematic control over the ECM protein density and composition to determine if integrin binding governs how metastatic cells differentiate between secondary tissue sites. Instead of examining individual behaviors, we compiled large patterns of phenotypes associated with adhesion to and migration on these controlled ECMs. In combining this novel analysis with a simple biomaterial platform, we created an in vitro fingerprint that is predictive of in vivo metastasis. This rapid biomaterial screen also provided information on how b1, a2, and a6 integrins might mediate metastasis in patients, providing insights beyond a purely genetic analysis. We propose that this approach of screening many cell–ECM interactions, across many different heterogeneous cell lines, is predictive of in vivo behavior, and is much simpler, faster, and more economical than complex 3D environments or mouse models. We also propose that when specifically applied toward the question of tissue tropism in breast cancer, it can be used to provide insight into certain integrin subunits as therapeutic targets