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New perspectives in the theoretical study of quantum batteries
No full textThis PhD thesis addresses some of the most timely open problems in the field of quantum batteries based on realistic models of superconducting circuits.
Here, both classical and quantum chargers are considered to provide effective ways to store energy inside the quantum battery.
One important result is obtained studying the effects of quantum energy fluctuations on the energy storage when the charger consists of a classical external field. In this specific case it is demonstrated the advantages in using a time dependent field compared to a static one, with the possibility of achieving a full charging of the quantum battery and corresponding null fluctuations. Remarkably, this model has been implemented in the IBM quantum machine.
The second original result concerns the average charging power of a Dicke quantum battery, where the charger is described by a photonic cavity, including both single-photon and two-photon interactions. Interestingly, these last processes, which were not considered before in the quantum battery literature, may lead to an improvement of the average charging power with respect to the single-photon interaction.
Finally, the important issue of energy transfer processes is analyzed, both on- and off-resonance. The typical direct energy transfer is compared with the innovative cavity-mediated scenario, which allows to improve the performances of the energy transfer process off-resonance adding more and more photons inside the cavity
Ultrafast charging in a two-photon Dicke quantum battery
No full textWe consider a collection of two level systems, such as qubits, embedded into a microwave cavity as a promising candidate for the realization of high power quantum batteries. In this perspective, the possibility to design devices where the conventional single-photon coupling is suppressed and the dominant interaction is mediated by two-photon processes is investigated, opening the way to an even further enhancement of the charging performance. By solving a Dicke model with both single- and two-photon coupling we determine the range of parameters where the latter unconventional interaction dominates the dynamics of the system leading to better performances both in the charging times and average charging power of the QB compared to the single-photon case. In addition, the scaling of the maximum stored energy, fluctuations and charging power with the finite number of qubits N is inspected. While the energy and fluctuations scale linearly with N, the quadratic growth of the average power leads to a relevant improvement of the charging performance of quantum batteries based on this scheme with respect to the purely single-photon coupling case. Moreover, it is shown that the charging process is progressively faster by increasing the coupling from the weak to the ultra-strong regime
Analytically Solvable Model for Qubit-Mediated Energy Transfer between Quantum Batteries
No full textThe coherent energy transfer between two identical two-level systems is investigated. Here, the first quantum system plays the role of a charger, while the second can be seen as a quantum battery. Firstly, a direct energy transfer between the two objects is considered and then compared to a transfer mediated by an additional intermediate two-level system. In this latter case, it is possible to distinguish between a two-step process, where the energy is firstly transferred from the charger to the mediator and only after from the mediator to the battery, and a single-step in which the two transfers occurs simultaneously. The differences between these configurations are discussed in the framework of an analytically solvable model completing what recently discussed in literature
Isolamento e elucidação estrutural de compostos polares de Lippia alba (Miller) N. E. Brown Ex Britt. & Wils.
No full textDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Farmácia.Estudos etnobotânicos têm demonstrado que a espécie Lippia alba (Miller) N. E. Brown Ex Britt. & Wils, família Verbenaceae, é uma das plantas mais utilizadas no Brasil, principalmente na forma de infuso. Popularmente, esta planta é conhecida como melissa, erva cidreira, erva cidreira de arbusto, entre outros. Na medicina popular é utilizada em problemas digestivos e como calmante. Esta dissertação dá sequência a uma série de trabalhos realizados anteriormente com L. alba, visando isolar e identificar substâncias oriundas da fração n-butanólica, para a qual foram relatadas atividades sedativa e anticonvulsivante. Assim, o objetivo deste trabalho é dar continuidade ao isolamento de saponinas, rever a elucidação estrutural da saponina LA3 realizada por Correa (2005), elucidar a estrutura da substância LA4. Partindo-se de um extrato hidroalcoólico das folhas do material vegetal, seguido de partição com solventes de polaridade crescente, utilizou-se a fração n-butanólica para o estudo. Após purificação das subfrações, foi possível isolar as substâncias: verbascosídeo, LA3, LA4 e uma pró-sapogenina. O verbascosídeo e a substância LA3 foram caracterizados por CCD e/ou UV. A pró-sapogenina foi obtida a partir da fração n-butanólica, submetida à cromatografia em coluna hidrostática, cromatografia líquida de alta eficiência e, finalmente, a uma hidrólise alcalina. A pró-sapogenina foi identificada como o ácido 3-O-ß-D-glicopiranosil-16a,23-diidroxi-olean-12-en-28-óico por meio de espectrometria de RMN mono e bidimensionais, além de uma hidrólise ácida. A substância LA4 foi obtida por meio de uma seqüêcia de cromatografias em colunas hidrostáticas e foi identificada como o éster glicosídico 28-O-a-L-ramnopiranosil-(1?3)-ß-D-xilopiranosil-(1?4)-a-L-ramnopiranosil-(1?3)-a-L-arabinopiranosídeo do ácido 3-O-ß-D-glicopiranosil-16-a,23-diidróxi-olean-12-en-28-óico. A estrutura da saponina LA4 foi elucidada por RMN mono e bidimensionais e espectrometria de massas. Desta forma, a espécie L. alba se mostrou fonte de glicosídeos, sobre as quais há poucos trabalhos na literatura, além de derivados do ácido caféico, tipo verbascosídeo. Ethnopharmacological studies have demonstrated that Lippia alba (Miller) N. E. Brown Ex Britt. & Wils, Verbenaceae, is one of the most widely utilized plants in Brazil, mainly in infusion form. In folk medicine it is used in the treatment of digestive disorders and as a calmant. This dissertation seeks to continue a series of experiments previously conducted with L. alba, and aims to isolate and identify substances deriving from the n-butanolic fraction, to which sedative and anticonvulsivant activities were related. Therefore, the objects of this work are: to continue to isolate L. alba saponins, to check the structural elucidation of saponin LA3 done by Correa (2005), and to elucidate the structure of the LA4 saponin. Starting with the hydroalcoholic extract from the leaves of the vegetal material, followed by partition with a higher polarity solvent, the n-butanolic fraction was used for the study. After the purification of the subfractions, the substances verbascoside, LA3, LA4 and a prosapogenin were isolated. Verbascoside and the substance LA3 were characterized via thin layer chromatography (TLC) and/or ultraviolet (UV) spectroscopy. The prosapogenin was obtained by the submission of the n-butanolic fraction to a hydrostatic chromatography column, then to high-performance liquid chromatography (HPLC) and finally to alkaline hydrolysis. The prosapogenin was identified as the 3-O-ß-D-glucopyranosyl-16a,23-dihydroxy-olean-12-en-28-oic acid and was elucidated by mono- and bidimensional nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, together with acid hydrolysis. The LA4 saponin was obtained by a sequence of hydrostatic chromatographic columns and was identified as 3-O-ß-D-glucopyranosyl-28-O-(a-L-rhamnopyranosyl-(1?3)-ß-D-xylopyranosyl-(1?4)-a-L-rhamnopyranosyl-(1?3)-a-L-arabinopyranosyl)-16a,23-dihydroxy-olean-12-en-28-oic acid. Its structural elucidation was carried out by mono- and bidimensional NMR and mass spectrometry. Thus, the L. alba species is a source of glycosides and also of caffeic acid verbascoside-type derivatives
Estudo fitoquímico da fração n-butanólica de Lippia Alba (Mill.) N. E. Br.
No full textDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Farmácia, Florianópolis, 2005.Lippia alba é uma espécie medicinal que ocorre em todas as regiões do Brasil. Caracteriza-se pela sua ampla utilização na medicina popular, sendo utilizada, sobretudo, como tranquilizante. Trata-se de uma espécie que requer estudos científicos sobre isolamento e identificação de seus constituintes. Em estudos anteriores, a fração n-butanólica, obtida por partição do extrato hidroetanólico apresentou efeitos sedativo e anticonvulsivante. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi o estudo desta mesma fração, buscando o isolamento e a identificação de seus constituintes químicos, o acompanhamento sazonal qualitativo destas substâncias e a realização de ensaios farmacológicos (verificação da temperatura corporal e da atividade hipno-sedativa, através da indução com pentobarbital e com éter etílico). Assim, partindo-se de um extrato hidroalcoólico das folhas do material vegetal, seguido de partição com solventes de polaridade crescente, obteve-se a fração n-butanólica. Após purificação das subfrações, foi possível isolar as substâncias LA-1 (verbascosideo), LA-2, LA-3 (ácido 3 , 16 , 23 trihidroxiolean-12-en-28-óico bidesmosídico) e LA-4. Para a substância LA-2 estão sendo aguardados os espectros de RMN para sua elucidação estrutural; para a substância LA-4 deve-se primeiramente purificá-la por CLAE para que seja então igualmente elucidada. Em relação aos testes farmacológicos, não é possível afirmar que a fração n-butanólica apresenta atividade hipno-sedativa, uma vez que prolongou o tempo de sono induzido por barbitúrico (na dose de 300 mg/kg, no tempo de 1 h, v. o.) mas não potencializou o sono induzido por éter, na mesma dose e tempo anteriores; não alterou significativamente a latência do sono, inclusive no grupo diazepam; reduziu a temperatura corporal nas doses de 100 e 300 mg/kg significativamente nos tempos de 1 e 2 h, mas não é possível afirmar que seja devido a um mecanismo de ação central. Dessa forma, constatou-se que L. alba é uma espécie promissora para a obtenção de metabólitos secundários. Os constituintes químicos analisados neste trabalho puderam ser encontrados na espécie em todas as coletas realizadas, não havendo variação sazonal qualitativa. Sugere-se que estudos posteriores realizem pesquisas mais aprofundadas em relação às atividades farmacológicas da fração n-butanólica, bem como de seus constituintes químicos isolados e do infuso. Além disso, devem ser elucidadas as estruturas ainda não identificadas.Lippia alba is a medicinal plant wich is find in all regions of Brazil. This especie is largely used in the folk medicine, especially as a tranquilizer. It needs cientific studies about isolation and identification of its constituents. In previous studies, the n-butanolic fraction, obtained from a hidroalcoolic extract showed sedative and anticonvulsant effects. The objective of this work was the study of the same fraction, searching the isolation and identification from its chemical constituents, the qualitative seasonal accompaniment of this substances and the achievement from pharmacological experiments (verification of the body temperature and sedative activity, through the induction with pentobarbital and ether). Thus, from a hidroalcoolic extract of the leaves from the vegetable material, followed by partition with solvents of increasing polarity, the n-butanolic fraction was obtained. After purification of subfractions, was possible to isolate the substances LA-1 (verbascoside), LA-2, LA-3 (3 , 16 , 23 trihydroxiolean-12-en-28 oic acid bidesmosidic) and LA-4. To the elucidation of the substance LA-2, is necessary wait for the NMR spectrum; to the substance LA-4, is necessary the purification from CLAE to its elucidation. About the pharmacological trials, it is no possible to assure that the n-butanolic fraction shows sedative activity; it increased the barbiturate sleeping time (300 mg/ Kg body wt., 1 h after the treatment v.o.) but not increased the ether sleeping time, at the same previously dose and time; not modified significative the latency of the sleep, including the control group; decreased the body temperature (100 and 300 mg/ Kg wt., 1 and 2 h after the treatment v.o.) but it is no possible to say that is because a central effect. In that way, L. alba is shown as a viable source of potentially active secondary metabolites. The chemical constituents analysed in this work could be find in all assessments, so there is no qualitative seasonal variation. Posterior studies could achieve more researches about the pharmacological activities from the n-butanolic fraction and from its chemical constituents isolated and from the infusion. Furthermore, could elucidate the structures not yet identified
Boosting energy transfer between quantum devices through spectrum engineering in the dissipative ultrastrong coupling regime
No full textThe coherent energy transfer between two quantum devices (a quantum charger
and a quantum battery) mediated by a photonic cavity is investigated, in
presence of dissipative environments, with particular focus on the the
ultrastrong coupling regime. Here, very short transfer times and high charging
power can be achieved in comparison with the usually addressed weak coupling
case. Such phenomenology is further magnified by the presence of level
crossings appearing in the energy spectrum and which reveal very robust against
dissipative environmental effects. Moreover, by carefully control the physical
parameters of the model, e.g. the matter-radiation coupling and the frequencies
of the system, it is possible to tune these crossings making this device more
flexible and experimentally feasible. Finally to broaden our analysis, we
assume the possibility of choosing between a Fock and a coherent initial state
of the cavity, with the latter showing better energetic performances.Comment: 13 pages, 11 figure
Enhancing coherent energy transfer between quantum devices via a mediator
No full textWe investigate the coherent energy transfer between two quantum systems
mediated by a quantum bus. In particular, we consider the energy transfer
process between two qubits, and how it can be influenced by using a third qubit
or photons in a resonant cavity as mediators. Inspecting different figures of
merit and considering both on and off-resonance configurations, we characterize
the energy transfer performances. We show that, while the qubit-mediated
transfer shows no advantages with respect to a direct coupling case, the
cavity-mediated one is progressively more and more efficient as function of the
number of photons stored in the cavity that acts as a quantum bus. The
speeding-up of the energy transfer time, due to a quantum mediator paves the
way for new architecture designs in quantum technologies and energy based
quantum logics.Comment: 19 pages, 11 figure
Aislamiento y caracterización química de la alantoína a partir de flores de Cordia alba (Jacq) | Isolation and chemical characterization of allantoin from flowers of Cordia alba (Jacq)
No full textRESUMENA partir de extractos metanólicos de flores de Cordia alba (Plantae: Boraginaceae) se aisló la alantoína en forma cristalina. Esta fue caracterizada estructuralmente mediante análisis de resonancia magnética nuclear uni y bidimensional, difracción de rayos X de cristal único y espectrometría de masas mediante ionización por electronebulización. La existencia de alantoína en C. alba justifica el uso etnobotánico de especies de Cordia como cicatrizante en la medicina folclórica. Además, esto demuestra que la alantoína es un posible marcador quimiotaxonómico en este género vegetal.Palabras clave: Cordianina, marcador quimiotaxonómico, estructura cristalina.ABSTRACTFrom methanolic extracts of flowers of Cordia alba (Plantae: Boraginaceae), allantoin was isolated in crystalline form. It was structurally characterized by analysis of uni- and two-dimensional nuclear magnetic resonance, single crystal X-ray diffraction and mass spectrometry using electrospray ionization. The existence of allantoin in C. alba justifies the ethnobotanical use of Cordia species as a healing agent in folk medicine. Results shows that allantoin is a possible chemotaxonomic marker in this vegetable genus.Key words: Cordianine, chemotaxonomic scoreboard, crystal structure
Etichette Front-of-Pack e nuovi trend di consumo
No full textNegli ultimi anni, mentre la domanda dei consumatori diventava sempre più consapevole e sensibile ai temi della sostenibilità e della responsabilità sociale, inclusa l’attenzione alla propria salute, cresceva
l’interesse di istituzioni, autorità pubbliche e imprese verso sistemi di
comunicazione idonei a semplificare i processi di scelta dei consumatori, favorendo sia la loro consapevolezza sia la preferenza per la
propria offerta. La crescente attenzione verso la salute individuale e collettiva si è
tradotta così in nuovi trend di consumo, in particolare nel food and beverage. Trend su cui ha giocato un ruolo anche l’introduzione e la diffusione pervasiva delle etichette “Front-of-Pack” (FoP), che riportano
informazioni nutrizionali sulla parte frontale delle confezioni e, se ben
gestite, rappresentano un’opportunità in più per essere preferiti nei
processi di scelt
Correlazione tra saggi osteogenici ex vivo ed in vivo nel controllo di qualità di cellule staminali mesenchimali da midollo osseo “cGMP grade” destinate ad uso clinico
No full textTra i diversi approcci di medicina rigenerativa, c’è un crescente interesse riguardo all’utilizzo di cellule staminali mesenchimali (CSM) umane autologhe per aumentare la riparazione del tessuto osseo. Facendo parte di un consorzio europeo per la rigenerazione ossea, ci siamo occupati di valutare il potenziale osteogenico di cellule primarie di midollo osseo (MO) umano, isolate ed espanse in vitro secondo criteri “current grade manufacturing procedure” (CSM-MO-cGMP). In tale contesto, il nostro fine è stato quello di standardizzare un approccio funzionale che fosse rapido, riproducibile e facilmente applicabile.
In letteratura numerosi geni sono stati associati alla cascata delle modificazioni geniche necessarie per il differenziamento osteogenico. Attraverso l’espressione di questi geni nelle CSM differenziate ex vivo raramente si riesce a predire la formazione dell’osso in vivo, ma recenti studi su CSM immortalizzate hanno individuato alcune correlazioni. Il nostro fine era comprendere se tali cambiamenti dell’espressione genica fossero applicabili anche in contesti differenti: (1) utilizzando CSM primarie; (2) impiegando un terreno di coltura addizionato di lisato piastrinico (LP) al posto del siero fetale bovino (SFB) e (3) applicando tali marker genici dopo il differenziamento osteogenico in vitro in 1 settimana anziché in 2.
Sono stati testati 6 campioni di CSM-MO-cGMP indotti in senso osseo per valutare la mineralizzazione della matrice ex vivo. Di questi, quattro campioni sono risultati positivi per la colorazione Alizarin Red S (ALZ) e tre positivi per la colorazione di Von Kossa (VK). Dall’analisi istologica del trapianto in vivo per 6 settimane delle CSM-MO-cGMP in topi immunocompromessi è emerso che in quattro casi si è generata un’area di neoformazione ossea superiore al 15% dell’area totale della sezione. In particolare, il fenotipo della mineralizzazione della matrice ex vivo dopo due settimane di induzione ossea correla con la formazione in vivo di osso solo nel 50% dei campioni. Abbiamo testato un pannello di 12 geni considerati marcatori osteogenetici e dopo una settimana di induzione in vitro in senso osseo, sono stati identificati un gruppo di geni con una variazione statisticamente significativa nei livelli di espressione correlati con la mineralizzazione ex vivo. Non sono state rilevate correlazioni dirette tra l’espressione di singoli geni e la formazione di osso. Tuttavia, considerando l’analisi dei gruppi di 5 geni più espressi, siamo riusciti ad individuare i due donatori di CSM con la minor potenzialità di formare tessuto osseo in vivo, suggerendo il possibile utilizzo di tale approccio a supporto della sperimentazione clinica.Among diverse approaches in translational medicine, there is growing interest in use of autologous mesenchymal stem cells (hMSC) to enhance bone regeneration. Working within a European consortium, we aimed to evaluate the osteogenic potency of primary bone marrow- (BM) hMSC cultures isolated and expanded by clinical grade procedures (cGMP-BM-hMSC). Conforming to this context, we aimed to standardize a functional assay that was rapid, reproducible and readily applicable.
Historically, numerous genes have been associated with the cascade of genetic changes required for osteogenic differentiation. Though expression of these genes in differentiated hMSC ex vivo rarely predict in vivo bone formation, recent studies using immortalized hMSC, have shown some correlations. We wished to explore whether such gene expression changes could also be applicable in different contexts: (1) using primary hMSC; (2) with growth medium supplemented by platelet lysate (PL) instead of fetal bovine serum (FBS) and (3) at 1 week instead of 2 weeks time points.
Testing six cGMP-BM-hMSC samples for osteogenesis by ex vivo cellular matrix mineralization stainings, only four were positive for alizarin Red S (ALZ) and only three for Von Kossa (VK). Four of these donors generated ≥15% new bone area in histological sections from bone formation assays in immunodeficient mice after 6 weeks. Notably, the ex vivo phenotype of matrix mineralization staining at two weeks only correlated well with in vivo bone formation in 50% of the samples. When testing a panel of twelve osteogenic biomarker genes after one week of osteogenic induction, a subset of genes showed statistically significant changes in expression level that correlated with ex vivo mineralization. No direct correlation between expression and bone formation was found for any individual gene. Nonetheless, cluster analyses among five consistently expressed genes distinguished the two donors with least bone forming potential, suggesting this approach may prove helpful for clinical trials
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