Computer simulation of crystallization kinetics with non-Poisson distributed nuclei

The influence of non-uniform distribution of nuclei on crystallization kinetics of amorphous materials is investigated. This case cannot be described by the well-known Johnson-Mehl-Avrami (JMA) equation, which is only valid under the assumption of a spatially homogeneous nucleation probability. The results of computer simulations of crystallization kinetics with nuclei distributed according to a cluster and a hardcore distribution are compared with JMA kinetics. The effects of the different distributions on the so-called Avrami exponent $n$ are shown. Furthermore, we calculate the small-angle scattering curves of the simulated structures which can be used to distinguish experimentally between the three nucleation models under consideration.Comment: 14 pages including 7 postscript figures, uses epsf.sty and ioplppt.st

Phase-field approach to polycrystalline solidification including heterogeneous and homogeneous nucleation

Advanced phase-field techniques have been applied to address various aspects of polycrystalline solidification including different modes of crystal nucleation. The height of the nucleation barrier has been determined by solving the appropriate Euler-Lagrange equations. The examples shown include the comparison of various models of homogeneous crystal nucleation with atomistic simulations for the single component hard-sphere fluid. Extending previous work for pure systems (Gránásy L, Pusztai T, Saylor D and Warren J A 2007 Phys. Rev. Lett. 98 art no 035703), heterogeneous nucleation in unary and binary systems is described via introducing boundary conditions that realize the desired contact angle. A quaternion representation of crystallographic orientation of the individual particles (outlined in Pusztai T, Bortel G and Gránásy L 2005 Europhys. Lett. 71 131) has been applied for modeling a broad variety of polycrystalline structures including crystal sheaves, spherulites and those built of crystals with dendritic, cubic, rhombododecahedral, truncated octahedral growth morphologies. Finally, we present illustrative results for dendritic polycrystalline solidification obtained using an atomistic phase-field model

Anomalously low Rayleigh scattering by CdS/CdSe doped glasses

International audienceLight scattering (Raman, Rayleigh and Mandelshtam-Brillouin) and absorption of commercial color glasses (cut-off optical filters containing nanocrystals of ternary compounds CdSxSe1-x) were studied. It was found for the first time that the contribution of nanocrystals to the Rayleigh scattering is unprecedentedly low for some of these glasses. This conclusion is confirmed by estimation of nanocrystal size and volume fraction from low-frequency Raman scattering and absorbance spectroscopy for a chosen set of samples. Anomalously low Rayleigh scattering of nanocrystals is explained in terms of interference of light scattered by different nanocrystals (in-terparticle interference). The possibility of interparticle interference effects in the case of small volume fraction of nanocrystals is illustrated by computer simulation using the model of diffusion-limited phase transformation proposed earlier

Вплив ягід брусниці на стан вуглеводного метаболізму, структуру гіпокампа та когнітивну функцію у мишей, нокаутних за геном аполіпопротеїну Е

Objective — to evaluate the qualitative changes in indicators of carbohydrate metabolism that associated with nervous function (glucose level and alpha‑amylase activity in the blood), as well as characterize the structure of the hippocampal CA1 area and cognitive ability in ApoE‑/‑ mice when adding whole lingonberries and insoluble fraction of the berries into a high‑fat (HF) diet.Methods and subjects. The study was conducted on 8‑week‑old male ApoE‑/‑ mice which were distributed into 4 groups in accordance with diets’ composition: 1 — LF (low‑fat) control (12 % kcal of fat); 2 — HF control (38 % kcal of fat); 3 — WL: the animals fed a HF diet with whole lingonberries; 4 — IFL: the animals that consumed insoluble fraction of lingonberries within a HF diet. The feeding period lasted 8 weeks. During the last week of the investigation, T‑maze test and oral glucose tolerance test (OGTT) were performed. After the end of the experiment we determined alpha‑amylase activity in blood serum, examined the hippocampal histological structure.Results. Whole lingonberries and their insoluble fraction accelerated the removal of excess glucose from the blood, as evidenced by decreased area under the OGTT glucose response curve in ApoE‑/‑ mice by 9.2 — 19 %, compared with LF and HF control diets. IFL animals also demonstrated a significant increase in the activity of serum alpha‑amylase: by 12.5 % compared to LF controls and by 12.3 % compared to HF controls. Meanwhile, LF control mice had an impaired pyramidal layer structure in the hippocampal CA1 area, as well as reduced density of intact pyramidal neurons relative to other groups. The intake of lingonberries did not induce substantial changes in the structure of CA1 area in ApoE‑/‑ mice, compared to HF controls. Nevertheless, an increase in the area of pyramidal cells nuclei was observed in WL and IFL animals, which may indicate an elevated functional activity of these cells. In behavioral testing, all ApoE‑/‑ animals had a high alternation rate in the T‑maze test (76.7 — 93.3 %). And only the LF control group was characterized by a tendency to cognitive decline, compared with the HF control and WL groups.Conclusions. The results presented in the work indicate that whole lingonberries and their insoluble fraction improve carbohydrate metabolism in ApoE‑/‑ mice, which may have a beneficial impact on the structural and functional state of brain tissue via alterations in insulin signaling. Berries as a part of investigated diets may also increase the functional activity in the pyramidal cells of the hippocampal CA1 area. Behavioral test did not find significant cognitive impairments, possibly because of young age of the animals. кцией (уровня глюкозы и активности a‑амилазы в крови), охарактеризовать структуру зоны СА1 гиппокампа и когнитивную способность у мышей, нокаутных по гену аполипопротеина Е (АроЕ‑/‑), при добавлении целых ягод брусники и нерастворимой фракции ягод к высокожировому (ВЖ) рациону.Материалы и методы. Исследование проведены на 8‑недельных самцах мышей АроЕ‑/‑, которых разделили на четыре группы в зависимости от состава диеты: НЖ‑контроль — низкожировой (НЖ) рацион (12 % ккал жира),  ВЖ‑контроль — высокожировая (ВЖ) диета (38 % ккал жира), ЦЯ — животные, которых кормили ВЖ‑диетой с добавлением целых ягод брусники; НФЯ — животные, получавшие нерастворимую фракцию ягод брусники в составе ВЖ‑рациона. Период экспериментального кормления составлял 8 нед. На протяжении последней недели исследования проводили тест в Т‑лабиринте на пространственную рабочую память, а также пероральный глюкозотолерантный тест. По окончании эксперимента определяли активность a‑амилазы в сыворотке крови и изучали гистологическую структуру гиппокампа.Результаты. Применение целых ягод брусники и их нерастворимой фракции ускоряло выведение избыточной глюкозы из крови, о чем свидетельствовало уменьшение площади под гликемической кривой в течение перорального глюкозотолерантного теста на 9,2 — 19,0 % по сравнению с НЖ‑контролем и ВЖ‑контролем. Животные группы НФЯ демонстрировали значимое усиление активности a‑амилазы в сыворотке крови: на 12,5 % по сравнению с НЖ‑контролем и на 12,3 % по сравнению с ВЖ‑контролем. В группе НЖ‑контроля животные имели нарушенную структуру пирамидного слоя в зоне СА1 гиппокампа и сниженную плотность интактных пирамидных нейронов по сравнению с остальными группами. Употребление ягод брусники не вызывало существенных изменений структуры пирамидного слоя зоны СА1 гиппокампа мышей АроЕ‑/‑, по сравнению с ВЖ‑диеты. В группах ЦЯ и НФЯ отмечено увеличение площади сечения ядер пирамидных нейронов, что, вероятно, свидетельствует о повышенной функциональной активности данных клеток. Во время поведенческого тестирования все мыши АроЕ‑/‑ имели высокий показатель чередования в Т‑лабиринте (76,7 — 93,3 %). Только у животных группы НЖ‑контроля выявлена тенденция к когнитивному снижению по сравнению с группами ВЖ‑контроля и ЦЯ.Выводы. Установлено, что целые ягоды брусники и их нерастворимая фракция улучшают углеводный метаболизм у мышей АроЕ‑/‑, что может положительно влиять на структурно‑функциональное состояние мозговой ткани посредством изменения инсулиновой сигнализации. Ягоды брусники в составе исследуемых диет способны усилить функциональную активность в пирамидных клетках зоны СА1 гиппокампа. Поведенческий тест не выявил значимих когнитивных нарушений, что, вероятно, связано с молодым возрастом животных. Мета — оцінити кількісні зміни показників вуглеводного метаболізму, пов’язаних із нервовою функцією (рівня глюкози і активності a‑амілази в крові), охарактеризувати структуру зони СА1 гіпокампа та когнітивну здатність у мишей, нокаутних за геном аполіпопротеїну Е (АроЕ‑/‑), при додаванні цілих ягід брусниці та нерозчинної фракції ягід до високожирового (ВЖ) раціону.Матеріали і методи. Дослідження проведено на 8‑тижневих самцях мишей АроЕ‑/‑, яких розділили на чотири групи по 10 тварин залежно від складу дієти: НЖ‑контроль — низькожировий (НЖ) раціон (12 % ккал жиру); ВЖ‑контроль — високожирова (ВЖ) дієта (38 % ккал жиру);  ЦЯ — тварини, яких годували ВЖ‑дієтою із додаванням цілих ягід брусниці; НФЯ — тварини, котрі отримували нерозчинну фракцію ягід брусниці у складі ВЖ‑раціону. Період експериментального годування становив 8 тиж. Протягом останнього тижня дослідження проводили тест у Т‑лабіринті на просторову робочу пам’ять, а також пероральний глюкозотолерантний тест. По завершенні експерименту визначали активність a‑амілази в сироватці крові та вивчали гістологічну структуру гіпокампа.Результати. Застосування цілих ягід брусниці та їх нерозчинної фракції пришвидшувало виведення надлишкової глюкози з крові, про що свідчило зменшення площі під глікемічною кривою протягом перорального глюкозотолерантного тесту на 9,2 — 19,0 % порівняно з НЖ‑контролем і ВЖ‑контролем. Тварини групи НФЯ демонстрували значуще збільшення активності a‑амілази в сироватці крові: на 12,5 % порівняно з НЖ‑контролем і на 12,3 % порівняно з ВЖ‑контролем. В групі НЖ‑контролю тварини мали порушену структуру пірамідного шару в зоні СА1 гіпокампа та знижену щільність неушкоджених пірамідних нейронів порівняно з іншими групами. Споживання ягід брусниці не спричиняло суттєвих змін структури пірамідного шару зони СА1 гіпокампа мишей АроЕ‑/‑, на відміну від ВЖ‑дієти. У групах ЦЯ та НФЯ відзначено збільшення площі перерізу ядер пірамідних нейронів, що, ймовірно, свідчить про підвищення функціональної активності цих клітин. Під час поведінкового тестування всі миші АроЕ‑/‑ мали високий показник чергування у Т‑лабіринті (76,7 — 93,3 %). Лише у тварин НЖ‑контролю виявлено тенденцію до когнітивного зниження порівняно з групами ВЖ і ЦЯ.Висновки. Установлено, що цілі ягоди брусниці та їх нерозчинна фракція поліпшують вуглеводний метаболізм у мишей АроЕ‑/‑, що може позитивно впливати на структурно‑функціональний стан мозкової тканини шляхом зміни інсулінової сигналізації. Ягоди брусниці в складі досліджуваних дієт здатні посилити функціональну активність у пірамідних клітинах зони СА1 гіпокампа. Поведінковий тест не виявив значущих когнітивних порушень, що, ймовірно, пов’язано з молодим віком тварин.