Stirring by Periodic Arrays of Microswimmers

The interaction between swimming microorganisms or artificial self-propelled colloids and passive (tracer) particles in a fluid leads to enhanced diffusion of the tracers. This enhancement has attracted strong interest, as it could lead to new strategies to tackle the difficult problem of mixing on a microfluidic scale. Most of the theoretical work on this topic has focused on hydrodynamic interactions between the tracers and swimmers in a bulk fluid. However, in simulations, periodic boundary conditions (PBCs) are often imposed on the sample and the fluid. Here, we theoretically analyze the effect of PBCs on the hydrodynamic interactions between tracer particles and microswimmers. We formulate an Ewald sum for the leading-order stresslet singularity produced by a swimmer to probe the effect of PBCs on tracer trajectories. We find that introducing periodicity into the system has a surprisingly significant effect, even for relatively small swimmer-tracer separations. We also find that the bulk limit is only reached for very large system sizes, which are challenging to simulate with most hydrodynamic solvers.Comment: 11 pages, 4 figure

Potilaskokemus kuvina: Valokuvausmenetelmä lasten kokemusten tutkimiseksi Lastensairaalassa

Healthcare organizations have recently started to collect information about the experiences of their patients. The current feedback methods have been developed mainly for adult participants and the organizations are lacking appropriate instruments for collecting perceptions of children. Also, children’s patient experience has yet received little attention in the academic literature. This thesis focused on exploring how children’s patient experience can be studied at the Children’s Hospital. The study was conducted as a part of LAPSUS research project. The research questions were the following: (1) Which research approaches and techniques are applicable for studying 6- to 10-year-old children’s patient experience? (2) Based on the empirical study, how suitable is the photo elicitation technique for studying children’s patient experience? Four potential research techniques were identified in the literature study and evaluated with medical experts. For the empirical study, photo elicitation technique was chosen and tested in two different units of Children’s Hospital in Helsinki. Eight child patients participated in the study. The data consisted of qualitative photo elicitation interviews and 64 photographs portraying children’s positive and negative experiences during hospitalization. In the analysis, the data were thematically categorized and additionally, feedback from the participants and hospital personnel were scrutinized. The results of the study demonstrate the importance of engaging children in studies pertaining to their care. Children have unique experiences which can be utilized in improving the healthcare service. The positive photographs indicated that children value toys and other entertainment, good hospital facilities, friendly nursing staff and painless procedures. Respectively, the negative photographs emphasized the unpleasant nature of invasive operations and the hospital environment. This thesis provided Children’s Hospital a novel way to access patients’ perceptions in an age-appropriate manner. The photo elicitation technique will help the hospital identify gaps in the service and improve the child-friendliness of the care. Utilizing photography is applicable and fun both from the perspectives of patients and hospital personnel. Future work is needed to fit the photographing technique to the routines in the hospital and to make necessary adjustments to the instrument.Terveyspalveluita tuottavat organisaatiot ovat alkaneet kerätä tietoa potilaiden kokemuksista palveluidensa parantamiseksi. Nykyiset potilastyytyväisyyskyselyt keskittyvät palautteen keräämiseen aikuisilta, mutta organisaatioilta puuttuvat instrumentit lapsipotilaiden kokemusten selvittämiseen. Lisäksi akateemisesta kirjallisuudesta löytyy vain vähän tietoa lasten potilaskokemuksesta ja sen tutkimisesta. Tässä diplomityössä selvitettiin miten Lastensairaala voi kerätä tietoa lasten potilaskokemuksesta. Työ toteutettiin osana LAPSUS–tutkimushanketta. Tutkimuskysymykset olivat: (1) Mitkä tutkimusmenetelmät soveltuvat kirjallisuuden mukaan 6–10-vuotiaiden lasten potilaskokemuksen tutkimiseen? (2) Kuinka hyvin valokuvamenetelmä soveltuu empiirisen tiedon perusteella lasten potilaskokemuksen tutkimiseen? Kirjallisuudesta löydettiin neljä potentiaalista tutkimusmenetelmää, joista asiantuntijahaastatteluiden perusteella valokuvausmenetelmä valittiin empiirisen tutkimuksen kohteeksi. Tutkimukseen osallistui kahdeksan lasta Helsingin Lastensairaalan kahdesta yksiköstä. Aineisto koostui laadullisista valokuvahaastatteluista sekä 64 valokuvasta, jotka kuvasivat lasten positiivisia ja negatiivisia kokemuksia sairaalassa. Tulokset analysoitiin teemoittelua hyödyntäen. Tutkimuksen tulokset vahvistavat käsitystä lasten osallistamisen merkityksestä. Lapsilla on ainutlaatuisia kokemuksia, joita voidaan hyödyntää organisaation toiminnan kehittämisessä. Lasten positiivisissa kokemuksissa korostuivat lelut ja muut viihdykkeet, tilat ja palvelut, ystävällinen hoitohenkilökunta sekä kivuttomat hoitotoimenpiteet. Vastaavasti negatiivisissa kokemuksissa painottuivat etenkin invasiiviset operaatiot sekä sairaalaympäristön tylsyys. Valokuvamenetelmä tarjoaa Lastensairaalalle uudenlaisen ja lapsilähtöisen tavan kerätä palautetta potilailta. Menetelmän avulla voidaan tunnistaa palvelun ongelmakohtia ja kehittää sairaalan toimintaa lapsiystävällisemmäksi. Jatkotutkimuksen aiheita ovat valokuvausmenetelmän käyttöönoton suunnittelu sekä tutkimusinstrumentin jatkokehitys

Classical van der Waals interactions between spherical bodies of dipolar fluid

The van der Waals interaction free energy Aint between two spherical bodies of Stockmayer fluid across a vacuum is calculated using molecular simulations and classical perturbation theory. The results are decomposed into their electrostatic and Lennard-Jones parts, and the former is shown to agree excellently with predictions from dielectric continuum theory. Aint is decomposed into its energetic and entropic contributions and the results are compared with analytical predictions. Finally, we expand the electrostatic part of Aint in a multipole expansion, and show that the surprisingly good agreement between the molecular and continuum descriptions is likely due to a cancellation of errors coming from the neglect of the discrete nature of the fluid within the dielectric description

Generalized thermodynamics of Motility-Induced Phase Separation: Phase equilibria, Laplace pressure, and change of ensembles

Motility-induced phase separation (MIPS) leads to cohesive active matter in the absence of cohesive forces. We present, extend and illustrate a recent generalized thermodynamic formalism which accounts for its binodal curve. Using this formalism, we identify both a generalized surface tension, that controls finite-size corrections to coexisting densities, and generalized forces, that can be used to construct new thermodynamic ensembles. Our framework is based on a nonequilibrium generalization of the Cahn-Hilliard equation and we discuss its application to active particles interacting either via quorum-sensing interactions or directly through pairwise forces.Comment: 33 pages, 14 figure

A continuum theory of phase separation kinetics for active Brownian particles

Active Brownian particles (ABPs), when subject to purely repulsive interactions, are known to undergo activity-induced phase separation broadly resembling an equilibrium (attraction-induced) gas-liquid coexistence. Here we present an accurate continuum theory for the dynamics of phase-separating ABPs, derived by direct coarse-graining, capturing leading-order density gradient terms alongside an effective bulk free energy. Such gradient terms do not obey detailed balance; yet we find coarsening dynamics closely resembling that of equilibrium phase separation. Our continuum theory is numerically compared to large-scale direct simulations of ABPs and accurately accounts for domain growth kinetics, domain topologies and coexistence densities

Lattice-Boltzmann simulations of microswimmer-tracer interactions

Hydrodynamic interactions in systems composed of self-propelled particles, such as swimming microorganisms and passive tracers, have a significant impact on the tracer dynamics compared to the equivalent "dry" sample. However, such interactions are often difficult to take into account in simulations due to their computational cost. Here, we perform a systematic investigation of swimmer-tracer interaction using an efficient force-counterforce-based lattice-Boltzmann (LB) algorithm [De Graaf et al., J. Chem. Phys. 144, 134106 (2016)JCPSA60021-960610.1063/1.4944962] in order to validate its ability to capture the relevant low-Reynolds-number physics. We show that the LB algorithm reproduces far-field theoretical results well, both in a system with periodic boundary conditions and in a spherical cavity with no-slip walls, for which we derive expressions here. The force-lattice coupling of the LB algorithm leads to a "smearing out" of the flow field, which strongly perturbs the tracer trajectories at close swimmer-tracer separations, and we analyze how this effect can be accurately captured using a simple renormalized hydrodynamic theory. Finally, we show that care must be taken when using LB algorithms to simulate systems of self-propelled particles, since its finite momentum transport time can lead to significant deviations from theoretical predictions based on Stokes flow. These insights should prove relevant to the future study of large-scale microswimmer suspensions using these methods

Pair-distribution function of active Brownian spheres in two spatial dimensions: simulation results and analytic representation

We investigate the full pair-distribution function of a homogeneous suspension of spherical active Brownian particles interacting by a Weeks-Chandler-Andersen potential in two spatial dimensions. The full pair-distribution function depends on three coordinates describing the relative positions and orientations of two particles, the P\'eclet number specifying the activity of the particles, and their mean packing density. This five-dimensional function is obtained from Brownian dynamics simulations. We discuss its structure taking into account all of its degrees of freedom. In addition, we present an approximate analytic expression for the product of the full pair-distribution function and the interparticle force. We find that the analytic expression, which is typically needed when deriving analytic models for the collective dynamics of active Brownian particles, is in good agreement with the simulation results. The results of this work can thus be expected to be helpful for the further theoretical investigation of active Brownian particles as well as nonequilibrium statistical physics in general.Comment: 15 pages, 5 figures, 5 table

What constitutes the patient experience of children? Findings from the photo elicitation and the video diary study

Patient experience (PX) is getting attention among researchers and healthcare service providers, but little is known about the experiences of child patients and how to explore those. This paper reports findings from a study in which two participatory research methods, photo elicitation and video diary, were applied to investigate the elements of children’s PX in the context of children’s hospital. The aim was to find out what elements constitute the PX of children aged 7–16 years. The research data were gathered in 2016–2017. Twenty-two child patients participated in the study: eight children aged between 7 and 10 in the photo elicitation part, and fourteen children aged from 10 to 16 in the video diary part. In the analysis, the data were first analyzed per research method but afterwards combined and analyzed together. Based on the analysis, four main themes of PX of children were identified: 1) hospital facilities and entertainment, 2) medical care, 3) social relationships with the hospital personnel and other people, and 4) feelings and coping with the illness. Feedback on the research methods from the participated children was mainly positive. Further work is needed to validate the findings and introduce new creative approaches to research PX of children of different ages

#minä ja Instagram : identiteetti ja profiilityö nuorilla sosiaalisen median käyttäjillä

Tämä pro gradu -tutkielma tutki sitä, miten sosiaalinen media ja sieltä erityisesti Instagram-sovellus on yhteydessä nuorten toimintaan, itsensä tuottamiseen sekä kokemukseen itsestä. Pyrkimyksenä oli myös kartoittaa sitä, minkälaisia normeja kuvallistunut kulttuuri on asettanut nuorten minän tuottamiselle, minkälaista profiilityötä sovelluksessa tehdään, millä tavoin itsetunto ilmenee sovelluksessa sekä, miten online- ja offline-identiteetit kietoutuvat yhteen. Tutkimuksen tarkoituksena oli lisätä tietämystä sosiaalisesta mediasta ja tuoda nuorten ajatuksia sosiaalisesta mediasta esille. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys koostuu sosiaalisen median sekä Insta-gram-sovelluksen esittelystä, mediakulttuurin ja profiilityön käsitteen esittelystä sekä nuorten online-identiteetin rakentumisesta ja itsetunnosta. Tutkielma on laadullinen tutkimus ja tutkimuksen kohderyhmänä toimivat 17-28 -vuotiaat nuoret Tampereelta ja Lahdesta. Tutkimusaineisto kerättiin teemahaastatteluilla. Tarkastelun kohteena olivat heidän tietämys sekä omakohtaiset kokemukset Instagramista. Aineisto analysoitiin sisällönanalyysillä. Instagram on yhteydessä nuorten toimintaan muun muassa niin, että profiilityön avulla tuotetaan sovellukseen tietynlainen toimija. Profiili pysyy koko ajan keskeneräisenä, jota säädellään ja hallinnoidaan erinäisin keinoin, kuten esimerkiksi kuvia muokkaamalla. Instagramilla koettiin olevan yhteys myös nuorten itsetuntoon ja tämä haastateltavien mukaan näyttäytyi esimerkiksi eräänlaisena huomion hakemisena sovelluksessa. Instagram on yhteydessä nuorten toimintaan myös sovelluksen ulkopuolella. Tämän pro gradu -tutkimuksen tulosten mukaan Instagramin yhteys toimintaan voi olla positiivi-nen, esimerkiksi mahdollistamalla uusien ihmissuhteiden muodostumisen tai negatiivinen, esimerkiksi aiheuttamalla riippuvuutta. Tutkimuksen tulokset osoittavat sen, että sosiaalisella medialla on yhteys monilla nuorten elämän osa-alueilla. Instagram luo toimijoilleen toiminnan kehän, jossa yksilö rakentaa minäkuvaansa. Tässä toiminnan kehässä profiilityö, itsetunto ja muilta saatu palaute näyttäytyvät tärkeinä tekijöinä ja ovat riippuvaisia toisistaan. Sosiaalisen median nuoriin käyttäjiin keskittyvää tutkimusta olisi tarpeen lisätä entisestään ja laajentaa koskettamaan myös nuorempia käyttäjiä. Tämän myötä ymmärrystä nuorten toiminnasta olisi mahdollista lisätä

Projektiliiketoiminnan väliaikaisuus ja pysyvyys johdon ohjausjärjestelmien näkökulmasta

Tutkielman tarkoituksena oli tarkastella projektiliiketoiminnan väliaikaisuuden ja pysyvyyden suhdetta johdon ohjausjärjestelmien näkökulmasta. Tavoitteena oli vastata seuraaviin tutkimuskysymyksiin: miten projektiliiketoiminnan väliaikaisuus ja pysyvyys vaikuttaa johdon ohjausjärjestelmiin ja miten väliaikaisuuden ja pysyvyyden suhdetta voidaan hallita johdon ohjauksen keinoin. Pyrkimyksenä oli tuoda johdon ohjausjärjestelmiin kaivattua lisätietämystä dynaamisista nykypäivän liiketoiminnoista ja syventää tietämystä projektiyritysten kokemista ohjaushaasteista liittyen väliaikaisuuden ja pysyvyyden suhteeseen. Tutkimus toteutettiin laadullisena tutkimuksena ja empiirinen tutkimus suoritettiin teoriaa havainnollistava kriittisenä casetutkimuksena. Käytännön johdon ohjausjärjestelmiä tarkasteltiin projektiliiketoimintaa pääasiallisena liiketoimenaan harjoittavassa Ramboll Finland Oy:ssä. Empiirinen tutkimusaineisto perustui kuuteen teemahaastatteluun, osallistuvaan havainnointiin ja yrityksen kirjallisiin dokumentteihin. Aineisto analysoitiin Merchantin ja Van der Steden (2012) viitekehyksen mukaisesti teemoittelua hyödyntäen. Tulos osoitti, että väliaikaisuus ja pysyvyys vaikuttaa johdon ohjausjärjestelmiin ajan, muutoksen ja organisaatiorakenteen suhteen. Vaikutukset tuovat mukanaan ohjaushaasteita ja projektiyritysten ohjausongelmat liittyvät suunnan puutteeseen, oman ja projektin edun ajamiseen sekä tiedon puutteeseen. Väliaikaisuuden ja pysyvyyden tuomia ohjausongelmia voidaan hallita formaaleja ja epäformaaleja ohjauskeinoja yhdistämällä. Erityisesti valtuuttaminen, projektinhallinnan menetelmät, itseohjautuvuus, tiedon riittävyys sekä kulttuurillinen yhteenkuuluvuus olivat merkittäviä projektiliiketoiminnan kokonaisvaltaista tasapainoa edistäviä johdon ohjauksellisia keinoja. Johdon ohjausjärjestelmien ihmiskeskeisten viitekehysten havaittiin olevan soveltuvia kuvaamaan projektiliiketoiminnan väliaikaisuuden ja pysyvyyden suhdetta. Johdon ohjaukselliset keinot osoittautuivat ihmisiä oikeaan suuntaan ohjaaviksi ja heidän motivaatiotaan ja osaamistaan varmentaviksi. Tätä kautta johdon ohjauksella huomattiin olevan merkittävä vaikutus projektiliiketoiminnan onnistumiselle ja yhteisten tavoitteiden ja strategian toteutumiselle