Formulation Pre-screening of Inhalation Powders Using Computational Atom–Atom Systematic Search Method

The synthonic modeling approach provides a molecule-centered understanding of the surface properties of crystals. It has been applied extensively to understand crystallization processes. This study aimed to investigate the functional relevance of synthonic modeling to the formulation of inhalation powders by assessing cohesivity of three active pharmaceutical ingredients (APIs, fluticasone propionate (FP), budesonide (Bud), and salbutamol base (SB)) and the commonly used excipient, α-lactose monohydrate (LMH). It is found that FP (−11.5 kcal/mol) has a higher cohesive strength than Bud (−9.9 kcal/mol) or SB (−7.8 kcal/mol). The prediction correlated directly to cohesive strength measurements using laser diffraction, where the airflow pressure required for complete dispersion (CPP) was 3.5, 2.0, and 1.0 bar for FP, Bud, and SB, respectively. The highest cohesive strength was predicted for LMH (−15.9 kcal/mol), which did not correlate with the CPP value of 2.0 bar (i.e., ranking lower than FP). High FP–LMH adhesive forces (−11.7 kcal/mol) were predicted. However, aerosolization studies revealed that the FP–LMH blends consisted of agglomerated FP particles with a large median diameter (∼4–5 μm) that were not disrupted by LMH. Modeling of the crystal and surface chemistry of LMH identified high electrostatic and H-bond components of its cohesive energy due to the presence of water and hydroxyl groups in lactose, unlike the APIs. A direct comparison of the predicted and measured cohesive balance of LMH with APIs will require a more in-depth understanding of highly hydrogen-bonded systems with respect to the synthonic engineering modeling tool, as well as the influence of agglomerate structure on surface–surface contact geometry. Overall, this research has demonstrated the possible application and relevance of synthonic engineering tools for rapid pre-screening in drug formulation and design

Adaptive filtering considerations for space-based radar

Issued as final reportThis item was temporarily removed from SMARTech at the request of the Georgia Tech Research Institute on May 8, 2009

ЖОРСТКІСТЬ ПРИКРІПЛЮВАЧІВ ПРОМІЖНИХ СКРІПЛЕНЬ ДЕРЕВ’ЯНИХ ШПАЛ ПРИ ДІЇ ГОРИЗОНТАЛЬНИХ ПОПЕРЕЧНИХ СИЛ

Purpose. Despite the steady increase in the length of sections of continuous welded rail on concrete sleepers, wooden railway sleepers, as one of the options of under-rail bearings, are still operated on a sufficiently large number of areas, in particular, remain uncontested in the curve of up to 350m radius, as well as on the main ways of subways. The main types of fasteners in the most common types of intermediate rail fastenings for wooden sleepers are track screws and spikes. Since the «wheel-rail» system contact peculiarities existing in track curved sections have a significant impact on the processes of interaction between the railway track and rolling stock, it is necessary in this work to determine the rigidity of the track screws and spikes, which are directly involved in the formation of spatial rigidity of the intermediate rail fastening nodes under the influence of horizontal transverse forces. Methodology. The study of the track screw and spike rigidity was conducted experimentally for the two types of intermediate rail fastenings – D0 and «Metro». To carry out experimental tests, 10 test sites were selected on the roads of the regional branch of «Southern Railway» of «Ukrzaliznytsia», and 8 – in the main routes of KP «Kharkiv Metro». Each of the test sites was in approximately the same operating conditions, but had different values of passed tonnage. Findings. The values of the track screw and spike rigidity were obtained. Originality. The authors first obtained the experimental data on variation in rigidity of track screw and spike, depending on the useful life for the main railways and subway routes. This allows calculation of the horizontal shear forces in track curved sections (particularly in curves of up to 350 m radius), as well as the forecast evaluation of their level change during operation. Practical value. Based on the experimental data, it was found that variation in rigidity of track screw and spike depending on the lifetime is nonlinear. These experiments allow a more rational approach to the issue of determining the optimal design of the intermediate rail fasteners, based on the specific operating conditions, and may also contribute to the development of measures to improve the reliability of the components of intermediate rail fastenings for wooden sleepers.Цель. Несмотря на постоянное увеличение протяженности участков с бесстыковым путем на железобетонных шпалах, деревянные шпалы – это один из вариантов подрельсовых опор, которые эксплуатируются на достаточно большом количестве направлений, в частности, остаются безальтернативными в кривых радиусами до 350 м, а также в главных путях метрополитенов. Основными видами прикрепителей в наиболее распространенных типах промежуточных рельсовых скреплениях для деревянных шпал являются путевые костыли и шурупы. Поскольку существующие в кривых участках пути особенности контакта системы «колесо-рельс» имеют существенное влияние на процессы взаимодействия железнодорожного пути и подвижного состава, в работе необходимо определить жесткость путевых шурупов и костылей, которые непосредственно участвуют в формировании пространственной жесткости узлов промежуточных рельсовых скреплений при воздействии горизонтальных поперечных сил. Методика. Исследование жесткости прикрепителей проводилось экспериментально для двух типов промежуточных рельсовых скреплений – Д0 и «Метро». Для проведения экспериментальных испытаний было выбрано 10 опытных участков на путях регионального филиала «Южная железная дорога» ОАО «Укрзализныця», и 8 – на главных путях КП «Харьковский метрополитен». Каждый из опытных участков находился в примерно одинаковых эксплуатационных условиях, но имел разную величину пропущенного тоннажа. Результаты. Получены значения жесткости путевых костылей и шурупов. Научная новизна. Авторами впервые были получены экспериментальные данные по изменению жесткостей прикрепителей (путевых шурупов и костылей) в зависимости от срока эксплуатации для магистральных железных дорог и путей метрополитенов. Это позволяет выполнять расчеты величины горизонтальных поперечных сил в кривых участках пути (в частности в кривых с радиусами менее 350 м), а также прогнозно оценивать изменение их уровня в процессе эксплуатации. Практическая значимость. На основе полученных экспериментальных данных было установлено, что изменение жесткости путевых шурупов и костылей, в зависимости от срока службы, носит нелинейный характер. Проведенные исследования позволяют более рационально подходить к вопросу определения оптимальной конструкции промежуточных рельсовых скреплений, исходя из конкретных условий эксплуатации, а также могут способствовать разработке мероприятий по повышению надежности работы узлов промежуточных рельсовых скреплений для деревянных шпал.Мета. Незважаючи на постійне збільшення протяжності ділянок із безстиковою колією на залізобетонних шпалах, дерев’яні шпали – це один із варіантів підрейкових опор, що експлуатуються на достатньо великій кількості напрямків, зокрема, залишаються безальтернативними в кривих радіусами до 350 м, а також у головних коліях метрополітенів. Основними видами прикріплювачів у найбільш розповсюджених типах проміжних рейкових скріпленнях для дерев’яних шпал є колійні костилі та шурупи. Оскільки існуючі в кривих ділянках колії особливості контактування системи «колесо-рейка» мають суттєвий вплив на процеси взаємодії залізничної колії та рухомого складу, в роботі необхідно визначити жорсткість колійних шурупів та костилів, які безпосередньо приймають участь у формуванні просторової жорсткості вузлів проміжних рейкових скріплень при дії горизонтальних поперечних сил. Методика. Дослідження жорсткостей прикріплювачів проводились експериментально для двох типів проміжних рейкових скріплень – ДО та «Метро». Для проведення експериментальних випробувань було обрано 10 дослідних ділянок на коліях регіональної філії «Південна залізниця» ПАТ «Укрзалізниця», та 8 – на головних коліях КП «Харківський метрополітен». Кожна з дослідних ділянок знаходилась у приблизно однакових експлуатаційних умовах, але мала різну величину пропущеного тоннажу. Результати. Отримані значення жорсткості колійних костилів та шурупів. Наукова новизна. Авторами вперше були отримані експериментальні дані щодо зміни жорсткостей прикріплювачів (колійних шурупів та костилів), залежно від терміну експлуатації для магістральних залізниць та колій метрополітенів. Це дає змогу виконувати розрахунки величини горизонтальних поперечних сил у кривих ділянках колії (зокрема в кривих із радіусами менше 350 м), а також прогнозно оцінювати зміну їх рівня в процесі експлуатації. Практична значимість. На основі отриманих експериментальних даних було встановлено, що зміна жорсткості колійних шурупів та костилів, залежно від терміну служби, носить нелінійний характер. Проведені дослідження дозволяють більш раціонально підходити до питання визначення оптимальної конструкції проміжних рейкових скріплень, виходячи з конкретних умов експлуатації, а також сприятимуть розробці заходів щодо підвищення надійності роботи вузлів проміжних рейкових скріплень для дерев’яних шпал

Fluid flow in the sarcomere

A highly organized and densely packed lattice of molecular machinery within the sarcomeres of muscle cells powers contraction. Although many of the proteins that drive contraction have been studied extensively, the mechanical impact of fluid shearing within the lattice of molecular machinery has received minimal attention. It was recently proposed that fluid flow augments substrate transport in the sarcomere, however, this analysis used analytical models of fluid flow in the molecular machinery that could not capture its full complexity. By building a finite element model of the sarcomere, we estimate the explicit flow field, and contrast it with analytical models. Our results demonstrate that viscous drag forces on sliding filaments are surprisingly small in contrast to the forces generated by single myosin molecular motors. This model also indicates that the energetic cost of fluid flow through viscous shearing with lattice proteins is likely minimal. The model also highlights a steep velocity gradient between sliding filaments and demonstrates that the maximal radial fluid velocity occurs near the tips of the filaments. To our knowledge, this is the first computational analysis of fluid flow within the highly structured sarcomere.Army Research Office (Contract W911NF-14-1-0396)NIH (Grant P30AR074990

Study of the main geochemical characteristics of Phobos' regolith using laser time-of-flight mass spectrometry

The peculiarities of the airborne LAZMA instrument applied for the measurement of the isotopic and elemental composition of Phobos’ regolith by the method of laser time-of-flight mass spectrometry are discussed. These measurements may confirm the assumptions that the material of Phobos is an initial substance with a composition close to carbonaceous chondrites, from which the Earth was formed. The results of the measurements may also confirm the original mechanism of the formation of the anomalous absorption of Phobos’ regolith suggested in this study. The obtained results regarding the elemental composition of the regolith may contain information about the conditions of the formation of Phobos, as well as provide information about it age. The scientific tasks of individual experiments and ways for their realization are considered in the paper. A detailed description of the airborne instrument and the principle of its operation is presented. The analytical and technical characteristics of the instrument and the peculiarities of constructive decisions are given. Data on the most important functional assemblies of the instrument, the development and transmission of scientific information to the Earth, are considered. The mass spectra presented in the paper were obtained by airborne instruments during the course of their laboratory test and the selection of the operating regime. It is demonstrated that the LAZMA instrument is the first version of the original next-generation airborne instrument constructed at the Space Research Institute and patented in Russia