Iskanje po katalogu digitalne knjižnice

Opis: Preko dihanja, oralnega vnosa in drgnjenja ob kožo, smo vsakodnevno izpostavljeni inherentno toksičnim delcem nanometrskih velikosti (nanodelcem). Nanodelci v zraku so še posebej problematični, ker se jim težko izognemo in povzročajo dolgoročne posledice, kot so na primer srčno-žilne bolezni, vnetja, pljučni rak in poškodbe možganov. Za uspešno regulacijo nanodelcev je torej ključna pravilna določitev njihove toksičnosti. Toksičnost v nanotoksikologiji je definirana kot kumulativna doza, dostavljena v sistem, pri kateri še lahko opazimo neželene stranske učinke. Trenutno je najpogosteje v uporabi definicija doze, opredeljena kot razmerje med celotno površino nanodelcev, dostavljenih v sistem, in celotno pričakovano površino tkiva oz. celic. Ta pa ne upošteva lokalnih interakcij in razporeditve doze, ki ključno vplivajo na določitev dejanskega učinka doze na opazovani sistem. Trenutni standard določitve doznega odziva in toksičnosti nanodelcev so tedne trajajoči poskusi na živalih. Kot hitrejša in cenejša alternativa so bili razviti preprosti in napredni modeli in vitro, osnovani na celičnih linijah, ki pa večinoma ne vsebujejo zelo pomembnega gradnika pljuč, pljučnega surfaktanta. Pri razvoju definicije doze smo uporabili preprost model, sestavljen iz celic pljučnega epitelija, pljučnega surfaktanta in cevk iz titanovega dioksida. Stanje pri vdihu nanodelcev smo posnemali tako, da smo na celice najprej napršili pljučni surfaktant in nato nanodelce. V ta namen smo razvili inkubator, v katerem smo lahko surfaktant in nanodelce na sistem in vitro napršili v fizioloških pogojih direktno na mikroskopu z visoko ločljivostjo in hkrati zajemali slike takoj od napršitve nanodelcev vse do nekaj dni po napršitvi. Z izpostavitvijo celic več nanodelcem smo pokazali, da trenutna definicija doze nezadostno opiše dejanski učinek doze v biološkem sistemu. Nezadostno definicijo smo nadgradili z uvedbo interakcijske površine in interakcijske doze, ki sta direktno upoštevali interakcije med površino membrane in nanodelcev. Nov koncept nam je omogočil, da smo dozo ovrednotili in vizualizirali v vsaki slikovni piki slike. Z dvema novo definiranima parametroma, povprečno interakcijsko dozo in povprečno lokalno interakcijsko dozo, smo poleg lokalnih interakcij med nanodelci in membrano upoštevali še neenakomernost porazdelitve doze ter s tem mnogo bolje ocenili njeno porazdelitev v sistemu. S spremljanjem časovnega razvoja povprečne lokalne interakcijske doze smo potrdili, da biološki sistem modulira dozo že brez dodanega surfaktanta. Z analizo histogramov interakcijske doze v poskusih s surfaktantom in brez njega smo ovrednotili vpliv surfaktanta na modulacijo doze. Ugotovili smo, da v prisotnosti surfaktanta faza karantenizacije in raztapljanja nastopi hitreje, sledi ji pa nova faza raztapljanja, ki je brez surfaktanta ni in omogoča prerazporejanje doze v prostoru in času. Sledenje surfaktantskim proteinom, nanodelcem in lipidom hkrati je bilo mogoče z razvitim trikanalnim slikanjem, osnovanim na zajemu življenjskega časa fluorescence. Iz sledenja vsem trem komponentam smo določili: 1) da se hidrofobni surfaktantski proteini kepijo skupaj s cevkami titanovega dioksida, 2) da nanocevke vdrejo globlje od fiziološke debeline surfaktanta v nekaj sekundah in 3) da se v surfaktantu pojavijo prehodne luknje, ki omogočajo neoplaščenim nanodelcem prehod čez pljučni surfaktant. Trikanalno slikanje celic, nam je na koncu omogočilo prepoznati, da je doza nanodelcev odvisna od lokalne okolice, kot je meja med celičnim jedrom in plazemsko membrano, in od prisotnosti biomolekul v tem okolju. To je vodilo v razvoj novega koncepta vektorske doze nanodelcev, ki je odvisna od v sistemu prisotnih biomolekul. Novi koncept je pripraven za odkrivanje mehanizmov toksičnosti in njihove propagacije po sistemu, kar bi lahko vodilo do boljšega razumevanja ključnih molekularnih dogodkov, ki so osnova za uspešno napovedno toksikologijo, ki ni osnovana na poskusih na živalih.
Ključne besede: toksikologija, nanotoksikologija, doza, lokalna doza, površinska doza, interakcijska doza, lokalna interakcijska doza, fluorescenca, fluorescentna mikroskopija, mikroskopija s stimulirano emisijo, mikroskopija z visoko ločljivostjo, pljučni surfaktant, SP-B, SP-C, proteini pljučnega surfaktanta, nanocevke titanovega dioksida, nanodelci, model in vitro, nano-bio interakcije, analiza slik
Objavljeno v DKUM: 17.04.2023; Ogledov: 86; Prenosov: 12
Celotno besedilo (35,59 MB)

Opis: Magnetoencefalografija (MEG) je neinvazivna tehnika v nevroznanosti, ki na podlagi merjenja magnetnega polja v bližini glave določa aktivnost v možganih. Glavna pomanjkljivost standardnega sistema MEG je uporaba tekočega helija za hlajenje superprevodnih magnetometrov SQUID. V zadnjem desetletju so se na trgu pojavili komercialni optični magnetometri (OPM), ki imajo nekoliko manjšo občutljivost kot magnetometri SQUID, vendar ne potrebujejo hlajenja in so prav tako primerni za meritve magnetnega polja v MEG. Ker ta nova generacija senzorjev deluje pri temperaturah bližje sobni temperaturi, jih lahko postavimo bližje glavi. Dosedanje teoretične raziskave kažejo, da ta premik znatno poveča razmerje signal-šum (SNR), zaradi česar pričakujemo večjo prostorsko ločljivost določanja aktivnosti v možganih. Trenutni sistemi MEG s senzorji OPM še niso tako razviti kot standardni sistemi SQUID. Pri meritvah smo pogosto omejeni z manjšim številom senzorjev, senzorji potrebujejo boljšo magnetno zaščito ter imajo malenkost slabši SNR kot senzorji SQUID. V našem delu smo preverili zmogljivost in uporabnost novejšega sistema OPM-MEG v primerjavi s sistemom SQUID-MEG. Z obema smo izvedli meritve zvočne stimulacije na osmih osebah. Pokazali smo, da je dvoslojna magnetno zaščitena soba z aktivno zaščito primerna za meritve z novimi senzorji OPM. Za značilni slušni odziv M100 smo rešili inverzni problem, tako da smo prilagodili tokovni dipol. Lokaciji in amplitudi prilagojenih tokovnih dipolov sta podobni za oba sistema. Primerjava dveh različnih sistemov ni preprosta. V našem delu predstavimo metodo, s katero lahko transformiramo in primerjamo podatke med različnimi sistemi MEG. Metoda najprej rekonstruira izvor za en sistem MEG in nato z uporabo direktnega modela izračuna magnetna polja na drugem sistemu MEG. Na primeru meritev zvočne stimulacije ter računalniških simulacij smo preverili, kako različne metode rekonstrukcije ter različne komponente senzorjev OPM vplivajo na rezultate transformacije. Ugotovili smo, da so napake transformacij primerljive med sistemoma, kljub temu da imamo v sistemu OPM-MEG na voljo manj senzorjev kot v sistemu SQUID-MEG. Nekateri komercialni senzorji OPM omogočajo, da lahko hkrati merimo z več ortogonalnimi komponentami. Naredili smo numerično simulacijo za realne geometrije osmih oseb, kjer smo simulirali naključne izvore znotraj korteksa. Simuliranim magnetnim poljem smo dodali dve vrsti šuma: šum spontane možganske aktivnosti ter šum okolice. Preverili smo uspešnost različnih komponent sistemov OPM-MEG in SQUID-MEG, tako da smo za zašumljene podatke rešili inverzni problem (prilagajanje tokovnega dipola). Pokazali smo, da ima normalna komponenta pri obeh sistemih MEG največjo vrednost magnetnega polja in posledično tudi najmanjšo lokalizacijsko napako. Uporaba več ortogonalnih komponent senzorjev OPM je smiselna le, kadar imamo majhno število senzorjev. Trenutne cene komercialnih senzorjev OPM znašajo približno nekaj tisoč evrov na senzor. Če želimo podobno kot pri sistemih SQUID-MEG pokriti celotno območje lasišča, potrebujemo vsaj 50 merilnikov OPM, kar zahteva precejšnji finančni vložek. Sistemi OPM-MEG zato v večini laboratorijev ne dosežejo popolne pokritosti. V tej nalogi uporabimo metodo, ki na podlagi velike baze meritev s statistično primerjavo določi optimalno postavitev senzorjev. Pokažemo, da lahko z optimalno postavitvijo omejenega števila (15) merilnikov OPM bolje rekonstruiramo možgansko aktivnost v primerjavi z naključno postavitvijo.
Ključne besede: magnetoencefalografija, optični magnetometri, biomagnetizem, funkcionalno nevroslikanje
Objavljeno v DKUM: 02.02.2023; Ogledov: 190; Prenosov: 38
Celotno besedilo (8,29 MB)

Opis: V nižinskem delu SV Slovenije prevladuje intenzivna kmetijska krajina. Znotraj nje so gozdni fragmenti različnih velikosti, ki imajo pomembno vlogo pri ohranjanju lokalne bidoverzitete, vendar njihovo funkcijo ogrožajo (invazivne) tujerodne vrste (ITV). V raziskavo smo vključili 48 gozdnih fragmentov na Dravskem in Apaškem polju s površino od 0,1 do 260 ha. Predstavljeno problematiko obravnavamo s treh vidikov, ki nam pomagajo razumeti dovzetnost nižinskih gozdnih fragmentov za invazije tujerodnih vrst rastlin (TVR). V prvem delu raziskave smo ocenili invadiranost fragmentov s prevladujočim hrastovo-gabrovim gozdom (Erythronio-Carpinion) ter raziskali tri glavne skupine ekoloških dejavnikov, ki vplivajo na invadiranost fragmentov: konfiguracija, abiotske značilnosti in človekove aktivnosti. Največji vpliv na vrstno bogastvo TVR v gozdnih fragmentih je imela konfiguracija fragmenta, in sicer njegova velikost in prisotnost urbanih površin v njegovi okolici. Raziskali smo različne tipe gozdnih robov glede na vertikalno strukturo vegetacije, sosednjo rabo tal in lego ter skušali oceniti njihov vpliv na prisotnost in sestavo TVR na gozdnih robovih. Struktura vegetacije gozdnega roba ni vplivala na število TVR na robu ali v notranjosti gozdov. Največje število TVR je bilo na južnih robovih in robovih, ki so mejili na naselja ali vodotoke. Število in delež TVR/ITVR ni naraščal linearno z večanjem fragmentacije, ampak se nakazuje kompleksnejši vzorec. V drugem delu naloge smo izhajali iz predpostavke, da je rob je mejni habitat gozdnega fragmenta, ki je podvržen vdoru tujerodnih vrst, kar smo potrdili v prvem delu naloge. Na nitrofilnih gozdnih robovih sta pogosti vrsti tujerodni indijski jagodnjak (Duchesnea indica) in njemu ekološko podobna avtohtona bršljanasta grenkuljica (Glechoma hederacea). Obe vrsti rasteta na odprtih rastiščih kot so travišča in ruderalna rastišča, na gozdnih robovih in v gozdni podrasti. Raziskali smo vpliv okoljskih dejavnikov na fiziološko-ekološke značilnosti obeh vrst. Najbolj variabilne lastnosti pri obeh so povezane s spolnim reproduktivnim potencialom, medtem ko je bila najmanj variabilna vsebnost suhe snovi. Bršljanasta grenkuljica na svetlih rastiščih vlaga energijo v spolni reproduktivni potencial, medtem ko rastline zasenčenih rastišč skoraj ne razvijejo cvetov in semen, vegetativna razrast pa je ojačana. Indijski jagodnjak za razliko od bršljanaste grenkuljice obilno cveti in semeni v vseh habitatih, vendar je že med rastlinami istega habitata prisotna velika variabilnost. Fenotipska plastičnost omogoča bršljanasti grenkuljici in indijskemu jagodnjaku prilagoditev na različne okoljske pogoje vključujoč različne antropogene motnje. Posledično obe vrsti izkazujeta dokaj konstanten fitnes vzdolž okoljskega gradienta in lahko uspevata v kontrastnih habitatih. Vrste s takšnimi značilnostmi so predprilagojene na nova okolja in se lahko hitro naturalizirajo. V tretjem delu naloge smo se osredotočili na problematiko odlaganja vrtnih odpadkov v gozdove. Tekom terenskega dela smo v 30% gozdnih fragmentov opazili vrtne odpadke, kjer smo pogosto našli več TVR kakor v fragmentih brez odpadkov. Z intervjuvanjem javnosti smo ocenili, da vsaj občasno odlaga vrtni odpad v gozdove 12% lastnikov vrtov. Večina lastnikov vrtov, ki odlaga vrtne odpadke v gozdove, meni, da s tem ne spodbujajo invazij TVR. Rezulati kažejo, da je potrebno ozaveščanje tarčnih skupin javnosti (lastniki vrtov z okrasnimi rastlinami) o problematiki (invazivnih) tujerodnih organizmov. S poznavanjem demografske strukture lastnikov vrtov, ki odlagajo vrtne odpadke v gozdove, smo pridobili podatke, s katerimi bi lahko učinkoviteje ozaveščali tarčne skupine javnosti.
Ključne besede: mejni habitat, konfiguracija fragmenta, invazivni potencial, fenotipska plastičnost, okrasne rastline, vrtni odpadki
Objavljeno v DKUM: 12.12.2022; Ogledov: 256; Prenosov: 43
Celotno besedilo (8,03 MB)

Opis: Doktorska disertacija obravnava koncepta množice vozlišč v splošni legi v grafih in l-razdaljno-uravnoteženost grafov. Oba koncepta sta bila v tej obliki vpeljana nedavno, splošna lega leta 2018 v članku avtorjev Manuela in Klavžarja, l-razdaljna uravnoteženost pa v doktorski diseratciji Freliha leta 2014. V disertaciji so predstavljeni novi rezultati, ki so večinoma povezani z različnimi grafovskimi produkti. Dokazana je točna vrednost gp-števila v kartezičnem produktu poljubnega števila poti, natančneje, da velja $\gp(P^{\cp,n}) = 2^{2^{n-1}}$. Dokazana je točna vrednost gp-števila v produktu poti in cikla in produkta dveh ciklov. Dokazana je tudi točna vrednost gp-števila v nekaterih Kneserjevih grafih. V razdelku, ki se ukvarja z l-razdaljno-uravnoteženostjo, je pokazan pogoj, kdaj je leksikografski produkt grafov $G[H]$ $\ell$-razdaljno-uravnotežen za poljuben $\ell \in \{3,\ldots,\diam(G)\}$. Prav tako je dokazano, kdaj je $\ell$-razdaljno-uravnotežen korona produkt. Določimo pa tudi pogoj, kdaj je $\ell$-razdaljno uravnotežen kartezični produkt $G\cp K_n.$
Ključne besede: teorija grafov, množica vozlišč v splošni legi, gp-število, grafovski produkti, poti, cikli, razdaljno-uravnoteženi grafi, l-razdaljno-uravnoteženi grafi
Objavljeno v DKUM: 07.10.2022; Ogledov: 295; Prenosov: 34
Celotno besedilo (965,92 KB)

Opis: Kaotični sistemi so kompleksni oscilirajoči sistemi z značilno nelinearno dinamiko. Slednje vodi do otežene obravnave, zaradi česar se kaotični sistemi ne vključujejo v pouk fizike na sekundarni ravni izobraževanja. Osnovni cilj doktorske disertacije je razvoj učnega pripomočka za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike na programu splošne gimnazije. Na podlagi pregleda literature sklenem, da nezadostno matematično znanje dijakov vodi v poenostavljanje opisa dinamike sistemov, včasih tudi do mere, ko rezultati modela več niso primerljivi z realnim stanjem. Posledično so obravnavani primeri pogosto neavtentični, učenje fizike pa osredotočeno na uporabo formul. V teoretičnem delu predstavim matematično modeliranje oscilirajočih sistemov, pri čemer se osredotočim na dvodimenzionalne linearne in nelinearne dinamične sisteme. S stabilnostno analizo pokažem, da so za nastanek oscilacij potrebni dvodimenzionalni sistemi in predstavim, da za prisotnost determinističnega kaosa, sistem mora biti večdimenzionalen, nelinearen in oscilirajoč. Na primerih kaotičnih sistemov v naravi in družbi predstavim nekatere značilnosti kaosa kot je občutljivost na začetne pogoje. Podrobneje predstavim dve metodi za prepoznavanje determinističnega kaosa in sicer metodo izračuna največjega Lyapunovega eksponenta ter vizualizacijsko metodo grafa ponovitev. Nato se osredotočim na akustične sisteme, natančneje na vibrirajoče strune. Na primeru posnetka zvoka tona in akorda A zaigranega na kitari, prikažem časovno vrsto tlačnih sprememb. Za časovno vrsta akorda A se nam na prvi pogled zdi, da ustreza kaotičnemu sistemu, zato to preverimo z metodami za prepoznavo kaotičnega obnašanja. Metoda največjega Lyapunovega eksponenta napačno nakazuje, da gre za kaotičen sistem. To potrdim z uporabo vizualizacijske metode grafa ponovitev za ton in za akord A, ki potrdi, da opazovana dinamika ni kaotična. Teoretični del doktorske disertacije se zaključi z razvojem učnega pripomočka za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike. V ta namen pregledam obravnavo oscilirajočih sistemov pri fiziki in se seznanim z matematičnimi omejitvami obravnave fizikalnih modelov. Študije so že pokazale prednost vpeljave blokovnih shem za razumevanje dinamike sistemov. Z blokovnimi shemami prikažem vzročno posledične relacije med količinami in vizualiziramo, kako količine vplivajo ena na drugo. Na blokovnih shemam temeljijo tudi grafično orientirani računalniški programi. Na podlagi zbranih informacij razvijem učni pripomoček za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike. Učni pripomoček obsega 20 strani dolg učni list s 6. poglavji in 4 videoposnetke z razlago. Učni pripomoček prilagodim v luči omejevanja fizičnih stikov in sicer tako, da je primeren za poučevanje na daljavo, saj omogoča samostojno delo dijaka. Za oceno učinkovitosti razvitega učnega pripomočka izvedem empirično raziskavo, v katero je vključenih 7 srednjih šol, 7 učiteljev fizike in 243 dijakov. Učiteljem fizike posredujem učno gradivo, ki obsega učni pripomoček, inicialni in finalni test znanja za dijake ter lestvico stališč, s katero zbiramo mnenja učiteljev o učnem pripomočku. Z inicialnim testom znanja pridobivam informacije o trenutnem razumevanju dinamike sistemov ter prepoznavanja oscilirajočih in kaotičnih sistemov z namenom dopolniti učni pripomoček. Finalni test znanja je namenjen oceni učinkovitosti učnega pripomočka z vidika pridobljenega znanja dijaka. Preverim, v kolikšni meri dijak po uporabi učnega pripomočka razume dinamiko sistemov in fazne prostore ter v kolikšni meri se izboljša prepoznava oscilirajočih in kaotičnih sistemov iz grafičnih prikazov. Z analizo rezultatov finalnega testa potrdim, da se je razumevanje dijakov izboljšalo. Dodatno lahko na podlagi pregleda lestvice stališč potrdim, da je v učnem pripomočku obravnavana tematika zanima, aktualna, a zahtevna. Ocenjujem, da je razvit učni pripomoček učinkovit in primeren za vpeljavo kaotičnih sistemov v pouk fizike na programu splošna gimnazija.
Ključne besede: kaotični sistemi, oscilirajoči sistemi, akustični sistemi, fizika, splošna gimnazija, srednja šola, poučevanje fizike, kaos, časovne vrste, učni pripomoček
Objavljeno v DKUM: 11.07.2022; Ogledov: 400; Prenosov: 34
Celotno besedilo (5,76 MB)