LC‐IMPACT: A regionalized life cycle damage assessment method

Life cycle impact assessment (LCIA) is a lively field of research, and data and models are continuously improved in terms of impact pathways covered, reliability, and spatial detail. However, many of these advancements are scattered throughout the scientific literature, making it difficult for practitioners to apply the new models. Here, we present the LC‐IMPACT method that provides characterization factors at the damage level for 11 impact categories related to three areas of protection (human health, ecosystem quality, natural resources). Human health damage is quantified as disability adjusted life years, damage to ecosystem quality as global species extinction equivalents (based on potentially disappeared fraction of species), and damage to mineral resources as kilogram of extra ore extracted. Seven of the impact categories include spatial differentiation at various levels of spatial scale. The influence of value choices related to the time horizon and the level of scientific evidence of the impacts considered is quantified with four distinct sets of characterization factors. We demonstrate the applicability of the proposed method with an illustrative life cycle assessment example of different fuel options in Europe (petrol or biofuel). Differences between generic and regionalized impacts vary up to two orders of magnitude for some of the selected impact categories, highlighting the importance of spatial detail in LCIA. This article met the requirements for a gold – gold JIE data openness badge described at http://jie.click/badges.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

A New Type of Proton Coordination in an F1Fo-ATP Synthase Rotor Ring

The high-resolution structure of the rotor ring from alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4 reveals a new type of ion binding in F1Fo-ATP synthases

New ceramic composite intervertebral prostheses : Materials study, set up of a new in vitro assessment and performance analysis

Ce travail de thèse a porté sur de nouveaux implants intervertébraux en céramique. Au cours du projet dans son ensemble (projet européen Longlife), un nouveau matériau et de nouveaux designs d’implants ont été développés, ainsi qu’un nouveau test destiné à simuler les sollicitations subies in vivo par les implants afin d’estimer leur durée de vie. Le nouveau matériau développé est un composite triphasé composé d’une matrice de zircone dopée à l’oxyde de cérium (pour sa résistance au vieillissement), d’une phase globulaire d’alumine α (pour affiner la microstructure) et d’une phase allongée composée d’aluminates de strontium (pour augmenter la ténacité). La première partie du travail a consisté à caractériser ce matériau afin de connaître son comportement en termes de résistance mécanique, stabilité thermique, et de résistance à la stérilisation. Une deuxième partie a été consacrée au développement d’un test multiphysique regroupant les différentes sollicitations attendues par une prothèse in vivo (fatigue axiale, micro-séparation, vieillissement et usure). Il a fallu pour cela s’appuyer sur des simulations numériques qui ont permis de développer le système. Les données de la littérature ont été utilisées afin de choisir les paramètres du test (durée, fréquence, milieu d’essai). Enfin, la dernière partie de ce travail a été la mise à l’épreuve de différents prototypes à travers le test multiphysique et leur caractérisation en cours d’essai. Les principaux résultats de ce travail de thèse sont les suivants : le composite montre un comportement pseudo-plastique sous charge, avec une nette transformation de phase avant rupture, ce qui est positif dans le cadre de son utilisation. De plus, il ne semble pas affecté par la stérilisation. Du point de vue des implants développés, peu passent le test multiphysique. Le design, ainsi que la géométrie (notamment la clearance des échantillons) sont des leviers d’amélioration qui permettront d’augmenter la fiabilité des implants.This work deals with the development of new intervertebral prostheses, made with ceramics. A whole European project, Longlife, was dedicated to the development of such implants. To achieve this goal, several axes have been followed: the synthesis of a new material, the development of new designs of intervertebral bodies, and the set-up of a new test aimed at reproducing in vitro the different solicitations undergone by an intervertebral implant in vivo. The new material developed is a triphasic composite composed of a matrix of ceria-doped zirconia (insensitive to ageing), a secondary globular phase of α-alumina (to reduce the grain size), and a third, elongated phase composed of strontium aluminates platelets (in order to improve fracture toughness). The first part of this work was to characterize this new material in order to forecast its behaviour under mechanical solicitation, thermal stability and resistance to sterilization. Secondly, the set-up of the new test is exposed. Different steps were chosen (axial fatigue, micro-separation, ageing and wear) in order to reproduce the “real-life” solicitations. To achieve this goal, Finite Elements simulations were performed, allowing the development of specific specimen holders that mimic the fixation of the implants in the vertebrae. The parameters of the test (duration, frequency, medium) were chosen after a details survey of the literature and of standards. At the end, we tested different prototypes trough this new multiphysic assessment set up. As a main result of this thesis, the chosen ceramic composite exhibits a pseudo-plastic behaviour, with a large deformation due to phase transformation before fracture, which is a positive result in the framework of the forecast applications. Moreover, the material doesn’t seem degraded by the sterilization processes. Concerning the multiphysic test, only a few implants resisted it. The design of the implants is a key-point, as well as the geometry (in particular, clearance seems to be critical)

Nouvelles prothèses intervertébrales en composite céramique : Etude des matériaux, mise en place d'un test multiphysique in vitro et analyse de performances

This work deals with the development of new intervertebral prostheses, made with ceramics. A whole European project, Longlife, was dedicated to the development of such implants. To achieve this goal, several axes have been followed: the synthesis of a new material, the development of new designs of intervertebral bodies, and the set-up of a new test aimed at reproducing in vitro the different solicitations undergone by an intervertebral implant in vivo. The new material developed is a triphasic composite composed of a matrix of ceria-doped zirconia (insensitive to ageing), a secondary globular phase of α-alumina (to reduce the grain size), and a third, elongated phase composed of strontium aluminates platelets (in order to improve fracture toughness). The first part of this work was to characterize this new material in order to forecast its behaviour under mechanical solicitation, thermal stability and resistance to sterilization. Secondly, the set-up of the new test is exposed. Different steps were chosen (axial fatigue, micro-separation, ageing and wear) in order to reproduce the “real-life” solicitations. To achieve this goal, Finite Elements simulations were performed, allowing the development of specific specimen holders that mimic the fixation of the implants in the vertebrae. The parameters of the test (duration, frequency, medium) were chosen after a details survey of the literature and of standards. At the end, we tested different prototypes trough this new multiphysic assessment set up. As a main result of this thesis, the chosen ceramic composite exhibits a pseudo-plastic behaviour, with a large deformation due to phase transformation before fracture, which is a positive result in the framework of the forecast applications. Moreover, the material doesn’t seem degraded by the sterilization processes. Concerning the multiphysic test, only a few implants resisted it. The design of the implants is a key-point, as well as the geometry (in particular, clearance seems to be critical).Ce travail de thèse a porté sur de nouveaux implants intervertébraux en céramique. Au cours du projet dans son ensemble (projet européen Longlife), un nouveau matériau et de nouveaux designs d’implants ont été développés, ainsi qu’un nouveau test destiné à simuler les sollicitations subies in vivo par les implants afin d’estimer leur durée de vie. Le nouveau matériau développé est un composite triphasé composé d’une matrice de zircone dopée à l’oxyde de cérium (pour sa résistance au vieillissement), d’une phase globulaire d’alumine α (pour affiner la microstructure) et d’une phase allongée composée d’aluminates de strontium (pour augmenter la ténacité). La première partie du travail a consisté à caractériser ce matériau afin de connaître son comportement en termes de résistance mécanique, stabilité thermique, et de résistance à la stérilisation. Une deuxième partie a été consacrée au développement d’un test multiphysique regroupant les différentes sollicitations attendues par une prothèse in vivo (fatigue axiale, micro-séparation, vieillissement et usure). Il a fallu pour cela s’appuyer sur des simulations numériques qui ont permis de développer le système. Les données de la littérature ont été utilisées afin de choisir les paramètres du test (durée, fréquence, milieu d’essai). Enfin, la dernière partie de ce travail a été la mise à l’épreuve de différents prototypes à travers le test multiphysique et leur caractérisation en cours d’essai. Les principaux résultats de ce travail de thèse sont les suivants : le composite montre un comportement pseudo-plastique sous charge, avec une nette transformation de phase avant rupture, ce qui est positif dans le cadre de son utilisation. De plus, il ne semble pas affecté par la stérilisation. Du point de vue des implants développés, peu passent le test multiphysique. Le design, ainsi que la géométrie (notamment la clearance des échantillons) sont des leviers d’amélioration qui permettront d’augmenter la fiabilité des implants

Nouvelles prothèses intervertébrales en composite céramique : Etude des matériaux, mise en place d'un test multiphysique in vitro et analyse de performances

This work deals with the development of new intervertebral prostheses, made with ceramics. A whole European project, Longlife, was dedicated to the development of such implants. To achieve this goal, several axes have been followed: the synthesis of a new material, the development of new designs of intervertebral bodies, and the set-up of a new test aimed at reproducing in vitro the different solicitations undergone by an intervertebral implant in vivo. The new material developed is a triphasic composite composed of a matrix of ceria-doped zirconia (insensitive to ageing), a secondary globular phase of α-alumina (to reduce the grain size), and a third, elongated phase composed of strontium aluminates platelets (in order to improve fracture toughness). The first part of this work was to characterize this new material in order to forecast its behaviour under mechanical solicitation, thermal stability and resistance to sterilization. Secondly, the set-up of the new test is exposed. Different steps were chosen (axial fatigue, micro-separation, ageing and wear) in order to reproduce the “real-life” solicitations. To achieve this goal, Finite Elements simulations were performed, allowing the development of specific specimen holders that mimic the fixation of the implants in the vertebrae. The parameters of the test (duration, frequency, medium) were chosen after a details survey of the literature and of standards. At the end, we tested different prototypes trough this new multiphysic assessment set up. As a main result of this thesis, the chosen ceramic composite exhibits a pseudo-plastic behaviour, with a large deformation due to phase transformation before fracture, which is a positive result in the framework of the forecast applications. Moreover, the material doesn’t seem degraded by the sterilization processes. Concerning the multiphysic test, only a few implants resisted it. The design of the implants is a key-point, as well as the geometry (in particular, clearance seems to be critical).Ce travail de thèse a porté sur de nouveaux implants intervertébraux en céramique. Au cours du projet dans son ensemble (projet européen Longlife), un nouveau matériau et de nouveaux designs d’implants ont été développés, ainsi qu’un nouveau test destiné à simuler les sollicitations subies in vivo par les implants afin d’estimer leur durée de vie. Le nouveau matériau développé est un composite triphasé composé d’une matrice de zircone dopée à l’oxyde de cérium (pour sa résistance au vieillissement), d’une phase globulaire d’alumine α (pour affiner la microstructure) et d’une phase allongée composée d’aluminates de strontium (pour augmenter la ténacité). La première partie du travail a consisté à caractériser ce matériau afin de connaître son comportement en termes de résistance mécanique, stabilité thermique, et de résistance à la stérilisation. Une deuxième partie a été consacrée au développement d’un test multiphysique regroupant les différentes sollicitations attendues par une prothèse in vivo (fatigue axiale, micro-séparation, vieillissement et usure). Il a fallu pour cela s’appuyer sur des simulations numériques qui ont permis de développer le système. Les données de la littérature ont été utilisées afin de choisir les paramètres du test (durée, fréquence, milieu d’essai). Enfin, la dernière partie de ce travail a été la mise à l’épreuve de différents prototypes à travers le test multiphysique et leur caractérisation en cours d’essai. Les principaux résultats de ce travail de thèse sont les suivants : le composite montre un comportement pseudo-plastique sous charge, avec une nette transformation de phase avant rupture, ce qui est positif dans le cadre de son utilisation. De plus, il ne semble pas affecté par la stérilisation. Du point de vue des implants développés, peu passent le test multiphysique. Le design, ainsi que la géométrie (notamment la clearance des échantillons) sont des leviers d’amélioration qui permettront d’augmenter la fiabilité des implants

Chirale Nanopartikel und ihre Anwendung in Kristallisationsprozessen

Die Chiralität spielt seit Jahren nicht nur in der Chemie eine große Rolle. Im Jahre 1811 wurde die Chiralität und damit die optische Aktivität von François Arago entdeckt. Er beobachtete den Durchgang der Farben im Sonnenlicht entlang einer optischen Achse im Quarzkristall, der sich in einem gekreuzten Polarisator befand. Darauffolgende Experimente von Jean-Baptiste Biot zeigten, dass die Farben durch die Rotation der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht zustande kamen. Er stellte fest, dass einige Quarzkristalle die Schwingungsebene von linear polarisiertem Licht nach rechts und andere diese nach links drehen. Ebenso entdeckte er auch die optische Aktivität der Weinsäure, des Camphers und der Saccharose. Nach seiner Entdeckung von zirkular polarisiertem Licht im Jahre 1824 konnte Fresnel die optische Aktivität auf verschiedenen Brechungsindices für rechts- und linkszirkular polarisiertes Licht zurückführen, welche wiederum in linear polarisiertes Licht zerlegt werden können. Dies führte ihn zur Annahme, dass die optische Aktivität aus einer schraubenförmigen Anordnung der Moleküle im Medium resultiert und diese inverse Eigenschaften besitzt. Die vorangegangenen Arbeiten über die optische Aktivität führten Pasteur 1848 zur Trennung von Kristallen des Natriumammoniumtartrats. Er fand heraus, dass zwei Arten von Kristallen im Salz der Weinsäure vorlagen. Er trennte beide Arten unter dem Mikroskop und stellte fest, dass sie sich wie Bild und Spiegelbild verhielten. Es wurde somit auch die erste Enantiomerentrennung durchgeführt. Beim Lösen in Wasser erkannte er, dass die spiegelbildlichen Kristalle die Ebene von linear polarisierten Lichts um den gleichen Betrag, aber in entgegengesetzte Richtung drehten. Vermischte er die beiden Kristalle, war die Lösung optisch inaktiv, eine sogenannte racemische Verbindung. Erst ein halbes Jahrhundert nach Pasteurs ersten Erkenntnissen, nachdem Duschinsky seine Arbeit über die Effizienz der Separation von Histidinmonohydrochlorid veröffentlichte, begann die Separation von Enantiomeren, das Interesse der Industrie zu wecken.Von immer größer werdender Bedeutung sind Verfahren mit denen man enantiomerenreine Verbindungen erhalten kann. Es bieten sich mehrere Möglichkeiten. Auf der einen Seite können die Verbindungen direkt, in so genannten enantioselektiven Synthesen hergestellt werden, während sie auf der anderen Seite durch Racematspaltung, wie chromatographischen Methoden, Kristallisation und enzymatische Trennung, erhalten werden können.[7] Zur selektiven Synthesen gehört neben der Fermentation und Benutzung chiraler Auxiliaren auch die asymmetrische Katalyse. Fermentationsmethoden machen Gebrauch vom natürlichen Stoffwechsel der Mikroorganismen, um optisch reine Aminosäuren im großen Maßstab erzustellen. Ein Beispiel hierfür wäre die Produktion von L-Lysin durch Fermentation der Zell-Linien des Corynebacterium glutamicum. Ein übliches Verfahren in der Verwendung von chiralen Auxiliaren ist die Umwandlung von Enantiomeren in Diastereomere, um sich die unterschiedliche Reaktivität zu Nutze zu machen. Chirale Auxiliare bilden Addukte mit dem Ausgangstoff, welches die ungewünschte Seite der Trajektorie physikalisch blockiert. Ist das chirale Auxiliar enantiomerenrein, verläuft die Reaktion nicht äquivalent und die Reaktion kann zu unterschiedlichen Produkten führen. Um dies anzuwenden bedarf es einen Reaktionsschritt um das chirale Auxiliar beizufügen und einen um es zu entfernen, was die Ausbeute mindert und die Kosten steigert. Die Anwendung der asymmetrischen Katalyse zur Erhaltung enantiomerenreiner Verbindungen erfordert kleine Mengen chiraler Katalysatoren, welche die Reaktionen in eine gewünschte Richtung fördern und zu einer Bildung enantiomerenreiner Produkte führen. Die herausragende Wichtigkeit der Trennung eines Racemats zeigt sich vor allem in der Pharmazie. Die Enantiomere besitzen unterschiedliche pharmakologische Eigenschaften. Auch wenn ein Enantiomer toxisch ist, kann das andere heilende Wirkung haben. Trotz vieler Methoden, um racemische Gemische in die reinen Enantiomere aufzulösen, werden heute Methoden gesucht, die kostengünstiger sind, und auch existierende Methoden, die weiterentwickelt werden müssen. Eine wichtige, schon bestehende Praxis ist die sogenannte „bevorzugte Kristallisation“ (im engl. „preferential crystallization“), in der ein Enantiomer im Überschuss angereichert wird, welches dann kristallisiert. Eine Bedingung hierfür ist es, dass die racemische Verbindung als Konglomerat, welche sich durch enantiomerenreine Kristalle der jeweiligen gleichen Molekül-Konfiguration im gleichen Verhältnis auszeichnen, kristallisiert. Nur 5 bis 10% aller racemischen Verbindungen können in dieser Form kristallisieren. Nicht nur Racemattrennungen sind durch Kristallisationstechniken verfügbar, sondern auch Reinigungsschritte für nicht-racemische Verbindungen, die durch selektive Synthese oder Chromatographie erhalten wurden. Verglichen mit der asymmetrischen Synthese oder Chromatographie wird die Kristallisation oft als „unzeitgemäß“ angesehen. Schaut man sich jedoch die Herstellungsverfahren vieler enantiomerenreiner Medikamente an, stellt man sehr schnell fest, dass viele heutzutage noch über die klassische Kristallisation hergestellt werden. Im Prinzip ist Pasteurs Technik des Trennens von Kristallen der Enantiomere noch heute eine angewandte Technik, um racemische Verbindungen, die in Form von Konglomeraten kristallisieren, zu trennen. Beispiele für chirale Medikamente die heutzutage industriell über bevorzugte Kristallisation hergestellt werden, sind Breitbandantibiotika wie Chloramphenicol und Lactame. Die ersten Additive, die in der bevorzugten Kristallisation eingesetzt wurden, waren maßgeschneiderte Verbindungen („tailor-made additives“) von Lahav und Leiserowitz. Einen sehr wichtigen Beitrag zur bevorzugten Kristallisation hat Seidel-Morgensterns Forschungsgruppe geliefert, die sich mit mehreren Konglomerat-Systemen beschäftigt und erfolgreich getrennt hat. Mit der Trennung von rac-Threonin mit Verunreinigungen von L-Threonin beschäftigte sich die Gruppe von Matsuoka. Auch Methionin konnte über bevorzugte Kristallisation getrennt werden. Die Trennung von rac-Alanin durch funktionalisiertes Graphenoxid wurde von der Gruppe um Yang untersucht. Diese setzten auch zum ersten Mal chirale Hybridpartikel aus Polyacetylen und Silica in der enantioselektiven Kristallisation ein. Unsere Kooperationspartner aus Israel, die Gruppe Mastai, zeigten erste Erfolge mit chiralen Mikropartikeln als Additive für die bevorzugte Kristallisation. Die Mikropartikel zeichnen sich durch eine relativ kleine Oberfläche und eine Chiralität ihrer Oberfläche aus. Die vielversprechenden neuen Resultate mit chiralen Mikropartikeln waren die Motivation, die Oberfläche von Partikel noch weiter zu erhöhen und die Erkenntnisse in den Nanometerbereich auszuweiten. Die Chiralität von Nanopartikeln ist ein neues spannendes Gebiet, welches physikalische und chemische Oberflächenforschung vereint. Das Ziel dieser Arbeit war es somit, chirale Nanopartikel, basierend auf Aminosäuren herzustellen und diese in der enantioselektiven Kristallisation einzusetzen. Zum einen wurden über eine Schotten-Baumann-Reaktion hergestellte chirale Monomere in der Miniemulsionspolymerisation eingesetzt und somit chirale Nanopartikel erhalten. Zum anderen wurden chiral funktionalisierte Partikel auf der Basis von drei unterschiedlichen chiralen Tensiden hergestellt, wobei ein Tensid polymerisierbare Eigenschaften besitzt und somit kovalent an den Partikel gebunden werden konnte. Mit allen Partikeln wurde der Einfluss in der enantioselektiven Kristallisation von rac-Asparagin getestet. Des Weiteren wurden chirale Nanopartikel auf der Grundlage von Peptiden synthetisiert und diese in der Mineralisation von Calciumcarbonat eingesetzt

Intersectoral cooperation to increase HPV vaccine coverage: an innovative collaboration between Managed Care Organizations and state-level stakeholders

In order to reduce disparities in human papillomavirus (HPV) vaccine coverage, intersectoral approaches are needed to reach vulnerable populations, including Medicaid enrollees. This manuscript describes a collaboration between Medicaid Managed Care Organizations (MCOs), the American Cancer Society, and a state health department in a Midwestern state to address HPV vaccination. Qualitative interviews (n = 11) were conducted via telephone with key stakeholders from the three participating organizations using an interview guide designed to capture the process of developing the partnership and implementing the HPV-focused project. Interviews were transcribed and coded using thematic analysis. Interviewees described motivation to participate, including shared goals, and facilitators, like pooled resources. They cited barriers, such as time and legal challenges. Overall, interviewees reported that they believed this project is replicable. Conducting this project revealed the importance of shared vision, effective communication, and the complementary resources and experiences contributed by each organization. Valuable lessons were learned about reaching the Medicaid population and groundwork was laid for future efforts to serve vulnerable populations and reduce health disparities. This work has significant implications for other organizations seeking to partner with large nonprofits, state health departments, MCOs, or others, and the lessons learned from this project could be translated to other groups working to improve vaccination rates in their communities