Correlazione temporale della velocità in liquidi molecolari

I liquidi sottoraffreddati sono oggetto di intense ricerche che tentano di spiegarne la fenomenologia. Per temperature al di sotto dell'eventuale temperatura di transizione cristallina essi presentano le caratteristiche di liquidi sempre più viscosi all'avvicinarsi della cosiddetta temperatura di transizione vetrosa, alla quale la fluidità è talmente ridotta da farli assimilare a solidi disordinati. Alcuni esempi sono costituiti dai liquidi polimerici (come alcuni collanti a base di PVC) o le sostanze colloidali (come la gelatina). Una proprietà non completamente spiegata di tali sistemi è il comportamento a tempi lunghi della funzione di autocorrelazione della velocità (VACF) dei loro costituenti. Una funzione di autocorrelazione misura la "memoria" di una variabile e la trasformata di Fourier ne dà lo spettro; in particolare la VACF evidenzia alcune proprietà dinamiche come il processo di "ingabbiamento" delle particelle, cioè il fatto di restare intrappolate a causa delle particelle circostanti. Inoltre un'importante relazione teorica [1] la lega al coefficiente di diffusione e sottolinea l'importanza dell'andamento a tempi lunghi. L'avvento delle simulazioni computerizzate ha molto agevolato lo studio dei sistemi complessi; grazie ai calcolatori si è scoperta, poco più di 30 anni fa, l'esistenza di code della VACF a tempi lunghi (nel cosiddetto regime idrodinamico). Queste decadono nel caso di liquidi semplici con forma algebrica dipendente dalla dimensionalità d del sistema, quindi più "lenta" della forma esponenziale propria ad esempio del moto Browniano. In recenti pubblicazioni [2,3] si afferma che aumentando la capacità di ingabbiamento la VACF presenta code con un decadimento t^(−d/2) per liquidi poco ingabbiati ed uno −t^[−(d+2)/2] per quelli molto ingabbiati. Restando nell'ambito della meccanica classica, nel lavoro di tesi vengono esaminate le code per sistemi polimerici costituiti da uguali catene lineari di particelle. - Nel corso della tesi è stato inizialmente svolto uno studio preliminare per fornire una caratterizzazione dei liquidi trattati: la presenza di eterogeneità dinamica è una peculiarità dei liquidi sottoraffreddati che indica la coesistenza di particelle con mobilità molto diverse [4] ed è stata esaminata in molte simulazioni al variare di temperatura, densità, peso molecolare e forma del potenziale [5]. - L'osservazione della VACF a tempi lunghi è stata focalizzata su tre sistemi simulati ex-novo. Due presentano ingabbiamento e differiscono solo per il tipo di bond ("morbidi" e "rigidi") al fine di comprenderne il ruolo negli andamenti delle VACF, il terzo è caratterizzato da assenza di gabbie e bond morbidi. Sono stati scelti sistemi dimerici perché come quelli più complessi mostrano eterogeneità dinamica, ma sono simulabili con minori costi computazionali. - Per risparmiare risorse di calcolo è stato preliminarmente impiegato un metodo di stima del tempo a cui poter troncare le curve VACF, così da poterne poi mediare in numero tale da avere una precisione confrontabile con quella della pubblicazione di riferimento (riguardante simulazioni per sistemi di sfere rigide [2]). Si è sfruttato il metodo statistico delle medie a blocchi tipicamente utilizzato per il calcolo di errori su grandi set di dati [6]. - Si sono comunque rese necessarie grandi risorse calcolo: sono stati usati i mezzi di Grid computing messi a disposizione dal gruppo INFN di Pisa [7]. Questo strumento consente di produrre contemporaneamente molte simulazioni distinte ed è stato svolto in pochi mesi uno sforzo computazionale che un normale modello di personal computer svolgerebbe in tempi dell'ordine dei decenni. Per i tre sistemi risulta infine evidente la presenza di code algebriche nelle rispettive VACF, di cui è discusso l'andamento ponendole anche in confronto con quelle dei lavori di riferimento. Simulando macromolecole è stato possibile valutare proprietà medie di singolo monomero rispetto a quelle di singolo polimero: si mostra (anche per polimeri più lunghi) che la VACF calcolata sulla totalità dei monomeri è somma di due contributi. Uno è dovuto alle velocità dei centri di massa dei polimeri mentre l'altro al moto dei monomeri rispetto al centro di massa dei polimeri d'appartenenza; quest'ultimo spiega alcune tipi che oscillazioni della VACF e la presenza di rispettivi picchi nello spettro delle velocità. Anche l'effetto di ingabbiamento, esplicitato dall'anticorrelazione, in simili sistemi è meglio comprensibile dopo tale scomposizione. Attraverso il legame di questa interessante funzione di correlazione con proprietà sperimentalmente osservabili si ribadiscono infine le effettive potenzialità offerte dall'uso della MD nello studio dei materiali reali. [1] J.-P. Hansen and I. R. McDonald, "Theory of Simple Liquids", 3nd ed. Academic Press Ltd. (2006), pp.184-185 [2] S. R. Williams, G. Bryant, I. K. Snook and W. van Megen, Phys. Rev. Lett. 96, 087801 (2006) [3] T. Yuge and A. Shimizu, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 028001 (2008) [4] P. Chaudhuri, L. Berthier and W. Kob, Phys. Rev. Lett. 99, 060604 (2007) [5] L. Larini, A. Ottochian, C. De Michele and D. Leporini, Nature Physics 4 (2008), pp.42-45 [6] D. Frenkel and B. Smit, "Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications", Academic Press Ltd. (1996), pp.525-532 [7] http://grid-it.cnaf.infn.i

Enhanced tunneling conductivity induced by gelation of attractive colloids

We show that the formation of a gel by conducting colloidal particles leads to a dramatic enhancement in bulk conductivity, due to inter-particle electron tunneling, combining predictions from molecular dynamics simulations with structural measurements in an experimental colloid system. Our results show how colloidal gelation can be used as a general route to huge enhancements of conductivity, and suggest a feasible way for developing cheap materials with novel properties and low metal content.Comment: 8 pages, 8 figures, 2 table

Clopidogrel and Aspirin in Acute Ischemic Stroke and High-Risk TIA.

BACKGROUND—Combination antiplatelet therapy with clopidogrel and aspirin may reduce the rate of recurrent stroke during the first 3 months after a minor ischemic stroke or transient ischemic attack (TIA). A trial of combination antiplatelet therapy in a Chinese population has shown a reduction in the risk of recurrent stroke. We tested this combination in an international population. METHODS—In a randomized trial, we assigned patients with minor ischemic stroke or high-risk TIA to receive either clopidogrel at a loading dose of 600 mg on day 1, followed by 75 mg per day, plus aspirin (at a dose of 50 to 325 mg per day) or the same range of doses of aspirin alone. The dose of aspirin in each group was selected by the site investigator. The primary efficacy outcome in a time-to-event analysis was the risk of a composite of major ischemic events, which was defined as ischemic stroke, myocardial infarction, or death from an ischemic vascular event, at 90 days. RESULTS—A total of 4881 patients were enrolled at 269 international sites. The trial was halted after 84% of the anticipated number of patients had been enrolled because the data and safety monitoring board had determined that the combination of clopidogrel and aspirin was associated with both a lower risk of major ischemic events and a higher risk of major hemorrhage than aspirin alone at 90 days. Major ischemic events occurred in 121 of 2432 patients (5.0%) receiving clopidogrel plus aspirin and in 160 of 2449 patients (6.5%) receiving aspirin plus placebo (hazard ratio, 0.75; 95% confidence interval [CI], 0.59 to 0.95; P = 0.02), with most events occurring during the first week after the initial event. Major hemorrhage occurred in 23 patients (0.9%) receiving clopidogrel plus aspirin and in 10 patients (0.4%) receiving aspirin plus placebo (hazard ratio, 2.32; 95% CI, 1.10 to 4.87; P = 0.02). CONCLUSIONS—In patients with minor ischemic stroke or high-risk TIA, those who received a combination of clopidogrel and aspirin had a lower risk of major ischemic events but a higher risk of major hemorrhage at 90 days than those who received aspirin alone. (Funded by the National Institute of Neurological Disorders and Stroke; POINT ClinicalTrials.gov number, NCT00991029.

EPFL Library Research Data Management Fastguides

This is a set of 11 1-sheet guides, providing abridged notions, advice and references for quick and practical research data management: #01 Research Data: the basics #02 FAIR Data Principles #03 Cost of Research Data Management #04 File Formats #05 Metadata #06 Code #07 ELN - Electronic Lab Notebook #08 Personal Data Management #09 Data Masking #10 Storage, Publication and Preservation #11 DMP - Data Management Plan. First introduced as posters by EPFL Library during the EPFL part of Love Data Week 2019 world event (11-15 Feb. 2019, Lausanne)

How Respiratory Muscle Strength Correlates with Cough Capacity in Patients with Respiratory Muscle Weakness

PURPOSE: The purpose of this study is to investigate how respiratory muscle strength correlates to cough capacity in patients with respiratory muscle weakness. MATERIALS AND METHODS: Forty-five patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS), 43 with cervical spinal cord injury (SCI), and 42 with Duchenne muscular dystrophy (DMD) were recruited. Pulmonary function tests including forced vital capacity (FVC) and respiratory muscle strength (maximal expiratory pressure, MEP; maximal inspiratory pressure, MIP) were performed. The correlation between respiratory muscle strength and cough capacity was analyzed. RESULTS: In the SCI group, FVC in a supine position (2,597 +/- 648 mL) was significantly higher than FVC in a sitting position (2,304 +/- 564 mL, p < 0.01). Conversely, in the ALS group, FVC sitting (1,370 +/- 604 mL) was significantly higher than in supine (1,168 +/- 599 mL, p < 0.01). In the DMD group, there was no statistically significant difference between FVC while sitting (1,342 +/- 506 mL) and FVC while supine (1,304 +/- 500 mL). In addition, the MEP and MIP of all three groups showed a significant correlation with peak cough flow (PCF) (p < 0.01, Pearson's correlation analysis). In the SCI group, MIP was more closely correlated with PCF, while in the ALS and DMD groups, MEP was more closely correlated with PCF (p < 0.01, multiple regression analysis). CONCLUSION: To generate cough flow, inspiratory muscle strength is significantly more important for SCI patients, while expiratory muscle function is significantly more important for ALS and DMD patients.ope

Pulmonary Rehabilitation in Patients with Neuromuscular Disease

In neuromuscular disease (NMD) patients with progressive muscle weakness, respiratory muscles are also affected and hypercapnia can increase gradually as the disease progresses. The fundamental respiratory problems NMD patients experience are decreased alveolar ventilation and coughing ability. For these reasons, it is necessary to precisely evaluate pulmonary function to provide the proper inspiratory and expiratory muscle aids in order to maintain adequate respiratory function. As inspiratory muscle weakening progresses, NMD patients experience hypoventilation. At this point, respiratory support by mechanical ventilator should be initiated to relieve respiratory distress symptoms. Patients with adequate bulbar muscle strength and cognitive function who use a non-invasive ventilation aid, via a mouthpiece or a nasal mask, may have their hypercapnia and associated symptoms resolved. For a proper cough assist, it is necessary to provide additional insufflation to patients with inspiratory muscle weakness before using abdominal thrust. Another effective method for managing airway secretions is a device that performs mechanical insufflation-exsufflation. In conclusion, application of non-invasive respiratory aids, taking into consideration characterization of respiratory pathophysiology, have made it possible to maintain a better quality of life in addition to prolonging the life span of patients with NMD