Institute of Fundamental Technological Research

MedTech 2020 – how 'digital disruption' can impact healthcare

The continuously rising cost of healthcare and an ageing society threaten even the strongest economies. Today, developed countries spend 9% to 12% (USA 17%) of their GDP on this sector.
Medtech is a broad spectrum of product and technologies for medical and healthcare applications, including prevention, diagnosis, monitoring, therapy, and care. We will look at its complex landscape and how "digital disruption" can impact the future of the medical ecosystem and improve the quality of our lives. We will also discuss the increasing role played by digital health and how it could be used in data-driven decision making, shifting the care paradigm from reactive to proactive.
In addition, I will also present my team and our commitment to medical technologies developed at the Institute. Hopefully, a fruitful discussion on current bio-research that might impact the future of Medtech products will conclude my seminar.

New functional polythiophene materials: fine-tuning of photovoltaic or chiro-optical properties

The last research activity of our group at Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari”-University of Bologna, Italy, concerned the synthesis, characterization and study of the optical and photoactive properties of new organic semiconducting materials based on polythiophenes.
There is a remarkable level of interest in the development of π-conjugated polymers (ICPs) which have been employed, thanks to their promising optical and electronic properties, in numerous applications including photovoltaic cells, light emitting diodes and thin-film transistors. Although high power conversion efficiency can be reached using poly(3-alkylthiophenes) (P3ATs) as electron-donating materials in polymeric solar cells of Bulk-Heterojunction type (BHJ), their relatively large band gap limits the solar spectrum fraction that can be effectively harvested. A common approach to the preparation of narrow band gap polymers consists in the design and synthesis of conjugated architectures where an extended π electronic conjugation is achieved by the alternation of electron-donor and acceptor units along the polymer backbone.
New 4,7-bis(3-alkylthiophen-2-yl)benzo(2,1,3)thiadiazole monomers, functionalized with different alkyl chains, have been synthesized through a palladium-catalyzed Suzuki cross-coupling reactions and then polymerized by oxidative coupling using FeCl3. As the side chain functionalization influences the optical and electrical properties of building blocks and related polymeric derivatives, we have therefore also investigated the effect of the insertion of an oxygen atom into different positions in side chains of similar length. Moreover the synthesis of symmetrical trimers with HH (head-to-head) regiochemistry has allowed to obtain completely regioregular polymers despite the use of a non-regio-specific polymerization method.
The newly synthesized polymers have been characterized by common analytical techniques and thus tested as active media in air-processed Bulk-Heterojunction devices, alone and blended with PC61BM (1:1 w/w) as additional acceptor material.
After the interesting results achieved with these main-chain donor-acceptor polymers, the research project was oriented to the development and study of similar systems but having the acceptor units in the side chain, known as double cable materials.
Starting from soluble, regiorandom and regioregular homopolymeric precursors new alkylthiophenic copolymers, bearing the C60-fullerene group at the end of a hexylic side chain at position 3 of the thiophene ring, have been prepared with a simple and straightforward post-polymerization functionalization procedure based on Grignard coupling. The materials were synthesized with different content of fullerene, in order to study the effect on the final performance of the photoactive layer.
Homo- and copolymers were fully characterized and tested as active media in organic solar devices, respectively blended with PC61BM (1:1 w/w) as the acceptor material and as double-cable materials.
The research activity has also been devoted to investigate the behavior of polythiophenes with chiral side chain, that are fascinating materials capable to assume helix supramolecular structures, exhibiting optical activity in the aggregated state.
In this context, since head-to-tail regioregularity has demonstrated to produce a strong influence on the self-assembly of the macromolecular chains in the solid state, an investigation about the influence of regioregularity on the chiral behaviour of optically active polythiophenes was carried out. The polymers were obtained by regiospecific organometallic coupling (GRIM method) or non-regiospecific oxidative coupling with FeCl3, starting respectively from chiral mono- or bithiophenic monomers. These procedures allow to obtain the corresponding polymeric derivatives with well defined head-to-tail (HT) or head-to-head/tail-to-tail (HH-TT) regioregularity. Moreover, the effect of the presence of a different heteroatom (oxygen or sulfur), connecting the alkyl chiral side chains to the thiophene ring, was studied.
The optical activity of polymers was evaluated by circular dichroism (CD), upon aggregation of the macromolecules by gradual addition of a poor solvent to their chloroform solutions.

Massimiliano Lanzi, Elisabetta Salatelli, Luca Zuppiroli, Martina Marinelli
Conjugated polymers group
Department of Industrial Chemistry “Toso Montanari”
Viale Risorgimento, 4
40136 Bologna Italy
massimiliano.lanzi@unibo.it

Aβ peptides and β-sheet breakers. A coarse grained molecular dynamics approach using GoMartini

The problem of protein misfolding is at the origin of a class of pathologies called protein conformational disorders (PCD) to which all neuro-degenerative diseases belong. PCD’s are characterized by the misfolding of proteins that grow in aggregates of fibrillar shape. Among them, Alzheimer Disease (AD) is one of the most studied for its high impact on the modern society. The plaques present in the brain of AD patients show deposition of fibril made of amyloid β (Aβ) peptides [1]. The process that leads to misfolding, aggregation and amyloid plaques formation is not yet fully elucidated. It seems, however, that the “trigger” of the process is an abnormal switch of the peptide secondary structure leading to β-sheet formation.
Several factors are known to affect Aβ aggregation processes. An important role seems to be played by metal ions that have been observed to be quite abundant in fibrils [2-4]. Recently, the observation that short synthetic peptides, called β-sheet breaker (BSB's), are able to directly interact with Aβ, precluding (or disfavouring) amyloid polymerisation. This finding has stimulated a lot of work in the direction of trying to understand the molecular mechanism by which BSB's are able to slow down or even prevent Aβ aggregation and fibrillation [5].
In this presentation we show how one can get a good understanding of the role that BSBs play in the aggregation process of Aβ peptides by means of coarse-grained molecular dynamics simulations based on the Martini force-field. Since the secondary structure switching is a crucial event for the successive aggregation process, we have extended the standard Martini approach to incorporate GO-Martini algorithm [6] that allows to properly model structural switches and study the secondary structure dynamical evolution of Aβ peptides in the presence of BSBs.

1. LC Serpell, BBA, 1502(1):16-30, 2000
2. E De Santis et al., JPCB, 119, 15813-15820, 2015
3. S Morante, GC Rossi, Advance Alz Res,2:100-147, 2014
4. F Stellato et al., Biophys Chem, 229, 110-114, 2017
5. V Minicozzi et al., JBC, 289, 11242-11252, 2014
6. AB Poma et al., J Chem Theory Comput, 13(3):1366-1374, 2017

Some multiphase flow problems:
(i) Moderate Reynolds number flows at T-junctions and
(ii) low-Reynolds-number diffusiophoretic flows

I will discuss two distinct multi-phase flow problems that we have worked on in recent years. First, I will illustrate dynamics of bubble and particle flows in bifurcating geometries when the Reynolds number is O(100-1000) and show an unexpected trapping phenomenon. Second I will describe our studies of chemically driven particle motions, which involves the subject of diffusiophoresis.

Advancing 3D Immunohistochemistry

To address the inefficiency of passive diffusion for antibody penetration in thick tissue samples, which limits clearing-technique applications, we developed a versatile and simple device to perform antibody incubation under increased barometric pressure. Pressurized immunohistochemistry (pIHC) greatly improves the uniformity, intensity, and depth of fluorescent immunostaining in thick human and mouse brain samples cleared with the CUBIC or PACT techniques. Furthermore, pIHC substantially decreased the time required for classic staining of thin sections.

The self-consistent multiscale simulation of complex fluids

We present a method that uses self-consistent simulation of coarse grained and fine-grained models, in order to analyse properties of physical systems. The method uses the coarse-grained model to obtain a first estimate of the quantity of interest, before computing a correction by analysing properties of the fine system. We plan to illustrate the method by applying it to the Asakura-Oosawa (AO) model of colloid-polymer mixtures. We show that the liquid-vapour critical point in that system is affected by three-body interactions which are neglected in the corresponding coarse-grained model. It is also presented the analyse the size of this effect and the nature of the three-body and higher interactions.

Transverse migration of polyelectrolytes in microfluidic channels: Concentrating and purifying DNA?

I will describe recent microfluidics experiments using DNA as a model polyelectrolyte. The DNA is introduced into the channel by a pressure driven flow, and simultaneously subjected to an axial electric field. Epifluorescent and confocal microscopy have been used to show that, under opposing fields, the DNA migrates to the walls of the microfluidic channel. An interesting consequence is that DNA then rapidly accumulates near the channel inlet, suggesting a possible means to both concentrate and purify DNA. Unlike a number of electrokinetic-based separations, the trapping of the DNA does not depend on complex flows orfields. Rather, it exploits (we think) a little studied aspect of polyelectrolytes; namely that an electric field can generate a long-range (1/r 3 ) flow around the molecule. When combined with symmetry breaking, induced (for example) by a shear flow, this leads to novel length-dependent motions of the polymer. In this talk I will summarize the results of our experiments, present the outline of a theory to describe the migration, and suggest possible biotechnology applications.
Tony Ladd, Mert Arca, Ryan Montes and Jason Butler, Unversity of Florida.

Quantitative methods for analysing cellular signalling

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów w 2018/2019

Mathematical methods of information theory appear to provide a useful language to describe how stimuli are encoded in activities of signaling effectors. Exploring the information-theoretic perspective, however, remains conceptually, experimentally and computationally challenging. Specifically, existing computational tools enable efficient analysis of relatively simple systems, usually with one input and output only. Moreover, their robust and readily applicable implementations are missing. During seminar, I will describe a novel algorithm, SLEMI - statistical learning based estimation of mutual information, to analyze signaling systems with high-dimensional outputs and a large number of input values.

Badanie oddziaływań hydrodynamicznych kropel w wybranych układach mikroprzepływowych

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów w 2018/2019

Mikroprzepływy to wciąż nowa i szybko rozwijająca się dziedzina nauki, która może wpływać na obszary badań, od syntezy chemicznej i analizy biologicznej po optykę i technologię informacyjną. Mikroprzepływy dwu-fazowe to gałąź tej dziedziny, w której używamy dwóch niemieszających się płynów. Pierwsza ciecz jest używana do produkcji kropelek, druga ciecz służy natomiast do transportu tych kropelek przez skomplikowaną sieć kanałów. Celem badań jest poznanie mechanizmów rządzących ruchem kropel w złożonych strukturach mikroprzepływowych oraz opracowanie nowych struktur mikroprzepływowych, które umożliwiają skomplikowaną manipulację kropel wewnątrz układu mikroprzepływowego bez użycia elementów aktywnych takich jak zawory, cewki, elektrody itd. Prowadzone badania mają również potencjał aplikacyjny do zastosowań biomedycznych min. generowania kropel o dowolnych stężeniach np. antybiotyku lub do hodowli bakterii oraz komórek eukariotycznych.

MULTIPLE PATHWAYS OF HELIX FOLDING FROM KINETIC COARSE GRAINED MODELS

Long-term molecular dynamics simulations and a coarse-grained kinetic analysis were carried out to describe the mechanism of formation of an alpha-helical structure. A 12 microsecond molecular dynamics simulation of a 21-residue helix-forming model peptide was generated in explicit solvent, yielding structural and dynamic properties in good agreement with available experimental data. Clustering and optimal dimensionality reduction were applied to produce low-dimensional coarse-grained models of the underlying kinetic network in terms of 2-5 metastable states. In accord with the generally accepted understanding of the multiple conformations and high entropy of the unfolded ensemble of states, the “coil” metastable set contains the largest number of structures. Interestingly, the helix metastable state was also found to be structurally heterogeneous, consisting of the completely helical form and several partly folded conformers which interconvert at a time scale faster that global folding. The intermediate states contain the fewest structures, have lowest populations and have the shortest lifetimes. As the number of considered metastable states increases, more intermediates and more folding paths appear in the coarse-grained models. One of these intermediates corresponds to the transition state for folding, which involves an “off-center” helical region over residues 11-16. The kinetic network model is consistent with a statistical picture of folding following a simple reaction coordinate counting the helical population of individual residues.

Synthesis and characterization of biocompatible, pH sensitive chitosan-PEG nanoparticles for drug delivery of curcumin used for breast cancer

As the mainstay in the treatment of various cancers, chemotherapy plays a vital role, but still faces many challenges, such as poor tumor selectivity and multidrug resistance. Targeted drug delivery using nanotechnology has provided new strategies which have minimum damage to healthy tissues and maximum release of the drug. Coupling a specific stimuli-triggered drug release mechanism with these delivery systems such as Nanocarriers is one of the most prevalent approaches for improving therapeutic outcomes. Among the various stimuli, pH triggered delivery is regarded as the most general strategy, targeting the acidic extracellular microenvironment and intracellular organelles of solid tumors.
The purpose of my master thesis was to synthesize nanoparticles based on biocompatible chitosan, for drug delivery of curcumin to tissues damaged by breast cancer using pH-triggered delivery. For this purpose, hydrophilicity of chitosan chains were first modified by adding carboxymethyl substitution. In the next step, folate groups were selected to increase tumor targeting in the body as well as enhancing the polymers ability in the process of self-assembly of the nanoparticles, and were grafted into the main chains. One of the characteristics of cancerous tissues is the acidity of pH, which can be used as a stimulant for targeted drug delivery. To create pH-sensitive acetal bonds on carboxymethyl chitosan folate chains, in the first step, amino groups of these chains were protected using phethalic anhydride and then methoxy-polyethylene glycol containing aldehyde groups at one end of their chains (mPEG-Aldehyde) were bonded to carboxymethyl-free hydroxyl groups, and at the final step the phethalic anhydride groups were de-attached using sodium hydrobutyrate (NaBH4). At each stage, the synthesis and structure of the obtained polymers were verified using the FT-IR and H-NMR tests. In the last step of this study, drug containing nanoparticles were made and these nanoparticles, were examined by DLS, SEM and then, using the UV-Vis, the amount of drug loaded in these nanocomposites was obtained and finally, drug release profile is obtained. The system was tested in two pH conditions (e.g. 7.4 and 4.8). The results of this test indicate an increase in the release rate of the drug in the acidic environment.

Pumping and swimming: two faces of phoretic flows

Janus particles with the ability to move phoretically in self-generated chemical concentration gradients are model systems for active matter. On the other hand, chemically active surfaces can lead to microscale flow generation, becoming an effective pumping mechanism in inertia-less small-scale flows. In this talk, after a broad review of the physics and biology of microswimmers, I will review briefly both phenomena relating to the same concept of phoretic flow generation. Asymmetry needed for the flow to be initiated can be induced by geometry or by chemical patterning. I will show examples of both ways and some applications in biomimetic systems of fully three-dimensional phoretic swimmers.

Electrospun nanofibers for haemorrhage arrest (SONATA) and intervertebral disc regeneration (LIDER)

During the seminar I will show preliminary results of Sonata project entitled Investigation of blood clotting mechanism in the contact with nanofibers. During the second part I will show research plans for the project entitled Injectable scaffolds for tissue engineering that was recently financed in the LIDER programme.

Understanding how the brain controls reproduction: the neural mechanisms behind the pulsatile secretion of reproductive hormones

Fertility critically depends on the gonadotropin-releasing hormone (GnRH) pulse generator, a neural construct comprised of hypothalamic neurons co-expressing three key neuropeptides: kisspeptin, neurokoinin-B and dynorphin. Using mathematical modeling and in-vivo optogenetics we investigate how this neural construct initiates and sustains the appropriate ultradian frequency essential for reproduction. Our model predicts how pulsatile dynamics emerge from non-linear positive and negative feedback interactions mediated through neurokinin-B and dynorphin signaling and stresses the crucial role of basal network activity in regulating pulsatile dynamics. We verify model predictions and show experimentally that robust pulsatile release of luteinizing hormone, a proxy for GnRH, emerges abruptly as we excite the neuronal network using continuous low frequency optogenetic stimulation. Further increase of optogenetic stimulation markedly increases pulse frequency and eventually leads to pulse termination. Our results shed light on the long-elusive GnRH pulse generator offering new horizons for reproductive health and wellbeing.

Propagation of Mechanical Stress Thorugh Multicellular Structures

Recent works provided evidence for a long-distance mechanosensing, demonstrating that cells within epithelial sheets are capable to adjust to local changes for example in substrates rigidity at the tissue scale level by altered cell-cell and cell-ECM signalling. We have proposed first quantitative approach to measure tissue stress within 3D cellular aggregates (Dolega et al, Nature Comm 2017). In our model, we study effects of controlled osmotic stress on spheroid growth and invasion. To understand how spheroids respond to such external compression, and how the exerted pressure is transferred from the outside to the inside of the spheroid, we incorporoate elastic Polyacrylamide (PAA) microbeads within intercellular volume to serve as internal sensors of compression. Spatial distribution of incorporated microbeads within CT26 cancerous spheroids allowed obtaining a pressure profile along the radius upon externally applied compressive stress. Our experiments revealed that upon compression the pressure is spatially not homogenous and has a direct impact on the biological response of cells.

Mathematical models of low grade gliomas and their response to chemotherapy

In this talk I present the results of my PhD thesis devoted to study of mathematical models describing the evolution and the response to treatments of low-grade gliomas. Low-grade gliomas are brain tumours usually growing slowly but causing death due to their progression to more malignant counterparts. We constructed macroscopic models of low-grade gliomas' growth in such a way that they were accurate enough to reflect available clinical observations and simple enough so that they could be analysed analytically. We studied the proposed models both analytically and numerically. We also showed that the solutions of the developed mathematical models fit well to the dynamics of low-grade gliomas of individual patients. On the basis of our validated models, we addressed some problems of clinical practice. Finally, we derived analytical estimates which could be potentially useful in assessing tumours aggressiveness and selecting the best therapies.

Spatio-temporal oncogenic signaling in a breast cancer epithelial community

We measure ERK/AKT dynamics in single MCF10A mammary epithelial cell. We observe that pulses of ERK/AKT activation in quiescent cells are propagated across epithelium during epithelial extrusion with a highly choreographed spatio-temporal dynamics. Spectral properties of pulses and pulse propagation are significantly altered by KRAS and PIK3CA mutations, as well as by drug interventions. We apply pulsed growth factor stimulations using microfluidic devices to dissect the coupling between MAPK/ERK and PIK3CA/AKT networks, and to understand factors that shape pulse dynamics.

Self-organized metal structures formed on polymer substrates

Self-organization of the structures is visible both in daily life and cutting edge research, where scientific teams are occupied by searching for parameters suitable for emergence of functional structures. These methods allow preparation of materials with properties, which would be hardly obtainable by classical methods and which allow simple scaling of the process, which predetermines them for simple proliferation and mass production. In this presentation I will focus mainly on formation of self-organized structures on the surfaces of two polymer substrates: poly-L-lactic acid and polyethersulfone.

On the samples of poly-L-lactic acid with thin metal layer permanent wrinkle-like structures are formed after heat treatment. Shape, size, conductivity and other properties of such structures are easily influenced by the change of type and thickness of sputtered metal. Comparison of acquired data with literature shows that inner stress in polymer foil plays critical role for formation of the wrinkle-like structure, without which permanent wrinkle-like structure does not emerge. This stress is also responsible for directionality of this structure. Furthermore effect of the type of the metal on the size of the wrinkle-like structure was examined. Applicability of prepared nanostructures was demonstrated on NIH 3T3 cells` cultivation, where significant improvement of the properties of the nanostructured samples in comparison to unmodified poly-L-lactic acid was observed and in some properties even surpassed tissue polystyrene.

Samples of the polyethersulfone with thin metal layer formed globular structures on the surface after heat treatment, which showed effects of the localized surface plasmon resonance visible in form of peak in the UV-Vis spectra. The explanation of emergence of these structures is coalescence of metal layer followed by formation of metal clusters separated by polymer substrate. These properties are applicable in sensor construction.

Characterisation of the heterogeneity of human type I IFNs

The value of flow mediated dilation in prediction of vascular disorders

There is growing interest in the application of non-invasive clinical tools allowing to assess the endothelial function, preceding atherosclerosis. A comparison of 7-12 MHz and 20 MHz scanners for flow mediated dilation (FMD) and shear rate (SR) measurements in radial artery is reported. The experiments in vitro using closely spaced food plastic foils proved over three times better resolution of the high frequency 20 MHz scanner (<0.1 mm) over the 7-12 MHz one. Also the sensitivity of the external single transducer 20 MHz pulse Doppler proved to be over 20 dB better (in terms of SNR) than the pulse Doppler incorporated into linear 7-12 MHz linear array. These results justified designing of a high-frequency scanning system consisting of a 20 MHz linear array transducer combined with 20 MHz pulsed Doppler probe to validate its usefulness in estimation of the degree of radial artery FMD and SR after 5 minutes of reactive hyperaemia.

In the pilot studies, 12 healthy volunteers (38–71 yr old) and 14 patients (36–77 yr old) with chronic coronary artery disease (CAD) were included. The diagnosis of chronic CAD was based on the presence of symptoms of stable angina or a positive myocardial ischemia stress test. The Imaging/Doppler system was modified by adding the single element 20 MHz pulse Doppler with a sample volume size being equal 0.3 mm axially and 0.8 mm laterally, to the linear array transducer, providing to high precision FMD and SR measurements. The normalization of FMD to shear rate is done by dividing the peak FMD by the accumulated value of shear rate area under the curve.

Statistically significant differences between the two groups were confirmed by a Wilcoxon-Mann-Whitney test for both FMD and FMD/SR (p-values < 0.01). AUCs of ROC curves for FMD and FMD/SR were greater than 0.9. The results confirm the usefulness of the proposed measurements of radial artery FMD and SR in differentiation of normal subjects from those with chronic coronary artery disease.

Smart nanomaterials: a new route towards novel environmental and biological applications

Nanostructured materials exhibit outstanding size/shape dependent properties that make them extremely promising in several application fields. Fundamental features that include (but are not limited to) their optical response, thermodynamic behaviour, plasmonic, magnetic and catalytic properties can be modulated by varying nanocrystal size and shape, without altering their chemical composition.1 Furthermore, synthesis routes as well as characterization techniques have rapidly evolved thus enabling to rationally design, synthesize process and organise nanomaterials. In this perspective, they can be regarded as building blocks that allow to achieve structures with compelling complexity; hence providing nanostructured materials properly addressable to target applications.2 The present contribution aims at sharing the experience, gained by the Bari Division of CNR-IPCF, on the development of synthetic strategies for preparation of colloidal nanocrystal based materials (metal, semiconductors and oxides), and tailoring their physical and chemical properties towards photocatalytic3, optoelectronic,4 environmental,5 (bio)sensing and biomedical applications.6 The ultimate goal is to organize the prepared nano-objects in mesoscopical structures to be integrated in advanced functional materials and devices.

1. Alivisatos, A. P., Perspectives on the Physical Chemistry of Semiconductor Nanocrystals. The Journal of Physical Chemistry 1996, 100 (31), 13226-13239.
2. Curri, M. L.; Comparelli, R.; Striccoli, M.; Agostiano, A., Emerging methods for fabricating functional structures by patterning and assembling engineered nanocrystals. Physical Chemistry Chemical Physics 2010, 12 (37), 11197-11207.
3. Petronella, F.; Truppi, A.; Ingrosso, C.; Placido, T.; Striccoli, M.; Curri, M. L.; Agostiano, A.; Comparelli, R., Nanocomposite materials for photocatalytic degradation of pollutants. Catalysis Today 2017, 281 (Part 1), 85-100.
4. Ingrosso, C.; Bianco, G. V.; Pifferi, V.; Guffanti, P.; Petronella, F.; Comparelli, R.; Agostiano, A.; Striccoli, M.; Palchetti, I.; Falciola, L.; Curri, M. L.; Bruno, G., Enhanced photoactivity and conductivity in transparent TiO2 nanocrystals/graphene hybrid anodes. Journal of Materials Chemistry A 2017, 5 (19).
5. Petronella, F.; Pagliarulo, A.; Striccoli, M.; Calia, A.; Lettieri, M.; Colangiuli, D.; Curri, M.; Comparelli, R., Colloidal Nanocrystalline Semiconductor Materials as Photocatalysts for Environmental Protection of Architectural Stone. Crystals 2017, 7 (1), 30.
6. Depalo, N.; Iacobazzi, R. M.; Valente, G.; Arduino, I.; Villa, S.; Canepa, F.; Laquintana, V.; Fanizza, E.; Striccoli, M.; Cutrignelli, A.; Lopedota, A.; Porcelli, L.; Azzariti, A.; Franco, M.; Curri, M. L.; Denora, N., Sorafenib delivery nanoplatform based on superparamagnetic iron oxide nanoparticles magnetically targets hepatocellular carcinoma. Nano Research 2017, 10 (7), 2431-2448.

Mathematical analysis of a new model of bone pattern formation

The study of vertebrate limb development is an important example of organogenesis connected with limb bud growth and shaping as well as on its skeleton formation. This process has been modeled by many authors. We tried to explain some mathematical properties of a relatively new model of this phenomenon designed by T. Glimm et al. in a paper from 2014. The most widely used mathematical scenario of pattern formation in biology, among them the formation of chonrogenetic pattern, is the Turing bifurcation. In our publication from 2016, we use this method to study the bacterial patterns driven by chemotaxis and patterns on the sphere, which can correspond to some other biological phenomena.

Analysis of a model of avian limb formation

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów w 2017/2018

Mathematical analysis of a system of mixed parabolic-hyperbolic equations proposed in (Glimm, Newman, 2014). The model was designed to describe the process of bone formation pattern during chicken embryo morphogenesis. In our study, we propose some simplifications making the model more convenient to analyze, in particular reducing it to a standard system of reaction-diffusion equations.

Systems Biology in Single Cells: A Tale of Two Viruses

In the noisy cellular environment, expression of genes has been shown to be stochastic across organisms ranging from prokaryotic to human cells. Stochastic expression manifests as cell-to-cell variability in the levels of RNAs/proteins, in spite of the fact that cells are genetically identical and are exposed to the same environment. Development of computationally tractable frameworks for modeling stochastic fluctuations in gene product levels is essential to understand how noise at the cellular level affects biological function and phenotype. I will introduce state-of-the-art computational tools for stochastic modeling, analysis and inferences of biomolecular circuits. Mathematical methods will be combined with experiments to study infection dynamics of two viral systems in single cells. First, I will show how stochastic expression of proteins results in intercellular lysis time and viral burst size variations in the bacterial virus, lambda phage. Next, I will describe our efforts in stochastic analysis of the Human Immunodeficiency Virus (HIV) genetic circuitry. Our results show that HIV encodes a noisy promoter and stochastic expression of key viral regulatory proteins can drive HIV into latency, a drug-resistant state of the virus.

Bayesian approach ​to reconstruction of​ time series from snapshot data

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów w 2017/2018

Fluorescent live imaging (FLI) has become a powerful technique ​in ​studies at the single-cell level. One of ​its key advantages ​​is the ability to ​measure ​quantities of interest, e.g. protein levels, ​over time in the same cell. ​Most often however reliable quantitative measurements require time-consuming and costly preparation of cells, e.g. stable transfection with a fluorescent protein. An alternative approach is the high-throughput immunocytofluorescence (ICF) microscopy that uses fluorescent antibodies to detect molecules of interests. Unfortunately, ​the latter method is limited to fixed (dead) cells, what leads to the loss of information ​regarding correlation​s​ ​over time​. Therefore, the question arises​, ​whether the missing information could be augmented using a tailored statistical technique.
Here, we propose a Bayesian approach to reconstruct time-series of the heterogeneous behaviour of single cells​ from snapshot data.​ ​Time-series are described as a Gaussian process (GP) with the mean and variance ​of ICF data and the correlations between time-points ​are augmented with a prior.​ ​The covariance matrix of ​the ​GP ​is modeled ​using the inverse-Wishart distribution with a prior described by kernel covariance functions. ​The possibility to reconstruct time-series is useful in studies of various dynamic processes in single cells. Here, the method allowed us for more accurate estimation of information transfer in the JAK-STAT pathway.

Modular microfluidic geometries for passive manipulations on droplets

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów w 2017/2018

Microfluidics is still a new and rapidly growing field of science and has the potential to influence subject areas from chemical synthesis and biological analysis to optics and information technology. Droplet-based microfluidic is the branch of this field, where we use two immiscible fluids. The first liquid is used to produce droplets. Most often it is water and its mixtures. The second liquid is most often fluorinated oil (FC-40, HFE-7500) or hexadecane. This liquid is used to push droplets through complex microfluidics channels.
Two-phase flows have a lot of interesting physical phenomena and these phenomena can be used to complex manipulations on droplets in microfluidics. Changing the geometry of microfluidic structures, e.g. by adding a slit or an obstacle, significantly changes the behavior of flowing drops in the channels. I'll present the comprehensive study of the geometry of microfluidic components which can manipulate on droplets and next I'll show the new approach to the construction of microfluidic devices using these geometries.

Charged Particles Sedimenting Under Gravity In A Viscous Fluid

Modelling diffusion and reactions in biologically relevant systems

There are many aspects of modelling biologically relevant systems, but often two main physical processes occurring are diffusion and reactions. In this talk, I will focus on modelling diffusion inside living cells, emphasizing its main features and challenges. I shall also outline an approach attempting to incorporate diffusion and reactions into a single multiscale simulation framework, and I will discuss a few applications ranging from enzyme kinetics to population dynamics.

Influence of diffusion on magnetic buoyancy instability

Magnetic buoyancy instability (MBI) is believed to plays an important role in the evolution of magnetic fields in astrophysical objects, especially stars. Probably it is also present in the Earth's core. In the case of the Sun observations indicate that the strong toroidal magnetic field emerges from deep regions to the surface and create sunspots or solar prominences. MBI is a probable mechanism of this phenomenon, while magnetic and thermal diffusion are processes important for dynamics of systems with this type of instability. During the presentation I will show the results of analytical and numerical approach to the problem.

Lipidic cubic phase for hosting enzymes and improving their catalytic activity

Potential in discrete stochastic systems and connections with game theory

In this seminar I will present the main points of my Bachelor thesis. I will show what potential can be in the context of sotchastic, an how to deal with it a manner which is both precise and intuitive (at least for me). This will lead to an exact connection between spacially discrete and continuous processes. In the end, I hope to show how the introduced methods can be applied to evolutionary games.

A story on knotted links between knots, links, the associated invariants, and Chebyshev/Fibonacci/Lucas invariants

Topology has become very important in studying condensed matter systems recently to the extent that it is one of the most popular games in town. My interest in topology grew up during studies of vortices in superfluid helium and their role in the phase transition between normal and superfluid helium. Knotted and linked vortex structures proved to contribute to the transition. Such structures are mathematically described by various knot and link invariants, which I will discuss briefly in seminar. Examples of invariants include Alexander polynomial, Fox tricoloring, Jones polynomial, Khovanov homology. An intriguing and puzzling fact in studies of knot invariants is appearance of Chebyshev polynomials in various roles. I will try to make a small step forward in understanding of this role, and as a byproduct I will propose a generalization of Chebyshev polynomials so that they include the standard Chebyshev polynomials, Lucas polynomials, and Fibonacci polynomials (and yes, the latter are related to Fibonacci series) as special cases. This generalization opens a way to a generalization of the Jones polynomial in the sense I will discuss in the seminar, and perhaps more, though I am not going to go that far in this seminar.

Electrospinning of conjugated polymer nanofibers: research challenges and applications

Conjugated polymers are a class of organic macromolecules with large π-conjugated polymer chains due to a backbone chain of alternating double- and single-bonds. The highly electron-delocalized structures generated by the overlapping of p-orbitals create systems with fascinating electronic and optical properties. Conjugated polymer nanomaterials have been shown to be promising for advanced organic electronic, photovoltaic and biomedical applications.

Electrospinning is the most efficient technique for elongating and aligning polymer chains to form nanofibers with a well-defined structure. This technique is particularly interesting in order to fabricate continuous polymer 1D nanostructures with controllable composition, structure and properties. Chemical and physical properties of conjugated polymer nanofibers could be modulated by controlling their hierarchical structure by way of electrospinning [1-3]. The major challenge in the development of these materials has been obtaining a balance between polymer properties and spinnability.

During this seminar, a brief overview of conjugated polymer material properties will be presented. In the second part, principles of the electrospinning of conjugated polymer will be discussed. Finally, recent results on the development of electrospun nanofiber-based devices and their applications will be demonstrated [4].

REFERENCES

[1] F. Pierini et al., “Electrospun poly(3-hexylthiophene)/poly(ethylene oxide)/graphene oxide composite nanofibers: effects of graphene oxide reduction", Polymers for Advanced Technologies, 27 (2016) 1465–1475.

[2] F. Pierini et al., “Comparison between inorganic geomimetic chrysotile and multiwalled carbon nanotubes for the preparation of one-dimensional conducting polymer nanocomposites”, Fibers and Polymers, 16, (2015) 426-433.

[3] F. Pierini et al., "Electrospun polyaniline-based composite nanofibers: tuning the electrical conductivity by tailoring the structure of thiol-protected metal nanoparticles", Journal of Nanomaterials, 6142140 (2017) 10.

[4] F. Pierini et al., “Single-material organic solar cells based on electrospun fullerene-grafted polythiophene nanofibers” Macromolecules, 50, 13 (2017) 4972-4981.

The effect of shear flow on fibrin clot structure and fibrin-platelets interactions

Fibrin and platelets are the two main components involved in blood clot formation, preventing bleeding and promoting wound repair. In vivo, the formation of blood clots takes place in the presence of flowing blood that exerts a continuous shear force on the whole structure, influencing its mechanical properties such as extensibility and resistance. The exact role of the shear flow in bulk organization of fibrin networks and in fibrin-platelet interactions at the nanometer scale still remains, however, unexplored.

Here, by bring together parallel-plate flow chamber (PPFC) together with confocal microscope, we plan to follow in situ changes in fibrin network structure at the bulk level and the level of individual fibrin filaments. By using combination of PPFC together with super-resolution microscopy techniques such as stimulated emission depletion microscopy (STED) or stochastic optical reconstruction microscopy (STORM), we plan to uncover the role of shear flow in spatial organization of fibrin-platelet adhesion receptors.

Such fibrin-platelets model system will closely mimics the in vivo situation of blood clots, providing a crucial insight into the role of shear flow in the extracellular matrix (ECM)-cell interactions which is important in light of the biological function of blood clots.

Self-counting droplets and other microfluidic curiosities

Herein we show the new approach to the construction of microfluidic geometries, which perform the logic operations on sequences of droplets. We explain the working principles and, what is most important, we demonstrate that those single units can be successfully arranged into larger systems performing sequences of operations. Finally, we demonstrate the examples of encoding of the digital procedures of counting of droplets in both binary and decimal systems. In our microfluidic architectures, some of the droplets flowing into the counter play a role of indicators and their positions correspond directly to the current count of all flowing droplets. Such microfluidic counters can be arranged in series to count a custom number of droplets. We show and test a few construction of the counters, which can count reliably up to 1000 droplets.

Presented devices show the fascinating aspect of microfluidics, where continuous flows of liquids crossed in microfluidic junction spontaneously transform into the discrete droplets and then these droplets perform digital computations.

Pattern establishment and scaling in planarians

Planarian flatworms are astonishing creatures. They have the ability to regenerate complete and perfectly proportioned individuals from tiny tissue fragments. They grow when fed and literally shrink when starving, continuously varying their body size between less than one mm and several cm in length. Abundant pluripotent adult stem cells serve as sole source of new cells and their continuous divisions continuously renew all organismal cell types. Such unique biology epitomizes a fascinating challenge: How to regenerate, maintain and scale form and function of a triploblastic body plan? My lab approaches this problem from multiple angles, including the patterning systems specifying the body plan, the multi-level control of organismal growth dynamics and via the comparative analysis of our large live collection of planarian species. We recently found that the planarian A/P axis is patterned by a self-organizing Wnt gradient deployed from the tail tip, which exists in mutual antagonism with a similar patterning system deployed from the head. Current work addresses the transformation of the signaling gradients into cell fate choices and the evolutionary changes in the signaling network that ultimately explain why some planarians regenerate, while others do not.

Stability And Earnshaw’s Theorem In A Viscous Fluid

Mathematical analysis of a limb growth model

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów uzyskanych w 2016/17.

Vertebrate limb development is an important example of organogenesis. In [1], Glimm and coauthors proposed a new model related to bone formation based upon the results of an experimental paper [2]. It differs significantly from any previously discussed model of growing limb. In [2], a crucial role of new morphogens regulating the cells aggregation and bone formation during avian limb growth has been reported. The main mathematical feature of the Glimm’s model is that it is described by a system of equations which are neither parabolic nor hyperbolic. Here we propose a possible approach of the model analysis.

1. T. Glimm, R. Bhat, S.A. Newman, Modeling the morphodynamic galectin patterning network of the developing avian limb skeleton,J.Theor. Biol.,346(2014), pp. 86108.
2. Bhat, R., Lerea, K.M., Peng, H., Kaltner, H., Gabius, H.J., Newman, S.A., A regulatory network of two galectins mediates the earliest steps of avian limb skeletal morphogenesis, BMC developmental biology, 11(1), (2011), 1.

Geometry and mechanics in soft biological matter: an analysis of nematode locomotion and fruit fly morphogenesis

The interplay between geometry and mechanical forces plays a subtle but very important role in diverse biological systems. In our first example we will focus on locomotion of the nematode C. elegans in 2D and 3D environments. We will investigate optimization and neuromuscular control of nematode gait patterns in different media; we also discuss the geometry and biomechanics of its turning maneuvers. The second example will center on the formation of embryonic architecture during fruit fly morphogenesis; in our analysis we argue that mechanical feedback is crucial for robustness of morphogenetic movements.

Quantitative methods for analysing cellular signalling

Seminarium w ramach przeglądu wyników doktorantów uzyskanych w 2016/17.

The complexity of biochemical signalling induce usage a combination of tailored experimental measurements with quantitative approaches for better understanding signalling mechanisms. My research is focused on: (1) development software for quantification of high-througput single cell-measurements and (2) mathematical methodology for analysing signalling mechanisms. We proposed non-parametric modelling method for reconstructing trajectory of cellular response to the stimuli from single-cell snapshot data. Moreover, we work on developing stochastic models of interferones signalling in normal cell lines of human lung epithelium as well as in human non-small cell lung cancer cell lines that combine intrinsic and extrinsic sources of cellular variability. During the seminar I will present previous results of my PhD project and plan of work for the next year.

Modeling peptide solvation by denaturing and protective co-solvents

Dynamics of settling pairs of elastic particles at low Reynolds number regime

I will discuss dynamics of symmetric pairs of particles, settling in viscous fluid. Results for two regimes will be presented: the system of rigid particles, where periodic solutions are observed, and the system of elastic particles.

Antyglejakowa terapia grafenem - nadzieje i obawy

Active microrheology in a colloidal glass of hard spheres

The talk will address the dynamics of a probe particle driven by a constant force through a colloidal glass of hard spheres. This nonequilibrium and anisotropic problem is investigated using a new implementation of the mode-coupling approximation with multiple relaxation channels and Langevin dynamics simulations. An important feature of the system is the critical force, above which the probe delocalizes. Friction coefficients of delocalized probes decrease with force, indicating force-thinning behavior. Probe van Hove functions predicted by the theory show exponential tails reminiscent of an intermittent dynamics of the probe. This scenario is microscopically supported by simulations.

Speed of flow of non-wetting droplets in capillaries of circular cross-section

We measure mobility of long droplets in circular microfluidic channels. Using oil as a continuous phase and aqueous solutions of glycerol with die as droplet phase, we determine mobility for the range of values of the capillary number Ca∈(〖10〗^(-5),〖10〗^(-2) ) and ratio of viscosities of the droplet and continuous phase λ∈(0.25,10). To explain the results of our experiments, we also introduce approximate method of calculation of the speed of viscous droplets. This theoretical approach is based on lubrication approximation.

On the viscosity of rigid models of molecules

The viscosity of complex fluids very strongly depends on their composition. For many medical and technological applications it is important to know how does the macroscopic viscosity change with the shape of suspended molecules. We will show ho to calculate the viscosity of macromolecules modeled as bead modes and treat some artificial problems that can be found in the literature like "the center of viscosity".

Design of a control and signal processing module for an experimental research ultrasound system and its implementation in a FPGA device. - Master Thesis presentation

Aim of this thesis is design of a control and signal processing module of ultrasound 2D imaging system and its implementation in FPGA Xilinx Artix-7. Thesis is a part of work in project of student scientific group "Bio-Son". It is carried out at Faculty of Mechatronics, Warsaw University of Technology.
Task of the control module is configuration and synchronization of the signal processing modules, a user interface and peripheral devices embedded in the ultrasound system. It has been implemented as software running on an embedded system. Embedded system is based on Leon3/GRLIB project.
The signal processing module operates on a single line of RF signal. The RF signal is preprocessed in Front-End block and it is an output of the beamformer. Operations of filtration, various kinds of envelope detection and compression of an amplitude are used to processing this signal in implemented module.
The Research task was to examine accuracy of estimation envelope of RF signal and resources utilization of FPGA by proposed methods.

Interaction of a Straight Line Current with a Superconducting Sphere

An analytical expression for a scalar potential for a current line near a grounded sphere is obtained. This is an exact solution for a model of a superconducting sphere in the Meissner state which gives expressions for not only the scalar potential, but also the magnetic field and the force. This solution is derived in a way analogous to the hydrodynamic problem of a spherical blockage near a vortex line in a potential flow. This method avoids both guesswork and complicated series expansions, and also results in simple expression for the solution. Once the solution is obtained, both its symmetries and its dependencies of the result on model parameters will be explained. The behavior as the line current approaches the sphere will also be explored.

Lie point symmetries and invariant solutions of equations for turbulence statistics

Although the evolution of turbulent velocity field is governed by the deterministic Navier-Stokes equations, due to its sensitivity to small variations in the initial and boundary conditions turbulent field may be treated as a stochastic field. For its statistical description joint probability density functions (pdf's) of velocities in different points of the flow are needed. Transport equations for such pdf's form a system of infinitely many equations where in the n-th equation for n-point pdf an unknown pdf in (n+1) points is present.
In the first part of the talk theoretical description of turbulent flows and mathematical analysis of the infinite system for pdf's with the use of the Lie-group method will be addressed.
Next, possible applications of this theoretical study to derive invariant solutions for turbulence statistics and invariant turbulence closures will be discussed.

Stimuli-responsive liquid crystal hydrogel implants by electrospinning technique

The aim of the project is to develop stimuli-responsive electrospun polymer hydrogel materials in order to produce implantable smart materials for biomedical applications.
Tissue engineering and drug delivery strategies have great potential for medical treatments of several diseases and injuries. Their applicability is limited by the lack of implanted materials adaptability to the specific biological tissue requirements over time.
The project is intended to produce soft and biocompatible stimuli-sensitive nanostructured hydrogel capable of releasing drugs and to be easily tunable applying external stimuli. The beneficial effects of the material softness will be assisted by the drug release that will minimize tissue inflammation and stimulate the growth of cells around the implant. The stiffness reduction and materials deformability is particularly appreciated in neural tissue treatments.
The proposed materials will be composed of a hydrogel and liquid crystal blend possessing the required biocompatibility, mechanical properties and ability to release drugs. The capability to change the material structure and biomolecule release properties applying external stimuli will be guarantee by the presence of liquid crystals into the polymer structure.

Investigation of blood clotting mechanism in contact with nanofibers

The main objective of the project is the analysis of blood clotting mechanisms in the contact with polymer nanofibers. Knowledge on platelets plug and fibrin clot formation is crucial in the assessment of hemostatic potential of wound dressings. Despite a large number of experiments carried out using polymer materials, coagulation mechanisms are still not fully understood. Therefore, the use of various synthetic polymers, their blends with natural polymers of confirmed hemostatic effect e.g. collagen and gelatine, and additionally nanofibers made of natural polymer chitosan, will be investigated for their potential to stop bleeding. Analysis of nanofibers’ surface modifications and its effect on wettability of the material and most importantly acceleration of platelets adhesion and aggregation will be an important objective of the project. Addition of drugs affecting coagulation cascade will help design delivery system acting locally and accelerating blood clot formation.

Paradigms of micelles-involving lubrication: brushes and hydrated (bio)surfaces

Fale i oscylacje wapniowe w komórce biologicznej

Na seminarium omówię rozwiązania w postaci fali biegnącej dla układu równań parabolicznych opisujących dynamikę wapnia dla różnych wartości współczynników dyfuzji buforów wolnych i 'uwapniowanych'. Przedstawię również pewne własności rozwiązań równań reakcji dyfuzji na sferze dla szczególnej postaci członu źródłowego.

Mathematical analysis of a model of avian limb formation

A study on the existence and properties of solutions to a model describing the morphodynamic galectin patterning network of the developing avian limb skeleton derived in [1]. And a review of chondrogenic pattern formation in developing limb.

[1] "Modeling the morphodynamic galectin patterning network of the developing avian limb skeleton" by the authors T. Glimm, S. A. Newman, R. Bhat

Dynamika symetrycznego układu giętkich cząstek opadających w lepkim płynie

Na seminarium przedstawiona zostanie dynamika dwóch elastycznych cząstek opadających w lepkim płynie. Zostaną przedstawione wyniki dla cząstek o różnej giętkości i kształcie. W zależności od tych parametrów obserwowane jest odpychanie lub przyciąganie hydrodynamiczne pomiędzy cząstkami.

Bottle oscillators

What is common for clocks, human hearts and... diverted bottles filled with water? All of them exhibit oscillations! In our work we analysed so called "bottle oscillators" and obtained a mathematical model describing them. In addition, we investigated more complicated systems with many bottles linked in a big oscillator!

Modeling passive membrane permeation of aromatic dipeptides

Umbrella sampling simulations are used to study the passive permeation of three aromatic dipeptides – N-acetyl-phenylalanineamide (NAFA), N-acetyltyrosineamide (NAYA) and N-acetyl-tryptophanamide (NATA) - through a 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospocholine (DOPC) lipid bilayer. We model the structure, dynamics and interactions of the peptides as a function of z, the distance from lipid bilayer.  The calculated profiles of the potential of mean force show two strong effects – preferential binding of each of the three peptides to the lipid interface and large free energy barriers in the membrane center. Surprisingly, computed translational diffusion coefficients D(z) change very little with reaction coordinate and are also quite similar for the three peptides studied. In contrast calculated values of sidechain rotational correlation times τ_rot(z) show extremely large changes with peptide membrane insertion – values become 100 times larger in the headgroup region and 10 times larger at interface and in membrane center, relative to solution. The peptides’ conformational freedom becomes systematically more restricted as they enter the membrane, sampling α and β and C7_eq basins in solution, α and C7_eq at the interface and C7_eq only in the center. Residual waters of solvation remain around the peptides even in the membrane center. Overall, our study provides an improved microscopic understanding of passive peptide permeation through membranes, especially on the sensitivity of rotational diffusion to position relative to the bilayer.

Sensitivity and identifiability analysis in quantitative biology dynamical models

Dynamical models in quantitive biology are characterised by much more complex structures and substantially larger sets of parameters than models used in physics and engineering. Moreover available experiments usually provide limited set of data, which corresponds to fragments of studied systems. This leads to non-identifiability of parameters that cannot be estimated from experimental data. In consequence the reliability of used models is limited and our knowledge of studied processes is misrepresented.

Therefore, my work is focused on understanding how parameter values and their mutual relationships determine a model behaviour. The sensitivity analysis provides tools that allow to rigorously investigate how individual parameter values (input) impact a defined quantitative characteristics of model behaviour (output). On the other hand analysis of parameters collinearity insight of joint parameters impact on the model dynamics.

Basing this both concepts we have developed techniques for verifying locally identifiability of individual parameters in large dynamical models, which contain even hundreds of parameters. Nowadays my research is directed to exploit local findings in problems of experimental design and model reduction.

Modelowanie układu p53 w odpowiedzi na jedno i dwuniciowe uszkodzenie DNA

Podwójnoniciowe uszkodzenia DNA wykrywane są przez moduł ATM a pojedynczoniciowe fragmenty DNA przez moduł ATR. Obydwa szlaki aktywują białko p53 zaangażowane w regulację cyklu komórkowego, naprawę DNA i apoptozę. Pomiędzy szlakami ATM i ATR istnieją zależności. Przykładowo proces resekcji podwójnoniciowych uszkodzeń DNA skutkuje aktywacją modułu ATR. W ramach badań zostały stworzone: model ATM oparty na danych eksperymentalnych, model ATR, wstępny łączony model ATM-ATR uwzględniający proces resekcji podwójnoniciowych uszkodzeń DNA oraz wstępny model ATR połączony z modelem cyklu komórkowego. Otrzymane wyniki znajdują potwierdzenie w literaturze biologicznej.

Eksperymentalna analiza dynamiki nano obiektów zawieszonych w cieczy

A work focused on the mobility of the nano-objects suspended in fluid. The research activity is centred on issues of hydrodynamic diameter of spherical particles that is affected by several factors such as the environment (ionic strength of the solution), the steric and ionic impact and the scale or slip effect on the particle-fluid interaction. Knowledge of the hydrodynamic diameter of nanoparticles or biological macromolecules in a given environmental conditions is essential to determine the diffusion of the tested nano-objects in the studied environment (e.g. body and intracellular fluids). The subject has been expanded to include the study of the influence of the structure of more morphologically complex nanomaterials as well as the strong deformability shown by hydrogel nanofilaments. These objects produced using coaxial electrospinning have been characterized by evaluating their mechanical properties (persistence length, Young's modulus), the rheological behaviour under the influence of thermal fluctuations (Brownian motion) and the morphology (AFM). The defined nanofilaments has been also analysed inside microchannels where a pulsed liquid flow allows to simulate the living body conditions. These studies will help to determine the impact that periodic movements have on the conformational changes of these nanofilaments. Conducted experiments can be helpful in understanding and assessing the behaviour of flexible nanofilaments, thereby helping to understand and explain the physical phenomena responsible for the coiling and bending dynamic of the long molecular objects, such as DNA and proteins. No doubt the existence of similar mechanical properties (ratio of persistence length to contour length) between DNA molecules and hydrogel nanofilaments supports the possibility of using them as models object in order to eliminate the disadvantages associated with the small size of DNA molecules. The presented research can help to verify the existing simulation models of Brownian dynamics in micro and nanoscale for spherical objects, highly deformable filaments and macromolecules. Understanding the relationship between microstructure and macroscopic properties of the filaments flow opens the possibility of designing nano-objects capable to travel in crowded body fluids in order to selectively delivery drugs into the target area or reach specific local tissues with the aim of helping their regeneration.

Jony wapnia w komórce eukariotycznej

Jony wapnia odgrywają kluczową rolę w regulacji przebiegu licznych procesów w komórce. Wszechstronność i uniwersalność Ca2+ jako przekaźnika sygnału wynika z jego właściwości chemicznych i niezwykle precyzyjnej regulacji jego stężenia w różnych przedziałach komórkowych. Zaburzenia tej regulacji są przyczyną poważnych dysfunkcji komórek często prowadzących do ich unicestwienia. Komórki eukariotyczne dysponują szeregiem narzędzi molekularnych pozwalających na kontrolowanie stężenia Ca2+, takich jak systemy transportu i magazynowania tych jonów, a także sensory Ca2+ dekodujące sygnał wapniowy. Omówienie tych mechanizmów (ze szczególnym uwzględnieniem roli mitochondriów) będzie przedmiotem mojego wykładu.

Modelowanie procesow transportu w czasie dializy

Przedstawione zostana proste modele matematyczne opisujace procesy transportu substancji w czasie obu form dializy pacjentow ze schylkowa niewydolnoscia nerek: hemodializy i dializy otrzewnowej. Zwrocimy uwage na praktyczne wykorzystanie tych modeli do kontroli parametrow dializy i interpretacji parametrow modeli typu "czarna skrzynka" poprzez parametry fizjologiczne opisujace anatomiczne bariery transportowe.

Odpychanie hydrodynamiczne pomiędzy elastycznymi cząstkami opadającymi w lepkim płynie

Na seminarium zostanie zaprezentowana dynamika symetrycznego układu dwóch elastycznych cząstek, opadających w reżimie małych liczb Reynoldsa. Omówione zostaną warunki występowania ruchów periodycznych oraz przypadki w których występują oscylacje nieokresowe, prowadzące do efektywnego odpychania pomiędzy cząstkami.

Hydrogel nanofilaments for biomedical application

The project includes a study of deformabile polymer nano-objects dynamics under the influence of mechanical and physical phenomena (such as chaotic thermal movements), performing numerical analysis of complex flow and taking advantage of recently developed tools for analysing highly deformable hydrogel nanofilaments. The ongoing research project involve analysis of the behavior of flexible polymeric nanofilaments, produced by electrospinning technique, in various types of liquids and suspensions. The results can be used for verification of the theoretical models of biological and physical phenomena responsible for the dynamics of the bending of long bio-objects (proteins, DNA) and allow to evaluate the possibility of used flexible nanofilaments as systems for tissue engineering, transport and drug release.

Analysis of specific hydrodynamic interactions between particles using Optical Tweezers - a project proposal for Preludium 10

The proposed project will concentrate on the study of interactions between single particles made of polystyrene and glass. The particles will be suspended in water with different concentrations of several types of ions. This study will be conducted using Optical Tweezers combined with an atomic force microscope and a fluorescence microscope. To fully evaluate the influence of ions, we will not only measure the interaction forces between the particles but also Brownian motion and ballistic motion of single particles confined within the optical trap. The obtained results will be compared with molecular dynamics simulations. The results of this study will help to understand the behavior of nano-objects in complex fluids and also should be useful in calibrations of current numerical models and equipment that relay on the nature of nano-particles in a fluid.

Effect of ions on thermodynamic Casimir potential

Concentration fluctuations in near-critical mixtures lead to a thermodynamic Casimir force between surfaces confining the mixture. The range of this force is equal to the bulk correlation length, and increases on the approach to the critical point. Recently the Casimir potential draws increasing attention on both the experimental and theoretical side. On the one hand the interest in the Casimir potential is motivated by the recent discovery that in living organisms the lipid membranes are close to the critical point of the demixing transition, and the Casimir forces between large membrane inclusions may play some role in life processes. On the other hand, the Casimir force acts between surfaces of colloid particles suspended in near-critical solvents, and fine tuning of this force by small temperature changes can have technological applications.
The colloid particles are usually charged and ions are present in the solvent, therefore screened electrostatic interactions contribute to the effective potential between the particles. The solubility of the ions in the two components of the binary solvent is different, therefore the concentration and charge distribution near the charged and selective surface influence each other. As a result, the effective interactions can be different from the sum of the Casimir and electrostatic potentials. Rich and unexpected behavior, depending on the ratio of the correlation and the screening length was observed [1,2]. In particular, for some range of temperatures attraction between like charge hydrophilic and hydrophobic surfaces was measured [2], although the Casimir and the electrostatic forces are both repulsive in this case.
In this talk recent experimental results for confined near-critical aqueous mixtures with addition of inorganic [1,2] or antagonistic [3] salt are reviewed. A mesoscopic theory for such systems is developed from a microscopic density functional theory by a systematic coarse-graining procedure [4-6]. Theoretical results are discussed, physical origin of the unexpected phenomena is explained, and comparison between the theory and experiments is performed.

1. C. Hertlein et.al., Nature 451, 172 (2008)
2. U. Nellen et.al. Soft Matter 7, 5360 (2011)
3. K. Sadakane et.al. Phys. Rev. Lett 103, 167803 (2009)
4. F. Pousaneh, A. Ciach and A. Maciołek, Soft Matter 8, 7567 (2012)
5. F. Pousaneh, A. Ciach and A. Maciołek, Soft Matter 10, 479 (2014)
6. F. Pousaneh, A. Ciach, Soft Matter. 10, 8188 (2014)

Signaling mediated epigenetic silencing of tumor suppressors in ovarian cancer

Aberrant TGFβ signaling pathway may alter the expression of down-stream targets and promotes ovarian carcinogenesis. However, the mechanism of this impairment is not fully understood. By ChIP-chip, we have previously identified RunX1T1 as a SMAD4 target in an immortalized ovarian surface epithelial cell line, IOSE. In this study, we demonstrated that transcription of RunX1T1 was confirmed to be positively regulated by SMAD4 in IOSE cells and epigenetically silenced in a panel of ovarian cancer cell lines by promoter hypermethylation and histone methylation at H3 lysine 9. SMAD4 depletion increased repressive histone modifications of RunX1T1 promoter without affecting promoter methylation in IOSE cells. Epigenetic treatment can restore RunX1T1 expression by reversing its epigenetic status in MCP3 ovarian cancer cells. When transiently treated with a demethylating agent, the expression of RunX1T1 was partially restored in MCP3 cells, but gradual re-silencing through promoter re-methylation was observed after the treatment. Interestingly, SMAD4 knockdown accelerated this re-silencing process, suggesting that normal TGF-beta signaling is essential for the maintenance of RunX1T1 expression. Recently, by mathematical modeling, we have demonstrated a TGF-β inducible miR, miR-193a to be epigenetically controlled by E2F6. Such epigenetic silencing of miR-193a may induce a bistability of the ovarian cancer stem marker, c-KIT expression. The mechanism of epigenetic control in the expression of miR-193a will also be discussed. In conclusion, dysregulated TGFβ/SMAD4 signaling may lead to epigenetic silencing of a putative tumor suppressor during ovarian carcinogenesis.

Optymalizacja połączeń w mózgu

Seminarium będzie poświęcone strukturze ssaków, w szczególności korze mózgowej (kluczowej dla procesów kognitywnych. W przeszłości wysuwane były sugestie, ze struktura mózgu jest w dużej części konsekwencja ewolucyjnej minimalizacji uzwojeń neuronowych (dendryty i aksony), jako ze są one kosztowne metabolicznie i biofizycznie. Ostatnio jednak pojawiły się prace, które poddają w wątpliwość tę hipotezę. Na seminarium opowiem o swoim wkładzie w ten problem, i o własnej alternatywnej "zasadzie" na której może być oparta struktura kory mózgowej ssaków. Zasada ta, zwana przeze mnie ekonomiczną maksymalizacją polaczeń neuronowych ("spine economy maximization"), wyjaśnia empiryczną hierarchię w strukturze kory oraz posiada potencjał do wyjaśnienia pewnych faktów z wielko-skalowej struktury mózgu. Całość stanowi wstęp do teoretycznych badań na temat ludzkiego konektomu ("human connectome"), co jest jednocześnie ostatnio bardzo ważne i modne w neuronauce. Seminarium będzie oparte w dużej mierze na mojej pracy:

http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1004532

Fale stacjonarne dla równania reakcji-dyfuzji na sferze

Na seminarium pokażę istnienie i własności rozwiązań w postaci frontów stacjonarnych dla równania typu reakcji-dyfuzji na sferze ze specyficznym członem reakcji. Rozwiązania takie mogą być pomocne np. w zrozumieniu propagacji sygnałów na membranie komórek biologicznych.

Wpływ warunków brzegowych na samoorganizację

Samorzutne porządkowanie (samoorganizacja) jest to proces podczas którego cząsteczki w wyniku wzajemnych interakcji oraz fluktuacji termicznych tworzą uporządkowane, stabilne termodynamicznie struktury. W trakcie seminarium przedstawię główne wyniki mojej rozprawy doktorskiej, dotyczącej samoorganizacji cząstek oddziałujących izotropowym potencjałem o krótkozasięgowym przyciąganiu i długozasięgowym odpychaniu. W szczególności, w oparciu o ścisłe rachunki oraz symulacje Monte Carlo, opiszę własności tego układu w przypadku dużych objętości, jak również gdy ograniczenia geometryczne mają istotny wpływ na samorzutnie porządkującą się strukturę.

Ruch regularnych układów wielu cząstek oddziałujących hydrodynamicznie w polu grawitacyjnym

Similarity Parameters for Shock Waves in Dense Fluids

The structure of a shock wave in a dilute gas, presented in suitable, non-dimensional coordinates, depends only on the kind of gas and the shock Mach number, provided that the shock wave is not strong enough to cause dissociation or ionization.

In dense media the situation is more complex. It will be shown, that in noble gases under high density conditions the shock wave structure depends on three non-dimensional parameters: initial density, initial temperature, and shock velocity (which is different from the shock Mach number).

Modelowanie matematyczne wewnątrz- i zewnątrzkomórkowej dynamiki wapnia.
Wpływ wapnia do mitochondrium. Szybkie fale wapniowe w długich komórkach.

Sygnalizacja wapniowa odgrywa ważną rolę w wielu procesach zachodzących zarówno na poziomie pojedynczych komórek, jak też całych tkanek. Bierze udział w przesyłaniu impulsów nerwowych, skurczach mięśni, a nadmiar wapnia w cytozolu może prowadzić do apoptozy.
Podczas seminarium opowiem o modelu przepływu wapnia z cytozolu do mitochondrium - jednego z wewnątrzkomórkowych magazynów wapniowych. Przepływ ten odbywa się przez kanał Mitochondrial Calcium Uniporter (MCU) znajdujący się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.
Opowiem również o modelu szybkich falach wapniowych, tzw. Calcium Induced Calcium Influx (CICI), obserwowanych w długich komórkach i podłużnych częściach komórki, takich jak wici i rzęski. Fale te powstają na skutek sił mechanicznych oddziałujących na błonę komórkową.

Numerical analysis of patterns in a model of Chemotaxis.
A mathematical analysis of a new model of avian limb formation.

Description and explanation of pattern formation during the chemotaxis and embryo morphogenesis. In particular:

(1) Pattern formation generated by Chemotaxis phenomena, more precisely simbolic simulation of a Chemotaxis phenomena which describes the formation of chondrogenetic structures and vasculogenesis (formation of blood vessels in the embryo).

(2) Chondrogenetic pattern formation, i.e. the appearence of bone structures (consecutively 1, 2 and more bones) and the theoretical analysis of a system of equations proposed in (Glimm, Newman, 2014) is the process of bone pattern formation during the vertebrate limb morphogenesis.

Heterogenność odpowiedzi komórkowej na stymulację czynnikiem TNF-α

Białka z rodziny NF-κB są grupą jądrowych czynników transkrypcyjnych odpowiedzialnych za odpowiedź immunologiczną organizmu. Czynnik NF-κB reguluje aktywność kilkuset genów odpowiedzialnych m.in. za odpowiedź zapalną, obronę antywirusową, proliferację i apoptozę.

Celem pracy jest zbadanie heterogenności odpowiedzi komórkowej na stymulację czynnikiem TNF-α (ang. tumor necrosis factor). TNF-α jest jedną z głównych cytokin biorących udział w odpowiedzi zapalnej i immunologicznej. W populacji komórek translokacja czynnika NF-κB do jądra zachodzi z różną intensywnością oraz w różnym czasie od momentu stymulacji czynnikiem TNF-α. Eksperymenty biologiczne prowadzone są na dwóch liniach komórkowych: mysich embrionalnych fibroblastach MEF RelA-GFP oraz 3T3 RelA-dsRed H2B-GFP, które wykazują różną czułość na czynnik stymulujący. Obserwacja translokacji NF-κB przeprowadzana jest przy pomocy mikroskopii konfokalnej, a także przy użyciu metod immunocytochemicznych. Wyniki eksperymentów pozwolą na dopasowanie parametrów zaproponowanego modelu matematycznego opisującego sygnalizację w ścieżce regulatorowej NF-κB.

Cross-talk between IFN- α/β and IFN-γ in JAK/STAT signaling pathway

In the mammalian immune system processing information about extracellular cytokine concentration is of crucial importance for the tight control of the immune response and efficiency of the defence mechanisms. Malfunction of the signal transduction is tightly related to a variety of disorders ranging from impaired immunity to autoimmune diseases and cancer. In my work I have experimentally examined the crosstalk between IFN- α/β and IFN-γ. The experimental measurements of the STAT1 and STAT2 activation upon stimulation with various combinatorial protocols provided insight about the joint sensing of the two types of interferons. This results help us understand mechanism of immune response. Moreover we could interpret experimental data via mathematical model that is capable to explain how prestimulation with one type of interferon can sensitize or desensitize the system to a subsequent stimulation with another type of interferon.

Analiza mobilności nanocząstek i silnie deformowalnych nanofilamentów

Prezentowane wyniki są kontynuacją prac nad mobilnością nano-obiektów zawieszonych w płynie, a obejmujących problematykę średnicy hydrodynamicznej sferycznych cząstek, na którą wpływ ma wiele czynników, takich jak otoczenie (ruchy Browna w środowisku makromolekuł), efekty steryczne i jonowe, wpływ skali, czy poślizg na granicy cząstka-płyn. Tematyka ta została rozszerzona o obiekty o strukturze bardziej złożonej geometrycznie, a dodatkowo silnie deformowalnej. Badania te obejmują wyznaczenie właściwości mechanicznych elastycznych hydrożelowych nanofilamentów, wytworzonych metodą elektroprzędzenia, które mogą służyć jako model do badania dynamiki zginania długich cząstek biologicznych (np. białka, DNA). Modyfikacja ich właściwości mechanicznych możliwa jest dzięki zmianie proporcji między tworzącymi je komponentami, co pozwala na uzyskanie materiału o pożądanej sztywności w zależności od zastosowania. Morfologię nanofilamentów scharakteryzowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) i mikroskopii sił atomowych (AFM). Właściwości mechaniczne nanofilamentów wyznaczone zostały poprzez badanie ich dynamiki zginania (długość persystentna) oraz techniki obserwacji ruchów Browna. Porównano je następnie z danymi uzyskanymi dzięki zastosowaniu metody nanoindentacji AFM. Wyznaczony został również profil uwalniania znacznika albuminy surowicy bydlęcej sprzężonej z fluoresceiną (BSA-FITC) w funkcji czasu, w celu określenia ich wstępnej przydatności jako systemów kontrolowanego uwalniania leków.

Ekspresja czynnika tkankowego w komórkach śródbłonka w odpowiedzi na nukleotydy zewnątrzkomórkowe

Czynnik tkankowy (TF z ang. Tissue Factor) jest proteazą biorącą udział w zewnątrzpochodnym szlaku krzepnięcia krwi. Niedawno została odkryta kolejna rola tej molekuły jako aktywatora odpowiedzi immunologicznej. Do uaktywnienia TF w komórkach śródbłonka dochodzi w wyniku ich oddziaływania z cytokinami zapalnymi np. TNFα (z ang. Tumor Necrosis Factor alfa). Ponadto cytokiny wpływają również na uwolnienie nukleotydów zewnątrzkomórkowych (np. ATP, ADP, UTP) do światła naczynia krwionośnego. Wpływ nukleotydów na ekspresję TF nie został do tej pory zbadany.

Decoding Nf-kB dynamics: information theoretic approach

The role of biological signaling networks is to reliably transmit specific information about the external environment to allow the organism to adapt to changing conditions. At the level of single cells, surface receptors convert extracellular cues into activation of transcription factors that control cellular decisions. A considerable unresolved issue is how information about ligand binding is encoded into nuclear activity of the transcription factors.

We therefore designed a novel statistical methodology to measure information of cellular outcomes from single-cell, dynamical responses. Using this approach to analyse experimental data of nuclear translocation of the NF-kB transcription factor, we identified how the information capacity of the system changes with inclusion of time series data and indicate the essential features of the nuclear NF-kB temporal profile.

Dynamika regularnych układów wielocząstkowych opadających grawitacyjnie w lepkim płynie

Dynamika grup cząstek niebrownowskich opadających grawitacyjnie w lepkim płynie jest intensywnie badana w literaturze, zarówno dla małej jak i dużej liczby cząstek. Ciekawym zjawiskiem są ruchy oscylacyjne, jakie cząstki w takich układach wykonują. W trakcie seminarium przedstawię nasze wyniki dotyczące badania dynamiki takiej grupy, składającej się z wielu cząstek rozmieszczonych w konfiguracjach regularnych [1]. Układ został zbadany z zastosowaniem przybliżenia punktowego w płynie o bardzo małych liczbach Reynoldsa. Zaprezentuję znalezione ruchy periodyczne i quasi-periodyczne oraz zakres parametrów charakteryzujących konfiguracje początkowe, dla których obserwujemy chaotyczną dynamikę [1].

[1] M. Gruca, M. Bukowicki, M.L. Ekiel-Jeżewska, Periodic and quasiperiodic motions of many particles falling in a viscous fluid, arXiv:1502.03353 [cond-mat.soft] (2015)

University of Warsaw

Collisions of cloud droplets with a rain drop investigated by means of digital holographic particle tracking velocimetry

The collection process of droplets by drops is an important process in precipitation formation and aerosol scavenging by rain especially from the point of view of cloud and climate models. For the last few decades, measurements of collision parameters have been based on measuring the mass growth rate, assuming constant droplet parameters, relative velocities of drop and droplets and evaporation conditions, and then inferring the collection efficiency in the integral. Digital in-line holography allows us to measure the collection efficiency directly, i.e. to measure the collision events themselves and their surrounding conditions simultaneously. To show proof of concept, an experiment was carried out in the Mainz vertical wind tunnel in a laminar flow with droplets and drop sizes corresponding to that observed in clouds using digital holographic particle tracking velocimetry. In the presentation I will describe the above method, the details of the experiment, the flow characterization and show the first collision statistics.

Atomistic modeling of molecular reorientations in solution

The results of molecular dynamics simulations of reorientational motions are presented for several classes of molecules. The computational results are compared with available experimental data and interpreted using the rotational diffusion model. We start with small rigid systems, for which interesting deviations from the model arise due to to specific intermolecular interactions. Next, motions of larger molecules are analyzed, where internal flexibility may play a role. The last example is a study of a large protein, for which domain reorientations are important for biological function. The final comments discuss the challenges in extracting internal dynamics information from reorientational signals.

Perspectives for the comprehension of complex deposits on surfaces

The main purpose of the presentation is to summarise briefly the state-of-the-art in modelling approaches for colloidal fouling, i.e. the continuous deposition of small solid particles on initially clean surfaces, which is addressed as resulting from the coupling between four elementary phenomena: deposition, resuspension, agglomeration and clogging (i.e. multilayer deposition). Then, the limitations in our current understanding of particulate fouling are discussed and the presentation also outlines areas where further experimental and numerical analysis are needed.

Age-structured and delay differential-difference model of hematopoietic stem cell dynamics

We investigate a mathematical model of hematopoietic stem cell dynamics. We take two cell populations into account, quiescent and proliferating one, and we make the difference between dividing cells that enter directly to the quiescent phase and dividing cells that return to the proliferating phase to divide again. The resulting mathematical model is a system of two age-structured partial differential equations. By integrating this system over the age and using the characteristics method, we reduce it to a delay differential-difference system, and we investigate the existence and stability of the steady states. We give sufficient conditions for boundedness and unboundedness properties for the solutions of this system. By constructing a Lyapunov function, the trivial steady state, describing cell's dying out, is proven to be globally asymptotically stable when it is the only equilibrium. The stability analysis of the unique positive steady state, the most biologically meaningful one, and the existence of a Hopf bifurcation allow to determine a stability area, which is related to a delay-dependent characteristic equation. Numerical simulations illustrate our results on the asymptotic behavior of the steady states and show very rich dynamics of this model. This study may be helpful in understanding the uncontrolled proliferation of blood cells in some hematological disorders.

Curvature dependence of propagating velocity for a simplified calcium model

It is known that the relation between curvature and wave speed plays a key role in the propagation of two-dimensional waves in an excitable model. For typical excitable models (e.g., the Fitz-Hugh-Nagumo (FHN) model), such a relation is believed to obey the linear eikonal equation, which states that the relation between the normal velocity and the local curvature is approximately linear. In this talk, we show that for a caricature model of intracellular calcium dynamics, although its temporal dynamics can be investigated by analogy with the FHN model, the curvature relation does not obey the linear eikonal equation even in the limiting case. Hence this caricature calcium model may be an unexpected excitable system, whose wave propagation properties cannot be always understood by analogy with the FHN model.

Symulacje metodą Dynamiki Molekularnej przepływu analitu w kolumnach chromatograficznych

Celem pracy jest określenie zachowań analitu w obszarze nanoporu ziarna adsorbentu w kolumnach chromatograficznych. Przedstawione zostaną wyniki symulacji nanoprzepływów mieszaniny wody i cząsteczek analitu: fenolu oraz n-ocatdecylbenzenu na granicy nanoporu metodą Dynamiki Molekularnej. Symulowano przepływ mieszaniny wody i fenolu oraz wody i n-octadecylbenzenu przez kanał kwarcowy o szerokości 2,2*10^-8 m i średnicy nanopora wynoszącej 7*10^-9 m co odzwierciedla sytuację rzeczywistą. Użyto modele komputerowe rzeczywistych materiałów: hydroksylowanego alfa-kwarcu, wody, fenolu i n-octadecylbenzenu. Symulacje wykonano programem Lammps na superkomputerze Nostromo w ICM UW z wykorzystaniem 4096 rdzeni obliczeniowych. Uzyskane wyniki pokazują, że na granicy nanpora i powierzchni ziarna adsorbentu w przepływie pojawia się wirowość, która wpływa na ruch molekuł fenolu oraz n-octadecylbenzenu.

Wielocząstkowe oddziaływania hydrodynamiczne: analiza ruchow periodycznych i quasi-periodycznych

Przestrzenne oscylacje wapniowe w komórce, w modelu trójkompartmentowym

Przestrzenne oscylacje wapniowe w komórce, w modelu trójkompartmentowym

Systemy uwalniania leków oparte na nanowłóknach

Uncovering the complex pathway of alpha-helix folding

Kompozyty polimerowo-drzewne w technologii zawieszonego złoża ruchomego

W ostatnich latach dużo uwagi poświęca się nowym, wysokosprawnym technologiom oczyszczania ścieków, zapewniającym usunięcie związków biogennych do poziomu dyktowanego obowiązującymi przepisami prawnymi. W proponowanych rozwiązaniach dąży się do minimalizacji objętości reaktorów, zmniejszenia zużycia energii oraz do zwiększenia stopnia i rodzaju zanieczyszczeń, które są usuwane. Nowoczesną technologią oczyszczania ścieków, która od kilkunastu lat uzyskuje coraz większe uznanie na świecie, jest metoda zawieszonego złoża ruchomego MBBR (ang. Moving Bed Biofilm Reaktor). Proces MBBR jest oparty na zasadzie błony biologicznej tzw. biofilmu, narastającego na specjalnie zaprojektowanych elementach z tworzywa sztucznego, które są zanurzone w całej objętości reaktora. Obecnie w technologiach oczyszczania ścieków wykorzystywane są ruchome złoża biologiczne wykonane wyłącznie z materiałów polimerowych m. in. polietylenu i polipropylenu. Elementy MBBR są tak zaprojektowane, by stanowiły jak największą powierzchnię czynną dla błony biologicznej, od 200 do 1200 m2/m3. Nowatorskim rozwiązaniem w tej dziedzinie, przede wszystkim ze względu na dużą powierzchnię czynną (powyżej 1200 m2/m3) dla błony biologicznej, mogą być kompozyty polimerowo-drzewne WPC (ang. Wood Polymer Composites). W przeprowadzonych badaniach zastosowano poli(chlorek winylu) i polipropylen, jako osnowę kompozytów polimerowo-drzewnych, a napełniacz stanowiły wióry drzewne stosowane na skalę przemysłową do produkcji płyt wiórowych. Na podstawie wstępnych eksperymentów określono wpływ długotrwałego działania mikroorganizmów osadu czynnego, o znanych parametrach technicznych i technologicznych, na właściwości wytrzymałościowe kompozytów oraz dokonano analizy ilościowej i jakościowej powstałych biofilmów. Przeprowadzone badania wykazały bezpośredni wpływu napełniacza oraz wielkości jego cząstek na podatność kompozytów do tworzenia się na ich powierzchni biofilmu oraz wpływu na zmiany modułu sprężystości.

Kompozyty WPC nie były do tej pory w ogóle rozpatrywane, jako materiał możliwy do wykorzystania na złoża ruchome w reaktorach MBBR. Badania wstępne pozwalają jednoznacznie stwierdzić, że modyfikacja czystych materiałów polimerowych, obecnie stosowanych w technologii MBBR, za pomocą dodatku mączki drzewnej przekłada się bezpośrednio i bardzo korzystnie na zmianę podatności kompozytu do tworzenia biofilmu oraz na właściwości wytrzymałościowe kompozytów poddanych działaniu osadu czynnego w bioreaktorach oczyszczalni ścieków. Wykorzystanie kompozytów, jako nośniki błony biologicznej w technologii złoża ruchomego, pozwoli na:

- ograniczenie pojemności bioreaktorów i zmniejszenie powierzchni osadników wtórnych, lub
- przyjmowanie większego ładunku zanieczyszczeń bez zmiany objętości reaktora.

Kompozyty WPC wykorzystane, jako nośnik błony biologicznej w reaktorach MBBR, stanowią bardzo konkurencyjna alternatywę dla stosowanych obecnie materiałów.

Wstępne badania wykazały możliwość zastosowania WPC na osnowie PVC, jako materiału do wytworzenia podłoża dla błony biologicznej w metodzie zawieszonego złoża ruchomego MBBR.

Słowa kluczowe: poli(chlorek winylu), technologia złoża ruchomego, MBBR, kompozyty polimerowo drzewne, technologie oczyszczania ścieków

Kompozyty polimerowo-drzewne w technologii zawieszonego złoża ruchomego

Z powodu choroby prelegentek seminarium przełożone na 9.04, godz. 12:30

Przemiany ś›rodowiskowe wynikają…ce z obecnoś›ci leków w wodach i ś›ciekach

Seminarium porusza zagadnienia występowania najpopularniejszych grup leków w wodzie oraz transportowanych na oczyszczalnię™ ścieków (leki przeciwbólowe, antybiotyki, leki hormonalne), zagrożenia związane z ich obecnością… - negatywny wpływ na żywe mikroorganizmy, obecnie stosowane metody i skuteczność‡ usuwania farmaceutyków oraz poszukiwanie alternatywnych rozwiązań„ w celu zmniejszenia ich stężeń w zbiornikach wodnych oraz na oczyszczalniach ścieków.

Hydrodynamic and physical diameter of spherical nanopatricles

The phenomenon of the relevant differences between the hydrodynamic diameter, determined on the basis of the diffusion coefficient of nanoparticles varies, and its physical value is fairly well known in the literature. It is mainly based on effects related to the influence of solvent - surface interactions, which may have a significant impact on the size of the observed hydrodynamic diameter. Such factors as the ionic strength or the surface structure of the nanoparticles (associated with the presence of surfactants) will be discussed.

Stimulus sensitivity in biochemical networks

A growing number of studies are revealing that cells can send and receive information by controlling the temporal behaviour of their signalling molecules. Methods, however, that can utilise experimental data in order to understand how the information is processed are largely missing. Specifically, there is a need to study how the information is transferred at the single cells and over time, where the stochastic effects play an important role.

For the last few months we have been developing a framework to extract the sensitivity of cellular outcomes to a biochemical stimulation from stochastic, time-resolved, single cell, experimental data. The method implements an estimation of the Fisher Information from time series using non-parametric concepts of the Principle Component Analysis and kernel density estimation. We test the approach using the model of NF-kB translocation in response to TNF stimulation. Our analysis reveals a sensitivity range of a single cell temporal responses to the TNF stimulation.

This is work in progress therefore we will also discuss the potential of the method in the context of utilising experimental data to better understand the cellular information processing.

Towards Artificial Kidney - Challenges and Perspective

Kidney is a complex microfluidic filtration unit, which cleans one fifth of the blood at the time. The kidney was also the first human organ which has been replaced by technological substitute - dialysis in 1945. Despite the long history the successful organ replacement does not exist. The kidney is a system with complex feedback consisting of micro and nanochannels. A correct mimicking of that organ function is still a challenge for micro and nanotechnology. The talk will present the multiscale approach of the models and key issues which current technology is challenged.

Emergent oscillatory activity in the cerebral cortex

Hipoteza transdukcji bodźca hemodynamicznego i potencjalna rola w aterogenezie

Upośledzenie czynności wazodylatacyjnej śródbłonka na skutek dysfunkcyjnej transdukcji bodźca hemodynamicznego stanowi prawdopodobnie jedno z kluczowych ogniw aterogenezy. O ile w sensie zasady, postulat ten znajduje pewne uzasadnienie w eksperymencie, to jak do tej pory brak spójnej hipotezy objaśniającej naturę tego sprzężenia.

Tutaj stawia się hipotezę, według której transdukcja bodźca hemodynamicznego naprężeń przyściennych odbywa się w obrębie kaskady regulacyjnej enzymu syntazy NO. Komórki śródbłonka poddane stymulacji przepływem wydzielają ATP stające się ligandem transbłonowych kanałów jonowych Ca2+ na szlaku autokrynowym, czego następstwem jest gwałtowny napływ jonów wapnia. Całość ujęto w formie modelu matematycznego i zilustrowano na przykładzie.

Designing and characterization of biosensors based on colloidal nanoparticles for applications in biology and medicine

The aim of this work was to design and characterize new materials based on nanoparticles for applications in biology and medicine as biosensors and factors potentially useful in anticancer therapy. Materials obtained and examined in this work are based on nanoparticles with luminescent properties.

We formed ZnO/MgO nanoparticles coated with carboxymethyl-^6;-cyclodextrin (CMCD). These nanoparticles were used as the donors in Fluorescent Resonance Energy Transfer (FRET) studies. An organic dye, Nile Red was used as the acceptor, which was introduced into the voids of ^6;-cyclodextrin. Nile Red emission shows a clear thermochromic shift, which allows use of ZnO/MgO/CMCD/Nile Red complex as a nanothermometer in an aqueous environment inside living organisms. This complex was for the first time used as a biosensor of environmental changes in HeLa cancer cells.

NaYF_4 nanoparticles doped with rare earth ions Er^3+, Yb^3+, Gd^3+ were prepared, characterized and used. These nanoparticles, after excited with near infrared (IR) radiation, show emission in visible or ultraviolet light by up-conversion. These emission properties can be used in biological imaging of cancer cells and tissues and anticancer therapy by generating reactive oxygen species. NaYF4: Er3+, Yb3+, Gd3+ nanoparticles also has strong paramagnetic properties, making them attractive contrast agents for magnetic resonance imaging MRI. Thus formed particles are potentially a good multifunctional material for applications in the biosensing and in anticancer therapy.

Jednowymiarowe modelowanie plazmy w silnikach typu Halla - przyścienny transport elektronów

Optymalizacja pola magnetycznego oraz zjawiska fizyczne związane z polem magnetycznym w silnikach plazmowych typu Halla pozostają niezupełnie opisane. Niniejsza praca wnosi wkład do trwających na tym polu badań poprzez analizę wpływu skośnych linii pola magnetycznego na:

1. indukowany przez ściany transport elektronów w poprzek pola magnetycznego,
2. właściwości plazmy. Badania są prowadzone z wykorzystaniem jednowymiarowego kinetycznego modelu typu Particle-In-Cell z wykorzystaniem opisu środka wiodącego dla ruchu elektronów.

Modelowane są warunki plazmy na wybranej linii pola magnetycznego przy założeniu kwazineutralności plazmy.

Principles and applications of Optical Tweezers

Light can apply force on matter by scattering and absorption. It is possible to use these forces by Optical traps with the aim to manipulate micro and nanomaterials.

Optical tweezers were first realized by Arthur Ashkin in 1970. He was the first to observe and study the scattering and gradient force on microparticles. Since his invention, Optical traps have emerged as an interesting tool with several applications in physics and biology.

Use of Optical tweezers for quantitative force measurement requires careful calibration. To meet this objective we need to measure force used to trap a polystyrene bead which behaves here as a mass-spring oscillator with a specific spring constant.

Single object manipulations are important scientific tools in physics, biology and biochemistry. We use highly focused laser beam to trap and manipulate nanometric scale particles. This invention has opened up opportunities to investigate different biochemical and biophysical processes: cells and single-molecule manipulation; study of biological molecules mechanical properties and several molecular machines. The ability of this technique to measure pico-Newton forces has found an increasing number of applications. Several innovative trapping configurations and applications will be presented.

Connecting radiation-induced senescence and bystander effect to improve radiation response prediction

During the seminar I will show a novel attempt to combine two hitherto distinct phenomena R11; cellular senescence and radiation induced bystander effects. I will show that the cellular senescence and senescence-associated secretory phenotype might be the key players in controlling of the tumor response to ionizing radiation. I will present the experimental data describing the response of human colorectal carcinoma cells (HCT116) with wild (p53+/+) and knockout (p53R11;/R11;) TP53 gene to radiation (2-8 Gy) and signals emitted by irradiated cells. Further, I will explain the data in the terms of customized quantitative mathematical model.

Arbitrary Stokes flow about a fixed or freely-suspended slip particle

The rigid-body migration of a slip and arbitrary-shaped solid particle freely suspended in a prescribed and arbitrary ambient Stokes flow is determined after calculating the hydrodynamic force and torque exerted on the particle when it either experiences a given rigid-body in a quiescent liquid or is held fixed in the ambient Stokes flow. The adopted procedure extends a recent work and consists in inverting at the most seven problems involving coupled and regularized boundary-integral equations on the particle boundary. In addition to the numerical implementation, numerical results for spheroidal slip particles will be presented.

Analysis of the role of macrophages in shaping inflammatory response of fibroblasts to LPS treatment - basic experimental techniques

LPS, main component of gram-negative bacterial outer membrane, elicits strong and complexly regulated inflammatory response. Immune cells, like macrophages, have primary role in initiating defensive mechanisms to bacterial infections, transmitting signal to other cells that had or not had yet contact with pathogen. Our studies concern modelling of response of mouse embryonic fibroblasts to LPS treatment, in presence or absence of J774 macrophage cells. This seminar will cover the fundamental experimental techniques used in generating inflammatory gene expression and cytokine production data.

Experimental analysis of IRF3 and NF-kB signalling in response to LPS and Poly IC stimulation

NF-kappaB and IRF3 are the most important transcription factors activated during bacterial and virial infections. These proteins regulate several hundred genes involved in immune response as well as in proliferation and apoptosis. The NF-kappaB and IRF3 signalling pathways are very complex and highly regulated. In this seminar we will focus on experimental approaches to study the activation of these factors. Using various cell models and techniques we are able to investigate response induced by LPS and PolyIC, which mimics pathogens infection.

MAPK Pathways: structure, functions and regulation in health and disease

The MAPK cascades belong to the oldest eukaryotic signal transduction pathways. They are characterized by a conserved module consisting of a sequence of three kinases: MAP3K, MAP2K, and MAPK; MAP2K and MAPK require dual phosphorylation to be activated. The MAPK pathways regulate cellular responses to mitotic and stress stimuli. In mammals there are four such pathways: ERK1/2, JNK, p38, and ERK3/4/5. In this seminar I will provide an overview of the structure and regulation of the MAPK cascades, especially in the context of the ERK1/2 pathway, which has been best characterized due to its involvement in the pathogenesis of cancer, RASopathies, and other disorders.

A stochastic modelling approach for agglomeration of colloidal particles

The aim of the presentation is to assess the accuracy of a new stochastic approach for the simulation of particle agglomeration that has been developed in the framework of Lagrangian approaches where the motions of a large number of particles are explicitly tracked. Particle-particle interactions are detected and treated considering the diffusive continuous trajectories of both partners during large time steps. Numerical results are shown to compare well with agglomerations of particles undergoing Brownian motions and the approach thus appears as a good candidate for the simulation of agglomeration in complex non-homogeneous flows.

Dependence of effective macroscopic reaction rates on diffusion in phosphorylation--dephosphorylation cycles

Since the early nineteenth century there has been an interest in deriving effective macroscopic reaction rate constants for various chemical schemes. These constants govern the process in a macroscale chemical reactor and are defined using microscopic kinetic rates. We analyzed a phosphorylation--dephosphorylation cycle for which we established, by means of spatial kinetic Monte Carlo simulations (SpatKin), the dependence of effective macroscopic reaction rates on diffusion and enzyme densities. Analytical results are provided for the limiting cases of zero and infinite diffusion and they agree with numerical results obtained for small and large diffusion coefficients. For finite, non-zero diffusion, the effective macroscopic rates depend in a non-trivial way on all microscopic characteristics of the systems: reaction propensities and densities.

Pomiędzy teorią a praktyką - czyli czego nie wie, a co chciałby wiedzieć kardiolog zajmujący się wadami serca (i gdzie chciałby szukać pomocy...)

Około 20-30 minutowe spotkanie poświęcone diagnostyce wad serca (dla nie kardiologów). W trakcie wykładu zaprezentowane zostanie badanie echokardiograficzne i przedstawiona metodyka oceny ilościowej wad serca. Opisane zostaną trudności związanych z weryfikacją uzyskanych danych obrazowych. Wykładowca ma nadzieję na dyskusję i wparcie w rozwiązywaniu problemów z pogranicza kardiologii, obrazowania ultradźwiękowego i fizyki...

Modeling of NF-kappaB regulatory system

NF-kappa B is the key transcription factor controlling innate immune responses. I will discuss:

1. The dynamical structure of NF-kappa B model encompassing 3 regulatory feedback loops - two negative and one positive,
2. Sources and role of stochasticity,
3. Correspondence between single cell and population behavior, confronting experiment with theoretical prediction.

Anomalous Stefan Problems with Memory

Seminarium międzyzakładowe

The classic Stefan problem involves tracking of the phase change front during the heat conduction melting of an initially solid material at the transition temperature. In the presence of material heterogeneity which exhibits a wide range of the length scales, however it is possible to observe time exponents that differ from ½ - a behavior referred to as anomalous diffusion. Such behavior can be modeled by constructing a non-local flux which in most general form is a weighted function of the attributes (e.g. temperature gradients) distributed throughout the space and time.

A formal development of both a strong and weak form of the Stefan problem will be presented, as well as examples of numerical calculations for crystal growth and metal solidification. A limit case related to filling porous media is used to demonstrate the equivalence of the forms. A problem related to the filling of a Heli-Shaw cell containing a fractal distribution of obstacles is used to illustrate the influence of heterogeneities inducing anomalous diffusion behavior.

A strong form of the Stefan model is derived basing on the construction of a non-local flux with the history dependence. The construction leads to a closed analytical solution that describes the observed anomalous diffusion behavior of the fractal Heli-Shaw cell filling. In contrast to the local diffusion Stefan models, the weak form based on the non-local flux construct is not equivalent to the non-local strong form. The difference related to how the system memorizes the evolution of the latent heat is demonstrated, as well as the strong model lumping this memory with the moving melt front, while the weak model distributes the memory throughout the melt region - a result that underscores the need to take particular care to link the development of non-local models to physical realizable behavior.

Równanie reakcji-dyfuzji na sferze

Tematem wystąpienia będą niektóre własności rozwiązań dla równania reakcji-dyfuzji na sferze jednostkowej.

gdzie

B, s dodatnie stałe (parametry), H jest funkcją Heaviside'a

Równanie takie może opisywać np. propagagację fali wapniowej na oocycie.

Wetting and Dewetting: two examples of spreading of liquids on solid surfaces

Challenges for computational biomechanics for medicine

Seminarium międzyzakładowe

Mathematical modelling and computer simulation have proved tremendously successful in engineering. One of the greatest challenges for mechanists is to extend the success of computational mechanics to fields outside traditional engineering, in particular to biology, biomedical sciences, and medicine. By extending the surgeon's ability to plan and carry out surgical interventions more accurately and with less trauma, Computer-Integrated Surgery (CIS) systems could help to improve clinical outcomes and the efficiency of health care delivery. CIS systems could have a similar impact on surgery to that long since realized in Computer-Integrated Manufacturing (CIM). However, before this vision can be realised the following four challenges must be met:

Challenge 1. Efficient generation of computational grids from medical images of human organs.

Challenge 2. Real-time (or near-real-time) computations on commodity hardware.

Challenge 3. Real-time simulation of cutting, damage and propagation of discontinuities.

Challenge 4. Mathematical formulations that are weakly sensitive to uncertainties in mechanical properties of tissues.

In this lecture I describe how the Intelligent Systems for Medicine Laboratory addresses these challenges by using explicit dynamics and dynamic relaxation algorithms implemented on GPU and developing a concept of an "image as a model".

The Evolution of Waves in a Simple Isothermal Chemical System

Seminarium Biomedyczne

We study a reaction-diffusion system for an isothermal chemical reaction scheme governed by a quadratic autocatalytic step A+B -> 2B and a decay step B -> C where A, B, and C are the reactant, the autocatalyst, and the inner product, respectively.Previous numerical studies and experimental evidences demonstrate that if the autocatalyst is introduced locally into this autocatalytic reaction system where the reactant A initially distributes uniformly in the whole space, then a pair of waves will be generated and will propagate outwards from the initial reaction zone. One crucial feature of this phenomenon is that for the strong decay case, the formation of waves is independent of the amount of the autocatalyst B introduced into the system. It is this phenomenon of KPP-type which we would like to address in this talk.

Struktura fal uderzeniowych w gęstych ośrodkach o złożonych, wieloatomowych cząsteczkach

W referacie przedstawione będą wyniki symulacji metodą Dynamiki Molekularnej struktury fal uderzeniowych w ciekłym metanie (CH4) i ciekłym sześciofluorku siarki (SF6). Dla tego ostatniego uzyskaną strukturę fali porównano ze strukturą otrzymaną eksperymentalnie w warunkach silnego rozrzedzenia ośrodka. Zauważono, że grubość fali uderzeniowej w ciekłym (a więc gęstym) sześciofluorku siarki jest większa niż dla tej samej substancji w warunkach silnego rozrzedzenia – odwrotnie niż to było dla jednoatomowego argonu. Podane będzie możliwe wytłumaczenie tego zjawiska.

Effects of co-solvents on helix folding

We study the effects of adding urea and proline co-solvents on the thermodynamics and kinetics of alpha-helix folding. Our simulation predictions agree with experimental findings that urea destabilizes and proline stabilizes helical structure. Additionally, we present a microscopic picture of the co-solvent effects by analyzing spatial distributions and energetic contributions of the molecules involved.

Systemy podawania leków oparte na polimerowych nanowłóknach

Podczas seminarium przedstawię opracowywane w naszym zakładzie systemy podawania leków, mające zastosowanie jako materiały ochronne w neurochirurgii. Zaprezentuję eksperymentalne i numeryczne metody charakteryzacji włóknin polimerowych uwalniających analogi leków, pozwalające oszacować parametry niezbędne w projektowaniu wyżej wymienionych systemów.

Fronty i impulsy w układach chemicznych - dynamika deterministyczna i stochastyczna.

Zastosowanie grafów rozmytych oraz nieeuklidesowych funkcji odległości w przewidywaniu trzeciorzędowej struktury białka z sekwencji aminokwasowej.

Seminarium Biomedyczne

Białka jako kluczowy składnik organizmów żywych, są niezbędne do funkcjonowania tych organizmów. Poszczególne mutacje na poziomie DNA, jeśli nie są letalne, przenoszą się często na struktury trzeciorzędowe białek, powodując ich dysfunkcje. W takiej sytuacji poznawanie struktur trzeciorzędowych białek aby poznać ich funkcje na poziomie atomowym, pozwala na projektowanie nowych leków.

Liczba rozwiązanych metodami eksperymentalnymi (spektroskopia NMR, krystalografia rentgenowska) struktur białek rośnie z roku na rok i obecnie wynosi ponad 80 000. O wiele szybciej rośnie jednak liczba znanych sekwencji białek, która w bazie danych NR przekroczyła już próg 10 000 000. Dlatego jednym z głównych wyzwań bioinformatyki strukturalnej jest przewidywanie struktury białka (3D) z sekwencji aminokwasowej (1D). Wyróżnia się metody fizyczne, które spośród dużych zestawów struktur kandydujących wybierają tę o najniższej energii, bądź metody biologiczne, uwzględniające pokrewieństwo ewolucyjne (homologię) wybranych białek.

Problem przewidywania trzeciorzędowych struktur białek (a także struktur trzeciorzędowych RNA) w swojej ogólności do dziś dnia pozostaje nierozwiązany. Dlatego proponuje się alternatywne ścieżki, przewidywanie z sekwencji 1D mapy kontaktów białka (2D) a następnie z niej - struktury 3D. W trakcie niniejszego referatu przedstawiony zostanie nowy protokół odtwarzania struktury 3D z sekwencji, wykorzystujący mapy kontaktów jako etap pośredni.

Designing droplet microfluidic systems

Microfluidic systems provide new vistas for generation of droplets and bubbles with a perfect control over their volume and structure. Such droplets can be used as independent picoliter reactors to perform biological or chemical processes while significantly reducing reaction times, sample consumptions and increasing the throughput. In order to ensure stable formation of droplets several parameters – such as the wetting of the surface of the microchannels, the rheological properties of the fluid phases or the geometry of the channels – needs to be controlled.
Here, I’ll present a comprehensive approach to understanding and engineering multiphase microfluidic systems. Three complementary aspects will be discussed: i) surface chemistry and modification techniques in order to ensure stable formation of droplets, ii) study of the effect of elasticity of the continuous liquid phase on the formation of droplets in microfluidic systems, and finally iii) the use of interfacial stresses in the design of passive microstructures for generation and handling of droplets in microfluidic systems.

Szybkie fale wapniowe w komórkach

Seminarium Biomedyczne

Wiele rodzajów komórek charakteryzuje się występowaniem szybkich fal wapniowych - dwa rzędy wielkości szybszych niż fale wynikające z autokatalitycznego mechanizmu uwalniania wapnia z magazynów wapniowych. Jest uzasadnione podejrzenie, że w przypadku szybkich fal mamy do czynienia ze strumieniem wapnia przez błonę komórkową indukowanym przez mechaniczne oddziaływania włókien aktynowych. W wyniku tych oddziaływań otwierane są kanały wapniowe w błonie komórkowej co powoduje wtargniecie wapnia do wnętrza komórki. Przedstawimy proponowany model matematyczny.

Opracowanie nowej metody analizy szlaków przekazywania sygnału kluczowych dla patogenezy guzów mózgu w oparciu o profile ekspresji genów

Seminarium Biomedyczne

Jednym z głównych powodów dużej śmiertelności wśród pacjentów z nowotworami jest zbyt późna lub niewłaściwa diagnoza nowotworu. Rozwiązaniem tego problemu wydaje się być wykorzystanie cało genomowego profilowania ekspresji genów do identyfikacji zaburzeń w szlakach sygnałowych. W swojej pracy doktorskiej Jakub Mieczkowski zajął się wskazaniem różnic w przekaźnictwie sygnału w glejakach o niskim i wysokim stopniu złośliwości. W tym celu opracował metodykę wstępnego przetwarzania danych mikromacierzowych oraz nową metodę analizy szlaków przekazywania sygnału. Opracowana przeze niego metoda przetwarzania danych pozwala na zwiększenie poprawności wyników analiz mikromacierzowych, a nowa metoda analizy szlaków sygnałowych zwiększa powtarzalność wyników otrzymywanych na podobnych, ale niezależnych zbiorach danych.

Techniki pomiarowe oparte na technologii PeakForce Tapping w mikroskopach sił atomowych firmy Bruker

Mikroskopia sił atomowych (AFM) znajduje obecnie szerokie zastosowanie w dziedzinie charakteryzacji różnorodnych materiałów. Oprócz precyzyjnego pomiaru topografii powierzchni z rozdzielczością umożliwiającą obserwowanie stopni atomowych, współczesne urządzenia tego typu oferują wiele dodatkowych możliwości, obejmujących badanie właściwości elektrycznych, magnetycznych jak i temperaturowych. W prezentacji przedstawimy najnowsze rozwiązania techniczne na tym polu, uzupełniające dotychczas rozwinięte techniki AFM i pozwalające na zwiększenie możliwych zastosowań badawczych, obejmujące zautomatyzowane tryby obrazowania topograficznego, tryby mapowania pozwalające na ocenę właściwości mechanicznych powierzchni oraz przewodnictwa elektrycznego. Dzięki tym nowościom znacznie został poszerzony obszar zastosowań mikroskopii sił atomowych, pozwalając poddać badaniom materiały, które wcześniej nie nadawały się do zastosowania tego rodzaju technik badawczych.

Podstawą działania najnowszych trybów pracy jest technika nazwana PeakForce Tapping, która poprzez wykorzystanie oscylacji dźwigienki z częstotliwością znacznie poniżej rezonansowej, umożliwia prowadzenie skanowania powierzchni, podczas którego każde indywidualne uderzenie igły w powierzchnię próbki jest traktowane jako niezależny eksperyment spektroskopii sił. W czasie rzeczywistym każde zetknięcie się igły skanującej z powierzchnią próbki tworzy indywidualną krzywą siła – odległość, która jest natychmiast analizowana dzięki zastosowaniu unikalnego oprogramowania oraz elektroniki umożliwiającej realizowanie takich pomiarów. W ten sposób najważniejszym czynnikiem związanym z realizacją pomiarów tą techniką jest kontrolowana w czasie rzeczywistym siła oddziaływania pomiędzy igłą skanującą, a powierzchnią próbki.

Structure and stability of multiple droplets

I will present a microfluidic method for controlled generation of droplets composed of either multiple immiscible segments or multiple surfactant-stabilized aqueous cores inside an oil shell. I will discuss the stability diagrams of such structures as well as possible applications in synthesis of microparticles of non-spherical shape and liposomes with predesigned internal architecture.

Rola ścieżek endocytozy w regulacji odpowiedzi zapalnej na lipopolisacharyd / The role of endocytic pathways in regulation of inflammatory response to lipopolysaccharide

Seminarium Biomedyczne

Część wrodzona układu odpornościowego odpowiada za szybką, choć niespecyficzną odpowiedź organizmu na obecność patogennych mikroorganizmów. Kluczową rolę pełnią w niej tzw. receptory rozpoznające wzorce, które wiążą specyficzne dla mikroorganizmów ligandy prowadząc do inicjacji procesów zapalnych. Wśród nich receptory CD14 i TLR4 odpowiadają za rozpoznanie lipopolisacharydu (LPS), składnika błony zewnętrznej bakterii, który szczególnie silnie aktywuje układ odpornościowy. Jako że nadmierna i niekontrolowana odpowiedź zapalna może prowadzić do potencjalnie śmiertelnej sepsy, generacja sygnału przez TLR4 poddana jest ścisłej regulacji. Nowe wyniki badań wskazują, że endocytoza jest istotnym mechanizmem kontrolującym aktywację komórek przez LPS. Na seminarium zostaną przestawione wyniki ukazujące zróżnicowane role ścieżek endocytozy w regulacji przebiegu odpowiedzi zapalnej na LPS.

The innate part of immune system is responsible for quick, nonspecific response for the presence of pathogenic microorganisms. The so-called pattern recognition receptors play a pivotal role in its action, binding pathogen-specific ligands and initiating inflammatory response. Among them, CD14 and TLR4 are responsible for binding lipopolysaccharide, a main component of bacterial outer membrane, which particularly strongly activates immune system. As excessive and uncontrolled inflammatory response may lead to potentially lethal condition known as sepsis, signal generation by TLR4 is objected to tight regulation. Recent results suggest that endocytosis is an important mechanism controlling cell activation by LPS. Results presented on this lecture show different roles for endocytic pathways in regulation of inflammatory response to LPS.

Badanie dendrymerów fosforowych w aspekcie choroby Alzheimera

Seminarium Biomedyczne

Choroba Alzheimera (AD) charakteryzuje się stopniową degeneracją ośrodkowego układu nerwowego, którego skutkiem jest postępująca demencja. W AD dochodzi do zaniku kory mózgowej. W obrazie mikroskopowym mózgu obserwowane są liczne płytki amyloidowe.W obrazie mikroskopowym mózgu obserwowane są liczne płytki amyloidowe. Zbudowane są one z gromadzącego się zewnątrzkomórkowo peptydu amyloidowego. Wewnątrz komórek nerwowych widoczne są zwoje neurofibrylarne, zbudowane z hiperfosforylowanego białka MAP-Tau. Wspólną cechą dla peptydu amyloidowego i białka MAP-Tau jest uleganie patologicznej konformacji do β-harmonijki. W wyniku gromadzenia i agregacji peptydu amyloidowego dochodzi do zmian w układzie immunologicznym, do których zliczyć można przewlekły stan zapalny, aktywację komórek układu odpornościowego, generowanie reaktywnych form tlenu i azotu, co skutkuje poważnymi uszkodzeniami ośrodkowego układu nerwowego. Uszkodzenia komórek nerwowych niesie ze sobą osłabienie neuroprzekaźnictwa zależnego od acetylocholiny. Dendrymery to relatywnie nowa grupa polimerów. Dendrymery zbudowane są z centralnie położonego rdzenia, od którego odchodzą ramiona zwane dendronami. Dołączanie kolejnych warstw monomerów prowadzi do zwiększenia się generacji dendrymeru. Dendrymery przyjmują kształt globularny, ze ściśle upakowanymi grupami powierzchniowymi. Dendrymery są intensywnie badane, ze względu na możliwość ich potencjalnego zastosowania jako transporterów leków, czy niewirusowych nośników materiału genetycznego.

Inhibition of ATM blocks the etoposide-induced DNA damage response and apoptosis of resting human T cells

Seminarium Biomedyczne

It is believed that normal cells with an unaffected DNA damage response (DDR) and DNA damage repair machinery, could be less prone to treatment with DNA damaging agents than cancer cells. However, the anticancer drug, etoposide, which is a topoisomerase II inhibitor, can generate DNA double strand breaks affecting not only replication but also transcription and therefore can induce DNA damage in non-replicating cells. Etoposide activates DDR in resting human T cells by inducing phosphorylation of ATM and its substrates, H2AX and p53. This led to the activation of PUMA, caspases and to apoptotic cell death. An ATM inhibitor (KU 55399), a well known radio/chemo-sensitizing agent of cancer cells, blocks DDR and apoptosis induced by etoposide in normal resting T cells. Thus, it is possible that using KU 55933 during chemotherapy could protect resting T cells from apoptosis.

Badania materiałowe o znaczeniu biomedycznym w Pracowni Fizyki Polimerów

Seminarium Biomedyczne

Przedstawiona zostanie tematyka badań prowadzonych w PFP IPPT PAN obecnie i planowanych w przyszłości w obszarze polimerów stosowanych w inżynierii tkankowej. Zaprezentowane będą możliwości aparaturowe badań strukturalnych w PFP.

Wielorozdzielcza wizualizacja danych wielkiej skali pochodzących z symulacji komputerowych w odwzorowaniu na architektury procesorów hybrydowych

Referat przedstawia zagadnienie wizualizacji danych uzyskanych w symulacjach problemów wielkiej skali za pomocą aproksymacji wyższego rzędu. Obecne techniki obrazowania danych naukowych głównie opierają się na sprzętowej akceleracji generacji obrazów zaprojektowanej do pracy na tzw. prymitywnych obiektach przestrzennych (punktach, liniach, wielokątach). W rezultacie, wizualizacja danych wysokiego rzędu wymaga aproksymowania ich zestawem elementów niższego stopnia - odpowiednim dla standardowych metod generacji obrazu. Zastosowanie metod bezpośrednich renderingu w wizualizacjach naukowych jest odmiennym podejściem do problemu obrazowania złożonych zestawów danych. W odróżnieniu od tradycyjnych metod, generacja obrazu polega na dokładnej projekcji widzialnych punktów modelu (obszaru obliczeniowego lub wykresu rozwiązania) wprost na ekran. Szczególnym przypadkiem jest metoda renderingu objętościowego (ang. Direct Volume Rendering), która dzięki dodatkowemu wykorzystaniu efektów przeźroczystości i półprzeźroczystości daje możliwość obserwacji rozkładu wartości badanego parametru nie tylko na powierzchni obserwowanego obiektu, lecz również wewnątrz jego objętości. Dodatkowe zastosowanie algorytmów poziomów szczegółowości (ang. Level-Of-Deatils algorithms) zwiększa efektywność generacji obrazów w czasie rzeczywistym, tym samym polepsza jakość interakcji z użytkownikiem. W referacie zostaną przedstawione: stan badań nad tą technika oraz proponowana koncepcja rozwoju własnych algorytmów z uwzględnieniem ich odwzorowania na nowoczesne architektury procesorów.

Mapy kontaktow białek, RNA oraz ich kompleksów jako metoda analiz i wizualizacji biologicznych makrocząsteczek

Bioinformatyka strukturalna podejmuje zagadnienia badania struktur białek oraz RNA. Badanie tych struktur oraz przewidywanie konformacji nieznanych struktur 3D pozwala na szczegółowe poznawanie mechanizmów ich działania w organizmach żywych. Szczegółowa znajomość odnośnych struktur oraz ich interakcji z innymi makrocząsteczkami, jonami i ligandami, pozwala na stworzenie kompleksowego opisu mechanizmu powstawania chorób oraz niezależnie, na projektowanie leków. Podczas referatu wprowadzone zostaną pojęcia map kontaktów białek, RNA, kompleksów białko-RNA oraz map odleglości. Przedstawione zostaną także dwa autorskie narzędzia do analiz map kontaktów, PROTMAP2D (Pietal et al, 2007) oraz RNAmap2D (Pietal et al., w recenzjach).

Front-like entire solutions for reaction-diffusion equations with convection

Model aktywacji limfocytow typu B

Aktywnosc prozapalna tkanki tluszczowej - nowe spojrzenie na etiologie miażdżycy.

Model aktywacji limfocytow typu B

Stochastyczne fale biegnace na blonie komorkowej - część II

Komórkę organizmu żywego można traktować jako stochastyczny biochemiczny reaktor, w którym stany stacjonarne związane z kluczowymi decyzjami dotyczącymi losów komórki odpowiadają atraktorom systemu dynamicznego generowanego przez sieć interakcji biomolekuł. Przejścia między tymi stanami w przypadku doskonale wymieszanym są możliwe dzięku obecności szumu, natomiast w układach zorganizowanych przestrzennie mogą zachodzić wskutek propagacji heteroklinicznych fal biegnących. Przy pomocy symulacji numerycznych kinetycznego Monte Carlo na sieci trójkątnej przebadaliśmy prosty bistabilny układ reakcji dwumolekularnych opisujący autoaktywację kinaz w obecności fosfataz na błonie komórkowej. Zaobserwowaliśmy, że zarówno wielkość reaktora jak i szybkość dyfuzji istotnie jakościowo kształtują stacjonarny rozkład prawdopodobieństwa aktywnych kinaz. Przy wartościach stałych szybkości reakcji, dla których układ jest deterministycznie nieaktywny, możliwa jest aktywacja wynikająca z lokalnej stochastycznej fluktuacji wzmocnionej propagacją fali biegnącej. Wyniki doprowadziły nas do wniosku, że w komórce istnieje optymalny zakres dyfuzji dla inicjacji i przekazywania sygnału.

Stochastyczne fale biegnace na blonie komorkowej

Komórkę organizmu żywego można traktować jako stochastyczny biochemiczny reaktor, w którym stany stacjonarne związane z kluczowymi decyzjami dotyczącymi losów komórki odpowiadają atraktorom systemu dynamicznego generowanego przez sieć interakcji biomolekuł. Przejścia między tymi stanami w przypadku doskonale wymieszanym są możliwe dzięku obecności szumu, natomiast w układach zorganizowanych przestrzennie mogą zachodzić wskutek propagacji heteroklinicznych fal biegnących.

Przy pomocy symulacji numerycznych kinetycznego Monte Carlo na sieci trójkątnej przebadaliśmy prosty bistabilny układ reakcji dwumolekularnych opisujący autoaktywację kinaz w obecności fosfataz na błonie komórkowej. Zaobserwowaliśmy, że zarówno wielkość reaktora jak i szybkość dyfuzji istotnie jakościowo kształtują stacjonarny rozkład prawdopodobieństwa aktywnych kinaz. Przy wartościach stałych szybkości reakcji, dla których układ jest deterministycznie nieaktywny, możliwa jest aktywacja wynikająca z lokalnej stochastycznej fluktuacji wzmocnionej propagacją fali biegnącej. Wyniki doprowadziły nas do wniosku, że w komórce istnieje optymalny zakres dyfuzji dla inicjacji i przekazywania sygnału.

Computer simulations of helix folding pathways

The fold into native three-dimensional structures of proteins is a pre-requisite for correct biological function. Formation of elementary building blocks – alpha-helices and beta-sheets lies at the heart of protein folding. Progress in computer power and algorithms allows us to realistically simulate the folding equilibrium and kinetics for peptide systems of moderate size, which occur on time scales of 10-100 ns. We report the results of direct all-atom molecular dynamics and replica-exchange molecular dynamics simulations for a series of helix-forming peptides ranging in size from 5 to 21 residues. Using several popular molecular mechanics force fields, we predict equilibria and folding rates in good quantitative agreement with available experimental data. Our simulations also provide microscopically detailed information about sampled intermediate structures and folding pathways that is not easily accessible by experimental measurement. Predicted details of helix nucleation are sensitive to force field details, but later stages of folding follow similar paths in the different models. Thus, current molecular mechanics force fields appear to provide realistic descriptions of energy landscapes for helical peptides. New and more detailed experimental data are needed to further verify and refine models for the elementary processes of secondary structure formation.

Dynamic Dewetting of Surfaces: The Role of Polymers in Bubble-Particle

Dewetting of surfaces is a critical process in many areas of science and engineering. Controlling this dewetting can be achieved through the use of polymers and surfactants that adsorb to and change the characteristics of the solid surface. In spite of this widespread use, the links between adsorbed layer properties and effect on dewetting have not been determined for many important systems. The research to be presented centres on a body of work related to alteration of dewetting and surface wettability through the adsorption of polymers. We have used detailed in situ measurements (i.e. while the surface is immersed in solution) of adsorbed polymer layers to draw the links between the chemical and physical properties of the layer (e.g. functional group chemistry, layer composition, morphology, rigidity) and the effect of the polymer layer on the movement of a three phase contact line (the key region of interaction between a liquid droplet or gas bubble and a solid surface) during deweting. In addition, some novel work on stimulus responsive polymer layers will be presented; surfaces whose properties can be altered at the ‘flick of a switch’.

Slipping Stokes flow about a solid particle experiencing a rigid-body motion

A new approach is proposed to compute the flow about a solid particle having a slip surface and migrating in a quiescent and unbounded Newtonian liquid. On the particle surface the widely-employed Navier condition holds and one also pays attention to the calculation of the net hydrodynamic force and torque exerted on the particle. In contrast to previous works in the field, the proposed treatment holds for arbitrarily-shaped particles. The accuracy of the associated and achieved numerical implementation will be demonstrated by reporting benchmarks against results available for spherical and spheroidal particles.

Wybrane zagadnienia z przepływu kropel w mikrokanałach.

Na seminarium przedstawię przegląd zagadnień, nad którymi pracowałem w czasie mojego stażu podoktorskiego w IChF PAN w grupie prof. Piotra Garsteckiego.

Analiza procesów transportu energii w turbulentnej warstwie przyściennej w obecności gradientu ciśnienia.

W pracy doktorskiej podjęto próbę wyjaśnienia mechanizmów odpowiedzialnych za transport energii w turbulentnej warstwy przyściennej w obecności gradientu ciśnienia, gdzie obserwuje się m.in. zmiany funkcji gęstości prawdopodobieństwa zdarzeń kwadrantowych. Brak wyjaśnienia tych mechanizmów są przyczyną ograniczonej stosowalności numerycznych modeli turbulencji zwłaszcza w przepływach z gradientem ciśnienia. Uzyskane w pracy wyniki eksperymentalnych badań wykazały, że za modyfikacje tych zdarzeń opowiedziany jest fakt występowania różnicy pomiędzy lokalną prędkością średnią a prędkością konwekcji struktur wirowych typu burst. Widoczne jest to w funkcji odległości od ściany jak i wzdłuż przepływu z gradientem ciśnienia. Stwierdzono również zmianę nachylenia kąta trajektorii struktur wirowych pod wpływem ujemnego i dodatniego gradientu ciśnienia oraz wykazano, że za zamianę tego kąta odpowiedzialne są struktury grubo-skalowe o skali porównywalnej z grubością warstwy przyściennej.

Fale uderzeniowe w gęstych ośrodkach - gazach i cieczach.

Będą przedstawione wyniki symulacji struktury fal uderzeniowych w gęstych gazach - argonie i azocie - oraz w wodzie. Zdefiniowany będzie wymiar charakterystyczny dla struktury fali uderzeniowej w gęstym ośrodku. Dla gazów prostych określona będzie zależność grubości fali od gęstości. Dla gazów wieloatomowych i cieczy omówiony będzie wpływ rozkładu ładunków elektrycznych molekuł na strukturę fali.

Dynamika elastycznych włókien w mikrokanale w przepływie Poiseuille'a.

Na seminarium przedstawię wyniki symulacji numerycznych zachowania się elastycznych włókien w przepływie Poiseuille'a w mikrokanale złożonym z dwóch równoległych ścian. Zakładamy, że przepływ scharakteryzowany jest przez niskie liczby Reynoldsa, a ruchy Browna są zaniedbywalne. Zmieniając długość, elastyczność i początkowe położenie włókna w kanale określamy, jaki wpływ mają te parametry na dynamikę włókna, jego kształt i migrację w kanale. Zrozumienie tych zależności może być wykorzystane min. w procesie segregacji włókien w przepływie.

Novel approaches to pressure wave analysis in the circulatory system

A brief introduction to the hemodynamics will be given: blood rheology, heart and wall mechanics, clinical technique for blood pressure and flow measurements. The talk is dedicated to novel methods of the pulse wave analysis for diagnostic purposes: pressure-flow and phase curves, wave-intensity analysis. The concepts of the reservoir and exceed pressure, compression and expansion waves will be discussed on mathematical basis and experimental data. The comparative study of the wave propagation in the frequency and time domains will be given.

Ultra-sensitive proteomics, Magnetic Nanotechnology and all this jazz.

We argue that for diagnostic and predictive medicine, the best biomarkers are low abundance signaling proteins, i.e. proteins for which in at least 20% of cohort, the observed level is below 0.1 pg/ml. Such proteins cannot be reliably detected by current immunoassays, e.g. ELISA. We already developed super-sensitive immunoassays, namely IA/MPD with LODIA/MPD = O(10 fg/ml) and Super-ELISA with LODSuper-ELISA = O(50 fg/ml) but they are not compatible with multiplex capabilities. We are developing a triple-coincidence immuno assay based on magnetic nano-technology (3C-IA/MAG), which is easy to tune, platform technology. It will permit detection in 96-wells microtitter format of up to 32 different targets concurrently and for each limit of detection will be better than 10 fg/ml.

Both diagnostic and predictive medicine are based on concept of biomarkers. A priori, number of biomarkers can be very high; there are at least 100,000 different proteins in human organism (including post-translational modifications). A few percent of them are expected to be biomarkers. We recently developed methods based on biomarkers selected from a relatively small family of low abundance, signaling proteins, including modulators of immune and angiogenesis systems. They are less than 5% of all types of proteins, i.e. no more than 64 moieties. Furthermore, the ultra-sensitive proteomics permits detection of cancers, Alzheimer disease and cardio-vascular diseases. The non-trivial stratification of immune system becomes possible.

We also discuss the need to understand the biological systems as Strong Coupled Non-Linear (SCNL) systems. Our data suggest that "theory of structural stability" of R. Thome has considerable predictive power in Medicine. It can enable Predictive Medicine.

Oddziaływania hydrodynamiczne w kinetyce asocjacji molekuł: badania układu lizozym:chitotrioza metodami spektrofluorymetrii zatrzymanego przepływu i symulacji dynamiki brownowskiej.

Wyznaczone doświadczalnie stałe szybkości tworzenia "kompleksu spotkaniowego" lizozymu i chitotriozy wykazują niemonotoniczną zależność od siły jonowej roztworu, z maksimum w okolicy fizjologicznych wartości siły jonowej. Podjęto próbę wykazania, że niemonotoniczna zależność jest wynikiem istnienia momentów sił elektrostatycznych i hydrodynamicznych wpływających na wzajemną orientację zbliżających się do siebie molekuł.

Prawa skalowania w rozwiniętej ściśliwej konwekcji

Własności rozwiniętej ściśliwej konwekcji znacznie różnią się od własności konwekcji Boussinesq'a, ze względu na to, iż energia kinetyczna w przypadku ściśliwym jest prównywalna z termiczną i w konsekwencji praca siły wyporu i grzanie lepkie dają istotny przyczynek do całkowitego strumienia ciepła oraz dlatego, że przepływ konwekcyjny jest najbardziej intensywny w obszarze o najmniejszej gęstości, a zatem w górnych warstwach płynu. W pracy badany jest wpływ stratyfikacji gęstościowej na zależność liczby Nusselta (będącej miarą całkowitego strumienia ciepła w układzie) oraz liczb Reynolds'a w górnych i dolnych warstwach płynu od liczby Rayleigh'a (określającej intensywność wzbudzania konwekcji) i liczby Prandtl'a. Wykazano, iż ściśliwość typowo zmniejsza nadadiabatyczny strumień ciepła w układzie oraz że dynamika górnej i dolnej termicznej warstwy granicznej są istotnie różne. Górna warstwa jest z reguły grubsza i skok entropii z nią związany jest większy niż w przypadku dolnej warstwy. Ponieważ prękości konwekcyjne są największe w górnych warstwach, grzanie lepkie jest również istotnie większe w górnej warstwie granicznej i jest ona bardziej podatna na rozwój niestabilności prowadzących to turbulencji w tej warstwie.

Mikroprzepływowe metody wytwarzania mikro-włókien polimerowych o kontrolowalnej geometrii.

W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił ogromny wzrost zainteresowania i znaczenia zarówno naukowego jak i przemysłowego, urządzeń do manipulowania przepływami płynów w mikro-skali. Związany jest on z ogromnymi możliwościami, jakie urządzenia te otwierają w obszarze tworzenia nowych metod diagnostycznych i czujników, badań na poziomie pojedynczych komórek, możliwości łączenia jednoczesnego wielu (optycznych) metod pomiarowych oraz tworzenia przepływów wielofazowych, a tym samym nowatorskich materiałów jak emulsje, pianki, materiały koloidalne lub włókna o zaawansowanej strukturze i bardzo precyzyjnie kontrolowanych i powtarzalnych właściwościach. Ostatni z wymienionych kierunków badań i rozwoju technologicznego nakierowany jest na miniaturyzacją przepływów wykorzystywanych do tworzenia cząstek i włókien o kontrolowalnej strukturze, kształcie i funkcjonalności (np. aktywność biologiczna, właściwości magnetyczne itp.). W szczególności, ostatnie badania z zakresu inżynierii materiałowej w biomedycynie pokazują istotną rolę, jaką odgrywają takie atrybuty jak rozmiar, kształt i właściwości powierzchniowe cząstek w ich oddziaływaniu z komórkami żywego organizmu. Okazuje się, że rozciągnięty kształt w znaczący sposób wpływa na wydłużenie czasu, jaki cząstka pozostaje w krwiobiegi, zanim zostanie przechwycona, pochłonięta i usunięta przez makrofagi. W konkretnych przypadkach (przenoszenie i dostarczanie leku) jest to efekt pożądany.

Na seminarium omówię prototypową metodę mikroprzepływową wytwarzania włókien polimerowych o kontrolowalnych właściwościach fizycznych i geometrycznych. Omówię również wstępne wyniki dotyczące dynamiki giętkich obiektów w przepływach w geometrii mikrokanału.

Czynnik hydrodynamiczny i efektywne współczynniki transportu zawiesin cząstek sferycznych

Podczas seminarium zostanie zaprezentowana przybliżona metoda wyznaczania makroskopowych charakterystyk zawiesin. W tych układach ważną rolę odgrywają oddziaływania hydrodynamiczne, które mają charakter wielociałowy, długozasięgowy, a bliskie cząstki silne ze sobą oddziałują. Metoda, która zostanie omówiona uwzględnia wszystkie z powyższych aspektów oddziaływań hydrodynamicznych.

Analiza i rozpoznawanie tekstur w obrazach cyfrowych dla komputerowo wspomaganej diagnostyki barwnikowych zmian skórnych.

Przepływ kropelek w kapilarach - otwarte pytania

Potencjał użytkowy układów mikroprzepływowych manipulujących mikrokroplami stawia w zupełnie nowym świetle proste pytania dotyczące przepływu kropelek w kapilarach. Zautomatyzowane układy pomiarowe pozwalają charakteryzować dynamikę przepływu i odkrywają niezwykłą złożoność problemu.

Lepkość wewnętrzna zawiesin cząstek o dowolnym kształcie

Seminarium będzie poświęcone omówieniu zagadnienia jednocząstkowych wkładów od rotacyjnych ruchów Browna do efektywnej lepkości zawiesiny. Zostanie przedstawione pełne rozwiązanie tego problemu dla cząstek o dowolnym kształcie.

Electrophoretic migration of a solid particle in a liquid bounded by a spherical cavity

A new boundary approach is developed to investigate the electrophoretic motion of a colloid immersed in a newtonian electrolyte bounded by a spherical cavity. The advocated procedure is valid for arbitrarily-shaped colloid and will be tested against semi-analytical solutions gained by using bipolar coordinates for a spherical colloid. Effects of non-sphericity will be then presented and discussed.

Effective interactions between colloidal particles at the surface of a liquid drop

If colloidal particles get trapped at fluid-fluid interfaces they interact effectively via deformations of the interface. These so-called capillary interactions can easily be tuned by changing external fields and they depend sensitively on the shape of the particles. This makes them good candidates for designing self-assembling systems and provides a convenient experimental playground for studying basic issues of statistical mechanics in two dimensions in the presence of long-ranged interactions [1]. On the other hand, recent experiments [2] show that capillary forces between elongated particles floating on spherical interfaces can have important consequences for stabilizing so-called Pickering emulsions, which are formed by particle-covered droplets (e.g., oil) in a solvent (e.g., water).
Whereas considerable theoretical progress has been made in understanding capillary interactions at flat interfaces, basic issues such as the balance of forces acting on the interface and the influence of the incompressibility of the liquid enclosed by spherical interfaces have not yet been fully resolved. We calculate analytically the effective capillary interaction potentials for small colloidal particles trapped at the surface of free and sessile liquid droplets [3- 5]. Pair potentials between capillary monopoles and dipoles, corresponding to particles floating on a droplet with a fixed center of mass and subjected to external forces and torques, respectively, exhibit a repulsion at large angular separations and an attraction at smaller separations, with the latter resembling the typical behavior for flat interfaces. This change of character is not observed for quadrupoles, corresponding to free particles on a mechanically isolated droplet. The analytical results are compared with the numerical minimization of the surface free energy of the droplet in the presence of spherical or ellipsoidal particles.

[1] A. Dominguez, M. Oettel and S. Dietrich, Phys. Rev. E 82, 011402 (2010)
[2] B. Madivala, J. Fransaer and J. Vermant, Langmuir 25, 2718 (2009)
[3] J. Guzowski, M. Tasinkevych, S. Dietrich, Eur. Phys. J. E 33, 219 (2010)
[4] J. Guzowski, M. Tasinkevych, S. Dietrich, Soft Matter 7, 4189 (2011)
[5] J. Guzowski, M. Tasinkevych, S. Dietrich, Phys. Rev. E 84, 031401 (2011)

Saturation of estimates for the maximum enstrophy growth in a hydrodynamic system as an optimal control problem

The global (in time) regularity of solutions of the 3D Navier-Stokes equation remains an open question which has been recognized as one of the "Millennium Problems" by Clay Mathematics Institute. This regularity is controlled by the boundedness of the enstrophy E. The best estimate for its rate of growth is dE/dt<= CE^3 , for C>0, leading to the possibility of a finite-time blow-up when straightforward time integration is used. Recent numerical evidence by Lu & Doering (2008) supports the sharpness of the instantaneous estimate. Thus, the central question is how to extend the instantaneous estimate to a finite-time estimate in a way that will incorporate the dynamics imposed by the PDE.
We state the problem of saturation of finite-time estimates for the enstrophy growth as an optimal control problem for a PDE, and use the Burgers equation as a "toy model". This problem is solved numerically using an adjoint-based gradient descent method for a wide range of time windows T and initial enstrophies E_0. It is found that the maximum enstrophy growth in finite time scales as E_0^{alpha} with alpha about 3/2, an exponent different from alpha = 3 obtained with the sharpest analytic estimates available to date. Consequences of this result for the question of regularity of the 3D Navier-Stokes system will be discussed.

Modyfikacja i doskonalenie metodyki wyznaczania wektorowego pola prędkości przepływająego płynu w oparciu o metodę anemometrii obrazowej za pomocą ultradźwięków.

Celem seminarium jest przedstawienie zastosowania metody cyfrowej anemometrii obrazowej do analizy danych pochodzących z obrazowania ultrasonograficznego. Omówiona metodyka posłużyć ma do wyznaczania wektorowego pola prędkości przepływów nieprzezroczystych optycznie, docelowo stwarzając możliwość obrazowania i diagnostyki przepływu w naczyniach krwionośnych. Przedstawiona zostanie analiza wyników wstępnych badań eksperymentalnych.

The concept of chaotic particles and its applications (in Russian)

The aim of this work is to develop unified theory of solids, liquids and gases based on the concept of a chaotic component and application of the theory to the study of plasticity, solubility, viscosity and vaporization using simple materials as examples. Our methodology goes back to works of the Nobel Prize laureate Prigogine I.R. concerning regular or random events characterizing each state of matter. These events are described by the Boltzmann and Shannon statistical distributions. Selected results: The concept of chaotic particles for the unified description of solid, fluid and gaseous states was proposed. We explain the role of the overbarrier particles for the heat of fusion by the use of the Shreder's equation to provide some insight into the problem of plasticity of solid matter. On the basis of the concept of chaotic particles a new formula for temperature dependence of saturated vapor pressure, expressed only through temperature and heat of boiling at atmospheric pressure was introduced.

Rotating Spiral Waves to theSystem on Circular Domains

systems are the reaction-diffusion systems whose reaction kinetics admit a stable limit cycle. It is known thatsystems can possess various types of solutions. Among them, spiral waves are the most fascinating pattern. In this lecture, we investigate the effects of the diffusivity, the sizes of the domains, and the reaction kinetics on spiral waves in a generalized class ofsystem on a circular disk with no-flux boundary condition. First we derive a criterion for the existence of m-armed spiral waves. Next we use the numerical simulation to show that for small twist parameter,the rotational frequency increases with increasing the domain size, while for large twist parameter, the dependence of the rotational frequency on the domain size is not monotonic. Moreover, small circular domains may change the properties of spiral waves drastically. These numerical results are in contrast to those in the excitable media. Finally, the stability of spiral waves is investigated numerically.

Simulation methods for rule-based models of biochemical networks

Prof. James Faeder together with collaborators at Los Alamos National Laboratory has developed a simulation framework called BioNetGen (bionetgen.org) that allows rule-based specification of biochemical reaction networks and provides both deterministic and stochastic modeling capabilities. His current research includes the development of specific models of signal transduction and the development of new stochastic simulation algorithms that will greatly broaden the scope of models that can be developed.

Oddzialywania hydrodynamiczne w cylindrycznym mikrokanale

Na seminarium przedstawie zarys metody multipolowej obliczania oddzialywan hydrodynamicznych a nastepnie naszkicuje sposob rozwiniecia tej metody na przypadek zawiesiny koloidalnej znajdujacej sie w cylindrycznym mikrokanale. Wyniki numeryczne dla jednoczastkowego wspolczynnika tarcia i mobilnosci wzajemnej dwoch czastek porownam z wynikami literaturowymi. Pokaze rowniez wyniki obliczen predkosci sztywnych lancuchow polimerowych w przeplywie parabolicznym.

Biosensoryczne wlasciwosci nanoczastek polprzewodnikowych

Choroby neurodegeneracyjne jest to grupa wrodzonych lub nabytych postępujących chorób układu nerwowego, w których podstawowym zjawiskiem patologicznym jest utrata komórek nerwowych. Pierwsze objawy pojawiają się kiedy znacząca ilość neuronów ulegnie uszkodzeniu lub uszkodzenie dotyczy określonej części ośrodkowego układu nerwowego. Brak skutecznych leków wiąże się z brakiem diagnostyki na wczesnym etapie rozwoju choroby neurodegeneracyjnej. Naszym celem jest zaprojektowanie biosensora opartego na półprzewodnikowych nanocząstkach ZnO/MgO do wczesnego wykrywania chorób neurodegeneracyjnych. Mamy trzy strategie projektowania biosensorów. Pierwsza oparta jest na Fluorescencyjnym Rezonansowym Transferze Energii (FRET) między nanocząstką a barwnikiem na jej powierzchni. Strategia ta pozwoli na wykrywanie wolnych rodników mających duże znaczenie w neurodegeneracjach. Druga strategia opiera się na właściwościach optyczno - magnetycznych. Pozwoli ona na wykrycie małych ilości krótkich oligomerów -amyloidu. Trzecia strategia wykorzystuje FRET między nanocząstką a białkiem do którego zostanie przyłączona. Pozwoli ona wykrywać białka mające znaczenie w chorobie. W pierwszym etapie pokryliśmy nanocząstki ZnO/MgO karboksymetylo-beta-cyklodekstryną (CMCD). Wnętrze cyklodekstryny posiada właściwości hydrofobowe dzięki czemu może tworzyć kompleksy inkluzyjne z cząsteczkami hydrofobowymi. Wykonano badania FRET pomiędzy nanocząstkami ZnO/MgO pokrytymi beta-cyklodekstryną a barwnikiem organicznym Czerwienią Nilu wbudowanym w otwory cyklodekstryny. Zbadano wpływ temperatury na taki układ FRET. W kolejnym etapie wprowadzono otrzymane kompleksy do wnętrza komórek nowotworowych HeLa i zbadano właściwości luminescencyjne tych kompleksów w zależności od ich lokalizacji. W celu odejścia od pobudzania ultrafioletowego układu FRET wytworzyliśmy nanocząstki NaYF4 domieszkowane metalami ziem rzadkich (Er, Yb) o właściwościach upkonwertujących. Upkonwersja oznacza konwersję promieniowania o niskiej energii (bliska podczerwień) do wyższego energetycznie promieniowania (widzialnego) przez multifotonową absorpcję i późniejszą luminescencję zależącą od domieszek. Wykonano także wstępne badania nad uzyskaniem biosensora optyczno - magnetycznego.

Badanie hydrodynamiki reaktora zbiornikowego z dyspersją ciecz-ciecz.

Ze wzgledu na intensyfikacje procesów wymiany ciepla i masy w ukladach dwufazowych sa one chetnie stosowane w wielu procesach przemyslu chemicznego. Z tego powodu niezbedne jest poznanie wlasnosci takich ukladów. Niniejsze seminarium poswiecone bedzie przedstawieniu wyników badan hydrodynamiki reaktora zbiornikowego z dyspersja ciecz - ciecz za pomoca niekonwencjonalnej techniki opartej na klasycznym PIV.

Mechanisms of helical peptide folding

The fold into native three-dimensional structures of proteins is a pre-requisite for correct biological function. Formation of elementary building blocks ? alpha-helices and beta-sheets lies at the heart of protein folding. Progress in computer power and algorithms allows us to realistically simulate the folding equilibrium and kinetics for peptide systems of moderate size, which occur on time scales of 10-100 ns. We report the results of direct all-atom molecular dynamics simulations for a series of helix-forming peptides ranging in size from 5 to 21 residues. Using several popular molecular mechanics force fields, we obtain structures and folding rates in good quantitative agreement with available experimental data. Our simulations also provide microscopically detailed information about sampled structures and folding pathways that is not easily accessible by experimental measurement. Interestingly, the details of the folding pathways exhibit significant variations for different force fields employed. Thus, accuracy of potential energy parameters, rather than conformational sampling, may be the limiting factor in current molecular simulations. Also, new and more detailed experimental data are needed to further improve models for the elementary processes of secondary structure formation

Simple lattice models of complex systems

Collective phenomena in systems containing particles that self-assemble into dierent non-homogeneous structures exhibit similar properties, despite different physical origin of interactions. Universal properties of a class of such systems can be described by highly simplied models that capture key properties of the (eective) interactions. Phase transitions and structural properties for a few such generic models are described. The models include:(i) simple cubic lattice model for water, predicting all major anomalies (ii) simple lattice model for polar molecules (methanol) predicting orientational ordering of molecules into zig-zag chain-like clusters and (iii) a triangular lattice model for particles that interact with short-range attraction and long-range repulsion potential (SALR), and are adsorbed on dierent surfaces; this can be a toy model for protein rafts on biological membranes, since rafts and stripes correspond to thermodynamically stable structures in dierent conditions.

Eksperymentalne monitorowanie udziałów objętościowych i stopnia anizotropii w dwuskładnikowych ośrodkach porowatych

Startując z wyników eksperymentalnych efektywnych modułów zespolonych (np: współczynnika przewodnictwa elektrycznego, przenikalności magnetycznej, współczynnika przepuszczalności, stałej dielektrycznej) przedstawimy oryginalną metodę numeryczną (metoda ułamków łańcuchowych) wyznaczającą kolejne momenty mikrogeometrii dwufazowego ośrodka porowatego: zerowy równy udziałowi objętościowemu składników, pierwszy określąjcy stopień anizotropii badanego ośrodka i dalsze. Otrzymane formuły rekurencyjne zastosujemy do następujących praktycznych obliczeń: 1) monitorowania w czasie koncentracji komórek żywych rozmnażających się w płynie fizjologicznym; 2) rejestrowania zasobów gazu ziemnego uwięzionego kilka kilometrów pod ziemią, potocznie nazywanego gazem łupkowym.

From electrospinning to thermal management in microelectronics, from co-electrospinning to nanofluidics

In the first part, a novel method of enhancement of drop and spray cooling for microelectronic, optical and radiological elements and server rooms, which require extremely high heat fluxes, is discussed. The key idea of the method is to cover the heat transfer surfaces with electrospun nonwoven polymer or metal nanofiber mats. The experiments revealed that drop impacts on nanotextured surfaces of nanofiber mats produce spreading similar to that on the impermeable surfaces. However, at the end of the spreading stage the contact line is pinned and drop receding is prevented. All the mats appeared to be dynamically permeable for water drops. The enhanced efficiency of drop cooling in the presence of nanofiber mats observed experimentally results from full elimination of receding and bouncing of the drops, characteristic of the current spray cooling technology and elimination of the Leidenfrost effect. Therefore, the drops evaporate completely in full contact with the hot wafer, and the large cooling potential associated with the latent heat of evaporation is fully exploited. This is paradoxical: the best cooling can be provided by a "furry overcoat"!
In the second part, carbon nanotubes are synthesized and self-assembled via co-electrospinning (or template electrospinning) and subsequent carbonization. Then, controlled flows through macroscopically long (~1cm) carbon nanotubes are demonstrated. It is shown that a higher flow rate of liquid in a bi-layer gas-liquid system can be achieved as compared to the case when the same liquid flows through the same tube subjected to the same pressure drop and occupies the whole bore. This means that it is possible to release more liquid than predicted by the Poiseuille law, even though in the bi-layer flow liquid does not occupy the whole cross-section. This paradoxical result is related to the fact, that the less viscous gas layer can flow much faster than the underlying liquid layer and entrain the latter via a significant shear stress. This quasi-giant-slip phenomenon occurs in relatively large nanotubes (of the order of 500 nm dia.) where the no-slip condition holds with sufficient accuracy. This phenomenon can be beneficial in reverse osmosis systems.

Nonwovens: melt- and solution blowing

The talk deals with the experimental and theoretical study of the mechanism of meltblowing. Meltblowing is a popular method of producing polymer micro- and nanofibers en masse in the form of nonwovens via aerodynamic blowing of polymer melt jets. However, its physical aspects were still not fully understood. The process involves a complex interplay of the aerodynamics of turbulent gas jets with strong elongational flows of polymer melts, none of them fully uncovered and explained. To evaluate the role of turbulent pulsations (produced by turbulent eddies in the gas jet) in meltblowing, we studied first a model experimental situation where solid flexible sewing threadlines were subjected to parallel high speed gas jet. After that a comprehensive theory of meltblowing is developed, which encompasses the effects of the distributed drag and lift forces, as well as turbulent pulsations acting on polymer jets, which undergo, as a result, severe bending instability leading to strong stretching and thinning. Linearized theory of bending perturbation propagation over threadlines and polymer jets in meltblowing is given first and some successful comparisons with the experimental data are demonstrated. Then, the fully nonlinear case of large-amplitude 2D and 3D bending perturbations of a single polymer jet is solved numerically. Both isothermal and non-isothermal cases are considered. The cooling of the surrounding gas jet results in cooling of the polymer jet inside, and to the arrest of the bending perturbation growth due to melt solidification. In addition, multiple jets were modeled simultaneously, as well as deposition on a screen moving normally to the principal jet direction was accounted for. The results include prediction of the fiber deposition patterns and fiber-size distributions in the resulting nonwovens. Comparisons with the experimental data suggest that the model captures main trends rather accurately. We also introduce a novel method-solution blowing, where core-shell drops of Polymethyl Methacrylate (PMMA) and Polyacrylonitrile (PAN) were subjected to a high speed gas jet that resulted in their stretching and bending. As a result of this enormous elongation, after solvent evaporates, core-shell polymer nanofiber mats are deposited on a screen. Heat treatment allows complete elimination of the core and carbonization of the shell, which yields carbon tubes with an inner diameter 50-150 nm and outer diameter 400-600 nm, and their mats.

Mechanizmy adsorpcji bialek - fakty i mity

Omówiono mechanizmy adsorpcji nanoczastek i białek na powierzchniach granicznych, w szczególności procesy, konwekcji, dyfuzji, transportu w polu sił specyficznych. Przedstawiono wyniki obliczeń teoretycznych prowadzonych przy użyciu metody multipolowej, tensorów ruchliwości i dyfuzji, lepkości wewnętrznej oraz potencjału przepływu dla cząstek kulistych i anizotopowych, o kształcie wydłużonym. Omówiono również wyniki teoretyczne, opisujące efekty blokowania powierzchni, oparte na symulacjach Monte-Carlo RSA (random sequential adsorption), uzyskane dla cząstek koloidalnych i białek, głównie fibrynogenu. Wyniki teoretyczne zostały wykorzystane do ilościowej interpretacji danych doświadczalnych uzyskanych dla monodyspersyjnych lateksów polistyrenowych, tworzących mono- i biwarstwy na powierzchni miki. Wykazano, że potencjał przepływu dla tych układów jest poprawnie opisywany tym modelem teoretycznym, co umożliwia precyzyjne określenie stopnia pokrycia nanocząstek na powierzchniach granicznych. Ponadto wyniki te mogą być użyte jako układy referencyjne do analizy procesów adsorpcji białek, wyznaczanych przy pomocy metody AFM oraz pomiarów in situ prowadzonych przy pomocy metod elektrokinetycznych. W ten sposób określono w sposób jednoznaczny mechanizm adsorpcji fibrynogenu, wykazując, że proces ten jest determinowany jedynie oddziaływaniami van der Waalsa i oddziaływaniami kulombowskimi, wynikającymi z heterogenicznego rozkładu ładunku. Efekt ten potwierdzono dodatkowo pomiarami osadzania cząstek koloidalnych na powierzchniach warstewek fibrynogenu, których wyniki interpretowano w oparciu o teorię fluktuacji, wykazując, że powszechnie stosowana teoria DLVO nie stosuje się w tym przypadku. Na podstawie uzyskanych wyników wyjaśniono przyczyny wielu rozbieżności występujących w doniesieniach literaturowych, dotyczących oszacowań stałych kinetycznych, energii adsorpcji oraz pokryć maksymalnych.

Wpływ transportu hydrodynamicznego na granulowany osad czynny - ujęcie mikro i makroskopowe

Granulacja aerobowa osadu czynnego jest nowoczesną technologią biologicznego oczyszczania ścieków. Granulat osadu czynnego powstaje w wyniku działania mikroorganizmów w odpowiednich warunkach hydrodynamicznych. W referacie przedstawione zostaną mechanizmy tworzenia granulatu w oparciu o badania przepływowe w ujęciu mikro i makroskopowym. Pokazany zostanie wpływ sił hydrodynamicznych na powstawanie i rozpad granulatu oraz transport zanieczyszczeń w pobliżu powierzchni biofilmu wywołany przez żyjące w nim orzeski, ze szczególnym uwzględnieniem bio-kompatybilnych metod wizualizacji przepływu.

Co wydarzylo sie w Fukushimie?

Pan mgr inż. Tomasz Jackowski, kierownik Zespołu Analiz Reaktorowych Centrum Informatycznego Świerk w Instytucie Problemów Jądrowych oraz jego współpracownicy wygłoszą seminarium, w trakcie którego opisane zostaną reaktory elektrowni jądrowej Fukushima Dai-Ichi i przebieg awarii mającej miejsce w elektrowni. Udzielone zostaną także odpowiedzi na pytania uczestników seminarium.

O pewnych zastosowaniach analizy teoriogrupowej do rownan rozniczkowych drugiego rzedu

Celem referatu jest zaprezentowanie zastosowan teorii grup Liego przeksztalcen do rownan rozniczkowych drugiego rzedu, zarowno zwyczajnych, jak i czastkowych. Przedstawione zostana algebraiczne kryteria linearyzacji rownan rozniczkowych czastkowych drugiego rzedu z dwoma zmiennymi niezaleznymi oraz uogolnienie konstrukcji takich kryteriow na przypadek rownan rozniczkowych czastkowych drugiego rzedu z trzema zmiennymi niezaleznymi. Kryteria te formuluja warunki dotyczace struktury pewnych podalgebr w algebrze Liego grupy Liego symetrii danego nieliniowego rownania rozniczkowego, przy ktorych dane rownanie mozna zlinearyzowac. Zostana omowione przeksztalcenia roznowaznosci rodziny hiperbolicznych rownan rozniczkowych czastkowych drugiego rzedu o zmiennych wspolczynnikach oraz metoda kaskadowa Laplace'a rownan tej postaci. Na przykladzie rownania Schrodingera przedstawiona zostanie metoda konstrukcji przeksztalcen grupowych z dyskretnym parametrem. Ponadto pokazemy zastosowanie niezmiennikow rozniczkowych grupy Liego przeksztalcen rownowaznosci rownan rozniczkowych zwyczajnych do konstrukcji kryteriow rownowaznosci (oraz calkowalnosci) badanych typow rownan.

O paradoksie (nie)istnienia jaskin wapiennych

Skad biora sie jaskinie wapienne? Juz Sir Charles Lyell, mentor Darwina i jeden z ojcow wspolczesnej geologii, zdawal sobie sprawe, ze kluczowa role w ich powstawaniu odgrywa proces rozpuszczania skal wapiennych przez wode nasycona dwutlenkiem wegla. Jednak na ilosciowy opis tego zjawiska trzeba bylo poczekac ponad 100 lat, kiedy to pod koniec lat 50-tych XX wieku Peter Weyl przedstawil pierwszy, stosunkowo prosty model rozpuszczania szczelin skalnych. Nieoczekiwanym wnioskiem z tego modelu byla konstatacja ze jaskinie wapienne nie moga istniec. Jest to w razacej sprzecznosci z rzeczywistoscia, gdyz w krajobrazie jurajskim istnieja cale systemy jaskin o rozczlonkowanych, nierzadko wielokilometrowych tunelach. Przedstawieniu roznych koncepcji wysuwanych w celu wyjasnienia tej sprzecznosci poswiecone bedzie niniejsze seminarium.

Biomaterialy dla medycyny regeneracyjnej

Celem wykladu jest zaprezentowanie tematyki prac badawczo-rozwojowych realizowanych w Grupie Biomaterialy, w Zakladzie Projektowania Materialow PW, w ramach Laboratorium Srodowiskowego Materialy Wielofunkcjonalne w IPPT. Przedstawione zostania przykladowe wyniki badan zmierzajacych do opracowania nowych, funkcjonalnych biomaterialow, ktore poprzez swoje zlozona nani i mikro-strukture oraz wlasciwosci fizyko-chemiczne moga znalesc szerokie zastosowanie w medycynie regeneracyjnej ludzkich tkanek. Omowione zostana przyklady nowych konstrukcji nosnych dla komorek (rusztowan - ang. scaffolds) wspomagajacych formowanie sie nowej tkanki kostnej lub chrzastnej z wyizolowanych komorek. Wskazane zostana kierunki badan zwiazanych z projektowaniem i wytwarzaniem rozwiazan materialowych stanowiacych systemy kontrolowanego dostarczania/uwalniania do organizmu lekow i czynnikow biologicznych. Przedstawione zostanie nowatorskie metody zastosowania modelowania numerycznego w procesie projektowania i oceny nowych biomaterialow.

Bimodal gene expression in the simplest gene regulatory systems.

Bimodality of gene expression, as a mechanism contributing to phenotypic diversity, enhances the survival of cells in a fluctuating environment. To date, the bimodal response of a gene regulatory system has been attributed to the cooperativity of transcription factor binding or to feedback loops. It has remained unclear whether noncooperative binding of transcription factors can give rise to bimodality in an open-loop system. We study a theoretical model of gene expression in a two-step cascade (a deterministically monostable system) in which the regulatory gene produces transcription factors that have a nonlinear effect on the activity of the target gene. We show that a unimodal distribution of transcription factors over the cell population can generate a bimodal steady-state output without cooperative transcription factor binding. We introduce a simple method of geometric construction that allows one to predict the onset of bimodality.

Badanie warunków brzegowych prędkości stycznej na granicy płyn-ścianka.

Przedstawione zostaną wyniki badań eksperymentalnych mających na celu wyznaczenie poślizgu występującego na granicy między przepływającym płynem oraz ścianą kanału. Do wyznaczenia poślizgu wykorzystano zmianę współczynnika dyfuzji cząstek fluorescencyjnych w funkcji odległości od ścianki.

Przeplyw kropel przez siatke o geometrii deski Galtona

W swoim wystapieniu przedstawie zachowanie kropel przechodzacych przez siec mikrokanalow o geometrii deski Galtona. Krople zachowuja sie w tym ukladzie w dosc zaskakujacy sposob - pomimo tego, ze znaczaca wiekszosc fazy ciaglej plynie jego srodkiem, same krople maja tendencje do poruszania sie wzdluz krawedzi. Zjawisko to pozwala wykorzystac uklad mikroprzeplywowy o takiej geometrii jako urzadzenie separujace faze ciagla od zawieszonej w niej kropli. Podczas seminarium przedstawie prosty model opisujacy zjawisko separacji i omowie jego konstrukcje. Przewidywania modelu bede porownane jakosciowo z wynikami doswiadczen przeprowadzonych w rzeczywistym ukladzie.

Jak wygląda powierzchnia rosnacego kryształu?

Jakość kryształów, jakie potrafimy hodować ma decydujący wpływ na rozwój nanotechnologii i jest ona bardzo ściśle związana z tym, jak wygląda morfologia powierzchni kryształu w trakcie jego wzrostu. Dzięki nowoczesnym technikom pomiarowym wiemy bardzo dużo o spotykanych rodzajach uporządkowań. Ostatnio opracowaliśmy model powierzchni krystalicznych, który pozwala na symulacje metodą Monte Carlo wzrostu różnych struktur półprzewodnikowych. Model ten pozwolił nam na odtworzenie wielu charakterystycznych rysunków stopni na ukośnie ciętej powierzchni. Udało nam się wyjaśnić mechanizm powstawania charakterystycznych meandrów naprzemiennych stopni podwójnych, który mimo, że od lat obserwowany na wielu powierzchniach, długo pozostawał niezrozumiany. Przedstawię perspektywy modelu, jako narzędzia do badani amorfologii powierzchni oraz wbudowanych w kryształ domieszek i defektów.

Modelowanie mieszania z reakcja chemiczna w mikromieszalnikach cieczowych, homogenicznych.

Przeprowadzono symulacjie numeryczne mieszania z reakcja chemiczna w wybranych mikromieszalnikach Serpentyna, Meander, Tesla, Herringbone groove. Efektywnosc mieszania zostala okreslona przy uzyciu oprogramowania Fluent wraz z zaimplementowanymi kinetykami reakcji 1- i 2-naftolu z kwasem 4-sulfofenylodiazoniowym (UDF).

Thermocapillary migration of a collection of spherical bubbles

The thermocapillary migration of a collection of N spherical bubbles immersed in a Newtonian liquid and subject to a uniform ambient temperature gradient is considered with a special attention to the following issues: 1. Establish a boundary formaulation which permits one to accurately determine the translational velocity of each bubble at a reasonable cpu time cost. 2. Proposed a suitable numerical implementation and present comparisons against the available literature and new results for differents N-bubble clusters.

Rozwiazania zlinearyzowanych równan hydrodynamiki w obszarach ograniczonych.

Dla obszarów z brzegiem analizuje zwiazek miedzy problemem wlasnym dla równan hydrodynamiki a wlasnosciami rozwiazan problemu poczatkowego. Definiuje postac rozwiazania w postaci pólgrupy i analizuje zaleznosc rozwiazan od relacji pomiedzy warunkami brzegowymi.

Spatkin - program do symulacji stochastycznej układów sprzężonych równań reakcji biochemicznych na dwuwymiarowej siatce

Zaprezentowany zostanie algorytm i program do symulacji dynamiki układu sprzężonych równań opisujących reakcji biochemiczne oraz dyfuzję zachodzące na dyskretnej siatce dwuwymiarowej. Na przykładzie prostego układu inspirowanego wczesnymi etapami sygnalizacji w limfocytach B, ograniczonego do białek zlokalizowanych w błonie komórkowej, omówione zostaną różnice między symulacją przy pomocy rozwiązywania ODE lub zastosowania klasycznego algorytmu Gillespie'ego a proponowanym podejściem.

The Interplay of Double Phosphorylation and Scaffolding in the MAPK Pathways

Clouds of particles falling under gravity close to a vertical wall

Clouds of close particles settling under gravity in a viscous fluid for a long time keep together, occasionally leaving a particle behind. Initially spherical shape gradually flattens and forms a torus, which suddenly breaks into two or more parts. Dynamics of a cloud settling under gravity in an unbounded fluid has been analyzed in the literature experimentally and numerically, and it has been concluded that its main features, observed experimentally, can be reproduced within the point-particle model. The goal of this work is to study how the presence of close boundaries influence the process of destabilization. An experiment has been conducted which indicates that in the presence of a vertical plane wall, the destabilization length is shorter than in an unbounded fluid. Then, a point-particle model has been constructed which takes into account hydrodynamic interactions of the particles with the wall, and applied to determine evolution of a cloud of particles. Close to a wall, the cloud destabilizes faster and looses more particles behind. Other characteristic features of the cloud evolution has been also analyzed.

Ściśliwa magnetyczna warstwa graniczna jako prosty model Tachokliny we wnętrzu Słońca

Badany jest efekt ściśliwości w tzw. warstwach granicznych Ekmana-Hartmanna (o charakterze magnetyczno-bezwładnościowym) na płaskiej, nieskończonej płycie w obecności zewnętrznego pola magnetycznego nachylonego względem płyty pod niezerowym kątem. Celem jest określenie wpływu cisnienia magnetycznego na rozkład gęstości płynu i poprzez prawo ciągłóści na wypływ masy z warstwy granicznej, czyli tzw. pompowanie warstwy granicznej. Interesujący z punktu widzenia potencjalnych zastosowań w dynamice wnętrz gwiazdowych jest układ, kiedy pompowanie generowane poprzez wpływ ciśnienia magnetycznego na gęstość płynu (pompowanie ciśnienia magnetycznego) jest obecne jednocześnie razem z tzw. zasysaniem Ekmana (czyli wpływem masy do warstwy granicznej wywołanym efektem Coriolisa). Wówczas linie pola magnetycznego mogą zostać "wyciągnięte" przez przepływ z warstwy granicznej do prezepływu głównego dopiero, gdy pole magnetyczne osiągnie odpowiednio duże wartości. Taki charakter ma najprawdopodobniej dynamika linii magnetycznych we wnętrzu Słońca, w cienkiej warstwie zwanej Tachokliną u podstawy obszaru konwekcyjnego, gdzie generowana jest większość słonecznego pola magnetycznego, które opuszcza tę warstwę dopiero po narośnięciu do odpowiednio dużych wartości i dociera do powierzchni, względnie nie zmienione, tworząc tzw. plamy słoneczne.

Short-time dynamics of concentrated suspensions

Simulation results for the so-called hydrodynamic function H(q), which fully characterizes the short-time dynamics of a hard-sphere colloidal suspension, will be presented. Suspensions of uniformly permeable particles are considered. Results for short-time transport coefficients extracted from H(q), such as sedimentation, self-diffusion and "cage" diffusion coefficients, as a function of particle permeability and volume fraction will be presented and discussed.

Bialka efluksowe w chemioterapii nowotworow: o wybranych probach modelowania

Invariant Manifolds for Dissipative Systems

A method is given for a study of a nonlinear evolution equation for finding "slow" invariant manifolds. This method is studied for the evolution problem u˙ = -Au + (Au, u)/(u, u) u, u(0) = u0, where A is a linear, self adjoint, possibly unbounded, operator in a Hilbert space. Global existence and uniqueness of the solution to this problem are proved. Asymptotic behavior of the solution as t ->inf is studied. Closed form solution of the above nonlinear evolution problem is found. Conditions are given on the spectrum of A and on the initial data u0 for the trajectory u(t) not to have a strong limit in H as t ->inf and not to stay in any finite-dimensional space. In this sense the motion is chaotic if these conditions are satisfied.

Efekty dimeryzacji w kaskadzie MAPK

The MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) cascade is one of the most important signal transduction pathways in eukaryotic cells. The crux of the pathway constitute the successive phosphorylation steps along the Raf-MEK1/2-Erk1/2 protein axis. The MAPK cascade regulates diverse cellular processes such as proliferation and differentiation. Furthermore, the cascade is a key player in the initiation and development of cancer. Consequently, a colossal effort has been put into understanding the pathway?s architecture, regulation and interaction with other pathways. Within the last few years, the pathway has also been extensively modeled in order to better understand its dynamics and to identify the most import interactions and feedback mechanisms. However, the models developed so far ignore homodimerization and heterodimerization events between the MAPK pathways key components: A/B/C-Raf, Mek1/2, and Erk1/2. The dimerization of Raf proteins is particularly well characterized and displays definite impact on their kinase activity. Furthermore, it appears that an auxiliary protein, scaffold KSR, regulates and potentially induces the formation of those dimers. In our modeling efforts we wish to capture these events and analyze their effects on the MAPK pathway dynamics, and divine their potential physiological role.

Systemy wspomagania decyzji w sytuacjach awaryjnych po uwolnieniach niebezpiecznych substancji do środowiska

Przedstawiona zostanie metodologia oraz stosowane modele praktyczne w systemach wspomagania decyzji po uwolnieniach niebezpiecznych substancji do środowiska. W szczególności zaprezentowane będą: europejski system RODOS (Real-time On-line Decision Support System for Nuclear Emergencies) dotyczący zagrożeń radiacyjnych oraz oryginalny system SZYK (System Zarządzania Sytuacją Kryzysową w Zakładach Niebezpiecznych) opracowany dla zagrożeń chemicznych. Przedstawiona będzie również metodyka znana jako multi-model ensemble, polegająca na wykorzystaniu wyników symulacji wielu modeli zarówno w celu ich ewaluacji jak i wypracowania koherentnej prognozy rozwoju sytuacji po uwolnieniach niebezpiecznych substancji. więcej

Computer simulations of peptide folding: populations, kinetics and pathways.

Formation of elementary building blocks ? alpha-helices and beta-sheets lies at the heart of protein folding. Recent experimental advances have led to design and characterization of short peptides that exhibit well-organized structure and fold on time scales of nanoseconds (10-9 s). Progress in computer power and algorithms allows us to realistically simulate the behavior of these systems. We report the results of molecular dynamics simulations, which are able to reproduce the experimental data on folded populations and time scales for several specially designed helix-forming peptides. Additionally, the simulations enable predictions of detailed folding pathways. The predicted populations and time scales are in good agreement with experimental data for most popular molecular mechanics force fields. Interestingly, the folding pathways exhibit qualitative variations for different force fields employed. Thus, accuracy of potential energy parameters, rather than conformational sampling, may be the limiting factor in current molecular simulations.

Kompleksy blonowe - nowe zagadnienia w badaniu dynamiki wapnia w komorce

W prezentacji zostanie przedstawiony opis fizycznych połączeń pomiędzy siateczką śródplazmatyczną (ER) a mitochondriami (ang. mitochondria-associated ER membrane "MAM") oraz błona komórkową i ER (ang. plasmalemma-associated ER membrane "PAM"). Specyficzne układy błon ER-mitochondria oraz ER-plazmalemma zostały odkryte niedawno i zdaniem wielu autorów stanowią kluczowy czynnik, kształtujący szereg procesów fizjologicznych w komórce, takich jak bez-pęcherzykowy transport lipidów, apoptoza, czy modulacja sygnału wapniowego. Przedstawiona zostanie struktura i funkcjonowanie wymienionych kompleksów, a w szczególności możliwość kontroli i kształtowania sygnalizacji wapniowej wewnątrz komórki przez MAM-y i PAMy.

Zmienność i modele stochastyczne odpowiedzi wzrokowych neuronow wzgórka czworaczego górnego kota.

W trakcie seminarium zaprezentuję wyniki analiz zmienności odpowiedzi na bodźce wzrokowe neuronów wzgórka czworaczego górnego kota. Zależności zaobserwowane dla tych danych zostaną porównane z danymi odniesienia wygenerowanymi przy użyciu modeli procesów punktowych. Główne wejścia do powierzchniowych, wzrokowych, warstw wzgórków czworaczych górnych kota stanowią dwa odmienne typy komórek zwojowych siatkówki, Y i W. Ponieważ zmienność odpowiedzi komórki ma istotne znaczenie dla tego, jakie schematy kodowania informacji wzrokowej może ona używać, zbadaliśmy zmienność odpowiedzi komórek wzgórka górnego. Żeby sprawdzić które cechy odpowiedzi wpływają na obserwowaną zmienność, porównaliśmy dane doświadczalne z danymi odniesienia pochodzącymi z dwóch modeli: niejednorodnego procesu Poissona (IP) oraz niejednorodnego procesu Markowa dla interwałów (IMI). Dla danych doświadczalnych, przy wzroście częstości generacji iglic podczas stymulacji wolno poruszającym się bodźcem (kiedy informacja wzrokowa z siatkówki dociera kanałem W) obserwowaliśmy wzrost zmienności odpowiedzi. Z kolei w trakcie reakcji na szybki ruch bodźca (kiedy informacja wzrokowa z siatkówki dociera kanałem Y) widoczny był wzrost precyzji odpowiedzi. Żaden z modeli nie oddawał w pełni tego typu zależności, jednak w przypadku odpowiedzi na wysokie prędkości model IMI dobrze opisuje aktywność komórki. Nasze wyniki pokazują, że znajomość częstości iglic nie wystarcza do pełnego opisu danych, ale uwzględniając dodatkowo statystykę interwałów między iglicami możemy wyjaśnić wyniki rejestracji dla komórek otrzymujących wejście głównie kanałem Y.

Generowanie parametrów dla algorytmów klucza publicznego. Aspekty bezpieczenstwa i wydajnosci

Systemy klucza publicznego (RSA, ECDSA, ECDH) stanowią jeden z podstawowych elementów zapewniających bezpieczeństwo protokołów kryptograficznych stosowanych do transmisji danych w sieciach teleinformatycznych. Referat poświecony będzie analizie wydajności algorytmów służących do generowania bezpiecznych parametrów tych systemów. Jest to problem trudny, gdyż patrząc pod kątem celów, które stoją przed projektantem systemów kryptograficznych, chodzi o osiągniecie kompromisu pomiędzy bezpieczeństwem a efektywnością implementacji. Pierwsza część referatu poświecona będzie bardzo ważnemu z punktu widzenia bezpieczeństwa problemowi istnienia punktów stałych algorytmu RSA. Druga część koncentrować się będzie na zastosowaniu Szybkiej Transformaty Fouriera i Twierdzenia Chińskiego o Resztach do efektywnego generowania parametrów dla algorytmów ECDSA i ECDH. Przedstawione zostaną wyniki pozwalające na zwiększenie wydajności procesu generowania poprzez urównoleglenie obliczeń. Zastosowane metody są na tyle ogólne, że mogą być wykorzystane do przyśpieszenia dowolnych obliczeń w pierścieniach wielomianów i szeregów potęgowych o współczynnikach całkowitych.

Cascade of vortex loops initiated by a single reconnection of quantum vortices

In this study we demonstrate that a single reconnection of two quantum vortex lines can lead to creation of a cascade of vortex rings. Our analysis, motivated by the analytical solution obtained in the localized induction approximation, is based on high resolution Biot-Savart and Gross-Pitaevskii simulations of the vortex line motion. The Gross-Pitaevskii simulations showed that the first rings of the cascade are on atomic scale, i.e. have diameters few orders of magnitude smaller than the characteristic line separation of the tangle. So created small vortex rings may penetrate the tangle and annihilate on the boundaries or collapse due to the sound emission. This provides an efficient mechanism of the vortex tangle evaporation or decay in the limit of zero temperature when other dissipation mechanisms become inefficient.

Spektroskopia korelacji fluorescencji w badaniach fizycznych, biochemicznych i medycznych

Spektroskopia korelacji fluorescencji oparta jest na pomiarze ruchliwości fluoroforów pobudzanych do świecenia przez wiązkę lasera skupioną obiektywem mikroskopu konfokalnego. W zastosowaniach fizycznych doskonale nadaje się do pomiaru współczynnika dyfuzji własnej obiektów o różnych kształtach w dowolnym środowisku (kulka w kulkach, kulka w pałeczkach, kulka w sieci, pałeczka w kulkach itp.). W zastosowaniach biochemicznych i medycznych pozwala szybko i z wykorzystaniem mikroskopijnych ilości próbek stwierdzić fakt wiązania się dwu (lub więcej) cząsteczek. Może to być podstawa do konstruowania testów laboratoryjnych (diagnostyka) lub szukania nowych leków (farmacja).

Konwekcja magnetyczna cieczy paramagnetycznej w naczyniu zamknietym

Magnesy nadprzewodzące, generujące silne pole magnetyczne, stały się w ostatnich latach bardzo ciekawym narzędziem badawczym. Dzięki nim poszerza się obszar poznawczy z wielu dziedzin nauki: fizyki, chemii, medycyny, itp. Pojawiają się również w zastosowaniach inżynierskich. Silne pole magnetyczne może być źródłem dodatkowej siły działającej na układ. Przedstawione zostanie zagadnienie wpływu silnego pola magnetycznego na wymianę ciepła, wywołaną ruchem cieczy paramagnetycznej, w różnych układach geometrycznych, ze szczególnym uwzględnieniem interakcji między siłą grawitacyjną, a siłą magnetyczną. Zaprezentowane zostaną wyniki badań eksperymentalnych, modelowania numerycznego oraz analizy wymiarowej.

Rola wapnia w fizjologii komórki

Sygnal wapniowy jest kluczowy dla prawidlowego przebiegu szeregu procesów fizjologicznych. Jest szeroko wykorzystywany przez komórke jako pierwotny i wtórny przekaznik informacji. W toku ewolucji powstalo wiele mechanizmów, których zadaniem jest wlasciwe ukierunkowanie i interpretacja sygnalu Ca2+. Wapo zewnatrzkomórkowy poprzez oddzialywanie z blonowymi receptorami pelni roli pierwotnego przekaznika informacji rozpoczynajacego jednoczesnie kaskada sygnalizacyjna, która w zaleznosci od stanu komórki moze wywolac calkowicie odmienne efekty: od inicjacji transkrypcji, po apoptoze. Wapno bierze równiez udzial w regulacji transkrypcji wielu bialek zaangazowanych w utrzymanie homeostazy wapniowej, co stanowi charakterystyczny model autoregulacji sygnalizacji wapniowej.

O pewnych wlasnosciach rozwiazan równan plynu mikropolarnego

Zostanie przedstawiony model plynu mikropolarnego, opis jego przeplywu za pomoca skonczonej liczby parametrów i porównanie z przeplywem opisanym równaniami Naviera-Stokesa.

LES in transitional flows and combustion

1.Krótkie wprowadzenie do metody LES 2.Eksperyment - swobodna struga kołowa - izotermiczna i podgrzana zjawisko niestabliności absolutnej 3.Próby modelowania strugi kołowej przy pomocy metody LES - istotność gęstości siatki 4.Modele podsiatkowe - wpływ na wyniki obliczeń na przykładzie przepływu pomiędzy wirującymi tarczami 5.LES w modelowaniu spalania - flamelet, Conditional Moment Closure, model stochastyczny 6.Przykłady zastosowań w modelowaniu zapłonu w prostej geometrii oraz komorze spalania silnika lotniczego 7.Podsumowanie

Modelling turbulent dispersed flows: Large-Eddy Simulation and sub-filter effects

Metoda duzych wirow (ang. LES - Large Eddy Simulation) jest coraz czesciej stosowana do modelowania turbulencji, w tym przeplywow dwufazowych z faza dyspersyjna (czastki/krople). Otwartym problemem pozostaje wplyw drobnych struktur wirowych (nierozwiazywanych w LES) na ruch czastek, oraz mozliwosci modelowania efektow podsiatkowych. Na tle tych ogolnych zagadnien, przedstawione zostana wyniki uzyskane dla turbulencji izotropowej oraz przeplywu w kanale z zastosowaniem modelu stochastycznego typu dyfuzyjnego, a takze inne domkniecia.

Development of biodegradable PLA/POSS nanocomposites to be used in regenerative medicine as cartilage repair scaffolds

Niestateczność hydrodynamiczna przepływu w szczelinie w poprzecznie pofalowanymi ścianami

Przedmiotem rozważań jest zjawisko utraty stateczności laminarnego przepływu cieczy lepkiej w szczelinie o skończonej szerokości i poprzecznie pofalowanych ścianach. Wykazano, że obecność ścian bocznych nie ma - przy dostatecznie dużej szerokości szczeliny - nie eliminuje zjawiska destabilizacji przy niskich liczbach Reynoldsa, wykrytego przez autora we wcześniejszych badaniach nad przypadkiem szczeliny (kanalu) o nieskończonej szerokości i periodycznej geometrii.

Dynamiczna kontrola separacji ladunków elektrostatycznych w ukladach miekkiej materii

Swobodnie zawieszona błonka ciekłokrystaliczna, poddana działaniu oscylującego pola elektrycznego wykazuje bardzo ciekawe niestabilności elektrohydrodynamiczne. Udało nam się pokazać eksperymentalnie, że dla danej amplitudy pola elektrycznego istnieje częstość graniczna, powyżej której menisk ciekłokrystaliczny jest stabilny, a poniżej której następuje makroskopowa separacja ładunku elektrycznego, która prowadzi do makroskopowych drgań menisku, synchronicznych z oscylującym polem elektrycznym. Zależność częstości granicznej od przyłożonej różnicy potencjałów wskazuje na to iż warunkiem uzyskania separacji ładunku jest ruch elektroforetyczny jonów na odległości równe lub większe długości Debye#a. Podobny efekt dynamicznej separacji ładunku elektrostatycznego zaobserwowaliśmy również w procesie elektrokoalescencji kropelek roztworów wodnych w mikrokanałach, oraz wykorzystaliśmy do nawet tysiąckrotnego przyspieszania procesu separacji faz w układach polimer-ciekły kryształ.

Mechaniczne własności białek i kapsydów wirusowych

Omowione zostana dwa zastosowania modeli gruboziarnistych bialek: przeglad wlasciwosci mechanicznych 17 134 bialek i modelowanie nanoindentacji otoczek wirusow CCMV i CCMP. Wlasciwosci mechaniczne badane sa poprzez rozciaganie bialka i badanie skali oporu na rozciaganie. Okazalo sie, ze najwiekszy opor pojawia sie w pewnych bialkach z wezlami cysteinowymi.

Slow viscous migration of solid particles in a conducting liquid under electric and magnetic fields

The migration of a collection of solid particles immersed in a conducting liquid and subject to ambient electric and magnetic fields is considered. A special attention will be paid to spherical particles with two cases:
1. The case of distant spheres for which the problem is asymptotically solved.
2. The case of close and strongly interacting spheres for which a boundary-integral approach will be both advoted and numerically worked out. Numerical results for a few illustrating clusters made of spheres will aslo be presented and discussed.

Wybrane zagadnienia weryfikacji i walidacji symulacji komputerowych procesow rzeczywistych metoda dynamiki molekularnej

Okreslone mechanizmy ewolucji czasowej ukladu molekularnego maja znaczacy wplyw na jakosc i dokladnosc wyników symulacji takich ukladów. W przypadku wielu klasycznych metod obliczeniowych weryfikacja i walidacja sa procesami których metodologia zostala dobrze zbadana i jest szeroko omówiona w literaturze. W przypadku symulacji komputerowych metoda dynamiki molekularnej metody weryfikacji i walidacji nie zostaly dotad opracowane choc problematyka ta, ze wzgledu na rozwój nanotechnologii jest niezwykle istotna. Opracowanie procedur weryfikacji i walidacji dla metody dynamiki molekularnej umozliwia prawidlowe projektowanie ukladów molekularnych i ich ocena efektywnosci. Przedstawione zostana wyniki dotyczace powyzszej problematyki.

Stability of relative equilibria of three vortices

Three point vortices on the unbounded plane have relative equilibria wherein the vortices either form an equilateral triangle or are collinear. While the stability analysis of the equilateral triangle configurations is straightforward, that of the collinear relative equilibria is considerably more involved. The only comprehensive analysis available in the literature, by Tavantzis & Ting [Phys. Fluids 31, 1392 (1988)], is not easy to follow nor is it very physically intuitive. The symmetry between the three vortices is lost in this analysis. I will provide a different analysis based on explicit formulae for the three eigenvalues determining the stability, including a new formula for the angular velocity of rotation of a collinear relative equilibrium. A graphical representation of the space of vortex circulations is introduced, and the resultants between various polynomials that enter the problem are used. This approach adds considerable transparency to the solution of the stability problem and provides more physical understanding. The main results are summarized in a diagram that gives both the stability or instability of the various collinear relative equilibria and their sense of rotation.The lecture follows seminar onTrends in Numerical Fluid Mechanics

Elementy transpozycyjne jako jeden z najbardziej rekombinogennych czynników genomów bakteryjnych

1. Modularna struktura bakteryjnych elementów transpozycyjnych (TE).
2. Wplyw TE na rearanzacje genomów bakteryjnych oraz ich rola w zwiekszaniu zdolnosci adaptacyjnych i ewolucyjnych bakterii.
3. Udzial TE w horyzontalnym transferze genów.
4. Metody identyfikacji TE in vivo i in silico.

Wyznaczenie charakterystyk statystycznych modelu DLL (Dynamic Lattice Liquid) w stopach polimerowych

Model DLL bazuje na lokalnych kooperatywnych ruchach skladajacych sie z przeniesien pewnej liczby elementow kinetycznych po zamknietej petli tak, ze kazdy element zastepuje jeden z jego sasiadów, oraz ze spelniony jest warunek ciaglosci polegajacy na tym, ze suma przeniesien elementow bioracych udzial w przestawieniu jest zerowa. Scharakteryzowano warunki symulacji umozliwiajace zastosowanie modelu do badan konformacyjnych.

Laminarny, przejsciowy i turbulentny przeplyw cieczy przez gladkie kapilary

Autor doświadczalnie wykazał, wbrew twierdzeniom wielu autorów i w zgodzie z innymi autorami, że - w mikroprzepływach przez gładkie kapilary - obowiązuje prawo Hagena-Poiseuille.a i formuła Blasiusa (znane z makroskali). Przejście laminarno-turbulentne, dotąd lokowane w bardzo szerokich granicach, następuje w przedziale [2100, 2800]Re, ale zaokrąglenie wlotów do mikrorurek paradoksalnie mocno je opóźnia. Właściwie zorganizowany proces pomiarowy pozwolił autorowi podzielić straty energetyczne na sumę prostą start liniowych i miejscowych oraz wyznaczyć łączny współczynnik oporów miejscowych mikrorurek, gdyż dane literaturowe są nieodpowiednie do przepływów mikroskalowych. Współczynnik strat wylotowych (równy współczynnikowi Coriolisa) autor obliczył, podobnie jak inne ważne współczynniki korekcyjne, na podstawie badań współczesnych autorów (w przedziale [2800, 36x10^6]Re) i podał jawne formuły ich zależności od liczby Reynoldsa (Re) wykazując wyraźne różnice w odniesieniu do dotąd stosowanych wartości opartych na badaniach Nikuradsego sprzed 75 lat. Praca rozstrzyga zatem problemy ważne dla badaczy, użytkowników i projektantów mikrosystemów, które znalazły liczne zastosowania w wielu dziedzinach nauki i techniki stosujących nowoczesne technologie.

Electrospining

Report on research trainning at IPPT

Optymalizacja procesu elektroprzędzenia nanowłókien polimerowych

Tematem seminarium bedzie optymalizacja parametrów procesu electrospinningu włókien polimerowych. Badano wpływ systemu odbierania włókien oraz charakteru targetu na strukture włókien otrzymywanych w procesie electrospinningu. Wykorzystujac targety róznego rodzaju, badano ich wpływ na równomiernosc pokrywania powierzchni targetu włóknami. W celu uzyskania lepszej kontroli strugi polimeru optymalizowano równiez geometrie układu elektrod. Zaprezentowane zostana takze wyniki eksperymentów, w których wykorzystano roztwory polimeru z dodatkiem elektrolitów, majacych wplyw na wielkosc kata rozwarcia stozka Taylora, a co za tym idzie, takze na powierzchnie pokrycia targetu włóknami. Elektroprzedzenie włókien bezposrednio na powierzchnie wody dało mozliwosc otrzymywania regularnych, boniastych struktur, które zostana przebadane pod kłtem zastosowania w charakterze membran.

Byc Malym czy nie byc Malym, oto jest pytanie. Wielki-Maly nicien Caenorhabditis elegans

Model łączny ścieżek sygnałowych NF-κB i p53

Czynniki transkrypcyjne NF-κB i p53 znane są ze swego współdziałania i rywalizacji przy regulacji wielu szlaków sygnałowych związanych między innymi z cyklem komórkowym, obroną immunologiczną czy apoptozą. W literaturze można znaleźć opisy sprzężeń istniejących pomiędzy oboma czynnikami transkrypcyjnymi. Wykorzystując dwa z nich zbudowano model łączny ścieżek sygnałowych NF-κB i p53, który tłumaczy pro- i anty-apoptotyczne zachowanie się NF-κB zastosowanym protokołem podawania wymuszeń. Wzbudzenie ścieżki NF-κB za pomocą TNFα przed rozpoczęciem napromieniowywania wzbudzającego ścieżkę p53 zmniejsza frakcję komórek apoptotycznych podczas gdy podanie TNFα po napromieniowaniu ją zwiększa.

Micro and nanoflows in complex systems

The talk will consider several issues related to modeling complex microsystems such different types of muliphase solution and solid fluid interaction at the nanoscale. Two phase flows, which cosits of liquid-gas or liquid solid particles at micro and nanoscale behaves different than at macroscale.

Wpływ warunków elektroprzędzenia na strukturę i właściwości nanowłókien polimerowych stosowanych jako rusztowania do hodowli komórek

Elektroprzędzenie jest jedną z najczęściej wykorzystywanych metod formowania nanowłókien polimerowych. Celem badań włókien z policaprolactonu jest określenie zależności pomiędzy parametrami procesu elektroprzędzenia, struktura molekularną (stopień orientacji molekularnej oraz krystaliczność) a funkcjonalnością jako rusztowań do hodowli komórkowej in vitro.

Efekty mechanochemiczne w tkankach i komórkach

Omówiony zostanie model matematyczny opisujacy sprzężenia pomiędzy dyfuzją wapnia a efektami mechanicznymi (naprężenia i odkształcenia). Model ten (w najprostszej postaci można go znaleźć w książce Murray´a „Mathematical Biology”) bazuje na sprzężonych równaniach parabolicznych typu reakcji dyfuzji i równaniach równowagi dla ośrodka lepko-sprężystego. W szczególności omówimy fenomena tzw. fal wapniowych.

Mechano-akustyczna metoda usuwania zacmy - fakoemulsyfikacja.

Interdyscyplinarne Seminarium Biomedyczne

Fakoemulsyfikacja jest metodą usunięcia zmętniałej soczewki własnej pacjenta w celu wszczepienia soczewki sztucznej. W ten sposób przywraca się przezierność ośrodków optycznych i stwarza warunki odbierania bodźców przez siatkówkę i nerw wzrokowy w przypadku zaćmy. Aparaty skonstruowane do przeprowadzenia tego typu zabiegu łączą w sobie trzy funkcje: Irygacji biernejkomory przedniej oka, której wielkość wynika z wysokości zawieszonej nad poziomem głowy pacjenta butelki, Aspiracji płynu z komory przedniej oka zależnej od pompy (perystaltycznej bądź Venturiego) współpracującej z aparatem, Emulsyfikacji ultradźwiękowej mas jądra soczewki w czasie zabiegu. Techniki operacyjne stosowane do usunięcia zaćmy różnią się w zależności od doświadczenia lekarza operującego, a głównym ich celem jest zrównoważenie stosowanych w czasie zabiegu energii: przepływu płynu, ultradźwięków oraz energii mechanicznej tak by jatrogenne uszkodzenie oka było jak najmniejsze. Wykładnikami jakości chirurgii jest głównie dysfunkcja lub zmniejszenie gęstości komórek śródbłonka rogówki. Energia mechaniczna, której źródłem są manipulacje w komorze przedniej przy pomocy narzędzi zużytkowywana jest na łamanie jądra soczewki i ma niewielki negatywny wpływ na komórki śródbłonka. Sposób wykorzystania energii mechanicznej jest charakterystyczny i różny dla różnych technik chirurgicznych. Natomiast energia ultradźwiękowa, jak i energia przepływu płynów posiadają udokumentowany negatywny wpływ na struktury gałki ocznej. Celem seminarium jest przeanalizowanie zjawisk fizycznych wynikających z zastosowania energii przepływu płynów oraz różnych metod dostarczania ultradźwięków w aspekcie ich jatrogennego wpływu na struktury oka w przypadku zastosowania różnych technik chirurgicznych.
Fakoemulsyfikacja - zobacz film (mpg).

Rozwiazania chaotyczne równan rózniczkowych czastkowych

Chaos jest zazwyczaj wiązany ze zjawiskami nieliniowymi. Gdy jednak będziemy rozpatrywać przestrzenie nieskonczenie wymiarowe, może się on pojawić również w liniowych układach dynamicznych. W ramach seminarium przedstawię przykłady dwóch liniowych równań różniczkowych cząstkowych, których półgrupy rozwiązań są chaotyczne (w sensie Devaney) oraz sposoby na pokazanie ich chaotyczności.

Zywa komórka jako naturalny nanosilnik

W referacie przedstawię krytyczny przegląd literatury dotyczącej obecnych koncepcji mechanizmu generacji siły w komórkach żywych i nową, oryginalną koncepcję opartą na własnych wynikach uzyskanych dla mięśni.Wiecej...

Bioinformaticians + Experimentalist = Successful Protein Analysis

The Laboratory of Bioinformatics and Protein Engineeringcombines theoretical and experimental analysis of proteins, in particular enzymes that act on DNA or RNA (restriction enzymes, methyltransferases, DNA repair enzymes). We develop and use computer programs for modeling of protein three-dimensional structures based on experimental data. We are involved in predicting structures and functions for uncharacterized open reading frames. We also use theoretical predictions to guide protein engineering, using rational and random approaches. Our goal is to design proteins with new properties, in particular enzymes with new useful functions, which have not been observed in the nature.

Streaming current and streaming potential for particle covered surfaces: virial expansion and simulations. Part 2

The second part was dedicated to a thorough discussion of recently obtained theoretical and numerical results concering the streaming current and streaming potential od particle-covered surfaces.

Streaming current and streaming potential for particle covered surfaces: virial expansion and simulations. Part 1.

The seminar will be presented in two parts. The first will be a general intoduction to the notion of the streaming current and streaming potential. Well known facts and experimental as we as theoretical results will be presented. The second part will be dedicated to a thorough discussion of recently obtained theoretical and numerical results concering the streaming current and streaming potential od particle-covered surfaces.

Zastosowanie spektroskopii NMR do identyfikacji metabolitów leku NTBC przeciw tyrozynemii typu I. Synteza zwiazków modelowych.

NTBC (nitisinon) jest skutecznym srodkiem uzywanym w leczeniu tyrozynemii typu I - genetycznej choroby dziedzicznej, zwiazanej z zaburzeniami w szlaku katabolicznym tyrozyny w organizmie ludzkim. Zaburzenia te zwiazane sa z dysfunkcji FAH, enzymu dzialajacego na ostatnim etapie szlaku katabolicznego tyrozyny i prowadzi do gromadzenia sie toksycznych produktów uszkadzajacych nerki i watrobe. Niezbadany jest jednak problem biologicznej transformacji NTBC w organizmach zywych. Zrodzil sie pomysl podjecia badan, majacych na celu ustalenie jakim przemianom chemicznym ulega ten lek w organizmie ludzkim. Jako narzedzie badawcze wybrano spektroskopie NMR a material do badan postanowiono wydzielic z moczu dzieci chorych na tyrozynemie typu I, leczonych za pomoca NTBC. Porównano, przy pomocy metod spektroskopowych zsyntetyzowane zwiazki modelowe ze zwiazkami obserwowanymi w moczu aby potwierdzic lub wykluczyc ich tozsamosc.

Turbulencja w mikrokanale?

Podczas seminarium przedstawiony zostanie, w oparciu najnowszą literaturę, aktualny stan wiedzy na temat turbulencji w układach mikroprzepływowych oraz omówione będą metody analizy eksperymentalnej takich przepływów. Korzystając ze źródeł literaturowych oraz wyników własnych badań eksperymentalnych i numerycznych, podjęta zostanie próba odpowiedzi na ciągle szeroko dyskutowane pytanie, czy przejście laminarno-turbulentne w mikrokanale zachodzi przy podobnych wielkościach liczby Reynoldsa jak w skali makro, czy też granica tego przejścia przesunięta jest w kierunku wyższych lub też niższych liczb Reynoldsa.

Zastosowanie spektroskopii NMR ....

Turbulencja w mikrokanale?

Efekt Fåhraeus'a

W roku 1929 Robin Fåhraeus zauważył, że hematokryt (gęstość objętościowa krwinek w krwi) w wąskich kapilarach (R<250μm) jestmniejsza, niż w zbiorniku, z którego krew wypływa. Trafnie też wyciągnął wniosek, – który później sprawdził eksperymentalnie z Torstenem Lindquistem – że względna (w stosunku do plazmy lub wody) lepkość krwi w kapilarach jestmniejszaniż w zbiorniku. Celem pracy jest powiązanie tych dwóch eksperymentów, traktując przepływ krwi, jako przepływ zawiesiny o zmiennej gęstości.

Modelowanie molekularne rybosomu

Na seminarium opowiem o modelowaniu asocjacji antybiotyków aminoglikozydowych z rybosomem metodami dynamiki molekularnej i brownowskiej. Antybiotyki te zaburzają prawidłową syntezę białek w rybosomach bakteryjnych. Próbujemy wyznaczyć ich szlaki asocjacji i energię wiązania z rybosomowym RNA, aby móc zaproponować lepiej działające pochodne.

Wirtualna komórka miesni - struktura i mechanizm skurczu

Własne wyniki dotyczące struktur molekularnych generujących siłę w komórkach mięśni. Za pomocą oryginalnego programu komputerowego zrekonstruowano po raz pierwszy 3D strukturę komórki mięśni. Na podstawie tej struktury zaproponowano nowy mechanizm skurczu mięśni. Wiarygodność koncepcji sprawdzana jest za pomocą oryginalnych programów umożliwiających porównywanie obliczonego rozkładu masy z realnym, obserwowanym za pomocą mikroskopii elektronowej, a obliczonego widma Fouriera z realnym widmem dyfrakcyjnym. Propozycja współpracy w celu opracowania opisu matematycznego nowej koncepcji.Wiecej...

Drobnoskalowa turbulencja w procesie mieszania chmury z otoczeniem - model laboratoryjny

Obrona pracy doktorskiej obejmujacej badania eksperymentalne pol predkosci w labolatoryjnym modelu chmury i analize wplywu procesow parowania na charakterystyki turbulencji. Prace mozna pobrac tutaj:PDF file

Non-linear dynamical analysis of experimental frequency intermittency in an open cavity flow.

Open flows over a cavity present, even at medium Reynolds number, sustained oscillations resulting from a complex feedback process. Previous works have reveals a mode-switching phenomenon which remains to characterize from a dynamical point of view. In the configuration here investigated, the intermittency between the two dominant modes is characterized using a symbolic dynamics based approach. The first step of the procedure is to reconstruct the phase space from the time series measured by the Laser Doppler Velocimetry (LDV) technique, using the principal components embedment method. We show that the quite high dimensionality of the embedding space (d<10), can be overcome, doing a Poincar? section of the 2D projection of the phase portrait. The key step consists of a symbolic classification (0 for the first mode, 1 for the second mode, as example) of the Poincar? intersection with the orbits using a partition in two sectors of an angular first-return map. This classification allows, without any arbitrary thresholding (as spectral based modes separation method needs), a precise quantification of all oscillating events.

Analiza przeplywu turbulentnego w mikrokanale

Obrona pracy doktorskiejobejmujacej badania eksperymentalne i numeryczne efektu tlumienia turbulencji dla przeplywu w krotkim mikrokanale oraz procesu destabilizacji przeplywu w kanale o pofalownych sciankach.

Integrated AFM / SNOM / Confocal / Raman & Fluorescence system for novel nanostructures

We will present various applications for novel nanostructures obtained by NT-MDT combined AFM / SNOM / Confocal Raman & Fluorescence system. AFM and confocal Raman/Fluorescence maps are acquired simultaneously from the same part of the sample in Upright and Inverted optical schemes. Physical characterization and modification capabilities of AFM merge with chemical sensitivity of confocal Raman microscope and general capabilities of optical microscopy to provide complete information about sample investigated. We demonstrate results on various promising nanomaterials: graphene flakes, carbon nanotubes, semiconductor nanowires, biological structures etc.

Bubble-particle interaction within wetting film - effect of surface charge, particle hydrophobicity and approach/retract velocity

Interaction forces between solid particles and air bubbles are of significant importance both for academic studies and practical application. For example in the flotation process one of the elementary stages is a formation of an aggregate between the particle and an air bubble. This aggregate formation is governed by hydrodynamic, capillary and surface forces. In our studies we have mainly focused on the surface forces. A colloid probe AFM technique has been used to measure the interaction forces between an air bubble and a spherical, smooth TiO2 particle. The forces of interactions between the air bubble and the particle have been studied as a function of: (i) simple (1:1) electrolyte concentration and (ii) pH of the solution in order to determine the electrostatic component of the force and also (iii) particle hydrophobicity and (iv) approach/retract velocity. It is worth noted that any change in pH of the solution influences the surface charge. Therefore, depending upon whether or not the solution pH was above or below the point of zero charge of the solid particle, and noting that bubbles bear a negative charge from very low pH values, the interaction between the same and oppositely charged surfaces could be investigated. In the case where the bubble and particle bear the same charge, rupture of the wetting film and the attachment of the particle to the air bubble did not take place and the electrostatic repulsive force depended strongly on electrolyte concentration. For oppositely charged bodies the wetting film ruptured forming a stable thin ?-film and weak adhesion between the particle and an air bubble was observed (which corresponded to contactless flotation). Attractive force followed by the wetting film rupture was also observed for the case when titania particle was hydrophobised.

Dilute suspensions near walls

A comprehensive set of results for hydrodynamic interactions between a spherical particle and a wall were obtained using the bispherical coordinates technique in creeping flow. Some results for second order expansion in low Reynolds number are also presented. Various problems involving dilute suspensions near walls are discussed on this basis.

O ruchach periodycznych mikroobiektow w plynach

Omowione zostana przykladowe ruchy periodyczne mikroczastek w plynach i ich znaczenie dla dynamiki przy ogolnych warunkach poczatkowych.

Stokesian dynamics of close particles

Stokesian dynamics simulations of close particles are analyzed, taking into account lubrication forces and many-body hydrodynamic interactions between spheres. A periodic trajectory of three spherical particles maintaining a permanent proximity to each other is used as a benchmark to study the accuracy, stability and efficiency of various numerical integration schemes.

Electrospinning of nanofibers. Optimalization of the process and the biomedical applications

The outline of the electrospinning of nanofibers and optimalization of the process will be presented. Current research on the optimalization of the process and applicability as biomedical sensors of submicrone resolution. Chemical treatement of the proteinous nanofibers produces the array of sensors of potential use for monitoring functions of the living cells.

Slip flow structures in confined geometries

The low Reynolds number gas flow in curved micro-channel with non-uniform wall temperature distribution is analysed. A continuum Navier-Stokes gas flow model with additional velocity slip and temperature jump boundary conditions is applied. Knudsen number responsible for the slip effects is in the range from 0.001 up to 0.1. Complex vortex patterns observed are related to the thermal stress slip flow. Furthermore the analogy between the analysed configuration and electro-osmotic flow will be discussed.

Information Theory Methods in Neuroscience

At the beginning we recall briefly the basic concepts of the Information Theory: information in Shannon sense, entropy, entropy rate, mutual information. Then, we present the results of application of these quantities to the analysis of experimental data (signals coming from neurons) and to realizations of stochastic processes modelling such type of data. The aim of our research is to study how information is transmitted in the brain (coding methods and their parameters, synergy effects). We analyze both reliability (related to redundancy) as well as efficiency (relative mutual information) of these processes. We pay particular attention to the amount of energy used in the transmission process. Consequently, we investigate the optimization parameters governing these type of processes.

Slip flow structures in confined geometries

Hydrodynamic effects in protein dynamics

Przy badaniu teoretycznym zmian konformacyjnych w makromolekulach biologicznych czesto zapomina sie ze procesy te odbywaja sie w srodowisku wodnym. Uzywajac prostego, gruboziarnistego modelu bialka pokaze, ze efekty zwiazane z oddzialywaniami hydrodynamicznymi moga znaczaco wplywac na skale czasowe mechanicznego rozwijania bialek. Opowiem tez o rozwijaniu bialek za pomoca przeplywu i porownam te metode z klasycznymi metodami rozciagania mechanicznego z wykorzystaniem mikroskopu sil atomowych (AFM).

Gene copy number and oscillations in p53 signalling pathway

p53 is a transcription factor controlling genes involved in DNA repair, cell cycle arrest and apoptosis. DNA damage triggers oscillations of p53 and its inhibitor Mdm2, which are visualized in single cell experiments using transfected cell with the elevated gene copy number. We consider several models of the p53/Mdm2 regulatory core (including our own) that are based on positive and negative feedback, to verify their robustness to change in gene copy number. Analysis of these models suggests one of the following: 1) either observed oscillations are due to cooperation of positive and negative feedback, but behavior of normal cells is qualitatively different than that of transfected cells 2) or positive feedback does not play any role in the oscillations, which results from negative feedback and time delay and are thus less sensitive to the number of Mdm2 and p53 gene copies.

Mikrosystemy polimerowe do zastosowan w bioanalityce

Efekty mikroskali w przeplywach gazu przez perforowane sciany

Kontrola warstwy przysciennej w zastosowaniach aeronautycznych może być zrealizowana poprzez użycie perforacji na profilu. Sieć kanałów perforacji może kontrolować zachowanie warstwy przyściennej w dużej skali. Współcześnie możliwe jest wykonanie coraz mniejszych otworów, zbliżając się do skali mikro. W związku z tym pojawiły się pytania jak efekty skali mikro wpływają na zachowanie przepływu w porównaniu do skali makro. Przedmiotem prezentacji bedą wyniki numeryczne dotyczące przepływu laminarnego i turbulentnego w mikrokanałach.

Stokesian dynamics: fast multipole method for computer simmulations

Outlined is the fast multipole method to compute hydrodynamic interactions between spheres immersed in a low-Reynolds-number fluid flow. The principles underlying the method (displacement of propagators connecting the centres of two spheres and multilevel summation of interactions) are described. It is emphasized that, as in the standard multipole method, the accuracy may be easily controlled by changing multipole truncation orders.

Modelling of solidification in nano-scale

Recent developments in Molecular Simulations give the opportunity to explore alloys solidification in a broad and intensive way. During this expose, we will investigate the various characteristics of solidification process of alloys in nano-scale. This method will be applied to the case of aluminum alloys in view to improve their properties.

Dynamika powstawania i przerywania filmow cieklych podczas kolizji pecherzyka z roznymi powierzchniami miedzyfazowymi

Przebieg kolizji oraz czynniki decydujace o czasie przerywania cienkich filmow cieklych powstajacych podczas kolizji pecherzykow gazowych z granicami miedzyfazowymi woda/powietrze, woda/hydrofilowa powierzchnia ciala stalego oraz woda/hydrofobowa powierzchnia ciala stalego zostana omowione w referacie i zilustrowane zarejestrowanymi filmami (*.avi). W szczegolnosci przedstawione beda wyniki badan nad: i) wplywem energii kinetycznej pecherzyka na czas przerywania filmow cieklych, ii) czynnikami decydujacymi o odbiciach ("bouncing") pecherzyka i stopniach zamiany energii kinetycznej w energie powierzchniowa pecherzykow, oraz iii) wplywem rozmiarow powstajacych filmow cieklych na czas ich rozrywania.

Stochastic regulation of p53 molecular pathway: between life and death

Transcription factor p53 is the key regulator of cell responses to DNA damage. It regulates synthesis of hundreds of proteins responsible for cell cycle arrest, DNA repair or apoptosis (controlled cell death) if DNA may not be repair. I will present a stochastic model of p53 regulatory pathway explaining how the decision between life and death is taken in individual cells.

Hydrodynamic friction of a polymer adsorbed on a planar surface

The knowledge of mechanisms and kinetics of particle adsorption is of great importance in polymer and colloidal science as well as biophysics or medicine, enabling one to control processes of protein and cell separation, or transport through micro-channels. During this seminar a simple theoretical model of a polymer adsorbed to a planar, hard wall will be presented. The hydrodynamic friction induced on the polymer and its dependence on the orientation of the polymer will be calculated and discussed.

Microorganisms in microchannels

Bacteria E.coli, when swimming in microchannels, swims on the right-hand side. I will explain the mechanism behind this observation and point to potential applications. I will also demonstrate the use of Chlamydomonas reinhardtii algae as micro-mules microorganisms that pick-up, carry and drop-off microscopic cargo.

Building magnetic nanostructures from magnetic fluids

Magnetic fluid is presented as a successful material platform to built complex nanosized magnetic material systems, targeting applications as different as magnetic nanocomposites for clean up technologies addressed to oil spills and magnetic drug delivery systems for photodynamic and magnetohyperthermia therapies applied to cancer treatment. Among the complex nanosized magnetic systems biocompatible magnetic fluids, magnetoliposomes, biocompatible magnetic nanocapsules, and biocompatible magnetic nanoemulsions will be emphasized. The nanoparticle chemical co-precipitation synthesis, its surface-functionalization, further peptization in hosting liquid carriers and the basic properties of magnetic fluids will be discussed in the talk.

How to make extremely fine, selectable size sprays: focusing liquids with convergent gas streams

In this seminar, I will review our knowledge on focused micro/nano-jets by convergent gas streams, their physics, their governing parameters and operating conditions, their stability, their output, etc. All this is analyzed via experimental, analytical and numerical studies, which guide us along the search for the operating conditions and geometries where the most controllable, monodisperse and finest spray possible is obtained with a productivity (yield) of practical use in highly demanding aplications.

Zagadnienie odwrotne w rozpraszaniu na potencjale i w rozpadzie Gamowa

Zostanie pokazane podejscie klasyczne do procesu rozpraszania z zastosowaniem potencjału kanonicznego. Przeanalizowane będzie kilka różnych potencjałów, dla których wyznaczony zostanie potencjał kanoniczny. Omówiony będzie przypadek jednowymiarowego odwrotnego rozpraszania w mechanice klasycznej i kwantowej. Do jego opisu wykorzysta się wzór Gamowa, którego postać odwrotna można otrzymać za pomocy transformacji Laplace'a, oraz potencjału kanonicznego. Omówione zostanie zastosowanie wzoru Gamowa do badania zjawiska promieniowania alfa oraz zjawiska zimnej emisji elektronów.See PDF file

Szczegolne globalne regularne rozwiazania dla rownan Naviera Stokesa

Amorphous Phase Separation as a Precursor for Nanocrystallization

Aluminium-based amorphous alloys containing rare earth (RE) or rare earth and transition metals additions posses attractive mechanical properties like high strength and good ductility. Thermal treatment of some of these alloys leads to devitrification via formation of fcc-Al crystals with average size of about 10nm embedded in an amorphous matrix. Such nanocomposites have significantly better mechanical properties than their glassy precursors. Based on a recent study using simultaneous small- and wide-angle X-ray scattering a mechanism for nanocrystallization will be presented.

Multi-Scale Simulations of Coupled Fluid Flow and Electromagnetism: >From Origins of Planetary Magnetic Fields to Improved Cancer Therapy

Complex interactions between turbulent flow of electrically conductive fluids and electromagnetic fields play the key role in many physical phenomena in nature and technology. For example, in Astro- and Geo-Physical studies, it is believed that the two-way coupled magnetic dynamos are responsible for the creation of magnetic fields in spiral galaxies, stars and planets (including Earth#s magnetic field). The potential use of the electromagnetic fields to control fluid flow and heat transfer in electrically conductive fluids has been recognised in many applications such as: crystal growth, continuous casting of steel, aluminium reduction cells, liquid metal cooling blankets for fusion reactors, biomedical applications, etc. Enormous range of length and time scales (that range from size of galaxies in astro-physical applications to few-millimetres in biomedical applications) make this subject particularly challenging.
In this presentation, we will address the most recent developments in numerical simulations of coupled fluid flow/electromagnetic fields phenomena. After an introduction covering fundamental physical phenomena behind the fluid flow/electromagnetic field interactions, basic principles of their modelling and numerical simulations will be summarised.
The special focus will be devoted to first successful simulations of the turbulent magnetic dynamos (two-way fully coupled fluid flow/electromagnetic fields) in realistic working conditions (Riga-dynamo experiment) - that serves as a paradigm for the investigations of the origins and self-sustenance of the planetary magnetic fields. The second application will include simulations of the blood flow in presence of the locally applied non-uniform strong magnetic field as a basic concept behind the magnetic drug delivery (MDT) cancer treatment.

Microorganisms in microchannels

Bacteria E.coli, when swimming in microchannels, swims on the right-hand side. I will explain the mechanism behind this observation and point to potential applications. I will also demonstrate the use of Chlamydomonas reinhardtii algae as micro-mules microorganisms that pick-up, carry and drop-off microscopic cargo.

Lab-chipy DNA, mikroreaktory chemiczne/biochemiczne i cytometry zintegrowane wytwarzane z krzemu, szkla i SU8 - przeglad realizowanych prac

W trakcie seminarium przedstawione zostaną wybrane konstrukcję mikrosystemów analitycznych cieczowych wytwarzanych z krzemu i szkła oraz rezystu negatywowego SU8 i opracowanych, wytworzonych i badanych w Pracowni Mikroinżynierii i Mikromechaniki Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej. Omówione zostaną m.in. miniaturowe urządzenia do prowadzenia analizy DNA metodą RT-PCR, mikroreaktory do prowadzenia reakcji nitracji i zintegrowany cytometr do badań bio-medycznych. Przedstawione zostaną również różne metody detekcji i detektory procesów fizykochemicznych zachodzących w tych mikrourządzeniach.

A 3D developed flow: the open cavity flow

In this talk, we will present some salient results on the flow past an open cavity at moderate Reynolds numbers. Such flows are of interest in many practical applications, when flow-structure interactions lead to self-sustained oscillations. The unstable shear layer destabilizes with respect to Kelvin-Helmoltz modes, which interact with the downstream corner of the cavity, the fluid recirculation inside the cavity feeding back the upstream perturbations. Henceforth, some very characteristic frequencies are selected in the flow, which can give rise to some nonlinear competition between modes of oscillation. We were able, in a proper orthogonal decomposition (POD) analysis or performing phase averages on the velocity snapshots, to determine the coherent structures and wavelengthes associated with the instability. The flow inside the cavity develop complex 3D spatial patterns, characterized by 2D PIV or 3D direct numerical simulations (DNS). Gortler-like secondary instabilities may even occur over a finite range of the control parameters (Reynomds numbers and cavity aspect ratios). Although such a complex transverse flow organization is observed, we have shown that 2D PIV measurements in the longitudinal median plane still allow to recover the correct coherent patterns as obtained when applying POD to the fully 3D DNS flow. This may open the possibility to reconstruct 3D hybrid flows from 2D PIV measurements on the basis of the 3D POD modes calculated on the DNS flow.

Hydrodynamic focusing inside rectangular microchannels

Hydrodynamic focusing is a well established technique in the microfluidic world. Due to specific features it has been successfully involved in several applications ranging from ultra fast mixers and reactors, via flow addressing in Lab-on-a-chip applications and cytometry, to two-phase systems generators, rheometry, flow visualization and microfabrication. The hydrodynamical focusing is however a quite complex three-dimensional phenomenon. The presented investigation done by means of CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) in channels of 1040x800 and 260x200 um cross-sections reveals its complicated 3D structure. The discovered effects clearly show the possibilities of improving the existing applications and indicates the novel ones.

From Quantum dots to Alzheimer Disease

The most common form of dementia among older people is Alzheimers disease (AD), which initially involves the parts of the brain that control thought, memory, and language. Neither the cause nor cure is known for AD. Quantum dots, a new generation of fluorescence probes, are discussed as a new tool which could help in elucidation of its etiology.

Mathematical modelling of the influence of heat shock proteins on cancer invasion of tissue

Tumour cell invasion is crucial for cancer metastasis, which is the main cause of cancer mortality. An important group of proteins involved in cancer invasion are the Heat Shock Proteins (HSPs). According to experimental data, inhibition of one of these proteins, Hsp90, slows down cancer cells while they are invading tissue. To test different biological hypotheses regarding how precisely Hsp90 influences tumour invasion, we use a model of solid tumour growth which accounts for the interactions between Hsp90 dynamics and the migration of cancer cells and, alternatively, between Hsp90 dynamics and the synthesis of matrix degrading enzymes (MDEs). The model consists of a system of reaction-diffusion-taxis partial differential equations describing interactions between cancer cells, MDE, and the host tissue (ECM). Using numerical simulations we investigate the effects of the administration of Hsp90 inhibitors on the dynamics of tumour invasion.

Wavelet methods for the simulation of turbulence in fluid mechanics

The Coherent Vortex Extraction method consists in separating the flow into a coherent part, and noise, which is supposed to be Gaussian and decorrelated. The vortex extraction is based on a wavelet decomposition of the field. We retain the largest wavelet coefficients in the wavelet expansion. This will constitute the coherent part, whereas the remaining term represents the incoherent background flow.

Formation and decay of a detonation wave in gas - DSMC simulation

Results of DSMC simulation of formation and decay of a detonation wave in gaseous medium will be presented. In particular, the method of generating detonation, the presence of the inverse reaction and delay in the energy release will be discussed.

Chaos deterministyczny dla ukladu równan czastkowych

Regular and singular components of environmental flows and their impact on transport of substances

Results of laboratory and mathematical modelling of stratified environmental flows are discussed. Analytical and numerical modelling is based on complete set of fundamental governing equations, which includes algebraic equation of state, continuity, momentum, heat and matter transport equations with no-slip and no-flux boundary conditions. As initial state transient diffusion induced flows are calculated. Complete classification of infinitesimal periodic flows including regular solutions for waves and set of singular solutions for boundary layers and their analogues in a fluid interior are given. Numerical visualisation of solutions describing generation of periodic and attached (lee) internal waves is presented. Regular on viscosity and diffusivity factors components are waves and rich set of singular components of flows is identified. Among singular components there are two distinguished on viscosity kinds and additional hybrid components forming boundary layers and their thin extended analogues inside fluids. Solutions of linear and slightly non-linear problems are compared with Schlieren visualizations of stratified flows. Conditions of singular streaks formation, their coalescence into clusters and transformation of streak clusters into vortex streets is studied. New mechanism of isolated interfaces formation inside 2D attached internal waves field in a continuously stratified fluid is identified. These interfaces acts as collectors and extradiffusion transport system for contaminants. Conditions of completeness of an experiments and comparisons with environmental observations are discussed.

Anizotropowa turbulencja w nadcieklym helu i dynamika wirów dyskretnych (Anisotropic turbulence in superfluid Helium)

Przedstawie model silnie anizotropowej turbulencji kwantowej (turbulencji wirów dyskretnych) w nadcieklym helu. Podstawowa idea jest rozbicie modelowania na dwie skale: 1) mikroskopowa, w której dynamika linii wirowych analizowana jest w oparciu o przyblizenie lokalnej samoidukcji i prowadzi do lokalnego równania na gestosc wirów, uwzgledniajacego anizotropie i dryf klebowiska wirowego. Omówie tu nowe (analityczne) rozwiazania opisujace dynamike wirów dyskretnych w przyblizeniu lokalnej samoindukcji. oraz 2) makroskopowa, w której dynamika skladowej nadcieklej i normalnej (lepkiej) opisywana jest odpowiednio równaniami Eulera i Naviera-Stokesa, sprzezonymi polem sily o wartosci proporcjonalnej do gestosci wirów i wzajemnej predkosci skladowych.

Mutation matrices in genomes analysis - is it possible to reconstruct the evolutionary tree?

Molecular evolution is the gradual change at the molecular level in organisms over period of time. These changes range from deletions, additions or substitutions of single nucleotides, through the rearrangement of parts of genes or even whole genomes. These mutations are spread and fixed in population by genetic drift and/or by neutral selection. Such mutation may result in functional changes to the proteins encoded by the genes, or even the evolution of novel genes and proteins. The modern methods of evolutionary trees reconstruction use sequences probabilistic model. In spite of their diversity the most widely use in phylogenethic analysis are empirical amino acid substitution PAM (Percent Accepted Mutation) matrices. A lot of bacterial genomes show a specific asymmetry between leading and lagging strands in nucleotide composition. So, it is a question can we use these matrices to reconstruct evolutionary tree in bacteria?

Dynamika mikroczastek w lepkim plynie (Dynamics of microparticles in viscous fluid)

Ruch ukladow mikroczastek w roztworze wodnym jest przedmiotem zainteresowania biologii, medycyny i techniki. Na prostym przykladzie przedstawione zostana podstawowe cechy dynamiki takich czastek, czyli jak oddzialuja one ze soba hydrodynamicznie

Sedimentation of a polydisperse non-Brownian suspension

The sedimentation of non-Brownian, polydisperse suspensions of particles is analyzed taking into account three-particle hydrodynamic interactions. A scheme based on kinetic theory methods is used to find the pair distribution functions for different particles. Using these functions, sedimentation coefficients describing the collective behaviour of the suspension, are calculated. Results are compared with experiment.

Twierdzenie fluktuacyjno-dyssypacyjne

Omowienie twierdzenia fluktuacyjno-dyssypacyjnego (tw. Nyquista) ze szczegolnym uwzglednieniem jego prawidlowej interpretacji.

Mechanizmy rozciagania białka (Stretching to understand proteins)

Hydrodynamic interactions from the Lattice-Boltzmann model

Implementation and validation of wall slip velocity and temperature jump boundary conditions for gas flow in microdevices

Wall slip boundary conditions based on Maxwell#s formulation and the Smoluchowski temperature jump boundary condition have been implemented into a finite-volume CFD solver (FLUENT). The presentation considers and explains the mentioned boundary conditions flow effects(general slip, thermal creep, thermal stress slip) for air flows and shows how the phenomenon has been modelled. The chosen approach shows good accordance with test case results for some simple cases in microfluidics devices.

Chemical and mechano-chemical calcium waves in buffered systems

Ca^{2+} is one of the most important messenger molecules. It relays signals inside living cells and is used in intercellular coordination. In the talk we will touch some mathematical questions concerning the influence of buffers on the wave propagation and the coupling between the gradients of calcium concentration and mechanical forces.

Direct numerical simulations of modulated turbulence

In numerical studies of turbulent flows one usually incorporates an external large-scale forcing to simulate statistically stationary homogeneous turbulence. Although forcing is successfully used for studies of the classical turbulence depicted by the Kolmogorov K41 theory, so far it is rarely taken into account in modeling of controlled (modulated) turbulent flows that are of great interest in various industrial applications. Such flows are often influenced by geometrically complex boundaries present in a flow domain (e.g., porous media) and they do not follow the K41 theory predictions. This intriguing fact motivated the research presented here. We focus on direct numerical simulations of "controlled non-Kolmogorov turbulence". The perturbations arising from flow through and along complex boundaries are represented by broadband forcing. Apart from the large-scale agitation of the flow to supply most of the energy, the forcing is allowed to simultaneously act in a broader range of scales, thereby explicitly disturbing the K41 energy cascading process. Dynamical consequences of adopting different ranges and strengths of externally forced scales will be presented. Particular attention will be given to the~modifications in the~energy dynamics and quality of mixing of embedded passive scalar fields.

Produkty zuzycia ciernego jako przyczyna obluzowania implantów stawów biodrowych

Zaprezentowany zostanie problem obluzowywania się implantów ortopedycznych. Główny nacisk położony będzie na aspekt biologicznej reakcji tkanek otaczających implanty na produkty zużycia ciernego biomateriałów budujących protezy. Przedstawione zostaną wyniki badań przeprowadzonych w Instytucie Jožefa Stefana w Słowenii.

Metoda Lattice Boltzmann

Na seminarium opowiem o podstawach metody lattice Boltzmann sluzacej do numerycznego rozwiazywania rownan hydrodynamiki. Nastepnie zarysuje zastosowanie ww. metody do symulacji materii miekkiej (zawiesiny, polimery etc.).Learn more about LBM ...

Mathematical Model of T-cell signaling

T-cells (cell responsible for adaptive immune response) can be activated by few foreign peptides, but ignore thousands of endogenous peptides. The molecular origin of this ideal discrimination mechanism is still a mystery but it is know that it results in longer binding of foreign peptides to T-cell receptors (TCR). The model explains why the T-cell stimulation by few foreign peptides with TCR half binding time of 20 s. results in much stronger signal than stimulation by 30000 of endogenous peptides with TCR half binding time of 3s.

Synergy of Experiments and Computer Simulations in Research of Turbulent Convection

We discuss the potential and limitations of current experimental and simulation techniques and their synergy in the research of turbulent convection. Some niches are identified for measurements, simulations and modelling, where each offers uncontested primacy, or have shown benefits of complementarity and synergy when using the techniques in parallel. Examples from our recent experience are presented where combined experimental and simulation approaches have not only provided precious information, but have also revealed some unexpected phenomena which could have remained hidden if the problem was investigated only experimentally or only by simulations. Among examples considered are the two paradigms of turbulent flows and heat transfer, and a challenging MHD problem: 1. Thermal convection over horizontal and inclined flat or irregular surfaces in a broad range of conditions including extreme ones, covering experiments for Ra=108-109, DNS for Ra=10^5 - 10^8, LES for 10^6 - 10^9 and VLES/T-RANS for Ra=10^6 - 2*10^16 ; 2. Experimental, RANS and LES studies of flow structure and heat transfer in single and multiple impinging jets on plane and complex surface at higher Re numbers; 3. Computer-simulation of a model of fluid-magnetic dynamo, in association with experiments in Riga (Latvia) and Dresden (Germany).

Techniczne aspekty aerozoloterapii

Wyklad dotyczy badań prowadzonych na Wydziale Inzynierii Chemicznej i Procesowej PW dotyczacych: a) metod wytwarzania aerozoli o odpowiednich wlasnośściach pod wzgledem ich zastosowania w terapii inhalacyjnej, b) analizy przepływu i depozycji czastek aerozolowych w ukladzie oddechowym czlowieka. Przedstawione zostaną metody oraz wyniki zarówno analiz doswiadczalnych, jak i modelowania matematycznego wymienionych procesów

Some problems in computational neurobiology

I will present 3 neuroscience problems I have been working on recently. I will start with discussing neurobiological basis of undulatory locomotion in the nematode worm C. elegans by showing how motion parameters relate to each other in different mutants. Next, I will discuss the architecture and metabolism of the mammalian brain and show that there are many conserved and scaling relationships in it. Finally, I will show (if time permits) how brain dynamics can self organized into a critical state characterized by avalanches of neural activity with power-law distributions.

Mezoskalowe modelowanie mikro i nano przepływów

Micro- and nano-flows - challenges of fluid mechanics

The importance of microfluidics as an interdisciplinary technology is increasing, and its several applications can be found in the areas of diagnostics, drug research, bio-technology, electronics and chemical industry. We aim to give short a microfluidics survey, to evaluate the importance of microfluidics to industry and research, describe our preliminary experience is solving problems involving microfluidic techniques, and finally to look for the perspective involvment of our Department in the future projects.

Proton Radiography of the Process of Shock Melting Metals

This paper [1] discusses the analysis of proton radiography (pRad) images of shockwave metal melting. The experiments investigated the physical properties of metals under extreme pressure and temperature conditions. Aluminum, copper, and steel coupons were melted and/or damaged by the shockwave of a diverging high explosive. Multiple experiments were performed in identical conditions, with various coupon thicknesses and metal types. pRad was used to record each explosion and the resulting images were then analyzed by software written in Mathematica. The program used a level set type method to extract numerical data. Data obtained from a series of images captured during an individual experiment was used to calculate the velocities of metal fragments. The measured velocities of the top surfaces of the explosions agreed very well with the data collected by the Velocity Interferometer System for Any Reflector (VISAR). This technique additionally allowed the velocities of occluded surfaces to be measured even though they could not be seen by VISAR. Also, velocities calculated for identical experiments almost perfectly agreed with one another. This result showed that in these experiments both the velocities and shapes of the major fragments of the metal coupons are highly deterministic functions of coupon thickness and metal type. These findings are being used to verify the predictions of hydrocode modeling that is currently being developed.

High Pressure Rheology of Liquid Bio-Materials

The applications of pressures up to 1000 MPa enable the modification of intra and inter molecular interactions of liquid biomaterials. This can lead to modified functional properties of the concerned macromolecules (e.g. activation / inactivation of enzymes), the creation of new molecular structures (aggregation, gelification) or the preservation of foods. Furthermore, pressure can serve as tool to gain a deeper physical understanding of matter. This presentation focuses on the impact of high pressure on the rheological behaviour of different liquid biomaterials such as aqueous sucrose, ?-lactoglobulin, and gelatine solutions. Therefore, different in-situ measurement techniques as well as theoretical approaches are applied to elucidate the connection between viscous behaviour and molecular structure (rolling ball viscosimeter, shear wave viscosimeter, dynamic light scattering, molecular dynamic simulation).

Wplyw rozmiarow i ksztaltu naczynia na stabilnosc fazy niejednorodnej i nieizotropowej

W płynach jednorodnych obserwowane jest zjawisko kondensacji kapilarnej (lub suszenia kapilarnego), opisywane równaniem Kelvina. W przypadku fazy ze złamaną translacyjną i rotacyjną symetrią efekt zewnetrznej ściany zależy od jej kierunku względem elementów symetrii tej fazy. Pojawia się pytanie o stosowalność równania Kelvina oraz w jaki sposób stabilność fazy typu cieklokrystalicznego zależy od kształtu naczynia. Rozważany będzie przypadek fazy jednorodnej i lamelarnej w prostym układzie modelowym w przybliżeniu pola średniego. W układzie makroskopowym fazy te współistnieja w odpowiednich warunkach termodynamicznych. Porównane będzie przesunięcie współistnienia w szczelinie i w rurze o przekroju kwadratu. W szczelinie zachodzi zjawisko lamelaryzacji (analogiczne do kondensacji). Opisuje je zmodyfikowane równanie Kelvina, zależne dodatkowo od stałej elastyczności fazy lamelarnej. W rurze o identycznych ścianach nastepuje natomiast zjawisko przeciwne.

Laminar flow destabilization in the transversally wavy channel. Part 2

The possibility of the destabilization of the laminar channel flow by means of transversally oriented wall waviness is demonstrated using linear theory and numerical computations. Drastic reduction of the critical Reynolds (even below 200) can be achieved even with small or moderate amplitudes of wall corrugations. The influence of the wall geometry on the short-term dynamics and the transient energu growth of small disturbances is also studied. New mechanism of the transient energy growth, coexisting with the well-known lift-up effect, is described.

Mikro- i nanoprzeplywy - wyzwania teoretyczne i aplikacyjne

Referat zaproszony na posiedzenie Sekcji Mechaniki Plynow Komitetu Mechaniki PAN

A network model of self organization in geochemical flows

During the dissolution of rock fractures the positive feedback between fluid transport and mineral dissolution leads to the spontaneous formation of pronounced wormholelike channels. As the dissolution proceeds, the channels interact, competing for the available flow, and eventually the growth of the shorter ones ceases. Thus the number of channels decreases with time while the characteristic distance between them increases, which leads to the scale-invariant power-law distribution of channel lengths. A simple resistor network model of the evolution of dissolving channels is constructed and its properties studied. Despite its simplicity, the resistor model is found to retain the essential features of the nonlinear interaction between the channels.

Sedimentation fronts in viscous suspensions

While the average velocity of a suspension of spheres sedimenting in a viscous fluid can be succesfully predicted theoretically, the problem of velocity fluctuations is still unsolved. In this talk, I will examine by laboratory experiments how the sedimentation front spreads and how this affects the velocity fluctuations.

Laminar flow destabilization in the transversally wavy channel

The possibility of the destabilization of the laminar channel flow by means of transversally oriented wall waviness is demonstrated using linear theory and numerical computations. Drastic reduction of the critical Reynolds (even below 200) can be achieved even with small or moderate amplitudes of wall corrugations. The influence of the wall geometry on the short-term dynamics and the transient energu growth of small disturbances is also studied. New mechanism of the transient energy growth, coexisting with the well-known lift-up effect, is described.

The best estimates of Stieltjes functions and their application in the mechanics od inhomogeneous media (Najlepsze oszacowania funkcji Stieltjesa i ich zastosowania w mechanice osrodkow dyspersyjnych)

It has been presented original method of estimation of Stieltjes function f(z) from the truncated power expansions of f(z) at real points. We prove, that estimates obtained are the best over the given input data. As an example of application the effective transport coefficients of two-phase media are calculated.

Chaos czasoprzestrzenny z perspektywy mikroskopowej

Uklady nierownowagowe rozciagle przestrzennie mozna badac w ramach teorii pola albo teorii ukladow dynamicznych. Nasze wyniki numeryczne pokazuja, ze suma dobrze okreslonej liczby chwilowych wykladnikow Liapunowa w zespolonym rownaniu Ginzburga-Landaua (CGL) dana jest prosta funkcja przestrzennej sredniej kwadratu makroskopowego pola. Ten zwiazek otrzymujemy ze wzoru na zalezna od czasu wartosc prawie wszystkich chwilowych wykladnikow Liapunowa.

Korteweg Equations Versus Kinetic Theory (Równania Kortewega a teoria kinetyczna)

W roku 1901 holenderski matematyk D. J. Korteweg zaproponowa uzupełnienie równań Naviera-Stokesa o dodatkowe wyrazy opisujce naprężenia wywołane przez zmiany gęstości powstające na granicy fazowej między cieczą a jej parami. Te dodatkowe napężrnia nazywane są obecnie naprężeniami Kortewega, chociaż okazało się, że trzeba zmienić ich postać. Na seminarium pokazane bd zarówno przykłady świadczce o konieczności używania równań Kortewega do opisu przejść fazowych jak i same równania. Zasadniczym celem i głównym tematem seminarium jest wyprowadzenie tych równań ze zmodyfikowanej w odpowiedni sposób teorii kinetycznej dla gstych płynów. Pokazane będzie pokrótce wyprowadzenie równań tej teorii i przedyskutowana będzie jej tzw. granica hydrodynamiczna. Przedyskutowana też będzie sprawa równania entropii dla otrzymanych równa przybliżenia hydrodynamicznego i ich podobiestwo i różnice w porównaniu z równaniami Kortewega.

Continuous limit of a chemotaxis model

Dynamika cienkich plynnych warstw stabilizowanych czastkami koloidalnymi

Glownym tematem prezentacji beda rownowagowe i nierownowagowe wlasnosci plynnych warstw zawierajacych zawiesine czastek koloidalnych. Ze wzgledu na oscylacyjny charakter sil strukturalnych wywolanych obecnoscia czastek, plynna cienka warstwa przechodzi przez szereg przejsc fazowych pomiedzy stanami o roznej grubosci. Przejscia te opisane beda za pomoca dwuwymiarowego formalizmu termodynamicznego. Kluczowymi intensywnymi parametrami w tym opisie sa cisnienie normalne, napiecie powierchniowe warstwy i potencjal chemiczny czastek. Dla warstwy stabilizowanej zawiesina twardych kul odpowiadajace tym wielkosciom rownania stanu zostaly wyznaczone uzywajac metody Monte Carlo. Przedstawiony rowniez bedzie nierownowagowy opis termodynamiczny cienkiej warstwy w obszarze odpowiedzi liniowej.

Numerical simulation of cavitating flows

It deals with the simulation of flows around two different hydrofoils using a two-phase flow approach. The turbulence model is an eddy-viscosity model. The main focus was on investigations of developed cavitation regions and cavitation inception. The thesis is embedded in a federal cavitation research project conducted by two companies.

Experiments in heat and mass transfer in the Center for Energy Research of the National University of Mexico

will describe some experiments that are currently done in the Center for Energy Research of the National University of Mexico. The experiments that I will describe include: a) Periodicity and bifurcation in capillary boiling. Boiling inside a capillary is proposed as a model for inhomogeneous evaporation at the rigid walls of a boiler. I will show visualizations of vapor bubble formation and interpretations of the nonuniform time of the bubble departure at the tip of the capillary. b) Quasi 2D-Vortices generated by the Lorenz force in an electrolyte. Vortices are generated in a thin layer of an electrolyte due to the simultaneous presence of a spatially uniform electric current and a magnetic dipole. The three dimensional structure of the flow field is described to assess the validity of a quasi-two dimensional interpretation of the phenomenon. c) Natural convection in a centrifuge. Some effects of the Coriolis force on the natural convection in a slender container is described. In contrast to most problems of natural convection in rotating sistems in Geophysics, in our case, the rotation axis is perpendicular to the temperature gradient in the container.

Modelowanie obloku plazmowego powstajacego podczas spawania zelaza

W referacie omowiony bedzie model teoretyczny plazmy powstajacej podczas spawania zelaza laserem CO2. Wyniki obliczen przeprowadzonych za pomoca programu FLUENT pokazuja, ze gdy gazem oslonowym jest argon wystepuja dwie plazmy, plazma zelaza i plazma argonu, natomiast w przypadku helu plazma pali sie tylko w parach zelaza.

On the Inclusion of the Interfacial Area Between Fluids in Models of Multiphase Porous Media Flows

Modeling of fluid flow in porous media is typically based on the correlations developed by Henry Darcy 150 years ago based on some simple column experiments. In fact, the extension of Darcy#s law to complex cases has far outstripped what can actually be inferred based on the experimental studies. Here, we review Darcy#s work and what can reasonably be presumed from his results. We then introduce the Thermodynamically Constrained Averaging Theory (TCAT) approach to deriving conservation equations at the porous medium scale. Based on this formalism, some results have been developed that suggest opportunities for improving the theoretical foundation of porous media models. Specific issues to be considered include unsaturated flow, the formulation of capillary pressure, and the expression obtained for effective stress.

Powstawanie nanostruktur w emulsjach

Technologie tworzenia nowoczesnych materialow, w szczegolnosci mikro- i nanomateralow, naleza do najszybciej rozwijajacych sie dziedzin wspolczesnej techniki. Jedna z mozliwych metod polega na wykorzystaniu emulsji jako matrycy do budowy takiego materialu. Emulsje tworza krople oleju w wodzie; ich srednice mierzymy w nanometrach. Trzecia substancja osadzajac sie cienka warstwa na powierzchni styku cieczy po utwardzeniu i usunieciu emulsji staje sie poszukiwanym nanomaterialem. W modelowaniu badanego zjawiska posluzono sie metoda Dynamiki Molekularnej. Przedmiotem badan, ktorych wyniki zostana zaprezentowane na seminarium, bylo poszukiwanie numerycznych modeli molekularnych dla oleju i wody oraz trzeciej substancji osadzajacej sie miedzy nimi.

Opadanie grawitacyjne grup czastek w lepkim plynie z periodycznymi warunkami brzegowymi

Omowiony zostanie przyklad ilustrujacy wplyw efektow kolektywnych na oddzialywania hydrodynamiczne miedzy czastkami w lepkim plynie. W nieskonczonym plynie Stokesa trzy czastki punktowe umieszczone w wierzcholkach poziomego trojkata rownobocznego opadaja pod wplywem grawitacji bez zmiany wzajemnych polozen. Natomiast symetryczna siec takich trojkatow podlega ruchom oscylacyjnym, ktorych okres zalezy od dlugosci boku trojkata d i rosnie nieograniczenie przy zblizaniu sie do rozmiaru krytycznego d0. Dla d< d0 wszystkie trzy czastki opadaja z ta sama srednia predkoscia, stanowiac jedna grupe. Jednak gdy d >d0, trzy czastki dziela sie na dwie grupy o roznych predkosciach srednich.

Parowanie w mikro i nanoskali (Evaporation/condensation in nano and microscale)

Evaporation/condensation of nano droplets/bubbles are studied within diffuse interface hydrodynamics in two-phase coexistance region. The evaporation/condensation process is observed on the time scale from picoseconds to microseconds and length scale from Angstroms to micrometers. A simple analytical formula relating time of evaproation to the size of a droplet is given. We will argue that it should be valid from nano to macroscale. The condensation of bubbles will bring us to the subject of sonoluminescence and chemical nanoreactors at ambient conditions.

Symulacje konwekcji atmosferycznej w warstwie granicznej Ziemi i Marsa

Non-Fickean diffusion processes

In this presentation we consider the non-Fickean diffusion processes in a binary mixture. In this model the diffusive flux is not governed by Fick#s law, it obeys an evolution equation, derived from partial balance momenta. One shows that the linear Fick model can be recovered as an asymptotic limit of the non-Fickean diffusion model. The structure of the strong detonation wave in the classical Chapman-Jouget theory of the combustion is also investigated.

Proces upłynnienia nawodnionego gruntu

Omówione zostana zjawiska zachodzace w nawodnionymym gruncie pod wplywem róznych stanów obciazenia. Przedstawione zostana równiez przyklady wyników badan doswiadczalnych w aparacie trójosiowego sciskania.

Dynamika molekularna przeplywow w profilowanych nanokanalach

Flows of molecular fluids in nano-structured channels.

Badania eksperymentalne i analiza teoretyczna bliskich oddzialywan hydrodynamicznych w ukladach wielocialowych

Przedstawiona zostanie metoda eksperymentalna i przykladowe wyniki pomiarow ruchu malej grupy czastek kulistych w cieczy opadajacych pod wplywem dzialania sily ciezkosci. Wyniki eksperymentow porownane beda z wynikami teoretycznymi (dla kul opadajacych przy malych liczbach Reynoldsa) uzyskanymi w wyniku obliczen numerycznych oraz analogicznie dla przyblizenia czastek punktowych.

Numerical modelling of electrospinning

Further improvements and developments of the electrospinning of nano-size fibers require a better understanding of the various processes at play. Numerical modeling can in this respect provide very valuable qualitative insights about the electrospinning process that would be otherwise extremely difficult to gather from experimental measurements alone. In the course of this presentation, the main principles of discrete fiber modelling will be discussed, eventually leading to an assesment of some outstanding issues hindering the implementation of numerically efficient and physically realistic models.

Granice na efektywne współczynniki transportu osrodków dwuskladnikowych metoda przedluzeń analitycznych

Na podstawie znanych rozwinięć asymptotycznych oraz wyników pomiarów eksperymentalnych przedstawiono nową, lańcuchowo-ulamkową metodę wyznaczania granic na efektywne współczynniki transportu ośrodków dwuskladnikowych (współczynniki przepuszczalnosci, przeewodnictwa termicznego, elektrycznego, przenikalnosci magnetycznej, dyfuzji). Podano szereg przykładów obliczeń numerycznych granic.

Stochastyczna regulacja we wczesnej odpowiedzi immunologicznej

Przedstawiony zostanie model sieci regulatorowej sterujacej wczesna odpowiedzia immunologiczna. Matematyczna reprezentacja modelu zawiera zwyczajne rownania rozniczkowe opisujace szybkie kanaly reakcji sprzezone ze stochastycznymi przelacznikami.

Analiza struktur pol predkosci przeplywu w mikrokanale

Przedstawione beda badania przeplywu w mikrokanale, w ktorym zostal umieszczony element zaburzajacy. Omowiona bedzie struktura powstalej w takim kanale turbulencji. Zwiazane z nia silne gradienty pola predkosci moga przyczyniac sie do rozbijania kropelek w przeplywach dwufazowych (np. kropelek oleju w wodzie. Wykorzystanie tego typu kanalow umozliwia efektywne otrzymywanie emulsji. W omawianym eksperymencie wykorzystano technike mikro-PIV. Pozwala ona na pomiar pol predkosci przeplywu przez przetwarzanie mikroskopowych fotografii. Analiza otrzymanych pol predkosci daje wglad w struktury turbulencji co pozwala na lepsze zrozumienie zachodzacego w kanale procesu emulsyfikacji.

Turbulencja w mikrokanale i jej wplyw na proces emulsyfikacji.

Przedstawione zostana wyniki analizy eksperymentalnej i numerycznej przeplywu cieczy przez mikrokanal emulsyfikatora. Czesc eksperymentalna pracy przeprowadzona zostala technika micro-PIV (micro Particle Image Velocimetry) wykorzystujac mikroskopie epifluorescencyjna w warunkach szybkiego obrazowania przeplywu. Eksperymenty porownane zostaly z wynikami symulacji numerycznych. Przeprowadzona analiza umozliwila okreslenie struktury turbulencji w mikrokanale emulsyfikatora oraz weryfikacje modeli teoretycznych opisujacych proces tworzenia emulsji, w tym rozmiar otrzymywanych kropel fazy rozproszonej.

Jak liczba alleli wplywa na autoregulacje genu

Rozwazymy stochastyczne efekty w procesie ekspresji genow o roznej liczbie homologicznych kopii (alleli). Wprowadzimy matematyczny opis efektow stochastycznych i pokazemy, ze zmiana w liczbie alleli ma powazne konsekwencje w autoregulacji genu.

Comparison of selected models of heat transfer in perfused biological tissue

Determination of temperature fields in perfused tissues is an important aspect of hyperthermia treatment planning. The heat transfer process is dependent to a large degree on the blood circulation in the area of interest. During the seminar, two numerical methods of approach to this problem will be presented: the DIVA (DIscrete Vessel Analysis) system developed at University of Utrecht and the alternative method developed by the author. The basic assumptions underlying the methods will be given, the similarities and differences will be highlighted and, finally some limitations and results given by both methods will be compared.

Porównanie wybranych modeli wymiany ciepla w unaczynnionych tkankach biologicznych

Determination of temperature fields in perfused tissues is an important aspect of hyperthermia treatment planning. The heat transfer process is dependent to a large degree on the blood circulation in the area of interest. During the seminar, two numerical methods of approach to this problem will be presented: the DIVA (DIscrete Vessel Analysis) system developed at University of Utrecht and the alternative method developed by the author. The basic assumptions underlying the methods will be given, the similarities and differences will be highlighted and, finally some limitations and results given by both methods will be compared.

On the constitutive modeling of coupled thermo-mechanical phase-change problems

Voronoi Particle Dynamics for meso-scale fluidics

Many interesting bio- and nano-engineering application require numerical modeling of micro-fluidics. However, continuum models do not take to account various relevant effects such as Brownian motion. For micro-fluidics industrial modeling molecular approach is too complex and computationally too expensive. Hence, meso-scale model is the most suitable. Presented here approach is based on Voronoi Particle Dynamics. One particle contains a cluster of atoms. The molecular information lost during the coarse graining process is compensated by stochastic dissipation term. Such model allows in a simple and computationally efficient way to simulate complex flows with immersed structures (such as polymers or DNA).

A multiple time-stepping scheme for dynamic simulations of dilute sedimenting suspensions

The purpose of this seminar is to present computer simulations of dilute suspensions undergoing gravity induced sedimentation. It is considered a system of non-Brownian spheres, which may differ in radius and density, sedimenting in a Newtonian fluid at low Reynolds number. Attention is focused on the description of a multiple time-stepping scheme to calculate the time evolution of particle configuration. This scheme is employed in an attempt to reduce the time spent on calculating hydrodynamic interactions, which is $O(N^2)$ in a system of N particles. Results for the hydrodynamic self-diffusion coefficients will be presented for mono and polydispersions.

Bubbles and droplets in microfluidics - formation, non-linear phenomena and applications

Microfluidic systems offer highly controlled methods of emulsification. In contrast to the dynamics of break-up in unbounded fluids, where one typically observes two distinct regimes of break-up: dripping and jetting; microfluidic systems exhibit an additional mode of break-up which is dominated by the normaland not tangentialstresses exerted on the emerging droplets. I will describe this new mechanism in detail for two most popular microfluidic devices used for emulsification flow-focusing and T-junction geometries. I will also briefly review how this dynamics and controlled formation of bubbles and droplets can be used in construction of microfluidic systems exhibiting surprising non-linear phenomena, and in applications, including micro-mixing, formation of particles and microcapsules, and in fluidic optical systems.

Ekspansja plazmy i wplyw atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu

Przedstawione beda badania obloku plazmy powstajacego w procesie osadzania hydroksyapatytu impulsem laserowym. Omowiony zostanie wplyw atmosfery reaktywnej na rozlot plazmy oraz wzrost osadzanych warstw.

Postepy w nanotechnologii: elektroprzedzenia nanowłókien

Elektroprzedzenie nanowłókien przeżywa obecnie bardzo intensywny rozwój. Punkt ciężkości badan przesuwa sie obecnie z określenia możliwości przędzenia włókien na badanie rożnych zastosowań praktycznych. Przedstawione zostaną najnowsze doniesienia dotyczące procesu elektroprzedzenia. Celem spotkania jest dyskusja o nanowłóknach i elektroprzedzeniu w kontekście nanotechnologii będącej obecnie jednym z wiodących kierunków badan.

Modeling leukemia development in the bone marrow

Modeling of the effects of inerferon on spatial spread of viral infection

Interferons are a family of active biochemical species, which help to ght viral infections by spreading from infected cells to uninfected cells and triggering production of e ector molecules. These latter when activated confer on cells resistance from the virus. Recently, in a series of experiments, Duca et al. (Biotechnol. Prog., 2001) observed planar cultures of hamster kidney epithelial and murine astrocytoma cells infected by a point source of virus. In this way, they were able to observe a spreading cicular wave of infection followed by a wave of dead cells. It was inconclusive whether this process involved intereferon production. As an e ort to understand Duca et al. experiments, we devised a model of viral infection and interferon production, which involves virions, uninfected, infected and resistant cells, as well as the interferon. We assumed that interferon is produced by infected cells and spread by di usion to neighboring uninfected cells, making them resistant. At the same time, the virus is spread, also by di usion and the nal outcome is the result of competition beween these two processes. We carried out a simulation study, which shows that the model qualitatively reproduces the experiments of Duca et al. To understand the process, we should nd estimates of parameters of the model, consistent with current biological knowledge. In addtion, we are planning to carry out experiments using cells with interferon production blocked, to compare their outcome to those with interferon production active. This will provide an opportunity to directly compare experiments with the model.

Einstein 1905: praca o ruchach Browna

Przypomniana zostanie pasjonujaca historia ruchow Browna, a w szczegolnosci klopoty z ich zrozumieniem. Nastepnie przedstawione zostanie rozumowanie Einsteina prowadzace do wniosku, ze srednie przesuniecie kwadratowe jest wlasciwa charakterystyka nieregularnych, termicznych ruchow czastki zawiesiny. Podejscie Einsteina do tego zagadnienia bedzie porownane z podejsciem Smoluchowskiego.(ATVN)

Spatio-temporal properties of boundary layers instabilities in rotating cavities

By the way of a highly accurate three dimensional spectral solver, Direct Numerical Simulation of incompressible Navier-Stokes equations has been used to investigate instabilities properties in rotating cavities. A special effort is brought on the study of the impulse response of a rotating boundary layer. The aim is to extend recent theoretical works of Pier [J. Fluid Mech. 487, 315 (2003)] and Davies & Carpenter [J. Fluid Mech. 486, 287 (2003)] about the role played by the absolute instability in the occurence of turbulence. Thus, the identification of such a mode would open prospect in the developpement of efficient control strategy of transition. Spatio-temporal properties of convective type I (inviscid) and type II (viscous) instabilities have been studied and the results appear to be in good agreement with experimental and theoretical works carried out in collaboration with Prof. Tuliska-Sznitko at Poznan university (Serre & al. [Phys. Fluids, Vol. 16, No 3 (2004)]). Computations at high Reynolds numbers, larger than the theoretical critical Reynolds number of absolute mode are in progress. In this prospect, the spectral solution enables precise determination of the spatial and frequential characterictics of this mode.

Einstein 1905: hydrodynamiczna metoda wyznaczania liczby Avogadro

Omowiona bedzie rozprawa doktorska Einsteina z 1905 roku, w ktorej zostaly wyprowadzone wzory dla wspolczynnika dyfuzji i efektywnej lepkosci roztworu o malej koncentracji. Korzystajac z tych wzorow i danych eksperymentalnych Einstein wyznaczyl liczbe czasteczek w jednym molu substancji. Przedstawione zostana bledy w rozprawie i ciekawa historia ich "naprawiania".(ATVN)

The swimming of sperm and other animalcules

Bacteria and protozoa propel themselves in a fluid by swimming. On account of their small size the Reynolds number of the motion is small. It is of interest to investigate the efficiency of swimming in dependence on the shape of the animalcule, and to find the optimal mode of propulsion. Calculations have been performed for simple shapes on the basis of the Navier-Stokes equations for the fluid dynamics.

The Brownian motion of a particle immersed in a viscous compressible fluid between two parallel plane walls

The motion of macromolecules in a fluid in confined geometry, such as a biological cell, is strongly influenced by the presence of the walls. Brownian motion of the particle leads to diffusion with a diffusion coefficient dependent on the position relative to the walls. The diffusion coefficient can be calculated from steady-state hydrodynamics and is independent of the compressibility of the fluid. The velocity correlation function of Brownian motion on a short time scale requires a more complicated hydrodynamic calculation. In confined geometry on a small length scale compressibility of the fluid becomes important. We find that for motion between two plane walls the velocity relaxes at long times with a negative long-time tail inversely proportional to the square of time.

Adwekcja-dyfuzja pól skalarnych i pola magnetycznego cz. II

Metoda oceny wiarygodnosci symulacji numerycznych przeplywow lepkich i termicznych

Wiarygodnosc symulacji numerycznych jest okreslana w procesach weryfikacji (oceny wiargydnosci aparatu numerycznego) i walidacji (oceny wiarygodnosci fizyki modelu). W trakcie seminarium przedstawiona zostanie metoda oparta na analizie wrazliwosci rozwiazan numeryczcznych symulacji numerycznych przeplywow, ktora usprawnia proces walidacji. Celem metody jest okreslenie kluczowych parametrow modelu oraz okreslenie dokladnosci pomiarow eksperyementalnych niezbednych w procesie walidacji symylacji numerycznych. Zastosowanie metody zostanie zaprezentowane dla dwoch wzorcowych przypadkow: przeplywu w roznicowo grzanym naczyniu z poziomym gradientem temperatur oraz dla konfiguracji z pionowym gradientem temperatur. Przedstawiony zostanie proces walidacji symulacji numerycznych dla tych przykladow, w ktorm wyniki obliczen numerycznych zostana porownane z wynikami eksperymentalnymi.

Modelowanie agregacji komórkowej w Vasculogenezie

W czasie mojego wystapienia zaprezentuje kilka modeli matematycznych opisujacych agregacje komorkowa w procesie Vasculogenezy (formowanie sie sieci naczyn krwionosnych) jako efekt sil mechanicznych pojawiajacych sie pomiedzy komorkami a otaczajaca je tkanka, lub jako efekt chemotaksji (uwalnianie czynnikow chemicznych). Omowie problem wybuchow i ograniczonosci rozwiazan dla modelu agregacji - uproszczonej wersji jednego z przedstawionych wczesniej modeli Vasculogenezy. Symulacje komputerowe pokaza, ze przy odpowiednich parametrach rozwiazanie modelu agregacji jest nie tylko ograniczone ale rowniez formuje sie z czasem w ksztalt cylindra co smialo mozna traktowac jako komorkowy agregat.

Hydrodynamic slip and suspensions

Hydrodynamic slip on a surface may occur at various scales for suspensions of particles in a viscous fluid. First, there is the slip of a fluid on a surface which occurs at the molecular scale. For hydrophobic surfaces, the slip length is even above the molecular scale. A technique of measurement of fluid velocity at sub-micron scale will be presented. Second, for rough surfaces a equivalent smooth surface enveloping the roughness may be defined. The fluid then appears to slip on this surface. Measurements and modelling of a slip length will be presented. Third, at the level of an ensemble of particles, the suspension appears to slip on a surface. This effect is involved in the "intrinsic convection" when in sedimentation in a vertical container. It also appears in the derivation of an effective viscosity of a suspension in the vicinity of a wall.

Mesoscopic theory of phase transitions in colloidal systems

A mesoscopic theory for the primitive model of ionic systems is developed for arbitrary size, $lambda=sigma_+/sigma_-$, and charge, $Z=e_+/|e_-|$, asymmetry. The phase diagram and correlation functions are obtained in the asymptotic regime $lambda oinfty$ and $Z oinfty$, and for infinite dilution of the larger ions (volume fraction $n_psim 1/Z$ or less), in a mean-field approximation. We find a coexistence between a very dilute "gas" phase and a crystalline phase in which the macroions form a bcc structure with the lattice constant $approx 3.6sigma_+$. Such coexistence was observed experimentally in deionized aqueous solutions of highly charged colloidal particles.

Various transport phenomena in a strong magnetic field of a super-conducting magnet

Various new phenomena reported recently occurring in a strong magnetic field of a super-conducting magnet are treated from the point of transport phenomena. Our numerical and experimental approaches are introduced for possible industrial applications of this new field in the near future. Sample objects include magnetic enhancement of convection, magnetic suppression of convection, convection and diffusion of oxygen gas into the air, Rayleigh-Benard convection of air in a strong magnetic field, magneto-thermal wind tunnel, and water mist flow.

Slabo oddzialujace bozony w niezerowej temperaturze

Podczas gdy fizyka statystyczna doskonalego gazu Bosego jest dobrze znana, to teoria gazu slabo oddzialujacego jest ciagle rozwijana. Od kilku lat w Warszawie badamy przyblizenie pol klasycznych dla takiego gazu. Opisze to przyblizenie i przedstawie jego proste zastosowania.

Equilibrium concentration surfaces in 3-dimensional Turing patterns

We consider three dimensional Turing patterns and their isoconcentration surfaces corresponding to the equilibrium concentration of the reaction kinetics. We call these surfaces equilibrium concentration surfaces (EC surfaces). They are the interfaces between the regions of "high" and "low" concentrations in Turing patterns and thus they can be used to capture key features of the pattern. EC surfaces have been investigated numerically before. Remarkably, they are often very well approximated by certain minimal surfaces, namely besides planes also certain periodic minimal surfaces occur, such as Schwarz# P-surface and Scherk#s first surface. We give alternate characterizations of EC surfaces by means of two variational principles, one of them being that they are optimal for diffusive transport. ?Several examples of EC surfaces are considered. We anticipate that our results can also be useful for the study of three dimensional biological structures, for example biological membranes, or skeletal patterns in Echinoidea, where periodic surfaces resembling for instance Schwarz# P-surface ?have been reported.

Dynamika kropli w przeplywach Stokesa

Przedstawione zostana przyklady interesujacych zachowan deformowalnych kropli w przeplywach zewnetrznych. Pokazemy, ze w przeplywach z niezerowa skladowa rotacyjna krople o duzej lepkosci moga gwaltownie przechodzic pomiedzy roznymi stanami stacjonarnymi. Krople takie podlegaja naglym oscylacjom gdy kierunek przeplywu zostaje quasi-statycznie odwrocony. Opiszemy takze zachowanie sie kropli w poblizu krytycznej wartosci sily przeplywu, dla ktorej stacjonarny stan kropli przestaje istniec. Wykazemy, ze powyzsze zjawiska zwiazane sa z istnieniem kilku roznych skal czasowych opisujacych ewolucje kropli, oraz ze szczegolna rola jaka odgrywa symetria rownan Stokesa wzgledem odwrocenia kierunku przeplywu.

Overview of current PIV techniques and their importance in Fluid Mechanics

An overview of currently used Particle Image Velocimetry (PIV) techniques will be given with a number of applications where PIV is suitable. The examples are chosen from aerodynamics, hydrodynamic, biofluids, ship research, process engineering and industrial research. A wide range of possible PIV setups will be explained like Stereoscopic-, Micro-, Large Scale-, Underwater-, Dual Plane-, HiSpeed- , Photogrammetric- and Holographic-PIV. The importance of these techniques for fluid mechanic research will be discussed during the presentation

Pozytywna i negatywna autoregulacja pojedynczego genu z jedna lub dwiema kopiami.

Zostanie pokazane (w oparciu o rozwazania analityczne i numeryczne), ze w przypadku autoaktywacji ilosc kopii genu silnie wplywa na charakter autoregulacji. Biologiczne konsekwencje tego faktu sa tematem dyskusji.

Adwekcja-dyfuzja pól skalarnych i pola magnetycznego

Oddzialywania hydrodynamiczne a wspolczynniki transportu zawiesin

Przedstawiona zostanie procedura obliczania oraz wyniki liczbowe dla wspolczynnikow translacyjnej i rotacyjnej samodyfuzji, sedymentacji i lepkosci efektywnej niezbyt gestych zawiesin twardych kul. W szczegolnosci przedyskutowany bedzie wplyw oddzialywan hydrodynamicznych miedzy bliskimi kulami, takze w przypadku kontaktu ich powierzchni.

Czy istnieje efekt skali w przepływach w mikrokanałach?

The flow characteristics of a network of parallel microchannels (hydraulic diameter: 110 um) were investigated both experimentally and numerically in the present work. The cross-section of the micro-channels was triangular for further application to micro heat pipes. Measurements of the pressure drop across the microchannels network showed a dramatic increase of the pressure losses and a departure from the law of fully developed flow as soon as the Reynolds number of the flow exceeded about 10. Numerical computations of the flow were performed by using the classical laws of hydrodynamics in order to explain this surprizing result. They showed a good agreement with the experimental results, which suggests that there are no size effects at the length scale used in the experiments. Moreover, the mechanisms responsible of the large pressure drop in the high-range of Reynolds number are identified by the numerical analysis. They correspond to extra head losses due to separation in several parts of the test cell.

Wpływ substancji powierzchniowo aktywnej na ruch bańki, przebieg zderzeń z równymi powierzchniami miedzyfazowymi oraz powstanie kontaktu trójfazowego

W referacie przedstawiona jest dynamika procesów zachodzących w trakcie zderzenia banki z powierzchnia swobodna (granica międzyfazowa ciecz/gaz) oraz granica międzyfazowa ciecz/ciało stale, a także wpływ substancji powierzchniowo aktywnych na prędkości lokalne i graniczne, deformacje kształtu baniek i powstawanie kontaktu trójfazowego ciecz/gaz/ciało stale.

Zastosowanie metody rozkladu na mody empiryczne (EMD) do analizy widmowej oscylacji plazmy w silniku Halla i nie tylko - cz. 2

Powstawanie nanostruktur w emulsjach - modelowanie metoda dynamiki molekularnej

W referacie zostana przedstawione wyniki numerycznych symulacji procesow zachodzacych w emulsjach zlozonych z oleju i wody. Pokazane zostana modele cieczy i oddzialywan pomiedzy nimi oraz zostanie przeprowadzona dyskusja nad warunkami do powstawania nanostruktur tworzonych na bazie takich emulsji.

Mozliwosci wykorzystania termografii w mechanice plynow

Badania procesu wrzenia pecherzykowego na powierzchni z pojedynczym centrum nukleacji

Badanie pól prędkosci cieczy w modelowym segmencie krystalizatora chłodzonego, przeprowadzonych w ramach projektu KBN

Stochastyczna regulacja ekspresji genow

Mala ilosc molekul (DNA, mRNA i bialek) powoduje, ze reakcje biochemiczne w komorce maja nature stochastyczna. W referacie zamierzam zaprezentowac matematyczne modelowanie stochastycznej ekspresji genow (czyli produkcji bialek poprzez mRNA na podstawie matrycy DNA).

Klaster obliczeniowyw ZMiFP

Symulacje numeryczne "rzeczywistych problemow" w mechanice plynow wymagaja bardzo duzych mocy obliczeniowych, niemozliwych do uzyskania bez masowego wykorzystania rozproszonej architektury, wielowatkowosci i zrownoleglenia procesow. Spowodowalo to gwaltowny rozwoj klastrow obliczeniowych, tzn zespolow komputerow zarzadzanych systemem automatycznego rozdzialu i optymlizacji procesow. Jednym z takich systemow jest Mosix opracowany w Hebrew University, oparty na funkcji kosztu i zaczerpnietego z bussinesu algorytmu konkurencyjnosci. Zostanie zaprezentowana idea takiego systemu, jego praktyczna realizacja w postaci ostatnio uruchomionego klastra obliczeniowego, oraz perspektywy wykorzystania nowego "superkomputera" do obliczen prowadzonych w ZMiFP.

Zastosowanie metody rozkladu na mody empiryczne (EMD) do analizy widmowej oscylacji plazmy w silniku Halla cz. 1

Z zalozenia plazmowy silnik Halla jest urzadzeniem pracy ciaglej. Zaobserwowano jednak, ze podczas jego dzialania generowane sa oscylacje o charakterze niestacjonarnym lub nawet intermitentnym. Do badania tego typu procesow wykorzystywana jest od pewnego czasu metoda rozkladu na mody empiryczne (Empirical Decomposition Method - Huang 1998). Po prezentacji samej metody zostana przedstawione wyniki jej zastosowania do analizy sygnalow pochodzacych z plazmy rejestrownych za pomoca miniaturowych anten umieszczonych w plaszczyznie wyjsciowej silnika. Zaproponowana zostanie interpretacja uzyskanych wynikow.

Optyczna technika cyfrowa DPIV w modelowaniu przeplywow materialow ziarnistych

W referacie pokazuje się możliwości zastosowania techniki DPIV w badaniach zachowania sie ziarna w czasie płyniecia przez silos.

Dynamika nadcieklego helu - ostatnie 10 lat pracyprof. W. Fiszdona

Referat bedzie dotyczyl falowej propagacji ciepla w nadcieklym helu w obecnosci kwantowej turbulencji. W szczegolnosci krotko zostana scharakteryzowane prace prof. Fiszdona dotyczace tej tematyki.

Modelowanie satelitarnych silników jonowych, cz. II

Woda drazy kamien czyli o modelowaniu procesow rozpuszczania skal

Modelowanie rozpuszczania szczelin skalnych przez wody podziemne jest stosunkowo zlozone, wymaga bowiem analizy
a) zagadnienia hydrodynamicznego - ruchu cieczy w skomplikowanej geometrii szczeliny,
b) transportu substratow i produktow reakcji chemicznych prowadzacych do rozpuszczania skaly,
c) ewolucji ksztaltu szczeliny w czasie. Na seminarium przedstawie model numeryczny ww. procesow oraz porownam uzyskane wyniki z danymi doswiadczalnymi.

Modelowanie satelitarnych silników jonowych cz. I

Silniki jonowe typu Halla wykorzystuja zjawisko przyspieszania jonów w skrzyzowanych polach elektrycznym i magnetycznym. O ile idea jest bardzo prosta to jednakze wiele istotnych problemów dotyczacych fizyki i matematycznego opisu plazmy w takich silnikach pozostaja ciagle otwarte.

Termodynamiczny efekt Casimira w warstwie zwilzajacej dla mieszaniny 3He-4He w poblizu punktu trojkrytycznego

Fluktuacje parametru uporzadkowania zwiazanego z nadciekloscia 4He powoduja powstanie dlugozasiegowej efektywnej sily Casimira pomiedzy powierzchniami warstwy zwilzajacej mieszaniny, ktora wplywa na jej grubosc. Teoria przewiduje, ze sila ta posiada uniwersalne wlasnosci. Jej istnienie i bogate zachowanie w funkcji temperatury bylo badane eksperymentalnie. Przedstawiona praca ma na celu probe wyjasnienia zmierzonych cech sily w oparciu o modelowy uklad.

Production and stability of emulsions containing nanoparticles and their use for new materials

Fale biegnace w modelu opisujacym powstawanie wzorcow na skorze.

Przedstawiony będzie model skóry kręgowców we wczesnym stadium rozwoju zaproponowany przez Cruywagena i Murraya (1992) w celu zrozumienia powstawania wzorców na niej. W tym modelu skóra składa się z dwóch typów tkanki: naskórka i skóry właściwej rozdzielonych cienką warstwą podstawową. Komórki naskórka są ciasno upakowane i przymocowane do warstwy podstawowej i wobec tego naskórek traktowany jest jako ośrodek lepko-sprężysty. Komórki skóry właściwej poruszają się swobodnie w ośrodku pozakomórkowym pod wpływem dyfuzji, chemotaksji i mitozy. Oddziaływania między tymi warstwami zachodzą dzięki morfogenom wydzielanym przez każdą z nich, a więc mają charakter chemiczny. Wobec tego cały model jest typu mechanochemicznego. Dla tego modelu przedstawione będą wyniki dotyczące zagadnienia fal biegnących uzyskane zarówno przez innych autorów jak i te, które uzyskał referujący wspólnie z B. Kaźmierczakiem. Omówione będzie zagadnienie prędkości minimalnej fali, mające podstawowe znaczenie biologiczne.

Wybrane zagadnienia geofizycznej mechaniki plynow

Rekonstrukcja geometrii obiektów przestrzennych na podstawie bazy ksztaltów 3D i obrazu RTG

W wystąpieniu przedstawiona zostanie metoda umożliwiająca rekonstrukcję geometrii złożonych obiektów trójwymiarowych na podstawie kilku zdjęć rentgenowskich oraz statystycznej wiedzy o ich kształcie, zgromadzonej w bazie danych. Baza danych zawiera zestaw modów empirycznych obiektów oraz związanych z nimi obrazów DRR (Digitaly Reconstructed Radiographs). Mody empiryczne zawierają informację o cechach geometrycznych odchyleniach poszczególnych obiektów od obiektu średniego. Mody oraz obiekt średni otrzymywane są w procesie analizy składowych głównych (PCA-POD). Danymi wejściowych są współrzędne węzłów objętościowej siatki elementów skończonych pewnej grupy obiektów. Dla uzyskania jednakowego rozmieszczenia węzłów siatki MES wewnątrz różnych obiektów wykorzystuje się rejestrację przepływową, opartą o model płynu lepkiego. Poprzez manipulację wartościami współczynników poszczególnych modów, otrzymywane są różne deformacje kształtu średniego. Minimalizując błąd średniokwadratowy między obrazem RTG obiektu poszukiwanego a obrazem DRR obiektu zrekonstruowanego, poszukuje się optymalnych warto?ci współczynników. Prezentowana metoda zostanie omówiona w oparciu o przykład rekonstrukcji geometrii kręgu lędźwiowego.

Suspensions in pipe flow

Spreading fronts, stratification and fluctuations in sedimentation

Flow and Oscillations in Collapsible Tubes

aboratory experiments designed to shed light on fluid flow through collapsible tubes, a problem with several physiological applications, invariably give rise to a wide variety of self-excited oscillations. The object of modelling is to provide scientific understanding of the complex dynamical system in question. This lecture outlines some of the models that have been developed to describe the standard experiment, of flow along a finite length of elastic tube mounted at its ends on rigid tubes and contained in a chamber whose pressure can be independently varied. Lumped and one-dimensional models have been developed for the study of steady flow and its instability, and a variety of oscillation types are indeed predicted. However, such models cannot be rationally derived from the full governing equations, relying as they do on several crude, ad hoc assumptions such as that concerning the energy loss associated with flow separation at the time-dependent constriction during large-amplitude oscillations. A complete scientific description can be given, however, for a related two-dimensional configuration, of flow in a parallel-sided channel with a segment of one wall replaced by a membrane under longitudinal tension T. The flow and membrane displacement have been calculated successively by lubrication theory, Stokes-flow computation, steady Navier-Stokes computation and unsteady Navier-Stokes computation. For a given Reynolds number, Re, steady flow becomes unstable when T falls below a critical value (equivalently, when Re exceeds a critical value for fixed T), and the consequent oscillations reveal at least one period-doubling bifurcation as T is further reduced. The effect of wall inertia has also been investigated: it is negligible if the flowing fluid is water, but leads to an independent, high frequency flutter when it is air. Most recently, rational asymptotic models have been developed for the 2-D problem, and considerable progress has been made towards full 3-D computations.

Insight Into the State of the Heart

3. The Cardiac Contraction Phenomena
Muscle contraction is produced by the sliding of the actin filaments over the myosin filaments due to the work generated by acto-myosin crossbridges (Xbs) in the sarcomere. Understanding the cardiac muscle contraction phenomena depends on having a reasonable description of the intracellular relationship between calcium binding to the cellular 'troponin complex, and the actin-myosin Xb cycling kinetics. A novel model utilizing four physiological / energetic states of the Xbs in the beating heart cycle allows to analyze, describe and understand the contraction phenomena, wherein energy is consumed to generate power with the ability to respond to internal, pathologically dictated , and external, environmentally dictated loads.
4. Molecular Motors and Nano Technology
Nanotechnology, and specifically Nanomedicine, is the study of physiology, pharmacy and biosensors at the cellular level, all aimed at manipulating and affecting natural cellular and intracellular phenomena in order to achieve unique useful therapeutic devices. Specific goals are: 1) Maintain and improve human health on the molecular scale by targeted medical procedures, 2) Identify and define diseases by genomic analysis, 3) Improve diagnosis and therapy, including aging, 4) Discover new drugs.. To achieve these goals we must understand the nature of the nano-scale and pico-second intracellular phenomena and develop some unique capabilities to manipulate this molecular world with precision. This involves the ability to construct objects with 3D positional control of molecular structures, manipulate atoms with atomic scale control, avoid harmful mistakes in pico-second constructions, identify and continuously correct unavoidable errors... (see more on ABIOMED webpage)

Mathematical modelling of blood flow in arteries

The study of time-dependent flow in complex three-dimensional geometry, even when the tubes are taken to be rigid and the fluid Newtonian, is much more difficult. Realistic simulation requires the computational solution of the full Navier-Stokes equations, in a geometry obtained from a particular subject by means of magnetic resonance imaging (say), using input flow or pressure data that are also obtained by non-invasive imaging. The combined computational procedure has not yet been developed to the point at which one can have confidence in its accuracy, but it soon will be. However, this is not mathematical modelling and does not clearly lead to new fluid dynamical understanding. For that one must go to idealised models such as uniform curved or helical tubes, or non-uniform two-dimensional channels, or small isolated three-dimensional protuberances on a smooth wall. Such problems lead to interesting fluid dynamics, but it is not clear how relevant they are to biomedical practice. To show that mathematical modelling is not dead, the talk will conclude with a brief description of a recent model by S L Waters of the new process of transmyocardial laser revascularisation, developed to restore oxygen supply to heart muscle cut off by an infarct, for example. (see more on ABIOMED webpage)

Insight Into the State of the Heart

1. Characterization of the Cardiac System & Cardiac Research
2. Integrated Modeling of the Cardiac System
The Seminar series introduce the cardiac system and brings out our experiences in studying and analyzing this highly complicated system from different points of view , attempting to relate and quantify the effects of the major interacting parameters on the cardiac function. The cardiac system represents an array of interacting phenomena, from diffusion, active ionic transport, membrane channels and receptors, cellular metabolism, energy consumption and power generation production, electrical excitation, fiber mechanics, microcirculation , imaging & 3D shape reconstruction ,ventricular mechanics, circulation, metabolism, coronary flow and, not least important, pathological factors affecting the cardiac function. Understanding this multi-parameter, multi-levelled, complex system, denoted as the Cardionome, or Cardiome, requires studying the interactions between the various parameters by utilizing integrated models and experimental verifications.

Efekty lepkosci i krystalizacji w modelowaniu procesu formowania wlokien polimerowych

Wlasnosci efektywne emulsji kolidalnych

Wplyw temperatury na strukture i dynamike formowania wlokien poliestrowych

Surowe wlokna politereftalanu etylenowego (PET), otrzymano w procesie przedzenia ze stopu z zastosowaniem dodatkowej komory grzejnej, z roznymi predkosciami odbioru. Okreslono doswiadczalnie ich stopien krystalicznosci, dwojlomnosc optyczna, orientacje krystaliczna i amorficzna. Badania dynamiki procesu formowania wlokien PET przeprowadzono metoda modelowania komputerowego.

Rownanie Lagerstroma jako imitacja stacjonarnego oplywu kuli dla malej liczby Reynoldsa (drugi wyklad)

Rownanie Lagerstroma jako imitacja stacjonarnego oplywu kuli dla malej liczby Reynoldsa (pierwszy wyklad).

1. Problem oplywu kuli. 2. Rownanie Lagerstroma: a) przypadek regularny (obszar ograniczony), b) przypadek osobliwy (obszar nieograniczony). 3. Ciagi i rozwiniecia asymptotyczne. 4. Przyblizenie Stokesa. 5. Przyblizenie Oseena. 6. Zasady kojarzenia rozwiazan. 7. Scisla teoria rownania Lagerstroma.

Oddzialywania hydrodynamiczne czastek na powierzchni swobodnej

Przedmiotem zainteresowania eksperymentatorow sa obecnie quasi-dwuwymiarowe uklady czastek sferycznych zanurzonych w cieczy Stokesa i stykajacych sie z plaska powierzchnia swobodna. Na seminarium omowiona zostanie metoda teoretyczna wyznaczenia ruchu takich czastek pod wplywem zewnetrznych sil i momentow sil. Podane beda wyniki liczbowe dla duzych odleglosci miedzyczasteczkowych.

Molekularne oddzialywania miedzy cieczami w procesie emulsyfikacji

W wystapieniu zostanie opisany proces emulsyfikacji i model oddzialywan miedzy molekulami cieczy bioracych w nim udzial. Przedstawione zostana wyniki doswiadczen numerycznych metoda dynamiki molekularnej i okreslenie zaleznosci miedzy typem potencjalu oddzialywan miedzyczasteczkowych a zachowaniem symulowanej cieczy.

Zastosowanie ulamkow lancuchowych do wyznaczania ograniczen na efektywne wspolczynniki transportu materialow niejednorodnych

Efektywne wspolczynniki transportu osrodkow niejednorodnych takie jak przewodnictwa elektryczne, termiczne, stala dielektryczna, przenikalnosc magnetyczna i wspolczynniki dyfuzji sa funkcjami Stieltjesa. Wychodzac z rozwiniec potegowych funkcji Stieltjesa okreslonych w punktach rzeczywistych i nieskonczonosci wyznaczymy nowe ograniczenia na efektywne wspolczynniki transportu osrodkow niejednorodnych lepsze od dotychczas istniejacych. Do tego celu zastosujemy ulamki lancuchowe.

Fluidyzacja osrodkow granulowanych: eksperyment i model

Stochastyczny model sieci regulatorowej bialka NF-kappaB.

NF-kappaB jest bialkiem regulatorowym (czynnikiem transcrypcyjnym) istotnym dla odpowiedzi immunologicznych organizmu. Skonstrulowany model pozwala na analize sieci regulatorowej NF-kappaB na poziomie jednej komorki. Uklad rownan opisuje tworzenie sie kompleksow bialek, transport bialek pomiedzy jadrem a cytoplasma, transkrypcje RNA i synteze bialek.

Performance and accuracy of mesh-free diffuse approximation method

A new promising numerical approach: mesh-free diffuse approximation method will be presented in application to the laminar, incompressible viscous flows. The accuracy of the method will be shown through direct comparison of well-known numerical benchmark solutions coming from different methodologies. Solution of three numerical benchmarks will be presented (moving lid driven cavity,natural convection in the differentially heated cavity, natural convection of water in the differentially heated cavity). The performance of the method will be discussed basis of those results.

Analiza stabilnosci wyladowania elektrycznego w plazmowych silnikach

Plazmowy napęd reaktywny staje się obecnie szczególnie atrakcyjnym narzędziem pozwalającym na dokonanie manewru zmiany orientacji satelity na orbicie, korekty orbity czy też zmiany orbity na dużych wysokościach ponad atmosferą. Zapewnia on np. osiąganie prędkości plazmy na wylocie dyszy np. około 20 km/s przy napięciach przyśpieszających około 300V, w przypadku użycia ksenonu jako gazu roboczego. Tym samym zużycie masy "paliwa" na jednostkę czasu przy tej samej sile ciągu jest znacznie niższe niż w przypadku napędu chemicznego. Jednakże wciąż jeszcze nie osięgnięto optymalnych rozwiązaż w przypadku silników o większych i średnich mocach zapewniających siłę ciągu 50mN. Cechuje je niestabilność pracy (spontaniczne wzbudzenie drgań wyładowania elektrycznego) i towarzysząca jej silna erozja ścianek komory silnika, co ogranicza potencjalne zalety tego napędu. Przedstawiona zostanie analiza stabilności wyładowania elektrycznego w komorze silnika i dokonana klasyfikacja obserwowanych oscylacji parametrów plazmy.

Prosty model detonacji do obliczen metoda Bezposredniej Symulacji Monte-Carlo

Zaproponowano prosty model doprowadzania energii w procesie zderzania si? moleku? gazu. Obliczenia, wykonane metod? Bezporedniej Symulacji Monte Carlo wskazuj?, ?e model ten pozwala symulowa? fal? detonacyjn? z jej najbardziej charakterystycznymi cechami. Bardzo istotn? zalet? zaproponowanej metody liczenia jest mo?liwo? prostego i wzgl?dnie dok?adnego uwzgl?dniania wp?ywu scianek na zjawisko detonacji.

Dynamika obloku plazmowego genrowanego przy spawaniu laserowym na podstawie analizy promieniowania

W referacie zostanie przedstawiona analiza w?a?ciwo?ci ob?oku plazmowego powstaj?cego w trakcie spawania laserowego. Analiza ta w g??wnej mierze oparta b?dzie o wyniki oblicze? promieniowania plazmy. Wyniki umo?liwiaj? interpretacj? kolorowych zdj?? plazmy uzyskanych za pomoc? szybkiej kamery i w po??czeniu z pomiarami spektroskopowymi pozwalaj? na okre?lenie sk?adu i dynamiki ob?oku plazmowego w trakcie spawania laserowego. Analizie zostanie poddany ob?ok plazmowy z?o?ony z mieszaniny par zelaza i gazu oslonowego - argonu.

Rozklady Gibsa z hamiltonianem zaleznym od temperatury

Certain aspects of flows over rough surfaces

It has been recognized since the pioneering experiments of Reynolds in 1883 that surface roughness plays a significant role in the dynamics of shear layers. This is a classical problem in fluid dynamics but, nevertheless, its resolution is still lacking. The recent progress in the analysis of the effects of surface roughness will be discussed.

Nanowlokna, metody wytwarzania i zastoswania

Przedstawiona zostanie metoda "electrospinningu" dla wytwarzania nanowlokien o srednicach rzedu kilkudziesieciu nanometrow z polimerow syntetycznych i naturalnych oraz ich zastosowanie. Zaprezentowane zostanie oryginalne stanowisko badawcze oraz wyniki electrospinningu dla wybranych polimerow. Przedstawiony zostanie rowniez przeglad literatury na temat badan nanowlokien otrzymywanych w wyniku electrospinningu oraz metod modyfikacji ich wlasciwosci.

Matematyczne i numeryczne aspekty modelowania urazow mozgu

Wyklad ten bedzie scisle powiazany tematycznie z wykladem pt: "Fizyczne i biologiczne aspekty modelowania urazow mozgu", ktory prof. zamierza wyglosic w Katedrze Metod Matematycznych Fizyki UW, Hoza 64, najprawdopobniej w czwartek 20.11.2003.

Anemometria obrazowa (PIV) w zastosowaniu do pomiaru predkosci kropelek chmurowych

Procesy zachodzace w chmurach w malych skalach (rzedu centymetrow i nizej) sa istotnym elementem ksztaltujacym pogode i klimat Ziemi. Ze wzgledu na zlozonosc tych procesow i trudnosci z pomiarami, wiedza na ich temat jest wciaz niewystarczajaca dla wyjasnienia obserwowanych zjawisk, jak np. formowanie sie kropel deszczowych w dodatnich temperaturach. Obecnie prowadzone sa intensywne badania majace na celu dostarczenie nowych danych na temat struktury i dynamiki chmur w malych skalach.Niniejszy referat bedzie dotyczyl proby wykorzystania technik PIV do laboratoryjnych pomiarow predkosci kropelek chmurowych.

Wielocialowe oseenowskie oddzialywania hydrodynamiczne

Rozpatrywane beda wielocialowe oddzialywania hydrodynamiczne w cieczy lepkiej niescisliwej w warunkach malych liczb Reynoldsa. Analizowany bedzie wplyw konwekcyjnej inercji cieczy na sily hydrodynamiczne oraz na pole predkosci cieczy, ksztaltujace sie w wyniku oddzialywan hydrodynamicznych miedzy sztywnymi kulami. Dyskutowane beda warunki, w ktorych slabe efekty inercyjne prowadza do wystapienia jakosciowych roznic miedzy wielocialowymi oddzialywaniami oseenowskimi i stokesowskimi.

Perturbation problems at low Reynolds number

Abstract of four invited lectures
For a small particle in a fluid flow, the Reynolds number is low and viscous effects are dominant. But at second order in the Reynolds number, small fluid inertial effects appear which make e.g. the particle migrate across streamlines. Such effects first demonstrated experimentally by Segr? and Silberberg have been the incentive for numerous calculations thereafter. These effects are important e.g. for separation techniques used in analytical chemistry ("Field Flow Fractionation", "SPLITT" cell). The presentation will focus on the resolution of regular and singular perturbation problems for the flow around a sphere at low Reynolds number. It will start from Oseen's solution revisited by Rubinow & Keller and Saffman solution for the lift force on a sphere in a shear flow. Walls effects combined with fluid inertial effects will be presented, both for regular perturbation problems and singular ones.

Urban Fluid Mechanics: Air Circulation and Contaminant Dispersion in Cities

In the latter part of the 20th century, there has been a massive influx of population to urban areas, and currently in the US about 70% of the population occupies less than 2% of the landmass. Most of these urban areas, especially those in the southwestern US, are associated with complex terrain, the air flow in which is characterized by the synoptic winds perturbed by the terrain, local meso-scale thermal circulation (slope and valley winds), flow past small-scale features such as building clusters, and complex interactions thereof. The dispersion and advection of contaminates released within air basins, transported from elsewhere and formed due to chemical reactions are also of great interest in dealing with issues such as the quality of life of urban population. In this presentation, an overview of the results of an on-going program designed to study flow, turbulence and contaminant transport in complex terrain cities will be given. Theoretical concepts, laboratory experiments, field observations and numerical simulations underpinning this program will be presented, and integration of results from cross-cutting areas of research to understand and predict urban air quality will be discussed.

Lozyska wielkogabarytowe: przeplywy skawitowane i wymiana ciepla. Sprzezone formy drgan ukladu wirnik-lozyska, jako nowy wyróznik stanu duzych maszyn energetycznych

Some aspects to modeling fluids, free surfaces and rigid bodies

What is Eulerian? What is Lagrangian? Why would one want to combine the two? The resulting equations which govern the motion of fluids, free surfaces and rigid bodies.

Spreading fronts and fluctuations in sedimentation

While the average velocity of a suspension of spheres sedimenting in a viscous fluid can be successfully predicted theoretically, the problem of velocity fluctuations is still unresolved. We examined by laboratory experiments how the sedimentation front spreads and how this affects the velocity fluctuations. Experiments were undertaken at very low Reynolds number Re below 10^-4 and volume fraction around 0.3 %. Two types of experimental measurements were performed. The spreading of the sedimentation front was measured using the attenuation of light through the suspension. The particle velocities were measured using particle image velocimetry (PIV).

The role of orientational Brownian motion in dispersive media

First of 6 lectures given on 28.05 (r. 100), 29.05, 2.06, 9.06, 16.06 and 23.06 (11:00, r. 108). Summary:
Orientational Brownian motion plays a significant role in the dynamics of colloid suspensions and a dominant role in the case of ferrofluids and liquid crystals. The microscopic dynamics of such systems on the time-scale of Brownian motion is described by a Smoluchowski equation for the many-body distribution function. At this level, hydrodynamic interactions and dipole-dipole interactions play a role as well as external electric, magnetic and shear fields. Both tracer and collective rotational diffusion lead to important experimental observations on these systems. Depolarized light scattering, the relaxation of polarization and of the Kerr effect order parameter are macroscopic manifestations of this microscopic dynamics. The linear and non-linear response of such systems to oscillating external fields will be discussed on the basis of the Smoluchowski dynamics and compared with macroscopic effective field descriptions.

Hydrodynamic interactions

Various methods to evaluate the low Reynolds number hydrodynamic interactions will be discussed. Recent achievements on the subject will be presented.

Control of a thermocapillary instability

Thermocapillary (Marangoni) convection is the fluid motion that is caused by a temperature gradient along a free surface. In pure liquids the surface tension typically decreases with increasing temperature, and the free surface is thus pulled towards cold regions. This is a common source of convection in processes such as crystal growth and welding. In some applications it is important to maintain a steady time independent flow, and thus to suppress instabilities leading to oscillatory or chaotic flow. In this talk I will review some typical thermocapillary instabilities related to crystal growth processes. I will also describe our recent efforts to introduce a feedback control to stabilize the flow.

Colloidal Interdiffusion

The relaxation of thermal fluctuations in the relative concentration, i.e. composition of two labelled components in a many-component mixture of colloidal particles is commonly referred to as the interdiffusion or exchange diffusion process. We will explore interdiffusion in mixtures of colloidal spheres. Explicit analytic results are obtained and discussed for the interdiffusion coefficient of semi-dilute binary hard-sphere systems, with and without hydrodynamic interactions included, in comparison with results from mode-mode coupling theory calculations. The question will be addressed whether the interdiffusion coefficient can be expressed solely in terms of the self-diffusion coefficients of the individual components.

Solidification, numerical methods, industrial solidification systems

One of 4 lectures given on 9.04, 14.04 (11:00, r. 104), 23.04, and 28.04.2003 (11:00, r. 104). They cover following subjects: Introduction to solidification, Meshless methods for heat transfer and fluid flow, Numerical modelling, experiments and optimisation of continuous casting of steel, numerical modelling, experiments and optimisation of D.C.casting of aluminium alloys.Lecture notes

Velocity fluctuations in sedimenting suspensions

The sedimentation of a monodisperse non-Brownian suspension of hard spheres is considered. In 1985 Caflish & Luke pointed out that due to the long range character of hydrodynamic interactions, the fluctuations in velocity about the mean value should diverge in the sense that they grow without bound as the linear macroscopic size of the container is increased. On the other hand recent experiments show no such behavior. Contrary, the variance of the sedimentation velocity seems to be universal, independent of container size. I will concentrate mainly on doscussing the above problem, showing the results of some experiments and numerical simulations, as well as presenting theoretical ideas trying to explain this intriguing behavior.

Solidification, numerical methods, industrial solidification systems

First of 4 lectures given on 9.04, 14.04 (11:00 room 108), 23.04, and 28.04.2003 (11:00 r. 108). They cover following subjects: Introduction to solidification, Meshless methods for heat transfer and fluid flow, Numerical modelling, experiments and optimisation of continuous casting of steel, Numerical modelling, experiments and optimisation of D.C.casting of aluminium alloys.Lecture notes

Wyprowadzenie rownan Kortewega z teorii kinetycznej

Obecnie jest jasne, ze dla opisu plynow van der Waalsa rownania Naviera-Stokesa nie sa wystarczajace. Juz na poczatku ubieglego wieku ich modyfikacje zaproponowal Korteweg, niestety jego propozycje zawieraly pewne bledy, ktore zostaly poprawione w ramach termodynamiki kontynualnej w latach 80-tych ubieglego wieku. Na seminarium pokrotce zostana przypomniane rownania Kortewega w ich obecnej postaci, a potem zostanie przedstawione ich wyprowadzenie z teorii kinetycznej. Bedzie tez przedstawiona uproszczona wersja tych rownan odpowiadajaca tzw. dyskretnej teorii kinetycznej.

Hydrodynamics and Structure of Dispersion Colloids

Dispersion colloids consist of submicron-sized solid particles dispersed in a low-molecular solvent. Typical examples of dispersion colloids are aqueous solutions of proteins or viruses (bio-polymers), and dispersions of synthetic latex particles. The Brownian stochastic dynamics of the colloidal particles is determined not only by direct inter-particle interactions like electrostatic and van der Waals forces. It depends also crucially on indirect hydrodynamic interactions (HI), mediated by the intervening solvent flow. Using analytic theory and computer simulations of model dispersions of charged, neutral and magnetic particles, we show that HI give rise to interesting and, quite often, surprising effects on various diffusional and viscoelastic properties.

Uogolnione rozwiazania nieliniowych rownan osrodka rozrzedzonego na przykladzie plazmy silnika jonowego

Wyklad bedzie poswiecony kwestii definicji slabych rozwiazan (z falami uderzeniowymi) rownan plynowych osrodka rozrzedzonego. W szczegolnosci jako przyklad rozpatrzymy plazme w silniku jonowym typu Halla. Omowiony zostanie problem istnienia rozwiazan oraz przyklady rozwiazan numerycznych.

Fale uderzeniowe w gestych gazach

Przedmiot referowanej pracy stanowi badanie struktury fali uderzeniowej w gazie gestym, w ktorym odleglosci miedzy molekulami sa takie, ze kazda molekula znajduje sie w nieustannym kontakcie z sasiadami (poprzez potencjal oddzialywan typu Lennarda - Jonesa). Dla takiego gazu nie da sie wprowadzic pojecia drogi swobodnej. Gazem gestym w tym sensie moze byc gaz w okolicy punktu krytycznego lub, jeszcze dalej, w okolicy punktu potrojnego. Niniejszy referat stanowi kontynuacje referatu wygloszonego we wrzesniu ub. roku. Przedstawione zostana wyniki dla fal uderzeniowych w argonie, uzyskane numerycznie metodami dynamiki molekularnej. Obliczenia wykonano dla trzech gestosci poczatkowych, z ktorych najwyzsza nie przekracza gestosci w punkcie potrojnym. Uzyskane wyniki porownano miedzy soba, oraz z numerycznymi i eksperymentalnymi wynikami dla gazu rzadkiego.

Modelowanie numeryczne procesu mieszania oraz procesu dyspersji w ukladzie gaz - ciecz w mieszalniku dynamicznym

W referacie zostana omowione dwa modele numeryczne dotyczace turbulentnego procesu mieszania cieczy oraz turbulentnego procesu dyspersji gazu w cieczy w mieszalniku dynamicznym z dwiema turbinami Rushton'a. Uzyskane wyniki symulacji zostana porownane z wynikami literaturowymi.

O globalnych rozwiazaniach dla rownania Naviera-Stokesa

Molecular modelling of nucleic acids hairpin loops based on the theory of elasticity.

A new concept to fold nucleic acids into short loops is presented. It is based on the assumption that single stranded chains behave as thin elastic rods. Model structures derived from this theoritical approach are shown to be in very good agreement with published solution DNA and RNA tri- and tetra-loops.

Sonoluminescencja - pieklo babelkow Cz. II Pomiary optyczne

Kolaps pecherza gazowego w cieczy, znany jako kawitacja, generuje fotony. Wytwarzana energia byc moze pozwala nawet na fuzje jadrowa. Temat rzeka ... Celem drugiej czesci seminarium jest przedstawienie analiz sygnalow optycznych rejestrowanych w badaniach sonoluminescencji.

Zastosowanie metod biometrycznych do generowania liczb losowych

Metody biometryczne byly dotychczas stosowane do celow uwierzytelnienia (odciski palcow, siatkowka oka, glos). W naszej pracy proponujemy wykorzystanie tych metod do generowania ciagow losowych. Metoda ta moze byc szczegolnie uzyteczna do otrzymywania tzw. ziaren dla generatorow pseudolosowych oraz do generowania kluczy sesyjnych. Proponowany model jest bardzo prosty i bazuje na obserwacji, ze dla typowych pomiarow danych biologicznych najmniej znaczace cyfry fluktuuja losowo. W prezentowanej pracy, do ilustracji naszej metody wykorzystano: dane neurofizjologiczne mierzone w komorkach neuronowych, wyniki pomiarow przewodnictwa skory (GSR data) oraz w celach porownawczych wyniki symulacji numerycznych procesu Ornsteina-Uhlenbecka. Do weryfikacji losowosci zastosowano testy rekomendowane przez National Institute of Standards and Technology dla generatorow fizycznych stosowanych w modulach kryptograficznych, restrykcyjny test Maurera proponowany w dokumentach Unii Europejskiej oraz test zlozonosci Lempela-Ziva estymujacy entropie zrodla. Weryfikacja ciagow generowanych nasza metoda potwierdza, ze ciagi te posiadaja bardzo dobre wlasnosci losowosci.

Granice gorne i dolne na efektywne wspolczynniki transportu dwufazowych osrodkow niejednorodnych metoda wielopunktowych aproksymant Pade

Przedstawiono nowa metode wyznaczania efektywnych wspolczynnikow materialowych dla osrodkow dwufazowych opisywanych rownaniami Laplace'a, miedzy innymi wspolczynnikow przewodnictwa termicznego, elektrycznego a takze wspolczynnikow filtracji i dyfuzji.

Fourier-modes and spatial-structures in a cavity-boundary layer interaction

The dynamic behavior of the vortex structures occurring in a cavity in interaction with a boundary layer controls the flow confinement inside the cavity. The vortex structures present small scales as well as large scales related to the cavity geometry. Theses eddies are usually non-stationary. One of main applications of this study concerns the pollutant dispersion within an urban street canyon when ambient winds aloft are perpendicular to the street. Experimental and numerical characterizations of the vortex structures are developed at moderate Reynolds numbers.

Jak modelowac smarowanie w procesach przerobki plastycznej metali?

W referacie zasygnalizowane zostana problemy zwiazane z modelowaniem smarowania w procesach przerobki plastycznej, glownie w tloczeniu blach. W przypadku smarowania hydrodynamicznego powszechnie stosowane jest usrednione rownanie Reynoldsa. Zjawiska i efekty towarzyszace przejsciu od pelnego smarowania hydrodynamicznego do smarowania mieszanego, wlasnosci warstwy smarnej o grubosci bliskiej zeru, a takze mechanizmy przerwania warstwy smarnej sa ciagle otwartym tematem badawczym, przynajmniej w kontekscie procesow przerobki plastycznej, gdzie przeplyw smaru jest silnie sprzezony z plastycznymi deformacjami nierownosci powierzchni kontaktu i niejednorodnym rozkladem temperatury w strefie kontaktu. W referacie przedstawione zostana wyniki naszych dotychczasowych prac w zakresie modelowania zjawisk kontaktowych oraz wstepne proby modelowania procesu smarowania. Czesc dotyczaca smarowania bedzie w duzej mierze zawierala pytania i otwarte problemy badawcze przedstawione z punktu widzenia osoby zajmujacej sie mechanika ciala stalego.

Blokowe kopolimery w zastosowaniu do tworzenia krysztalow fotonowych

W oparciu o uporzadkowane struktury tworzone w ukladach blokowych kopolimerow mozna tworzyc krysztaly fotonowe - struktury z periodyczna modulacja stalej dielektrycznej. W takim ukladzie fala elektromagnetyczna o odpowiedniej energii nie propaguje sie - powstaja pasma wzbronione dla propagacji fotonow analogicznie do pasm elektronowych jakie wystepuja w normalnych krysztalach dla propagacji elektronow. Na seminarium pokaze zwiazki miedzy strukturami tworzonymi przez blokowe kopolimery a szerokoscia i liczba pasm wzbronionych odpowiadajacych tym strukturom. Zostana rozwazone trojwymiarowe struktury kubiczne wielociagle i warstwowe. Najszersze pasma wzbronione otrzymuje sie dla struktur dwu i trojciaglych typu D (symetria Pn3m) oraz G(symetria Ia3d) a najwiecej pasm dla struktur kulkowych o symetrii D (struktura diamentu zlozona z dwoch sieci fcc).

Sonoluminescencja - pieklo babelkow

Kolaps pęcherza gazowego w cieczy, znany jako kawitacja, generuje fotony. Wytwarzana energia być może pozwala nawet na fuzje jadrowa. Temat rzeka ...
Celem seminarium jest prezentacja mechanizmów odpowiadających za zjawisko, om?wienie teorii go opisujących oraz przedstawienie dalszych dróg badania zjawiska sonoluminescencji ze szczególnym uwzględnieniem dynamiki procesów optycznych.

Wymiana ciepla przy wrzeniu na pretach z pokryciem porowatym

Przedmiotem analizy jest rozk?ad temperatury wzd?u? linii ?rodkowej d?ugiego pr?ta zarejestrowany kamer? termowizyjn?. Badania eksperymentalne prowadzono dla wody pod ci?nieniem atmosferycznym. Analiza teoretyczna i numeryczna dotyczy identyfikacji wsp??czynnika przejmowania ciep?a przy za?o?eniu jego pot?gowej zale?no?ci od temperatury przegrzania ?cianki.

Crystal growth under conditions of low melt flow close to interface

New methods of crystal growth from the melt using baffle or AHP heater are discussed. The AHP (Axial Heat flux close to the Phase interface) method is a novel technique for the directional solidification. It has an additional heater submerged in the melting zone. The AHP crystal growth method permits the control of the distribution of the dopant concentration in the melting zone during solidification, the shape of solid/liquid interface and the velocities of the liquid in the melting zone. Therefore it is well suited for studying interface kinetics and simmulating the microgravity conditions.

Electrospinning of nanofibers from polymer solutions and melts. Overview

A straightforward, cheap and unique method to produce novel fibers with diameter in the range of 100 nm and even less, is related to electrospinning. For this goal polymer solutions, liquid crystals, suspensions of solid particles and emulsions are electrospun by a voltage of about 10 kW/cm. The electric force results in an electrically charged jet of polymer solution outflowing from a pendant droplet. After the jet flows away from the droplet in a nearly straight line, it bends into a complex path and other changes in shape occur, during which electrical forces stretch and thin it by very large ratios. After the solvent evaporates, birefringent nanofibers are left. Nanofibers of ordinary, conducting and photosensitive polymers were electrospun. The present talks deal with the mechanism and electrohydrodynamic modeling of the instabilities and related processes resulting in electrospinning of nanofibers. Also some applications are discussed. In particular, a unique electrostatic field-assisted assembly technique was developed with the aim to position and align individual conducting and light-emitting nanofibers in arrays and braids. These structures are of potential interest in development of novel polymer-based light-emitting diods, diods, transistors, photonic crystals and flexible photocells. Some other applications discussed include micro-aerodynamic decelerators based on permeable nanofiber mats and tiny flying objects and sensors (smart dust), nanofiber-based filters, protective clothing, biomedical applications including wound dressings, drug delivery systems based on nanotubes, the design of solar sails, light sails and mirrors for use in space, the application of pesticides to plants, structural elements in artificial organs, reinforced composites, as well as nanofibers reinforced by carbon nanotubes.

Electrospinning of nanofibers from polymer solutions and melts. Part 3

Electrospinning of nanofibers from polymer solutions and melts. Part 2

Modelowanie wymiany pedu i ciepla w dwufazowym przeplywie pecherzykowym

Przedstawione zostanie oryginalne podejscie do modelowania przeplywu pecherzykowego w warstwie przysciennej i w kanale. Teoria oparta jest na sumowaniu energii dyssypacji pochodzacej od przeplywu scinajacego w kanale oraz dyssypacji pochodzacej od obecnosci peAcherzykow. W wyniku otrzymuje sie naprezenia styczne ekwiwalentnego przeplywu jednofazowego. Przyblizone rownanie opisujace profil predkosci w warstwie przysciennej podano w formie rownania rozniczkowego, ktore mozna rozwiazac przy pomocy zalozenia stalego lub zmiennego stopnia zapelnienia. Zaproponowano wlasne podejscie do modelowania stopnia zapelnienia opisane rownaniem rozniczkowym opisujacym predkosc poprzeczna migracji pecherzykow oraz rownaniem dyfuzji pecherzykow. Ponadto zaproponowano sposob wlaczenia do obliczen sil wyporu, ktore wynikaja z obecnosci pecherzykow. Porownano rozklady predkosci uzyskane przy pomocy proponowanego modelu z danymi eksperymentalnymi dotyczacymi przeplywu turbulentnego zarowno w warstwie przysciennej jak i w kanale przy malej zawartosci fazy parowej. Uzyskano dobra zgodnosc jakosciowa i ilosciowa. Dodatkowo, rozwiazano rownanie energii, w ktorym wykorzystano opisany powyzej profil predkosci. W sumie model sklada sie z pieciu rownan rozniczkowych, ktore umozliwiaja wyznaczenie profilu predkosci, naprezen stycznych, predkosci poprzecznej, stopnia zapelnienia oraz pola temperatury. Podano takze charakterystyki integralne modelu, czyli wspolczynnik oporu przeplywu dwufazowego oraz wspolczynnik przejmowania ciepla.

Electrospinning of nanofibers from polymer solutions and melts. Part 1

Fale uderzeniowe w gestych gazach.

Celem pracy bylo sprawdzenie jak dalece struktura fali uderzeniowej w gazie gestym (w ktorym nie mozna pominac wielokrotnych zderzen molekul) rozni sie od znanej z eksperymentu i obliczen numerycznych struktury fali w gazie rzadkim. Praca ma charakter numeryczny. Dla obliczenia struktury fali uderzeniowej posluzono sie metodami dynamiki molekularnej. Wyniki uzyskane dla gazu o roznych gestosciach porownano miedzy soba, oraz z eksperymentalnymi i numerycznymi wynikami dla gazu rzadkiego. Dodatkowo sprawdzono mozliwosc wystapienia w gazach gestych konfiguracji fal typu odbicia nieregularnego.

Some applications of the NMR to the characterization of suspensions and two-phase flows

Different uses of Pulsed Field Gradient Spin Echo - NMR sequences are presented to determine: - S(Q), the Structure Function and g(r), the pair probability distribution of a suspension of large spherical particules (100-600 um) in a viscous liquid; - the axial profile of the liquid fraction and of the velocity probability distribution of water in an intermittent air-water flow; - the fluctuations of the liquid mass flow and momentum in an air-water bubbly flow.

Flows Physics in Microdevices

Interest in microelectromechanical systems (MEMS) has experienced explosive growth during the past few years. Such small devices typically have characteristic size ranging from 1 mm down to 1 micron, and may include sensors, actuators, motors, pumps, turbines, gears, ducts and valves. Microdevices often involve mass, momentum and energy transport. Modeling gas and liquid flows through MEMS may necessitate including slip, rarefaction, compressibility, intermolecular forces and other unconventional effects. In this presentation, I shall provide a methodical approach to flow modeling for a broad variety of microdevices. The continuum-based Navier-Stokes equations-with either the traditional no-slip or slip-flow boundary conditions-work only for a limited range of Knudsen numbers above which alternative models must be sought. These include molecular dynamics (MD), Boltzmann equation, Direct Simulation Monte Carlo (DSMC), and other deterministic/probabilistic molecular models. The present talk will broadly survey available methodologies to model and compute transport phenomena within microdevices.

Analiza doswiadczalna dynamiki wzrostu pecherza parowego

Analiza obrazów cyfrowych uzyskanych przy uzyciusuper szybkiej kamery wideopozwoliła na znalezienie podstawowych zależności położenia, prędkości i przyspieszenia w trakcie wzrostu i oderwania oraz objętości pęcherza parowego w funkcji czasu. Dodatkowo podjęto probe analizy oscylacji powierzchni pęcherza celem ustalenia ewentualnych zmian napięcia powierzchniowego, co umożliwi wyznaczenie temperatury jego powierzchni.

Model przeplywowy segmentu komory spalania turbiny gazowej

Zostanie przedstawiona analiza przepływu gazu oraz mieszania w modelu komory spalaniaturbiny gazowej w zależności od zmian jej geometrii przy wykorzystaniu metod PIV oraz pomiarów termoanemometrycznych. Porównanie wyników eksperymentalnych z symulacja numeryczna wykonana przy użyciu programu Fluent.

Chaos kwantowy - wprowadzenie

Pojecia calkowalnosci i niecalkowalnosci, czy, nieco ogolniej dynamiki regularnej i chaotycznej (w sensie deterministycznym), sa obecnie dobrze zrozumiale na gruncie mechaniki klasycznej. Dysponujemy bowiem jakosciowymi i ilosciowymi narzedziami pozwalajacymi na charaktersystyke stopnia chaotycznosci dynamiki, w szczegolnosci zas potrafimy odrozniac uklady chaotyczne od regularnych. Kryteria takie nie sa jednak stosowalne do ukladow kawntowych. Zasadne jest wiec pytanie, czy pojecia chaosu i regularnosci dynamiki przeniesc mozna na poziom kwantowy oraz czy istnieja czysto kwantowe wyrozniki chaosu. Wprowadzeniu do tych problemow poswiecone bedzie seminarium.

Efekty niestacjonarne w wielocialowych stokesowskich oddzialywaniach hydrodynamicznych

Przedstawione zostana otwarte zagadnienia liniowych oddzialywan hydrodynamicznych miedzy grupa cial zanurzonych w cieczy lepkiej niescisliwej. Na podstawie wybranych danych teoretycznych i doswiadczalnych omowione zostana przyklady obrazujace wplyw inercji cial i inercji cieczy na: (i) sily hydrodynamiczne dzialajace na ciala, (ii) trajektorie cial w polu sily ciezkosci, (iii) pole predkosci cieczy ksztaltujace sie w wyniku oddzialywan hydrodynamicznych.

Rozproszona realizacja algorytmu GMRES do rozwiazywania zagadnien eliptycznych

Jednym z wiodacych kierunkow w dziedzinie oprogramowania wspomagajacego aplikacje inzynierskie (CAE) jest przetwarzanie w srodowisku rozproszonym i programowanie rownolegle. Podczas seminarium zostanie zaprezentowana jedna z metod, ktora pozwala na wykorzystanie rozproszonego modelu obliczen do rozwiazywania liniowych ukladow rownan bedacych wynikiem dyskretnej analizy MES. Przedstawiona zostanie iteracyjny algorytm uogolnionej minimalizacji reszty (GMRES) rozwiazywania liniowych ukladow rownan oraz metoda dekompozycji dziedziny, ktora w polaczeniu z wykorzystaniem rozproszonego/rownoleglego modelu obliczen potwierdza przydatnosc metody i swiadczy o jej efektywnosci. Pondadto omowione zostanie wykorzystane srodowisko do implementacji programow wspolbieznych - PVM.

Mikroemulsje w waskich szczelinach

Czasteczki amfifilowe, dodane do mieszaniny plynu polarnego A i niepolarnego B, tworza samorzutnie monowarstwy oddzielajace jeden plyn od drugiego. Obszary zajete przez plyny A i B zawieraja od kilku do kilkuset czasteczek i moga przybierac rozne ksztalty. Pojawia sie wiele stabilnych i metastabilnych faz, w ktorych amfifilowe monowarstwy sa opisywane przez powierzchnie o roznych wlasnosciach geometrycznych i topologicznych; powierzchnie te moga byc periodyczne. Obecnosc ograniczajacych scian ma znacznie wiekszy wplyw na strukture i wlasnosci mechaniczne tych faz niz w przypadku plynow prostych. Opisana bedzie stuktura roznych faz zawartych miedzy scianami roznego typu, ich wlasnosci elastyczne oraz zjawiska takie jak zmiana kierunku osi symetrii wskutek zmian szerokosci szczeliny.

Oscylacje pradu wyladowania w reaktywnym silniku plazmowym

Reaktywne silniki plazmowe dzialajace w oparciu o efekt Halla sa juz od pewnego czasu stosowane do korygowania i zmian orbit niewielkich obiektow badawczych umieszczonych w przestrzeni okoloziemskiej. O ich przewadze w porownaniu do konwencjonalnych silnikow na paliwo chemiczne decyduje stosunkowo duza wartosc impulsu wlasciwego i sprawnosc. Jednak ciagle jeszcze zachodzi potrzeba optymalizacji ich wydajnosci i poprawy stabilnosci dzialania. W eksperymentach, w celu zbadania stabilnosci pracy takiego silnika, mierzy sie miedzy innymi oscylacje pradu wyladowania w ukladzie zasilajacym. W referacie zostana przedstawione wyniki numerycznej analizy tych oscylaji. Zastosowane zostaly metody liniowej i nieliniowej analizy szeregow czasowych. Poszukuje sie odpowiedzi na pytanie o charakter tych oscylacji i moliwa interpretacje na gruncie chaosu deterministycznego. Praca powstala we wspolpracy miedzy CNRS-France oraz IPPT-PAN.

Skladnik pasywny i skladnik aktywny w polu zanikajacej turbulencji

Na seminarium przedstawione zostana wyniki numerycznych symulacji zanikajacej turbulencji majace na celu zbadanie oddzialywania miedzy mikrofizyka i polem turbulencji. W pierwszej czesci experymentu w pole predkosci, ktore w chwili poczatkowej bedzie mialo tylko duze wiry (energia kinetyczna bedzie tylko w skalach najwiekszych), zostanie wprowadzony skladnik pasywny. W drugiej czesci eksperymentu w polu turbulencji miejsce skladnika pasywnego zajmie para wodna i woda. Woda parujac spowoduje powstanie sil wyporu, wplywajac na pole predkosci. Uzyte zostana dwa schematy parametryzacj mikrofizyki. Schemat "bulk" w ktorym zaklada sie, ze parowanie i kondensacja zachodza na tyle szybko, ze powietrze w ich obecnosci jest zawsze nasycone i kropelki wody nie poruszaja sie wzgledem powietrza, oraz schemat dokladniejszy, w ktorym w kazdym ponkcie siatki koncentracja kropelek zadana jest przez pewna funkcje, opisujaca liczbe kropelek w poszczegolnych klasach, ponadto kropelki poruszaj sie wzgledem powietrza i mozliwe jest powstawanie przesycen.

Magnetic relaxation in ferrofluids

A ferrofluid is described as a monodisperse suspension of hard spheres immersed in an incompressible liquid. The spheres have a permanent magnetic dipole moment and interact via the excluded volume repulsion, the orientation-dependent magnetic dipole interaction, and the hydrodynamic interaction which is mediated by the host fluid. The time-evolution of the system is governed by Brownian dynamics and quantitatively described by a generalized Smoluchowski equation for the probability distribution of the positions and orientations of all the ferroparticles. The response theory for the time-dependent magnetization is elaborated on the basis of this generalized Smoluchowski equation. By applying Zwanzig's projection operator technique the problem is turned into a field theory which can be analyzed by means of a renormalized perturbation theory of the Martin-Siggia-Rose type. The theory requires input for the static direct correlation functions which are evaluated on the basis of the mean-spherical approximation. This takes into account both the hard-sphere repulsion and the magnetic-dipole interactions. The hydrodynamic interactions enter in a non-local diffusion kernel which is explicitly evaluated by applying a cluster expansion up to 2-body terms. This is sufficient for dilute and moderately dense systems. The short-time (large frequency) dynamics is governed by the propagator of the field theory which is evaluated explicitly. The effects of the three types of interaction are discussed and compared.

Chaos deterministyczny w procesie wrzenia

Ksztalowanie sie orientacji molekularnej i naprezenia w polimerach

Dyskutowana jest jedno- i dwuosiowa orientacja molekularna oraz naprezenie w polimerach poddanych deformacji afinicznej lub ustalonemu przeplywowi rozciagajacemu. Sformulowany model dotyczy gietkich makroczasteczek o niegaussowskiej statystyce konformacyjnej i poddanych duzym deformacjom. Zastosowano przyblizenie Pade, ktore prowadzi do wzorow zamknietych w zakresie duzych deformacji i pozwala uniknac trudnosci wynikajacych ze slabej zbieznosci szeregow w innych modelach. Orientacja molekularna charakteryzowana jest srednim tensorem orientacji segmentow, globalnym tensorem anizotropii i osiowymi czynnikami orientacji. Przewidywane charakterystyki orientacji w przypadku deformacji w przeplywie rozciagajacym sa wyzsze i podlegaja zmianom w szerszym zakresie niz dla deformacji afinicznej.

Collision of drops with inertia effects in strongly sheared linear flow fields*

The relative motion of drops in shear flows is responsible for collisions leading to the creation of larger drops. Collisions of drops are calculated and the efficiency of collision is derived in typical linear flow fields: pure shear flow, pure straining motion. The shear rate of these fields is strong enough for sedimentation effects to be negligible. The Reynolds number is small enough for the flows outside and inside drops to be in the creeping flow regime, but the inertia of drops in their motion is taken into account. Van der Waals forces are also considered. Results for the collision efficiency in a pure shear flow show a remarkable threshold for some value of the ratio of drop radii, regardless of the Stokes number (viz. of drop inertia). Results for a pure straining motion show that the collision efficiency increases regularly with the Stokes number and may be quite larger than unity.
* to appear : F. Pigeonneau & F. Feuillebois, J. Fluid Mech., 455, 359 (2002).

Modelowanie i optymalizacja kardiochirurgicznych zespolen naczyniowych

Komputerowe symulacje i eksperymentalne badania in vitro przeplywow krwi prowadzone sa dla ukladu naczyn krwionosnych w poblizu serca (luk aorty i odgaleziajace sie od niego tetnice oraz pien i tetnice plucne) zmodyfikowanych przez utworzenie polaczenia pomiedzy krazeniem systemowym i plucnym. Maja one na celu analize i optymalizacje geometrycznych parametrow zespolenia ukierunkowana na zapobieganie tworzenia sie skrzepow w rejonie zespolenia.

Analiza experymentalna procesu wzrostu pojedynczego pecherza pary

Badania doswiadczalnedotyczace tworzenia, wzrostu i odrywania sie pojedynczych pecherzy pary w przypadku wrzenia heterogennego prowadzone sa od kilku lat w IPPT PAN we wspolpracy z osrodkiem LIMSI-CNRS. Podstawowym parametrem badan jest dynamika ksztaltu pecherza, szczegolnie w poblizu punktu potrojnego. Precyzyjny opis doswiadczalny procesu wzrostu konieczny jest do weryfikacji wciaz niedoskonalych modeli numerycznych. Taki opis umozliwia numeryczna analiza obrazow eksperymentalnych, polegajaca na wyznaczenie ksztaltu oraz pol predkosci i temperatury w cieczy otaczajacej pecherz.

Modelowanie mikroprzeplywow na gruncie teorii plynow mikropolarnych

Wyniki badan eksperymentalnych pokazuja, ze przeplywy w mikroskali istotnie roznia sie od przeplywow w makroskali, ktore dobrze sa opisywane rownaniami Naviera-Stokesa. Przeplywy w mikroskali sa najlepiej opisywane metodami uwzgledniajacymi molekularna strukture osrodka. Niestety, opis taki wymaga stosowania bardzo szybkich komputersw, a i wowczas jest niezwykle czasochlonny. W niniejszej pracy poddano analizie model plynu mikropolarnego, stanowiacy rozszerzenie modelu Naviera-Stokesa pod katem mozliwosci jego uzycia do opisu przeplywow w mikroskali. Przedstawiono tez oparte na tym modelu wlasne rozwiazania dla hydrodynamiki mikroprzeplywow w szczelinie przy ruchu dociskowym jednej z powierzchni ("squeezing motion") oraz na wyznaczenie wplywu scianki na ruch czastki. Podano zakres mozliwych zastosowan otrzymanych wynikow.

Rozwiazania heterogeniczne dla modelu morfogenezy skory

We wczesnym rozwoju embrionalnym skora kregowcow sklada sie z dwu warstw: naskorka, ktorego komorki sa ciasno ulozone i skory wlasciwej, ktorej komorki sa znacznie luzniej upakowane. Naskorek i skora wlasciwa sa rozdzielone przez cienka blone, tak zwana warstwe podstawowa. Przedstawiony bedzie model skory zaproponowany przez Cruywagena i Murraya (1992). Warstwe naskorkowa traktuje sie jako osrodek lepko-sprezysty przy malej liczbie Reynoldsa, a do opisu ruchow komorek skory wlasciwej uzywa sie rownan reakcji-dyfuzji-chemotaksji. Oddzialywanie tkanek wprowadza sie uzywajac morfogenow wydzielanych oddzielnie w naskorku i w skorze, ktore przenikajac przez warstwe podstawowa wywoluja ruchy komorek i deformacje. Dla tego ukladu rownan badamy istnienie rozwiazan typu fali biegnacej przy dwu roznych zalozeniach upraszczajacych: 1. Napiecie wywolane w naskorku przez morfogen wydzielany w skorze jest znacznie slabsze od sil sprezystosci i sily wywieranej przez blone podstawowa, i 2. Sila pochodzaca od blony jest znacznie wieksza od pozostalych sil dzialajacych na naskorek. Uzywajac twierdzenia o funkcji uwiklanej w odpowiednich przestrzeniach Banacha jestesmy w stanie udowodnic istnienie rozwiazan postawionego zagadnienie dla dostatecznie malych wartosci odpowiednich parametrow, a takze oszacowac blad miedzy dokladnym i asymptotycznymi rozwiazaniami.

Nowa koncepcja izolacji termicznej

Nowa koncepcja izolacji termicznej wykorzystuje osobliwosci termodynamiczne i mechaniczne konwekcyjnej warstwy granicznej. Polega ona na separacji przeplywu konwekcyjnego i na zmniejszeniu natezenia jego turbulencji. Przebadano jej wlasnosci i porownano je z wynikami badan mechaniki plynow. Sprawnosc i rentownosc nowej izolacji przebadano w warunkach laboratorynych i na instalacjach wdrozeniowych w budynkach z ogrzewaniem centralnym. Przeanalizowano przydatnosc standardowych pomiarow w komorach biklimatycznych do oceny jakosci typowych grzejnikow i ich zachowania sie w warunkach rzeczywistych. Przeprowadzono probe oceny poszczegolnych skladowych strat ciepla i ich przyczynku do kosztow ogrzewania oraz probe oceny znaczenia efektow nieliniowych.

Nieprzemienne wspolrzedne w opisie hamiltonowskim mechaniki plynu w w obecnosci silnego pola magnetycznego

Prosty model mechaniczny i wynikajacy z niego model plynu wykazuja nietypowa strukture kanoniczna w obecnosci silnego pola magnetycznego. Prowadzi to do dwoch roznych modeli cieczy kwantowej i naturalnie pojawia sie iloczyn Moyala dla komutatora pola gestosci cieczy.

Dynamika molekularna przeplywow Knudsena

Novel technological applications often involve fluid flows in the Knudsen regime in which the mean free path is comparable to the system size. The boundary conditions at the wall-fluid interface in Knudsen flows are studied. The wall is modelled by atoms tethered to a lattice that interact by Lennard-Jones forces with the fluid atoms. Monatomic and polymeric Lennard-Jones fluids are considered and Couette and gravity-driven flows are studied. The scenarios of behavior envisioned by Maxwell, more than 100 years ago and still commonly used, are found not to be valid in general. For instance, there are novel effects related to a non-zero residence time of the fluid molecules in the wall vicinity. In the limiting case of strongly attractive fluid-wall interactions, the velocity ditribution of the outcoming atoms is indeed thermal. However, when the attractive tail in the fluid-wall interactions is weak, there are significant deviations from Maxwell's hypothesis. Striking many body effects are found as one interpolates between the dilute gas and the dense fluid regime. The molecular nature of the viscous and thermal slip phenomena are elucidated. The molecular dynamics simulations provide a unique window on several fundamental issues pertaining to the bridging of scales between atomic-scale and continuum physics.

Modelowanie chaotycznych zmian temperatury powierzchni grzejnej we wrzeniu - symulator wrzenia

Samopodobne rozwiazania dla ruchu nici wirowej w przyblizeniu lokalnej samoindukcji w nadcieklym helu

Rownanie dynamiki linii wirowej zostanie zapisane w postaci ukladu 2 rownan czastkowych na krzywizne i torsje. Poprzez odpowiednie podstawienie rownania te zostana sprowadzone do rownan zwyczajnych i przeanalizowana zostanie (glownie numerycznie) 4-parametrowa rodzina rozwiazan tych rownan.

Dynamika na powierzchni pod dyktando oddzialywan

Anizotropia w turbulencji wirow dyskretnych

Mikroprzeplywy. Symulacja Metoda Dynamiki Molekularnej.

Metoda pomiaru pol predkosci dla przeplywu rzadkiej zawiesiny duzych czastek

Numeryczne modelowanie plaskiego niestacjonarnego przeplywu wody i pary

Wplyw przeplywu na zarodkowanie przemian fazowych

Nobel 2001. Kondensat Bosego-Einsteina wczoraj i dzis

Modelowanie przeplywow w segmentach naczyn krwionosnych

Oddzialywania hydrodynamiczne pomiedzy dwiema bardzo bliskimi czastkami zawiesiny

Mieszanie anizotropowe w komorze chmurowej

A new generation of inverese shape design problem in aerodynamics and aerothermoelasticity formulated by variational principles

Information properties of the sources defined as encoded neuron responses in the visual cortex

The complexity of neural signals is investigated from an information-theoretical point of view. Among other results, it is shown there that this concept of complexity allows to characterize the output sensory responses to random and periodic stimuli in vivo and in vitro. We take advantage of this data to analyze further consequences of our mathematical model, this time concerning the number of states of the corresponding information source. The number of states, assuming the source to be stationary, ergodic and Markovian, is directly related to the stochastic dependence lag of the (encoded) output signal at consecutive discrete times and provides a measure of its autocorrelation. Again, the number of states differs depending on the kind of stimuli and the preparation of the neuronal system.

New scaling arguments for low-wind eddy fluxes in a convective atmosphere

An analysis of atmospheric observational data shows that at low winds there is a linear increase of drag with wind speed and the observed heat flux is independent of wind speed. These results may be best seen as characterizing "weakly forced convection", in which the heat flux is determined solely by temperature differentials, and the momentum flux by a perturbation linear in wind on free convection. Evidence is offered to show that this regime is governed by a new velocity scale determined by the heat flux.

Tubes, Sheets and Singularities in Fluid Dynamics

Tubes i sheets znaczy rurki wirowe i warstwy wirowe oraz ich odpowiedniki w MHD, gdzie forme zwartych rurek lub warstw przyjmuje czesto pole magnetyczne. Jesli chodzi o singularities - wszystko co ma zwiazek z powstawaniem osobliwosci w rownaniach Navier-Stokesa i Eulera. Problem, czy z gladkich warunkow poczatkowych moze w rownaniu N-S w skonczonym czasie powstac osobliwosc jest wciaz nierozwiazany. Co wiecej, zostala wyznaczona nagroda 1 000 000 $ za jego rozwiazanie!

Rozklad entropii Boltzmann'a dla gazu relatywistycznego

Efektywne warunki brzegowe na szorstkich powierzchniach przy przeplywach laminarnych

On some aspects of the modelling in cancer therapy

Modyfikacja fal plazmowych w obecnosci pylu

Intuicyjna wersja teorii indeksu Conleya.

Modelowanie przemyslowych procesow krzepniecia

Aktualne problemy Sluzby Pogody

Turbulencja w chmurach

On transport in vortices

Warstwa przyscienna Debye'a w plazmowych silnikach reaktywnych

Efektywne warunki brzegowe na szorskich powierzchniach przy przeplywach laminarnych

Analiza turbulencji na podstawie obrazow termograficznych scianki kanalu z przeplywem

Oscylacje kanalu parowego podczas spawania laserowego

VTMX- konwekcyjne przeplywy atmosferyczne w terenie o zlozonej geometrii. Program badawczy NSF (USA)

Zmodyfikowane rownanie Ficka i rownania reakcji-dyfuzji

Wieloczastkowe symulacje ukladow hydrodynamicznych, termodynamicznych i dielektrycznych

Wybrane problemy przeplywow w krystalizatorach przemyslowych

Modelowanie plynow van der Waalsa

Transport of neutrals in a stationary plasma thruster

Modelowanie satelitarnych silnikow plazmowych

Rownania ewolucyjne oddzialywujacych modow w akustyce nieliniowej: metody wyprowadzenia i rozwiazania

Badanie pola nadcisnienia generowanego wybuchami wydluzonych ladunkow gazowych

REACTION-DIFFUSION EQUATIONS AND TRAVELLING WAVES

Modelowanie i sterowanie procesem spalania w silnikach odrzutowych

Zastosowanie ulamkow lancuchowych do modelowania wplywu szpiku kostnego na wlasnosci skretne kosci

Efekty niestacjonarne w wielocialowych, zlinearyzowanych oddzialywaniach hydrodynamicznych

Niepelny spis warunkow dopuszczalnosci fal uderzeniowych w zasadach zachowania

Rownania z opoznionym argumentem

Nieliniowa propagacja dzwieku - model numeryczny i eksperyment

Tomografia procesowa

Nieliniowe fale i ich oddzialywania

Ogniskowanie cylindrycznej fali uderzeniowej w warunkach gazu rozrzedzonego

Metoda dyskretnych predkosci - nowe narzedzie w obliczeniach numerycznych dla gazow rozrzedzonych.

Dynamika cieczy mikropolarnych

Czy dynamika trzech czastek w lepkiej cieczy jest chaotyczna?

Badanie rozpadu brykietow weglowych wywolanego przez nagle rozprezenie gazu

Chaos w (nie)skonczonym ukladzie pretow

Globalna analiza stabilnosci przeplywow nierownoleglych

O pewnych osobliwosciach w sasiedztwie powierzchni rozdzialu w rurze uderzeniowej

Model plynowy akceleratora plazmowego

Anemometria i termografia obrazowa (PIV & T) z wykorzystaniem cieklych krysztalow

Metoda czastek wirowych w modelowaniu plynow lepkich

Finite Element Simulation of the Motion of a Rigid Body in a Fluid with Free Surface

Wiry kwantowe w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych

Trojwymiarowe modelowanie procesow konwekcji naturalnej w geometrii cylindrycznej

Global spectral approach to stability and multiplicity of confined flows

Numerical studies of directional solidification and melting in microgravity

Chaos eksperymentalny - obrobka danych

Podstawy teorii chaosu

Numerical Modeling of Plasma Thruster

Jak opisac oddzialywanie stykajacych sie kul zanurzonych w bardzo lepkiej cieczy, mierzac ich wzgledny ruch obrotowy i postepowy?

Drobnoskalowa struktura chmur: modelowanie i obserwacje osrodka dwu-fazowego

Optymalizacja termodynamiczna w ukladach wielofazowych metoda programowania dynamicznego

Accurate measurement of hydrodynamic interactions between two spheres at contact

Pulapkowanie i akceleracja czastek naladowanych w polach E-M

Model mezoskalowej prognozy pogody

Numeryczna analiza wzmocnienia cisnienia i temperatury w procesie ogniskowania fali uderzeniowej

Analiza modeli koagulacji i fragmentacji z dyfuzja.

Implozja fali detonacyjnej

Dynamika chemicznego rozpoznania molekularnego jako sposob teoretycznego modelowania syntezy chemicznej

Implozja fali detonacyjnej

Implozja fali detonacyjnej

Spotkanie pracownikow Zakladu przy lampce plynow

Podobienstwo pol sredniej predkosci w modelach fizykalnych pomieszczen wentylowanych

Modelowanie przeplywu w tetnicach podstawy mozgowia

Przeplywy transoniczne z silnymi oddzialywani

Oddziaływanie hydrodynamiczne dwóch stykających się cząstek

Shock waves in mixture

Dynamika i struktura wirów oraz ich wpływ na otoczenie

Uogolnione rownanie Gibsa dla entropii Boltzmanna

Solvability of elliptic problems in unbounded domains

Thermal study of a Hall Thruster

Struktura ogniskujacej sie cylindrycznej fali uderzeniowej

Wielocialowe Oseenowskie oddzialywania hydrodynamiczne

Numerical Study of Flow in a Rotating Shock Tube

Sedimentation of particles

O numerycznych metodach rozwiazywania liniowych i nieliniowych rownan rozniczkowych czastkowych

Modelowanie akceleratora plazmowego z zamknietym dryfem elektronowym

Mechanika Plynow wedlug Arnolda, cz.II

Mechanika Plynow wedlug Arnolda, cz.I

Modelowanie akceleratora plazmowego z zamknietym dryfem elektronow

Tomografia elektryczna - podstawy teoretyczne i przykladowe zastosowania

Przeplywy Poiseuille'a z naplywem radialnym

Modelowanie turbulencji kwantowej, cz. II

Modelowanie turbulencji kwantowej, cz. I

Modele chaotycznego ruchu czastki i ich zastosowanie w kryptografii

Rola rozmaitosci centralnej w nieliniowej analizie flatteru samolotu

Kwantowa turbulencja a propagacja ciepla w nadcieklym helu

Efektywna lepkosc zawiesin koloidalnych

Tworzenie modeli wirtualnych do analizy zagadnien statyki i drgan zlozonych struktur lotniczych

Metoda analizy ruchu czastki stalej w pulsujacym strumieniu cieczy

Modelowanie przemian cieplno - przepływowych gazu rzeczywistego

Współczesne zagadnienia nieliniowej mechaniki lotu

Fale w plazmie pylowej przestrzeni kosmicznej

Mixing Enhancement via Longitudinal Vorticity Elements in the Free Shear Layer

Pochodne aerodynamiczne w swietle aerodynamiki niestacjonarnej

Metoda entalpowa w modelowaniu przemian fazowych z konwekcja

Measurement of the structure in a concentrated suspension of non-Brownian spheres, part II

Last improvements in measurement of hydrodynamic interactions, part I

Wyznaczenie sil hydrodynamicznych dla sfer poruszajacych sie w cieczy mikropolarnej w przyblizeniu Stokesa

Przeglad prac prowadzonych w IMP PL:

Numeryczne symulacje dotyczace solitonow trojwymiarowych w plazmie i w hydrodynamice

Mechaniki lancuchow niektorych biopolimerow

Modelowanie plazmy podtrzymywanej laserem

Ultradzwiekowe fale uderzeniowe w rozbijaniu kamieni nerkowych

Computational modelling of injection mould filling with a new treatment of free surfaces

Shock acceleration of energetic ions in heliosphere

Physical and modelling aspects of the influence of adverse pressure gradient on incompressible turbulent boundary layers

Badanie chaosu w procesie spawania laserowego

Studium wrzenia pecherzykowego na metalicznych powierzchniach porowatych

Hydrodynamiczne modelowanie zderzenia cial

Eksperymentalne i numeryczne badania procesu tworzenie sie lodu w obecnosci konwekcji swobodnej

Propagacja silnych impulsow ultradzwiekowych w plynach nieidealnych

Wplyw temperatury na efektywne wlasnosci kompozytow

Asymptotyczna analiza opadania kulki w naczyniu stozkowym wypelnionym ciecza o duzej lepkosci

Przeplyw Stokes'a przez regularny uklad pretow cylindrycznych

Fale uderzeniowe w osrodkach typu van der Waalsa

Zagadnienia brzegowo-poczatkowe w liniowej i nieliniowej hiperbolicznej termosprezystosci

Particle-wall interactions: individual and collective effects

Badania eksperymentalne i modelowanie turbulentnego przeplywu mieszanin ciecz-czastki stale

Badania wplywu warunkow eksperymentalnych na emisje strumieni plazmowo-jonowych w ukladach typu RPI

Numeryczna analiza topnienia z uwzglednieniem konwekcji naturalnej

Acoustic streaming - przeplyw wywolany polem akustycznym

Jak filtruje wode 600mln ton kryla w Antarktyce ?

Istnienie i stabilnosc rozwiazan rownowagowych dla przeplywow cieczy lepkiej scisliwej samograwitujacej w obszarze ograniczonym swobodna powierzchnia.

On the construction of the Poisson brackets in the polymomentum formulation in field theory

Hydrodynamika dla kwantowego rownania Boltzmana

Heat transfer in two phase flow

Experimental study of hydrodynamic interactions between spheres or a spherical particle and walls

Egzotyczne granice hydrodynamiczne

O pewnych statystycznych wlasnosciach przeplywow turbulentnych za przeszkodami

Oscillation in Laminar Diffusion Spray Flame

Nieliniowy model mechaniki lancucha DNA

Ogniskowanie cylindrycznej fali uderzeniowej - modelowanie metoda Monte-Carlo

Dekompozycja obszaru i metody kompaktowe w Obliczeniowej Mechanice Plynow