Evolutionary Inference via the Poisson Indel Process

We address the problem of the joint statistical inference of phylogenetic trees and multiple sequence alignments from unaligned molecular sequences. This problem is generally formulated in terms of string-valued evolutionary processes along the branches of a phylogenetic tree. The classical evolutionary process, the TKF91 model, is a continuous-time Markov chain model comprised of insertion, deletion and substitution events. Unfortunately this model gives rise to an intractable computational problem---the computation of the marginal likelihood under the TKF91 model is exponential in the number of taxa. In this work, we present a new stochastic process, the Poisson Indel Process (PIP), in which the complexity of this computation is reduced to linear. The new model is closely related to the TKF91 model, differing only in its treatment of insertions, but the new model has a global characterization as a Poisson process on the phylogeny. Standard results for Poisson processes allow key computations to be decoupled, which yields the favorable computational profile of inference under the PIP model. We present illustrative experiments in which Bayesian inference under the PIP model is compared to separate inference of phylogenies and alignments.Comment: 33 pages, 6 figure

Electrical behavior of multi-walled carbon nanotube network embedded in amorphous silicon nitride

The electrical behavior of multi-walled carbon nanotube network embedded in amorphous silicon nitride is studied by measuring the voltage and temperature dependences of the current. The microstructure of the network is investigated by cross-sectional transmission electron microscopy. The multi-walled carbon nanotube network has an uniform spatial extension in the silicon nitride matrix. The current-voltage and resistance-temperature characteristics are both linear, proving the metallic behavior of the network. The I-V curves present oscillations that are further analyzed by computing the conductance-voltage characteristics. The conductance presents minima and maxima that appear at the same voltage for both bias polarities, at both 20 and 298 K, and that are not periodic. These oscillations are interpreted as due to percolation processes. The voltage percolation thresholds are identified with the conductance minima

Enhanced Recovery After Surgery (ERAS) Pathways for Aesthetic Breast Surgery: A Prospective Cohort Study on Patient-Reported Outcomes

Background Patients’ expectations of an anticipated timeline of recovery and fear of anesthesia in aesthetic breast surgery have not been studied. Objective This study aims to assess patient anxiety, expectations, and satisfaction after Enhanced Recovery after Surgery (ERAS) pathways for aesthetic breast surgery and the progress of postoperative recovery. Materials and methods All consecutive patients who underwent aesthetic breast surgery between April 2021 and August 2022 were included in this single-center prospective cohort study. The ERAS protocol consists of more than 20 individual measures in the pre-, intra-, and postoperative period. Epidemiological data, expectations, and recovery were systematically assessed with standardized self-assessment questionnaires, including the International Pain Outcome Questionnaire (IPO), the BREAST-Q or BODY-Q, and data collection forms. Results In total, 48 patients with a median of 30 years of age were included. Patients returned to most daily activities within 5 days. Eighty-eight percent of patients were able to accomplish daily activities sooner than expected. The time of return to normal daily activities was similar across all procedure types. There was no statistically significant difference regarding postoperative satisfaction between patients who recovered slower (12%) and patients who recovered as fast or faster (88%) than anticipated (p=0.180). Patients reporting fear of anesthesia in the form of conscious sedation significantly diminished from 17 to 4% postoperatively (p<0.001). Conclusion Enhanced Recovery after Surgery (ERAS) pathways for aesthetic breast surgery are associated with rapid recovery and high patient satisfaction. This survey study provides valuable insight into patients’ concerns and perspectives that may be implemented in patient education and consultations to improve patient satisfaction following aesthetic treatments. Level of Evidence IV This journal requires that authors assign a level of evidence to each article. For a full description of these Evidence-Based Medicine ratings, please refer to the Table of Contents or the online Instructions to Authors www.springer.com/00266

Ανάπτυξη οπτικών και ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων βασισμένων σε μεταλλικά νανοσωματίδια Au και κβαντικές ημιαγώγιμες τελείες

The combination of biotechnology and nanotechnology has led to a tremendous development of hybrid nanomaterials that combine the unique recognition catalytic and inhibition properties of biomolecules such as DNA enzyme antibody etc. with the unique electronic photonic and catalytic properties of the nanoparticles, nanowires or nanorods. Biosensors are fast and selective detection systems of low operational cost with potential applications in areas where rapid detection high sensitivity and specificity are important. However, their use is not as wide spread as expected. The reasons focus mainly on the poor biosensor stability during storage or continuous operation as well as the reproducibility of their construction. The stability of a biosensor depends on the life time and the rate of deactivation of the biomolecule used. The past decade nanomaterials have been proposed for using in biosensing systems due to the fact that they can act as immobilizing platforms for the biomolecules and thus improve their stability. The purpose of the present work was to develop new nanomaterial based biosensor systems that would take advantage of the excellent properties they possess in offering sensitive and reliable optical and electrochemical transducing systems and biomolecule immobilization matrices. The excellent photoluminescent properties of semiconductor CdSe/ZnS core/shell quantum dots (QDs) have been used in order to construct detection systems for mutations in oligonucleotides. The probe oligonucleotide has been conjugated to the surface of the QDs and their photoluminescent signal has been followed upon conjugation with the target oligonucleotide and with mismatched oligonucleotides. The same semiconductor core/shell CdSe/ZnS QDs have been used for the construction of a new optical biosensor system for the detection of the enzymatic activity of acetylcholinesterase (AChE). The QDs have been conjugated to AChE and further entrapped into biosilica. The QDs offer an excellent optical transduction platform for the development of the enzymatic reaction and prove to be suitable for monitoring low substrate concentrations in solution. The same biomolecules (oligonucleotides and AChE) have been used in the construction of biosensors based on the excellent optical and electrochemical properties of colloidal gold nanoparticles (Au NPs). The conjugation of Au NPs to probe oligonucleotides and hybridization with target was the basis for obtaining a simple and easy to use optical method in detecting hybridization events. Finally, Au NPs have been used in the construction of an amperometnc biosensor. The proposed biosensor system was found able to provide electron transfer from the enzyme to the electrode sensitive to very small substrate concentrations being very stable over time. It is also shown that the immobilization of the AChE onto the Au doped biosilica nano composite provides better signal mediation and significant enzyme stabilization when compared with the existing AChE biosensors.Ο συνδυασμός της βιοτεχνολογίας και της νανοτεχνολογίας έχει οδηγήσει σε θεαματική ανάπτυξη υβριδικών νανουλικών που συνδυάζουν τις μοναδικές ιδιότητες χημικής αναγνώρισης και κατάλυσης βιομορίων όπως τα DNA ένζυμα αντισώματα με τις μοναδικές ηλεκτρονικές καταλυτικές και οπτικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων, νανοκαλωδίων και νανοράβδων. Η σύζευξη των βιομορίων και των νανουλικών δίνει τη δυνατότητα πολλών εφαρμογών στον τομέα της νάνο βιοτεχνολογίας. Οι βιοαισθητήρες αποτελούν γρήγορα και ευαίσθητα συστήματα ανίχνευσης με μικρό κόστος λειτουργίας που θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή σε τομείς όπου η γρήγορη ανίχνευση, η υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα είναι σημαντικές. Ωστόσο, η χρήση τους δεν είναι ακόμα ευρέως διαδεδομένη. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για αυτό με κυριότερους τη μικρή σταθερότητα κατά την αποθήκευση και λειτουργία, καθώς επίσης και τη μικρή αναπαραγωγιμότητα της κατασκευής τους. Η σταθερότητα των βιοαισθητήρων επηρεάζει περισσότερο τα αναλυτικά χαρακτηριστικά τους. Η σταθερότητα εξαρτάται από τον χρόνο ζωής και το ρυθμό απενεργοποίησης του βιομορίου που χρησιμοποιείται. Την τελευταία δεκαετία τα νανουλικά χρησιμοποιούνται σε συστήματα βιοαισθητήρων λόγω του ότι αποτελούν υλικά κατάλληλα για την ακινητοποίηση των βιομορίων βελτιώνοντας τη σταθερότητα τους. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη νέων συστημάτων βιοαισθητήρων βασισμένων σε νανουλικά τα οποία λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους αποτελούν ευαίσθητους και αξιόπιστους οπτικούς ή ηλεκτροχημικούς μεταλλάκτες σήματος καθώς και υλικά ακινητοποίησης των βιομορίων . Η φωταύγεια των ημιαγώγιμων κβαντικών τέλειων (QDs) CdSe/ZnS αποτελεί τη βάση για την κατασκευή συστημάτων ανίχνευσης μεταλλάξεων στις αλυσίδες ολιγονουκλεοτιδίων. Το ολιγονουκλεοτίδιο ανίχνευσης συνδέθηκε στην επιφάνεια των κβαντικών τελειών και μετρήθηκε η φωταύγεια κατά τη σύζευξη με το συμπληρωματικό ολιγονουκλεοτίδιο στόχο και με μη συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια. Οι ίδιες ημιαγώγιμες κβαντικές τέλειες CdSe/ZnS χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή ενός νέου οπτικού βιοαισθητήρα για την ανίχνευση της ενζυμικής δραστικότητας της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE). Οι κβαντικές τελείες συνδέθηκαν σε AChE και στη συνέχεια παγιδεύτηκαν σε βιομιμητικά παραγόμενο διοξείδιο του πυριτίου για την περαιτέρω σταθεροποίηση του ενζύμου. Η υψηλή φωταύγεια των κβαντικών τελειών αποτελεί εξαιρετικό τρόπο μετάλλαξης του σήματος κατά την ενζυμική αντίδραση και αποδεικνύεται κατάλληλη για την παρακολούθηση χαμηλών συγκεντρώσεων υποστρώματος στο διάλυμα. Τα ίδια βιομόρια (ολιγονουκλεότιδια κα το ένζυμο ακετυλοχολινεστεράση) χρησιμοποιήθηκαν στην κατασκευή βιοαισθητήρων βασισμένων στις εξαιρετικές οπτικές και ηλεκτροχημικές ιδιότητες κολλοειδών νανοσωματιδίων χρυσού (Au NPs). Στην κατασκευή των οπτικών βιοαισθητήρων χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια χρυσού διαφορετικού μεγέθους εκμεταλλευόμενοι τον επιφανειακό συντονισμό πλάσματος των σωματιδίων που εξαρτάται από το μέγεθος και την απόσταση μεταξύ τους. Τέλος, τα νανοσωματίδια χρυσού χρησιμοποιήθηκαν σε ένα αμπερομετρικό βιοαισθητήρα. Το ένζυμο συνδέθηκε στην επιφάνεια των Au NPs και στη συνέχεια ακολούθησε παγίδευση σε βιομιμητικά παραγόμενο διοξείδιο του πυριτίου για την περαιτέρω σταθεροποίηση. Ο προτεινόμενος βιοαισθητήρας παρείχε εξαιρετική μεταφορά ηλεκτρονίων από το ένζυμο στο ηλεκτρόδιο μεγάλη ευαισθησία σε μικρές συγκεντρώσεις υποστρώματος και μεγάλη σταθερότητα στο χρόνο. Επίσης αποδείχθηκε ότι η ακινητοποίηση της AChE στις δομές Au βιομιμητικά παραγομένου διοξειδίου του πυριτίου παρέχει τόσο μεταφορά του σήματος αλλά και σημαντική σταθεροποίηση του ενζύμου σε σχέση με τους ήδη υπάρχοντες βιοαισθητήρες

Ανάπτυξη οπτικών και ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων βασισμένων σε μεταλλικά νανοσωματίδια Au και κβαντικές ημιαγώγιμες τελείες CdSe/ZnS

Ο συνδυασμός της βιοτεχνολογίας και της νανοτεχνολογίας έχει οδηγήσει σε θεαματική ανάπτυξη υβριδικών νανοϋλικών που συνδυάζουν τις μοναδικές ιδιότητες χημικής αναγνώρισης και κατάλυσης βιομορίων όπως τα DNA, RNA, πρωτεΐνες, ένζυμα, αντιγόνα, αντισώματα, αλλά και ολόκληρα κύτταρα, με τις μοναδικές ηλεκτρονικές, καταλυτικές και οπτικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων, νανοκαλωδίων και νανοράβδων. Η σύζευξη των βιομορίων και των νανοϋλικών δίνει τη δυνατότητα πολλών εφαρμογών στον τομέα της νανο-βιο-τεχνολογίας. Το συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον για τα νανοϋλικά οφείλεται στο γεγονός ότι απαιτούνται νέες ιδιότητες σ’ αυτήν την κλίμακα και ότι οι ιδιότητες αυτές πρέπει να μεταβάλλονται ανάλογα με το μέγεθος ή το σχήμα. Τα νανοϋλικά έχουν τουλάχιστον μια διάσταση μικρότερη από 100 nm και οι φυσικοχημικές τους ιδιότητες διαφέρουν σημαντικά από τα αντίστοιχα κυρίως υλικά. Σήμερα υπάρχουν διαθέσιμα διάφορα νανοϋλικά σε ποικιλία σχημάτων, μεγεθών και σύστασης, ενώ το μεγάλο ενδιαφέρον για τα νανοϋλικά οφείλεται στις πολλές επιθυμητές ιδιότητές τους. Συγκεκριμένα, η δυνατότητα ελέγχου του μεγέθους και της δομής και ως αποτέλεσμα των ιδιοτήτων των νανοϋλικών, παρέχει εξαιρετικές προοπτικές στο σχεδιασμό συστημάτων αισθητήρων και βελτιώνει τα αναλυτικά χαρακτηριστικά των βιοαναλυτικών συστημάτων, με δεδομένο ότι τα νανοϋλικά αποτελούν το υλικό ακινητοποίησης των βιομορίων (πρωτεΐνες, ένζυμα, αντισώματα, νουκλεϊκά οξέα, κλπ). Ανεξάρτητα από τη σύστασή τους (μεταλλικά νανοσωματίδια, ανθρακικά νανοϋλικά ή ημιαγώγιμες κβαντικές τελείες), το σχήμα τους (σωματίδια, ράβδοι, σωλήνες, καλώδια, κλπ) ή την τροποποίηση της επιφάνειάς τους (φυσική, χημική ή βιολογική), τα νανοϋλικά έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον πολλών ερευνητικών ομάδων. Εξάλλου, τα βιομόρια αποτελούν εντυπωσιακές μακρομοριακές δομές που έχουν μοναδικές ιδιότητες χημικής αναγνώρισης, κατάλυσης, μεταφοράς ή αναστολής. Τα νανοϋλικά έχουν παρόμοιες διαστάσεις με αυτές των βιομορίων, όπως πρωτεΐνες, ένζυμα, αντισώματα, ή DNA τα οποία έχουν συνήθως διαστάσεις στην κλίμακα 2-20 nm, καθιστώντας αυτές τις δύο κατηγορίες δομών συμβατές. Η σύζευξη των νανοϋλικών με τα βιομόρια μπορεί να παρέχει διαφορετικούς μηχανισμούς μετάλλαξης του σήματος που προέρχεται από βιολογικά φαινόμενα, συντελώντας στην ανάπτυξη νέων βιοαισθητήρων. 8 Υπάρχουν πολλές χαρακτηριστικές ιδιότητες που καθιστούν τα βιομόρια κατάλληλα για σύζευξη με τα νανοϋλικά. Πρώτον και σημαντικότερο, η ειδική αναγνώριση ενός συγκεκριμένου μορίου επιτρέπει την αυτοσυγκρότηση κατά τη χημική αναγνώριση. Πολλά βιομόρια έχουν περισσότερες από μια θέσεις δέσμευσης επιτρέποντας την τρισδιάστατη συγκρότηση των νανοδομών. Τα βιομόρια μπορούν να συντεθούν έχοντας ποικιλία δραστικών ομάδων ή να τροποποιηθούν γενετικά. Μια άλλη πολύ σημαντική ιδιότητα είναι ότι τα ένζυμα καταλύουν αντιδράσεις χωρίς να καταναλώνονται οπότε δίνουν τη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης του βιοαισθητήρα.The combination of biotechnology and nanotechnology has led to a tremendous development of hybrid nanomaterials that combine the unique recognition, catalytic, and inhibition properties of biomolecules, such as DNA/RNA, protein/enzyme, antigen/antibody, whole cells, with the unique electronic, photonic, and catalytic properties of the nanoparticles, nanowires or nanorods. Conjugation of biomolecules to nanoparticles has offered infinite application possibilities to the field of nano-bio-technology. The interest in nanomaterials comes from the fact that new properties are acquired at this length scale and, equally important, that these properties change with their size or shape. Nanomaterials are structures with at least one of their dimensions in the nanometer scale (smaller than 100 nm), their physico-chemical properties differing substantially from their bulk counterparts. A wide variety of nanoscale materials of different shapes, sizes and compositions are now available, the huge interest in nanomaterials being driven by their many desirable properties. In particular, the ability to tailor the size and structure and as a follow up, the properties of nanomaterials, offers excellent perspectives for designing sensing systems and enhancing the performance of the bioanalytical assay by providing an immobilization platform and a stabilization matrix for biomolecules (proteins, enzymes, antibodies, nucleic acids, etc.). No matter their composition (metallic nanoparticles, carbon based nanomaterials or semiconductor quantum dots), shape (particles, rods, tubes, wires) or surface functionalization (physical, chemical or biological), they have attracted the interest of numerous research groups. On the other hand, biomolecules are fascinating molecular structures that bring new recognition, catalytic, transport and inhibition properties. Nanomaterials exhibit similar dimensions to those of biomolecules, like proteins, enzymes, antibodies or DNA which usually possess dimensions in the 2-20 nm range, rendering these two classes of materials structurally compatible. The marriage of nanomaterials, like nanoparticles, with biomolecules could provide different transduction mechanisms of biological phenomena for the development of novel biosensors. There are many fundamental features that render biomolecules suitable for conjugation to nanomaterials. First and most important, their specificity for certain substrates allows for self-assembly upon recognition. Many biomolecules possess more than one binding site allowing for a three-dimensional assembly of nano-structures. They can be synthesized 5 bearing a wide range of functionalities or even engineered genetically. Another very important feature is that enzymes catalyze reactions without being consumed in the process thus offering a reusable biosensing tool. And so on and so fort

Recent Progress on Nanomaterials for NO₂ Surface Acoustic Wave Sensors

NO2 gas surface acoustic wave (SAW)sensors are under continuous development due to their high sensitivity, reliability, low cost and room temperature operation. Their integration ability with different receptor nanomaterials assures a boost in the performance of the sensors. Among the most exploited nano-materials for sensitive detection of NO2 gas molecules are carbon-based nanomaterials, metal oxide semiconductors, quantum dots, and conducting polymers. All these nanomaterials aim to create pores for NO2 gas adsorption or to enlarge the specific surface area with ultra-small nanoparticles that increase the active sites where NO2 gas molecules can diffuse. This review provides a general overview of NO2 gas SAW sensors, with a focus on the different sensors’ configurations and their fabrication technology, on the nanomaterials used as sensitive NO2 layers and on the test methods for gas detection. The synthesis methods of sensing nanomaterials, their functionalization techniques, the mechanism of interaction between NO2 molecules and the sensing nanomaterials are presented and discussed

The Optimization of Oligonucleotide Conjugation Onto Gold Nanoparticles for Biodetection

In this paper we present the optimization procedure for the application of gold nanoparticles as a system for the detection of oligonucleotides. The gold nanoparticles have been conjugated to a pair of 5-alkanethiol-modified 20 base oligonucleotides, designed to align in a tail-to-head manner. Upon hybridization with the complementary target, the plasmon region of the spectra registers a large red-shift, thus forming a reliable colorimetric system for the detection of oligonucleotides.International Semiconductor Conference, 32nd International Semiconductor Conference, Oct 12-14, 2009, Sinaia, Romani