Self-Consistent-Field Study of Adsorption and Desorption Kinetics of Polyethylene Melts on Graphite and Comparison with Atomistic Simulations

A method is formulated, based on combining self-consistent field theory with dynamically corrected transition state theory, for estimating the rates of adsorption and desorption of end-constrained chains (e.g. by crosslinks or entanglements) from a polymer melt onto a solid substrate. This approach is tested on a polyethylene/graphite system, where the whole methodology is parametrized by atomistically detailed molecular simulations. For short-chain melts, which can still be addressed by molecular dynamics simulations with reasonable computational resources, the self-consistent field approach gives predictions of the adsorption and desorption rate constants which are gratifyingly close to molecular dynamics estimates.Comment: 18 pages, 10 figure

Targeting the bacterial cell envelope by molecular coevolution and high throughput phenotyping

Microbial species exhibit a wide repertoire of phenotypic responses to their surroundings, be it stresses posed by their environment, or signals from their bacterial community. Despite advances in computer vision, reporting such phenotypic responses is often done in a qualitative manner. In the course of my work I developed a user-friendly software tool to address the lack of a standardized, quantitative method to measure microbial phenotypes macroscopically. This freely available software, called Iris, can quantify a wide range of microbial phenotypes at the colony level and in a high-throughput fashion. Iris is already used by several research groups, and I present some of its diverse applications and potential for hypothesis generation. One such application is the quantification of the impact of each gene on the cell envelope permeability in E. coli. The Gram-negative bacterial cell envelope forms a barrier against antimicrobial drugs, drastically limiting the list of treatments effective against these organisms. To expand our knowledge on how this multi-layered is built and perturbed, we developed a rapid screening method to detect mutants with envelope defects. By screening a systematic gene deletion mutant collection in E. coli across 4 conditions, we identified a number of mutants with defects in envelope assembly. Among those were genes known to be involved in envelope biogenesis, as well as 102 genes of unknown function. In the course of my work I built upon and improved this screening approach, to acquire quantitative membrane permeability measurements that can be used for high- throughput chemical genomics approaches. Gram-negative bacterial envelope is both a permeability barrier, and a structural barrier. The structural component mainly consists of the rigid peptidoglycan (PG) sacculus, which gives the cells the ability to withstand both turgor pressure and environmental insults. Although biosynthesis of PG is central to bacteria and a target of β-lactam antibiotics, its regulation remains largely elusive. Recently, a number of regulators of PG biosynthesis have been identified, and shown to have coevolved with domains in PG synthases. With the aim of uncovering potential regulatory connections, I developed a computational approach to explore the coevolution of domains in proteins involved in cell wall biosynthesis and remodeling with other proteins in the cell. The method correctly identified existing regulatory interactions, and is readily applied to species across the bacterial kingdom

Preoperative Embolization of Hypervascular Castleman's Disease of the Mediastinum

We report the case of a 31-year-old woman with mediastinal Castleman's disease of the hyaline vascular type. This large tumor was safely resected after arterial embolization. We describe the steps of this interventional procedure and discuss related necessary precaution

From Labour to National Ideals: Ending the War in Asia Minor—Controlling Communism in Greece

This paper will try to shed light on a very particular angle of Greek political geography after the end of the Asia Minor War. As a result of this conflict almost 1.3 million refugees fled to Greece and changed dramatically its political space. The traditional view among the scholars of the period promotes an “exceptionalism” of the Greek-Orthodox refugees who fled to Greece after 1922. It is argued that the Asia Minor workers did not largely espouse an a priori notion of class, since they had a bourgeoisie economic and social background. However, in the 1930s there was a sharp increase in the support of the Left. Accordingly, the Communist Party pulled 5.76% of the vote, which was the highest in the inter-war period. Although the percentage of the communist vote was not so high all over Greece, Communism had a real electorate appeal for urban refugees. This study will challenge the exceptionalist perspective and will investigate why the same people who voted for Liberals in the 1920s voted for Communists in the 1930s. It will also examine how the Greek political system managed to incorporate the left-wing vote by transforming the division of society from labour and political demands to national ones in the period under examination. The focus will be also on the interplay between Communism and refugees, which is undervalued by most research on the topic, even though the communist threat was used as a reason or pretext for the abolition of parliamentary democracy and the establishment of Ioannis Metaxas’ dictatorship in 1936

Analogical reflection and development of metacognitive skills through collaborative modelling activities in physics

Modelling in Didactics of Science is considered as a very important learning process,while in parallel it is a subject of study in educational research. Due to the wide variety of systems of the natural world, the models in the literature are innumerable. Based on this finding, in the analysis of the current situation, we tried to classify the models and introduce the conceptof "Modelling Layer" (primary, secondary, tertiary), depending on the available data at the beginning of the creation of the model. Furthermore, in the analysis of the current situation, the collaboration between students participating in exploratory activities through existing collaborative learning systems and various research approaches is analysed. Given that reflection acts as a booster for metacognition, the analysis of the current situation is revie wingvarious studies on reflection in technological environments. Through the review and inconjunction with the advantages of analogical reasoning, we propose an alternative kind of reflection, the "analogical reflection."The thesis is framed by theoretical approaches to the three main axes of research (Modelling, Collaboration, Metacognition) and also to the design of educational software for Science. Initially, several definitions of the term "model" that appear in the literature listed, therole of models in Science is described and the mental models are distinguished from the conceptual models. Subsequently, theoretical models and modelling are approached and adescription of a methodology for integration of modelling in Physics teaching is quoted. As for collaborative learning technology environment (CSCL), the fundamentals of modern communication systems and their benefits to users, such as the exchange and sharing of data are mentioned. Also, the requirements that must be met by synchronous collaborative learning systems are listed and the activities’ analysis tools which guide the student to metacognitionare described. The approach of metacognition in the theoretical framework is focusing on the knowledge of knowledge, the awareness of consciousness or ignorance concerning the monitoring and control of knowledge. The main metacognitive skills that are discussed in detailare (a) awareness, (b) reflection and (c) self-regulation. Also, the transition from the cognitiveto the metacognitive level is described. Finally, in the theoretical framework the basic concepts of educational software for Science and the purposes for which the educational software are subsumed in Science educational practice, that are epistemological and learning, are described. The research part of the thesis is divided into three axes: (A) Modelling, (B) Co and (C) Metacognition, where the modelling is the central one. However, the most weight is given to the axis of metacognition, as it is the ultimate goal of the exploratory activities. The technological learning environment, in which students worked during the main research activities, is consisted of four separate software, Modellus (for modelling), TeamViewer (for collaboration), Camtasia (for self-reflection) and ART (for analogical reflection). The ART (Analogical Reflection Tool) is a software that guides and supports students at the analogical reflection, which is designed based on the findings of the second pilot study.The purpose of the main research was to study the effect of analogical reflection on the development of metacognitive skills. Among the objectives of the research was to highlight the assets and identify the weaknesses of both the software ART, and the analogical reflection ingeneral. The central research question was: "How does the analogical reflection affect thedevelopment of metacognitive skills in the context of collaborative modelling activities?", while the individual research questions were allocated to three axes: (A) Modelling, (B) Collaboration and (C) Metacognition. As for modelling, it is showed that the lack of familiarity with the software and the difficulty of the subject lead to corresponded difficulties in modelling. The collaboration of students is effective for better understanding of the problem. Instead, the collaboration seems to be working positively to the choice and control values of variables and constants. Moreover, the collaboration with the physical presence of students seems more meaningful and effective than collaboration through the technological environment with TeamViewer. From the comparison of analogical reflection with self-reflection revealed the following basic conclusions. Analogical reflection is effective upon completion of the activities (reflection on action), particularly for difficult and unfamiliar concepts, while it is not very different from the self-reflection during the activity (reflection in action). Analogical reflection enhances students' metacognition, especially when it is performed upon completion of the activities. The appropriate guidance for the transition from analogical reasoning to the analogical reflection, with tools like ART, is necessary. Especially for lesson units that exhibit difficulties in understanding concepts or units are unfamiliar, the contribution of the analogical reflection upon completion of the activities is particularly important.Η μοντελοποίηση στη Διδακτική των Θετικών Επιστημών θεωρείται ως μία ιδιαίτερα σημαντική διαδικασία μάθησης, ενώ παράλληλα αποτελεί αντικείμενο μελέτης στην εκπαιδευτική έρευνα. Λόγω της μεγάλης ποικιλίας των συστημάτων του φυσικού κόσμου, τα αντίστοιχα μοντέλα στη βιβλιογραφία είναι αναρίθμητα. Με βάση αυτή τη διαπίστωση, στην ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης, επιχειρήσαμε να ταξινομήσουμε τα μοντέλα και εισάγαμε την έννοια του "Επίπεδου Μοντελοποίησης" (πρωτογενές, δευτερογενές, τριτογενές) ανάλογα με τα δεδομένα που είναι διαθέσιμα κατά την έναρξη της δημιουργίας του μοντέλου. Επιπλέον, στην ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης, αναλύεται η συνεργασία των μαθητών που συμμετέχουν σε διερευνητικές δραστηριότητες, μέσα από τα υπάρχοντα συστήματα συνεργατικής μάθησης και διάφορες ερευνητικές προσεγγίσεις. Με δεδομένο ότι ο αναστοχασμός λειτουργεί ως προωθητικός παράγοντας για τη μεταγνώση, στην ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης γίνεται ανασκόπηση διαφόρων ερευνών σχετικά με τον αναστοχασμό σε τεχνολογικά περιβάλλοντα. Μέσα από την ανασκόπηση και σε συνδυασμό με τα πλεονεκτήματα του αναλογικού συλλογισμού, προτείνουμε ένα εναλλακτικό είδος αναστοχασμού, τον "αναλογικό αναστοχασμό".Η διατριβή πλαισιώνεται με θεωρητικές προσεγγίσεις ως προς τους τρεις άξονες της κύριας έρευνας (Μοντελοποίηση, Συνεργασία, Μεταγνώση) και, επιπλέον, ως προς το σχεδιασμό εκπαιδευτικού λογισμικού για τις Φυσικές Επιστήμες. Αρχικά, παρατίθενται διάφοροι ορισμοί για την έννοια "μοντέλο" που εμφανίζονται στη σχετική βιβλιογραφία,περιγράφεται ο ρόλος των μοντέλων στην Επιστήμη και γίνεται διάκριση ανάμεσα στα νοητικά και τα εννοιολογικά μοντέλα. Ακολούθως, προσεγγίζονται θεωρητικά τα μοντέλα και η μοντελοποίηση και περιγράφεται μία μεθοδολογία για την ένταξη της μοντελοποίησης στη διδασκαλία της Φυσικής. Ως προς τη συνεργατική μάθηση σε τεχνολογικό περιβάλλον (CSCL),αναφέρονται οι βασικές αρχές των συστημάτων σύγχρονης επικοινωνίας και οι παροχές τους προς τους χρήστες, όπως η ανταλλαγή και ο διαμοιρασμός δεδομένων. Επίσης, παρατίθενται οι προδιαγραφές που πρέπει να πληρούν τα συνεργατικά συστήματα σύγχρονης συνεργατικής μάθησης και περιγράφονται τα εργαλεία ανάλυσης των δραστηριοτήτων, τα οποία καθοδηγούν τον μαθητή προς τη μεταγνώση. Η προσέγγιση της μεταγνώσης στο θεωρητικό πλαίσιο,επικεντρώνεται στη γνώση της γνώσης, δηλαδή στην ενημερότητα επίγνωσης ή άγνοιας που αφορά στην παρακολούθηση και τον έλεγχο της γνώσης. Οι κυριότερες μεταγνωστικές δεξιότητες που αναλύονται διεξοδικά είναι (α) η ενημερότητα (awareness), (β) ο αναστοχασμός (reflection) και (γ) η αυτο-ρύθμιση (self-regulation). Επίσης, περιγράφεται η μετάβαση από το γνωστικό στο μεταγνωστικό επίπεδο. Τέλος, στο θεωρητικό πλαίσιο περιγράφονται οι βασικές αρχές σχεδιασμού εκπαιδευτικού λογισμικού Φυσικών Επιστημών και οι σκοποί για τους οποίους εντάσσονται τα εκπαιδευτικά λογισμικά στην εκπαιδευτική πρακτική των Φυσικών Επιστημών, οι οποίοι είναι επιστημολογικοί και μαθησιακοί.Το ερευνητικό μέρος της διατριβής διαρθρώνεται σε τρεις άξονες: (Α) Μοντελοποίηση,(Β) Συνεργασία και (Γ) Μεταγνώση, με κεντρικό άξονα τη μοντελοποίηση. Ωστόσο, το μεγαλύτερο βάρος δίνεται στον άξονα της μεταγνώσης, καθώς αποτελεί τον τελικό στόχο των διερευνητικών δραστηριοτήτων. Το τεχνολογικό περιβάλλον μάθησης, στο οποίο εργάστηκαν οι μαθητές κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων της κύριας έρευνας, απαρτίζεται από τέσσερα επιμέρους λογισμικά, το Modellus (για τη μοντελοποίηση), το TeamViewer (για τη συνεργασία), το Camtasia (για τον ιδιο-αναστοχασμό) και το ART (για τον αναλογικό αναστοχασμό). Το ART (Analogical Reflection Tool) είναι ένα λογισμικό καθοδήγησης και υποστήριξης των μαθητών κατά τον αναλογικό αναστοχασμό, το οποίο σχεδιάσαμε με βάση τα συμπεράσματα της δεύτερης πιλοτικής έρευνας. Σκοπός της κύριας έρευνας ήταν να μελετηθεί η επίδραση του αναλογικού αναστοχασμού στην ανάπτυξη μεταγνωστικών δεξιοτήτων. Ανάμεσα στους στόχους της έρευνας ήταν η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων και ο εντοπισμός των μειονεκτημάτων, τόσο του λογισμικού ART, όσο και του αναλογικού αναστοχασμού γενικότερα. Το κεντρικό ερώτημα της έρευνας ήταν το εξής: "Πώς επιδρά ο αναλογικός αναστοχασμός στην ανάπτυξη μεταγνωστικών δεξιοτήτων στο πλαίσιο συνεργατικών δραστηριοτήτων μοντελοποίησης;",ενώ τα επιμέρους ερευνητικά ερωτήματα κατανεμήθηκαν στους τρεις άξονες: (Α)Μοντελοποίηση, (Β) Συνεργασία και (Γ) Μεταγνώση. Ως προς τη μοντελοποίηση, φαίνεται ότι η έλλειψη εξοικείωσης με το λογισμικό και η δυσκολία του γνωστικού αντικειμένου επιφέρει ανάλογες δυσκολίες στη μοντελοποίηση. Η συνεργασία των μαθητών είναι αποδοτική για την καλύτερη κατανόηση του προβλήματος.Αντίθετα, η συνεργασία δε φαίνεται να αποδίδει θετικά στην επιλογή και τον έλεγχο των τιμώντων μεταβλητών και των σταθερών. Επιπλέον, η συνεργασία με τη φυσική παρουσία των μαθητών εμφανίζεται πιο ουσιαστική και αποδοτική σε σχέση με τη συνεργασία μέσα από το τεχνολογικό περιβάλλον με το TeamViewer.Από τη σύγκριση του αναλογικού αναστοχασμού με τον ιδιο-αναστοχασμό προέκυψαν τα εξής βασικά συμπεράσματα. Ο αναλογικός αναστοχασμός είναι αποτελεσματικότερος μετά το πέρας των δραστηριοτήτων (αναστοχασμός μετά τη δράση), ιδιαίτερα για τις δύσκολες και πρωτόγνωρες έννοιες, ενώ δεν έχει ιδιαίτερη διαφορά από τον ιδιο-αναστοχασμό κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων (αναστοχασμός εν δράσει). Ο αναλογικός αναστοχασμός ενισχύει τη μεταγνώση των μαθητών, κυρίως όταν πραγματοποιείται μετά το πέρας των δραστηριοτήτων. Απαραίτητη είναι η κατάλληλη καθοδήγηση για τη μετάβαση από τον αναλογικό συλλογισμό προς τον αναλογικό αναστοχασμό, με εργαλεία όπως το ART. Ειδικά για διδακτικές ενότητες που εμφανίζουν δυσκολίες στην κατανόηση εννοιών ή που είναι πρωτόγνωρες, η συνεισφορά του αναλογικού αναστοχασμού μετά το πέρας των δραστηριοτήτων είναι ιδιαίτερα σημαντική

Computational study of structual and mechanical characteristics of polymer systems

Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε μια καινούργια προσέγγιση και διερεύνηση της μεθοδολογίας μέσου αυτό-συνεπούς πεδίου για την μελέτη πολυμερικών συστημάτων κοντά σε επιφάνειες. Η καινούργια μεθοδολογία εισάγει πάνω στο πλέγμα τμηματικές πολυμερικές διαμορφώσεις που αναπτύσσονται σε σχεδόν «συνεχή» χώρο. Τροποποιείται ο παραδοσιακός υπολογισμός της ενέργειας αλληλεπίδρασης ενώ προσδιορίζεται με μεγαλύτερη σαφήνεια η ύπαρξη περιοχής «ισχυρής επιμήκυνσης της αλυσίδας» όπου σύμφωνα και με τις αναλυτικές θεωρίες μέσου αυτό-συνεπούς πεδίου, απουσιάζει το στρώμα μείωσης συγκέντρωσης κοντά στην επιφάνεια. Η ύπαρξη αυτού του στρώματος για μικρότερες πυκνότητες πρόσδεσης αποτελεί ιδιαίτερο χαρακτηριστικό που διακρίνει τις ψήκτρες σε δυο υποπεριοχές (μεσαίας και υψηλής πυκνότητας πρόσδεσης). Η μέθοδος επεκτάθηκε για την μελέτη μακρομορίων σε σχήμα αστεριού. Σε πολύ καλή συμφωνία με το πείραμα παρατηρήσαμε ότι με αύξηση του αριθμού των κλάδων μειώνεται δραστικά η προσρόφηση αυτών των μακρομορίων. Για περιπτώσεις συνύπαρξης στο ίδιο διάλυμα αστεριών με διαφορετικό βαθμό διακλάδωσης παρατηρήθηκε ότι οι λιγότερο διακλαδισμένες αλυσίδες τείνουν να αναπτυχθούν κάτω από τη «ομπρέλα» των πιο διακλαδισμένων. Επίσης μελετήθηκαν πολυμερικά συστήματα μεταβλητής πυκνότητας (χρησιμοποιώντας την καταστατική εξίσωση των Sanchez-Lacombe) για τα οποία υπολογίσουμε τις επιπτώσεις της πίεσης και της θερμοκρασίας στην πυκνότητα στην περίπτωση τήγματος. Διαπιστώσαμε ότι το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης υποδεικνύει μεγαλύτερη αντοχή για γραμμικές αλυσίδες όταν γίνει σύγκριση με αστερόμορφες ίδιου μοριακού βάρους. Αυτό αποδίδεται στην διαφορετική πυκνότητα και μορφολογία των μακρομοριακών διαπλοκών στην περιοχή αλληλοεπικάλυψης προσροφημένων και ελεύθερων αλυσίδων. Στην περίπτωση που η διαδικασία εφελκυσμού είναι αντιστρεπτή τα δείγματα αστερόμορφων μακρομορίων παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή λόγω της ικανότητας τους να προσροφόνται ταυτόχρονα και στις δύο επιφάνειες. Η επίδραση της εξωτερικής πίεσης δίνει μη αναμενόμενη συμπεριφορά μόνο σε εξαιρετικά μεγάλες πιέσει