On the exponent of a primitive, minimally strong digraph

AbstractWe consider n × n primitive nearly reducible matrices for n⩾5. As defined by Ross, let e(n) be the least integer such that no such n × n matrix has this integer as its exponent. The investigation of e(n) is the first open problem in Ross's paper. Here we offer a method to compute e(n) for small n. Then we generalize Ross's estimate, which is e(n) > n+1, to e(n) > (p+1)(n−p) for n⩾2p+1, and p⩾11 a prime less than 100,000. There are extant various estimates and conjectures concerning the difference of successive primes. If one of the most hopeful of these conjectures be true, then our lower bound for e(n) holds for all p⩾11 and in fact we obtain e(n) > n24−(n2)32

Feather barbs as a good source of mtDNA for bird species identification in forensic wildlife investigations

Background: The ability to accurately identify bird species is crucial for wildlife law enforcement and bird-strikeinvestigations. However, such identifications may be challenging when only partial or damaged feathers areavailable for analysis.Results: By applying vigorous contamination controls and sensitive PCR amplification protocols, we found that itwas feasible to obtain accurate mitochondrial (mt)DNA-based species identification with as few as two featherbarbs. This minimally destructive DNA approach was successfully used and tested on a variety of bird species,including North American wild turkey (Meleagris gallopavo), Canada goose (Branta canadensis), blue heron (Ardeaherodias) and pygmy owl (Glaucidium californicum). The mtDNA was successfully obtained from ‘fresh’ feathers,historic museum specimens and archaeological samples, demonstrating the sensitivity and versatility of thistechnique.Conclusions: By applying appropriate contamination controls, sufficient quantities of mtDNA can be reliablyrecovered and analyzed from feather barbs. This previously overlooked substrate provides new opportunities foraccurate DNA species identification when minimal feather samples are available for forensic analysis

Energetic macroscopic representation of an hybrid energy storage system for an electrical vehicle

A sociedade hoje em dia é maioritariamente dependente do petróleo, esta dependência é verificada sobretudo em setores industriais. Esta dependência é ainda mais acentuada na indústria automóvel, onde a maioria dos combustíveis provêm do petróleo. O fato de só alguns países possuírem reservas de petróleo faz com que se crie uma dependência destes países a esse produto. Esta dependência é prejudicial a nível económico e ambiental. A produção de CO2 e de outros gases para a atmosfera durante o processo de queima do petróleo tem causado fenómenos, como por exemplo, efeito de estufa, alterações climáticas, chuvas ácidas, buraco de ozono etc., o que tem levantado algumas preocupações em reduzir essas emissões de gases. Estas preocupações têm feito desenvolver novas tecnologias em diversos setores industriais visando sempre um desenvolvimento sustentável e processos mais eficientes. Um dos maiores setores consumidores de petróleo é o automobilista. Por isso, nesse setor tem-se verificado uma grande mudança no tipo de veículos fabricados. O setor tem evoluído no sentido de criar uma nova geração de veículos menos poluentes. Tem-se revisto por completo o conceito automóvel. Hoje um automóvel já não é visto como sendo um veículo térmico dependente do petróleo e altamente poluente. Agora tem-se focado em veículos independentes dessa matéria-prima tornando-os menos poluentes, de forma a diminuir o impacto no planeta terra. Ao longo destes últimos anos tem-se realizado enúmeres estudos para veículos mais eficientes e menos poluentes e isso tem-se notado no mercado com o aumento de veículos híbridos e elétricos. Um veículo híbrido nesse contexto é visto como um veículo que possui mais que uma fonte de energia para alimentar o seu sistema de tração, estas fontes de energia podem ser do mesmo tipo ou diferente. Um veículo elétrico é um veículo que possui somente uma fonte de energia que neste caso será elétrica para alimentar o seu sistema de tração. Na maioria dos casos essa fonte serão baterias. Também existirão veículos híbridos elétricos, ou seja, veículos com mais que uma fonte de energia mas neste caso as duas ou mais fontes serão elétricas. Contudo o desenvolvimento deste tipo de veículo pode não ser a solução mais eficiente. Isto porque, um veículo elétrico necessita de energia elétrica para recarregar as suas fontes de energia. O problema coloca-se na forma como é obtida essa energia. Estudos indicam que é mais rentável utilizar veículos térmicos do que elétricos, dependendo do modo de produção da energia elétrica. Centrais a gás natural mas sobretudo a carvão libertam grandes quantidades de CO2 no processo de produção de energia tornando esta solução tão ou mais poluente que os veículos térmicos. A solução ideal seria a utilização de fontes renováveis tais como, eólicas, fotovoltaica, biomassa etc.. Por isso, a implementação do uso de veículos Energetic Macroscopic Representation of an Hybrid Energy Storage System For an Electrical Vehicle Resumo elétricos no nosso quotidiano tem que ser um compromisso entre diversos setores da sociedade. Um dos setores influêntes é o setor politico.Esse setor terá de porpocinonar formas e condições para a implementação deste tipo de veículos na sociedade. Outros setores serão os de marketing para realçar as vantagens de o uso desse tipo de transporte. Por fim, o ultimo setor será o setor automóvel, esse setor tem como tarefa apresentar produtos atrativos e a preços acessíveis. Este estudo foi realizado com a colaboração do “Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille, L2EP”. Este laboratório é especializado em controlo de sistema electromecânicos como por exemplo, metros, carros elétricos, tendo também experiência em sistemas de produção de energia como sistemas eólicos e painéis fotovoltaicos. O trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de armazenamento de energia híbrido elétrico para veículos elétrico e da sua estratégia de gestão de energia. Este sistema é constituído por baterias e supercondensadores. Para a representação deste sistema foi utilizado um formalismo desenvolvido pelo L2EP, “Energetic Macroscopic Representation” utilizando a ferramenta do Matlab Simulink. Este formalismo é desenvolvido pelo “Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissanse de Lille, L2EP”e baseia-se no efeito de causalidade. Para definir a cadeia de controlo é necessário inverter diretamente cada um dos elementos. Com esta forma de deduzir o controlo encontramos diretamente onde serão necessários colocar controladores. Assim sendo, o controlo do sistema é conseguido de forma sistemática. De forma a distinguir cada um dos elementos, consoante as suas características, utilizam-se cincos diferentes pictogramas. Estes são: Fontes de energia; Elementos de acumulação; Elementos de conversão mono físicos Elementos de conversão multi físicos; Elementos de acoplamento; O sistema estudado é um veículo elétrico “TAZZARI”. Este veículo pertence ao L2EP e é utilizado para desenvolver projetos académicos ou projetos de doutoramentos. O seu sistema de tração é constituído por um motor de indução trifásica, inversor, um diferencial, rodas e o seu chassis. O sistema de armazenamento de energia estudado é um híbrido elétrico constituído por baterias, supercondensadores e um conversor de eletrónica de potência. Este tipo de veículos possui custos ainda muito elevados e autonomias relativamente baixas quando comparadas com veículos térmicos. Isto deve-se ao seu sistema de armazenamento de Energetic Macroscopic Representation of an Hybrid Energy Storage System For an Electrical Vehicle Resumo energia possuir uma densidade energética inferior à dos combustíveis utilizados nos veículos térmicos. Estas fontes de energia são tipicamente baterias devido à sua grande densidade de energia elétrica. É essa densidade energética que permite obter a sua autonomia. Em contra partida uma bateria possui baixa densidade de potência, e esta característica torna-se prejudicial quando o sistema de tração requer grandes quantidades de potência, em momentos de grandes acelerações por exemplo. Nestes momentos de alta potência as baterias poderão fornecer essa potência mas degradando o seu tempo de vida. O fato de o sistema ser constituído por baterias, trás desvantagens em relação aos seus custos. De fato este componente é dos mais caros neste tipo de veículos. Baterias têm um tempo de vida em modos de utilização aconselháveis de aproximadamente 5 anos. Como foi explicado, uma bateria não é o mais adequado para alimentar este tipo de tração. Neste momento no mercado não existe nenhuma fonte de energia que seja capaz de satisfazer plenamente o sistema em termos de potência e energia. Existe então uma necessidade de encontrar soluções para aumentar o seu tempo de vida de forma a baixar os custos associados à manutenção. Esta solução tem passado por criar sistemas de armazenamento de energia híbridos. Diversos estudos têm sido desenvolvidos sobre este tipo de sistemas. Tem-se estudado diversas topologias, existindo duas grandes categorias, passiva e ativa, sendo estas possuidoras de características distintas: Passiva: nesta topologia as duas fontes encontram-se conectadas diretamente em paralelo; Ativa, esta topologia possui diversas sub-topologias: “Cascade converters” “Paralell Multi-inputs converter” “Multiple converters” Supercondensadores/Baterias Baterias/Supercondensadores Para o controlo deste tipo de sistemas é necessário aplicar uma estratégia de gestão de energia de forma a conseguir gerir da melhor forma possível os fluxos de energia entre as duas fontes. Algumas das estratégias já estudadas são: Filtragem Corrente de saturação “Switch” Aceleração Energetic Macroscopic Representation of an Hybrid Energy Storage System For an Electrical Vehicle Resumo Neste trabalho é estudada a topologia ativa, supercondensadores/baterias. Esta topologia possui duas grandes vantagens. Possui um DC-Bus praticamente constante, dado ter a bateria a garantir o nível tensão e utilizar os supercondensadores com alto rendimento para conseguir-se aproveitar grande parte da potência armazenada. A estratégia utilizada é a estratégia de filtragem. Esta estratégia permite filtrar a potência de tração necessária em altas e baixas frequências. A potência de tração possui altas frequências, que corresponde a níveis de potência elevados e baixas frequências que corresponde a níveis de energia elevados. Como foi dito anteriormente as baterias conseguem alimentar um sistema com muita energia mas não conseguem, sem degradar o seu tempo de vida, fornecer altas potências. Com esta estratégia é possível separar isso e fazer com que as baixas frequências sejam alimentadas pelas baterias e as altas pelos supercondensadores. Contudo a estratégia é definida por um conjunto de regras definidas de forma a assegurar a segurança do utilizador e dos componentes. Nessa estratégia existe a particularidade de poder recuperar alguma da energia reenviada pelo sub sistema de tração durantes as fases de travagem. Esta característica permite-nos recarregar as baterias e os supercondensadores. Tendo isto como objetivo os supercondensadores serão dimensionados consoante a potência necessária para o sistema de tração e as baterias serão dimensionadas para a necessidade energética . Na representação do sistema foram expostos todos os elementos constituintes do sistema. Foram considerados para cada um dos modelos os fenómenos mais relevantes para a análise final do sistema. A parte do controlo é obtida através da inversão direta de todos os elementos à exceção dos elementos de acumulação, onde essa inversão direta não é possível. Nesse elemento o controlo é feito com a ajuda de controladores do tipo IP, integral proporcional. Foi feita a escolha desses controladores para evitar “overshoots” e em certos casos para resolver problemas de “algebric loops”. De forma a simular o comportamento de um condutor, foi utilizado um “cycle drive” para veículos elétricos, “World-Wide Harmonized Light” “WLTC”. Este tipo de ciclo possui diversas classes conforme o rácio entre a massa do veículo e a potência da máquina elétrica. Os resultados obtidos não foram integralmente os esperados. Verifica-se, em alguns momentos, que os supercondensadores não fornecem a parte de altas frequências devido a limitações impostas pela estratégia de energia. Como trabalho futuro propõe-se desenvolver outro tipo de estratégia de forma a obter resultados mais eficientes aplicando outra tipo de fonte como auxílio às baterias

Neogenin Interacts with Hemojuvelin through Its Two Membrane-Proximal Fibronectin Type III Domains

Hemojuvelin is a recently identified iron-regulatory protein that plays an important role in affecting the expression of hepcidin, a key iron regulatory hormone. Although the underlying mechanism of this process is not clear, several hemojuvelin-binding proteins, including the cell surface receptor neogenin and bone morphogenetic protein (BMP) cytokines, have been identified. The ectodomain of neogenin is composed of four immunoglobulin-like (Ig) domains followed by six fibronectin type III-like (FNIII) domains. Here we report expression of soluble versions of hemojuvelin and neogenin for biochemical characterization of their interaction and the interaction of HJV with BMP-2. Hemojuvelin normally undergoes an autocatalytic cleavage, and as in vivo, recombinant hemojuvelin exists as a mixture of cleaved and uncleaved forms. Neogenin binds to cleaved and noncleaved hemojuvelin, as verified by its binding to an uncleaved mutant hemojuvelin. We localized the hemojuvelin binding site on neogenin to the membrane-proximal fifth and sixth FNIII domains and the juxtamembrane linker and showed that a fragment containing only this region binds 2–3 orders of magnitude more tightly than the entire neogenin ectodomain. Binding to the most membrane-proximal region of neogenin may play a role in regulating the levels of soluble and membrane-bound forms of hemojuvelin, which in turn would influence the amount of free BMP-2 available for binding to its receptors and triggering transcription of the hepcidin gene. Our finding that BMP-2 and neogenin bind simultaneously to hemojuvelin raises the possibility that neogenin is part of a multiprotein complex at the hepatocyte membrane involving BMP, its receptors, and hemojuvelin

A self‐consistent model of Γ‐X mixing in GaAs/AlAs/GaAs quantum well structures using the quantum transmitting boundary method

We present a numerical study of the Γ‐X mixing in GaAs/AlAs/GaAs quantum well structures. A Γ‐X mixing model proposed by Liu [Appl. Phys. Lett. 51, 1019 (1987)] is extended to include the effects of self‐consistency and nonzero transverse momentum. In the present model, the coupled Schrödinger equations for Γ and X electron envelope wave functions are solved self‐consistently with Poisson’s equation to calculate the electron transmission probability and wave functions, which lead to the current‐voltage (I‐V) characteristics of single barrier and double barrier resonant tunneling diode structures. The quantum transmitting boundary method is employed in the model for numerical solution of the coupled Schrödinger equations, which proves to be very stable and efficient, even for large (≳2000 Å) structures. The features of Γ‐X mixing, such as the resonance/antiresonance in the transmission probability and the virtual bound states, are clearly demonstrated. Additional physical features are observed in the transmission probability and the wave functions under applied bias conditions. Our work shows that inclusion of transverse momentum, variable effective mass, and the self‐consistent potential is important in the realistic modeling of I‐V characteristics for structures exhibiting Γ‐X coupling.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/69686/2/JAPIAU-74-8-5053-1.pd

Imaging striatal dopamine release using a nongenetically encoded near infrared fluorescent catecholamine nanosensor.

Neuromodulation plays a critical role in brain function in both health and disease, and new tools that capture neuromodulation with high spatial and temporal resolution are needed. Here, we introduce a synthetic catecholamine nanosensor with fluorescent emission in the near infrared range (1000-1300 nm), near infrared catecholamine nanosensor (nIRCat). We demonstrate that nIRCats can be used to measure electrically and optogenetically evoked dopamine release in brain tissue, revealing hotspots with a median size of 2 µm. We also demonstrated that nIRCats are compatible with dopamine pharmacology and show D2 autoreceptor modulation of evoked dopamine release, which varied as a function of initial release magnitude at different hotspots. Together, our data demonstrate that nIRCats and other nanosensors of this class can serve as versatile synthetic optical tools to monitor neuromodulatory neurotransmitter release with high spatial resolution

Incorporating basic calibrations in existing machine-learned turbulence modeling

This work aims to incorporate basic calibrations of Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models as part of machine learning (ML) frameworks. The ML frameworks considered are tensor-basis neural network (TBNN), physics-informed machine learning (PIML), and field inversion & machine learning (FIML) in J. Fluid Mech., 2016, 807, 155-166, Phys. Rev. Fluids, 2017, 2(3), 034603 and J. Comp. Phys., 2016, 305, 758-774, and the baseline RANS models are the one-equation Spalart-Allmaras model, the two-equation $k$-$\omega$ model, and the seven-equation Reynolds stress transport models. ML frameworks are trained against plane channel flow and shear-layer flow data. We compare the ML frameworks and study whether the machine-learned augmentations are detrimental outside the training set. The findings are summarized as follows. The augmentations due to TBNN are detrimental. PIML leads to augmentations that are beneficial inside the training dataset but detrimental outside it. These results are not affected by the baseline RANS model. FIML's augmentations to the two eddy viscosity models, where an inner-layer treatment already exists, are largely neutral. Its augmentation to the seven-equation model, where an inner-layer treatment does not exist, improves the mean flow prediction in a channel. Furthermore, these FIML augmentations are mostly non-detrimental outside the training dataset. In addition to reporting these results, the paper offers physical explanations of the results. Last, we note that the conclusions drawn here are confined to the ML frameworks and the flows considered in this study. More detailed comparative studies and validation & verification studies are needed to account for developments in recent years

Redox-active ferrocene-modified Cowpea mosaic virus nanoparticles

A naturally occurring nanoparticle, the plant virus Cowpea mosaic virus, can be decorated with ferrocene derivatives, of various linker lengths with amine and carboxylategroups, on the external surface using a range of conjugation strategies. The multiple, organometallic, redox-active ferrocene moieties on the outer surface of the virus are electrochemically independent with reduction potentials that span a potential window of 0.16 V that are dependent on the site of modification and the nature of the ferrocene derivative. The number of ferrocenes coupled to each virus ranges from about 100 to 240 depending upon the conjugation site and the linker length and these redox active units can provide multielectron reservoirs

Predicting blunt cerebrovascular injury in pediatric trauma: Validation of the Utah Score

Risk factors for blunt cerebrovascular injury (BCVI) may differ between children and adults, suggesting that children at low risk for BCVI after trauma receive unnecessary computed tomography angiography (CTA) and high-dose radiation. We previously developed a score for predicting pediatric BCVI based on retrospective cohort analysis. Our objective is to externally validate this prediction score with a retrospective multi-institutional cohort. We included patients who underwent CTA for traumatic cranial injury at four pediatric Level I trauma centers. Each patient in the validation cohort was scored using the “Utah Score” and classified as high or low risk. Before analysis, we defined a misclassification rate <25% as validating the Utah Score. Six hundred forty-five patients (mean age 8.6 ± 5.4 years; 63.4% males) underwent screening for BCVI via CTA. The validation cohort was 411 patients from three sites compared with the training cohort of 234 patients. Twenty-two BCVIs (5.4%) were identified in the validation cohort. The Utah Score was significantly associated with BCVIs in the validation cohort (odds ratio 8.1 [3.3, 19.8], p < 0.001) and discriminated well in the validation cohort (area under the curve 72%). When the Utah Score was applied to the validation cohort, the sensitivity was 59%, specificity was 85%, positive predictive value was 18%, and negative predictive value was 97%. The Utah Score misclassified 16.6% of patients in the validation cohort. The Utah Score for predicting BCVI in pediatric trauma patients was validated with a low misclassification rate using a large, independent, multicenter cohort. Its implementation in the clinical setting may reduce the use of CTA in low-risk patients