Synthesis, characterization, and biocompatible properties of alanine-grafted chitosan copolymers

In order to overcome major problems regarding the lack of affinity to solvents and limited reactivity of the free amines of chitosan, introduction of appropriate spacer arms having terminal amine function is considered of interest. L-Alanine-N-carboxyanhydride was grafted onto chitosan via anionic ring-opening polymerization. The chemical and structural characterizations of L-alanine-grafted chitosan (Ala-g-Cts) were confirmed through Fourier transform infrared spectroscopy and proton nuclear magnetic resonance spectroscopy ((1)H NMR). In addition, the viscoelastic properties of Ala-g-Cts were examined by means of a rotational viscometer, and thermal analysis was carried out with a thermogravimetric analyzer and differential scanning calorimetry. Morphological changes in the chitosan L-alanine moiety were determined by x-ray diffraction. To determine the feasibility of using these films as biomedical materials, we investigated the effects of their L-alanine content on physical and mechanical properties. The biodegradation results of crosslinked Ala-g-Cts films were evaluated in phosphate-buffered solution containing lysozyme at 37℃. Proliferation of MC3T3-E1 cells on crosslinked Ala-g-Cts films was also investigated with use of the CCK-8 assay

Characteristics of biochemical markers and quality parameters using whole wheat flours in Korean wheat cultivars and lines

Tese de doutoramento em Ciências e Tecnologias da Informação, apresentada ao Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraO espectro rádio tem vindo a ser regulado de um modo estático. Ou seja, este encontra-se essencialmente dividido em bandas de frequência licenciadas, com utilização restringida a um número limitado de utilizadores autorizados, e em algumas bandas de frequência não licenciadas para utilização livre. Devido à falta de flexibilidade resultante desta abordagem, partes significativas do espectro rádio encontram-se subutilizadas. Em simultâneo, outras bandas de frequência estão a ficar cada vez mais saturadas, nomeadamente as não licenciadas em áreas densamente povoadas. O Rádio Cognitivo é um paradigma recente cujo objetivo é melhorar o nível de eficiência na utilização do espectro rádio. Os seus princípios gerais consistem em permitir que dispositivos sem fios não licenciados (os denominados Utilizadores Secundários) possam aceder às bandas de frequência licenciadas desde que estes não interferiram de forma prejudicial com os utilizadores licenciados (os denominados Utilizadores Primários). A abordagem preponderante na área de Rádio Cognitivo consiste em ter utilizadores secundários com capacidade para, de um modo dinâmico, detetar e aceder a oportunidades espectrais, ou seja, bandas de frequência que não estão a ser acedidas pelos respetivos utilizadores primários num determinado momento numa determinada localização. Neste contexto, os utilizadores secundários devem ser capazes de analisar o espectro rádio com precisão e, de preferência, possuírem mecanismos de aprendizagem baseados em observação local e experiência passada. Apesar da área de Rádio Cognitivo ter implicações na totalidade das camadas das pilhas protocolares de comunicação, os seus problemas fundamentais localizam-se nos níveis físico (PHY) e de controlo de acesso ao meio (MAC). Em particular, os protocolos de controlo de acesso ao meio desempenham um papel fundamental no âmbito de operações de controlo de acesso ao espectro rádio e de suporte à cooperação entre utilizadores secundários. Os utilizadores primários, quanto a eles, devem manter-se abstraídos das operações de Rádio Cognitivo e, em consequência, não estarem sujeitos a qualquer tipo de alteração em cenários de Rádio Cognitivo. Esta tese apresenta cinco contribuições, essencialmente relacionadas com o nível do controlo de acesso ao meio, com o objetivo de incrementar os níveis de proteção dos utilizadores primários e de desempenho dos utilizadores secundários em redes de Rádio Cognitivo distribuídas, especialmente quando os utilizadores secundários não têm antecipadamente acesso a qualquer tipo de informação, tal como a localização de utilizadores primários. Neste tipo de cenário, não existe qualquer entidade central responsável por recolher e processar dados de origem diversa ou tomar decisões de acesso ao espectro rádio. Ou seja, as soluções propostas adequam-se a utilizadores secundários que operam de um modo autónomo e cooperativo. Estes tomam as suas decisões baseando-se, essencialmente, em observações locais, em eventuais resultados de aprendizagem e em dados trocados entre si. A primeira contribuição desta tese consiste numa descrição da área de Rádio Cognitivo através de um estado da arte detalhado. A segunda contribuição resulta na definição de um protocolo de controlo de acesso ao meio apoiado num mecanismo inovador, designado COSBET (Cooperative Sense-Before-Transmit), que oferece um nível superior de proteção dos utilizadores primários em cenários de Rádio Cognitivo distribuídos sujeitos ao problema do utilizador primário oculto. Este tipo de anomalia ocorre quando um utilizador secundário é incapaz de detetar as atividades de um determinado utilizador primário apesar de poder provocar interferências na respetiva área de abrangência. Tal como já foi referido, na área de Rádio Cognitivo, é considerado desejável os utilizadores secundários terem capacidades de aprendizagem baseadas em observação local e experiência passada. No entanto, em cenários distribuídos, o problema do utilizador primário oculto afeta negativamente a qualidade dos resultados de aprendizagem obtidos e, em consequência, o nível efetivamente alcançado em termos de proteção dos utilizadores primários. Sendo assim, esta tese também analisa esta questão e propõe uma solução destinada a tratá-la, estando esta terceira contribuição baseada num conceito chave designado FIBASC (Filtering Based on Suspicious Channels). A troca de informação de controlo em redes de Rádio Cognitivo distribuídas é frequentemente suportada por um canal partilhado e acessível à globalidade dos utilizadores secundários. Este é o designado canal de controlo comum (CCC), sendo igualmente esta a abordagem seguida pelo protocolo COSBET-MAC proposto. No entanto, os CCC estão sujeitos a problemas de saturação. A ocorrência deste tipo de problema impede os utilizadores secundários de tirarem pleno proveito das potencialidades oferecidas pelo Rádio Cognitivo, acabando por limitar os níveis de desempenho de comunicação alcançáveis. Sendo assim, nesta tese também analisamos esta questão e propomos uma solução destinada a abordá-la, correspondendo esta à nossa quarta contribuição. A solução proposta, designada CORHYS (Cognitive Radio Hybrid Signalling), baseia-se num esquema de sinalização híbrido que recorre simultaneamente a um CCC e aos canais de dados que vão sendo alocados de forma dinâmica. A quinta e última contribuição desta tese consiste na definição de uma estratégia adicional, igualmente localizada no nível do controlo de acesso ao meio, destinada a melhorar o desempenho dos utilizadores secundários em cenários de Rádio Cognitivo distribuídos em que se recorre a um CCC. Fazem parte das suas linhas orientadoras a otimização da reutilização espacial do espectro rádio e a redução do tráfego de controlo gerado entre utilizadores secundários. As soluções de Rádio Cognitivo propostas no âmbito desta tese foram avaliadas em ambiente de simulação, sendo esta uma prática comum, nomeadamente devido a limitações de tempo e de outros tipos de recursos. Para o efeito, recorreu-se ao OMNET++ (Objective Modular Network Testbed in C++), um simulador baseado em eventos discretos e de código aberto. A totalidade das contribuições da presente tese podem ser aplicadas em conjunto. A integração destas deu origem a uma solução única e otimizada de controlo de acesso ao meio destinada a cenários de Rádio Cognitivo distribuídos. Esta aborda as duas principais preocupações existentes em cenários de Rádio Cognitivo: proteger os utilizadores primários de qualquer tipo de interferência prejudicial; e melhorar o desempenho de comunicação dos utilizadores secundários. Tanto quanto sabemos, as várias soluções propostas e o nível de completude que a utilização conjunta destas permite não são oferecidos por qualquer outra proposta de controlo de acesso ao meio existente para cenários de Rádio Cognitivo distribuídos. As contribuições desta tese também apontam direções que podem ser seguidas no âmbito de outros protocolos de controlo de acesso ao meio, especialmente aqueles que se destinam a redes de Rádio Cognitivo distribuídas.The radio spectrum has been statically regulated, i.e., essentially partitioned into licensed frequency bands, which are accessed exclusively by authorized users, and unlicensed frequency bands that can be freely accessed. Due to this inflexible policy, large portions of the entire radio spectrum remain unused independently of time and location in the world, while some frequency bands suffer from increasing levels of saturation, particularly the unlicensed ones in densely populated areas. Cognitive Radio (CR) is a recent paradigm that aims at improving efficiency regarding spectrum utilization. Its principles consist in allowing unlicensed wireless devices (i.e., secondary users) to access licensed frequency bands provided that the respective incumbent users (i.e., primary users) do not suffer any harmful interference. The most preponderant CR approach consists in having a secondary user (SU) dynamically locating and accessing spectrum opportunities, i.e., frequency bands that are not being accessed by any primary user (PU) at a given time and location. Consequently, sensing the spectrum and learning through local observation and past experience, which enables proactive spectrum decision, are key CR issues. Despite CR has implications in all the layers of the communication protocol stack, its fundamentals are mainly related to the physical (PHY) and medium access control (MAC) levels. In fact, CR MAC protocols are at the heart of spectrum access control and cooperation between SUs. PUs are expected to be unware of CR operations and, consequently, should not suffer any modification under CR scenarios. This thesis provides five contributions, essentially related to the MAC level, with the aim of improving the protection of PUs and the communication performance of SUs in cooperative distributed CR networks, particularly when there is no access to any a priori known information, such as the locations of primary transmitters. In this type of scenario, there are no central entities that collect and fuse data, or take spectrum decisions. That is, the proposed solutions fit into totally autonomous and cooperating SUs, i.e., SUs that take their own decisions based on local observation, on learning outcomes if any is available, and on data they exchange with each other. The first contribution of this thesis consists in a description of the CR area through an indepth state of the art. The second contribution lies in the definition of a CR MAC protocol that follows a novel approach, named Cooperative Sense-Before-Transmit (COSBET), which provides a higher protection of PUs in distributed CR scenarios that suffer from the hidden PU problem. This issue occurs when a SU cannot sense the activities of a given PU despite it can cause harmful interference to its coverage area. As already mentioned, CR considers that the SUs might have learning capabilities based on local observation and past experience. However, in distributed scenarios, the hidden PU problem affects the accuracy of learning and, therefore, the effectiveness of PU protection. For that reason, in this thesis we also discuss this issue and propose a novel solution that addresses it. This solution is based on a key concept named FIBASC (Filtering Based on Suspicious Channels). Utilizing a common control channel (CCC), i.e., a channel that is available to all the SUs in a CR network, for signalling purposes is a frequent practice concerning existing distributed CR MAC solutions. It is also the solution adopted by COSBET-MAC. However, a CCC is susceptible to saturation and can, therefore, become a performance bottleneck that inhibits the SUs from taking full advantage of CR potentialities. Consequently, the fourth contribution of this thesis consists in analysing this issue and addressing it through a novel solution, which we named CORHYS (Cognitive Radio Hybrid Signalling). CORHYS is based on a hybrid signalling approach that performs signalling over the CCC and over the allocated data channels simultaneously. The fifth and last contribution of this thesis consists in a MAC-level strategy that aims at further improving the performance of SUs in distributed CR scenarios that are based on a CCC. The key guidelines for this strategy are optimizing the spatial reuse of the radio spectrum and reducing control traffic. The CR solutions that resulted from this thesis were evaluated through simulation, which is a common practice, particularly due to time and other resource restrictions. For this purpose, we used OMNET++ (Objective Modular Network Testbed in C++), an open source discrete event simulator. The contributions of this thesis can be applied jointly and were successfully integrated with each other, which resulted in an optimized CR MAC solution that addresses the two main concerns in distributed CR scenarios: protecting the PUs from harmful interference; and improving the communication performance of the SUs. To the best of our knowledge, the proposed solutions and the level of completeness that they jointly achieve are not found in any other existing distributed CR MAC proposal. We also note that they define directions that can be followed by other CR MAC protocols, particularly those that target distributed CR networks

Application of high-strength biodegradable polyurethanes containing different ratios of biobased isomannide and poly (E-caprolactone) diol

Biodegradable–biocompatible polyurethanes were prepared with fixed hexamethylene diisocyanate and varying ratios of isomannide and poly(ϵ-caprolactone) diol using a simple one-step polymerization without a catalyst. The polyurethane structures were confirmed by 1H-nuclear magnetic resonance, Fourier transform infrared spectroscopy, and gel permeation chromatography. The glass transition temperatures were determined by thermal analysis to be between 25°C and 30°C. Degradation tests performed at 37°C in phosphate buffer produced mass losses of 5%–10% after 8 weeks. After 5 days of culture, using osteoblastic cells, the relative cell number on all the polyurethane films was only slightly lower than that of an optimized tissue culture plastic. These polymers offer significant promise with a simplistic synthesis and controlled degradation

Short-scale turbulent fluctuations driven by the electron-temperature gradient in the national spherical torus experiment

Measurements with coherent scattering of electromagnetic waves in plasmas of the National Spherical Torus Experiment indicate the existence of turbulent fluctuations in the range of wave numbers k(perpendicular to)rho(e)=0.1-0.4, corresponding to a turbulence scale length nearly equal to the collisionless skin depth. Experimental observations and agreement with numerical results from a linear gyrokinetic stability code support the conjecture that the observed turbulence is driven by the electron-temperature gradient.X1155sciescopu

Coherent and Dynamic Beam Splitting based on Light Storage in Cold Atoms

We demonstrate a coherent and dynamic beam splitter based on light storage in cold atoms. An input weak laser pulse is first stored in a cold atom ensemble via electromagnetically-induced transparency (EIT). A set of counter-propagating control fields, applied at a later time, retrieves the stored pulse into two output spatial modes. The high visibility interference between the two output pulses clearly demonstrates that the beam splitting process is coherent. Furthermore, by manipulating the control lasers, it is possible to dynamically control the storage time, the power splitting ratio, the relative phase, and the optical frequencies of the output pulses. With further improvements, the active beam splitter demonstrated in this work might have applications in photonic photonic quantum information and in all-optical information processing.1174Ysciescopu

Internal transport barriers in the National Spherical Torus Experiment

In the National Spherical Torus Experiment [M. Ono , Nucl. Fusion 41, 1435 (2001)], internal transport barriers (ITBs) are observed in reversed (negative) shear discharges where diffusivities for electron and ion thermal channels and momentum are reduced. While neutral beam heating can produce ITBs in both electron and ion channels, high harmonic fast wave heating can also produce electron ITBs (e-ITBs) under reversed magnetic shear conditions without momentum input. Interestingly, the location of the e-ITB does not necessarily match that of the ion ITB (i-ITB). The e-ITB location correlates best with the magnetic shear minima location determined by motional Stark effect constrained equilibria, whereas the i-ITB location better correlates with the location of maximum ExB shearing rate. Measured electron temperature gradients in the e-ITB can exceed critical gradients for the onset of electron thermal gradient microinstabilities calculated by linear gyrokinetic codes. A high-k microwave scattering diagnostic shows locally reduced density fluctuations at wave numbers characteristic of electron turbulence for discharges with strongly negative magnetic shear versus weakly negative or positive magnetic shear. Reductions in fluctuation amplitude are found to be correlated with the local value of magnetic shear. These results are consistent with nonlinear gyrokinetic simulations predicting a reduction in electron turbulence under negative magnetic shear conditions despite exceeding critical gradients.X1128sciescopu

Preserved neural dynamics across animals performing similar behaviour

Animals of the same species exhibit similar behaviours that are advantageously adapted to their body and environment. These behaviours are shaped at the species level by selection pressures over evolutionary timescales. Yet, it remains unclear how these common behavioural adaptations emerge from the idiosyncratic neural circuitry of each individual. The overall organization of neural circuits is preserved across individuals1 because of their common evolutionarily specified developmental programme2-4. Such organization at the circuit level may constrain neural activity5-8, leading to low-dimensional latent dynamics across the neural population9-11. Accordingly, here we suggested that the shared circuit-level constraints within a species would lead to suitably preserved latent dynamics across individuals. We analysed recordings of neural populations from monkey and mouse motor cortex to demonstrate that neural dynamics in individuals from the same species are surprisingly preserved when they perform similar behaviour. Neural population dynamics were also preserved when animals consciously planned future movements without overt behaviour12 and enabled the decoding of planned and ongoing movement across different individuals. Furthermore, we found that preserved neural dynamics extend beyond cortical regions to the dorsal striatum, an evolutionarily older structure13,14. Finally, we used neural network models to demonstrate that behavioural similarity is necessary but not sufficient for this preservation. We posit that these emergent dynamics result from evolutionary constraints on brain development and thus reflect fundamental properties of the neural basis of behaviour