Miša Anđelković

• 19 december 2019
  
• Promotoren: François Peeters en Lucian Covaci
• Departement Fysica

Abstract

Natan Blommaerts​

• 18 december 2019
  
• Promotoren: Silvia Lenaerts en Sammy Verbruggen
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

Het gebruik van plasmon-actieve nanodeeltjes heeft de laatste 10 jaar zeer veel interesse gewekt bij onderzoekers in verschillende toepassingsdomeinen zoals fotokatalyse of oppervlakte versterkte Raman spectroscopie. Er is echter een grote limiterende factor bij het gebruik van edelmetaal nanodeeltjes zoals goud en zilver en dat is de stabiliteit. Deze oxideren en aggregeren snel, zeker in oxidatieve omgeving zoals in lucht. Een interessante aanpak om plasmon-actieve nanodeeltjes te stabiliseren, is om ze te omgeven in een schil, met andere woorden om een kern-schil nanodeeltje te vormen.

Er zijn een heel aantal verschillende manieren waarop kern-schil nanodeeltjes gesynthetiseerd kunnen worden. In eerste instantie werden metaal nanodeeltjes omgeven door een (dunne) TiO2 laag. Afhankelijk van de hoeveelheid TiO2 precursor kon de dikte van de laag gecontroleerd worden tot enkele nanometers dik. De stalen werden getest voor de fotokatalytische afbraak van een vaste laag stearinezuur waarbij toevoeging van 2 wt% metaal@TiO2 op P25 leidde tot een significante verbetering in afbraakefficiëntie in vergelijking met zuiver P25.

Een andere manier voor het stabiliseren van metaal nanodeeltjes is door ze te omgeven met een polymeerschil. Op deze manier kon de laagdikte gecontroleerd worden met sub-nanometer controle wat een zeer belangrijke factor is voor de hoeveelheid near-field versterking dat buiten de polymeer schil kan gaan. Een XTT test werd uitgevoerd om te bepalen wat de zuurstofactivatie snelheid was van goud en zilver (en goud-zilver bimetallische) nanodeeltjes, al dan niet omgeven door een (niet-)geleidende polymeer laag. Wanneer de stalen gecoat werden met vier niet-geleidende polymeerlagen zakte de zuurstofactivatie nagenoeg tot nul. Aan de andere kant, als goud nanodeeltjes werden omgeven door een geleidende schil was er nog steeds zuurstofactivatie, hoewel lager dan in het geval van goud zonder laag.
Het laatste deel van deze thesis focuste meer op mogelijke toepassingen in luchtzuivering. In dit werk werd een glazen buis, gecoat aan de binnenkant met (Ag@polymer gemodificeerd) TiO2, als een spiraal rond een UVA lamp gewikkeld. De geoptimaliseerde spiraalreactor werd dan vergeleken met een conventionele cilindervormige fotoreactor, met dezelfde dimensies en totale katalysatorbelading, over een grote range aan experimentele condities. Uit de resultaten bleek dat de spiraalreactor significant betere afbraakefficiënties vertoonde in vergelijking met de conventionele cilindervormige reactor over een grote range aan debieten. Een adsorptiestap in combinatie met de geoptimaliseerde spiraalreactor zou kunnen leiden tot een zeer krachtige luchtzuiveringstechnologie.

Lynn Boen​

• 17 december 2019
  
• Promotor: Karel in 't Hout
• Departement Wiskunde

Abstract

Gunnar Lumbeeck

• 12 december 2019
  
• Promotoren: Dominique Schryvers en Hosni Idrissi
• Departement Fysica

Abstract

Xiayang YAO​

• 10 december 2019
  
• Promotor: Dominique Schryvers

Abstract

Shape memory alloys (SMAs) are fascinating materials that have the ability to remember their original shape under well-defined temperature or stress conditions. One of the unique shape memory effect called two-way shape memory effect (TWSME) enables the alloys having very promising applications such as an artificial anal sphincter. One of the methods to obtain the TWSME is by constrained aging which introduces aligned Ni4Ti3 precipitates in the alloy. During constrained aging, different stresses are applied in different regions of the bulk material which eventually lead to the different distribution of precipitates. This work focuses on the study of Ni4Ti3 precipitates in low temperature aged Ni-Ti shape memory alloy with TWSME. A technique called “ACOM-TEM” is used in this study to help quantify the precipitates under different constrained aging conditions which will induce special two-way shape memory effects.

Firstly, an optimization process of the ACOM-TEM is applied to the Ni-Ti alloy. The optimization process improved the quality of results from both data collection and template matching. After the optimization, the best settings for observing the Ni4Ti3 precipitates by ACOM-TEM is obtained and is applied to detailed quantitative studies.

Secondly, the size, morphology, and distribution of Ni4Ti3 precipitates in a constrained aged Ni-Ti alloy with TWSME are studied. The results show that in the constrained-aged Ni51Ti49 alloy, a higher Ni4Ti3 precipitates density leads to a higher recovery ratio in TWSME. During constrained aging, the influence of the aging time and temperature on the volume fraction is mainly due to the changes in the interparticle spacings rather than due to the changes in the size or the shape of the precipitates. The relation between the external stress and Ni4Ti3 precipitates is also revealed.

Thirdly, a special Ni-Ti alloy which is obtained by low temperature constrained aging and shows an abnormal TWSME is studied via both conventional TEM and HRTEM.

The results show that Ni4Ti3 precipitates already form in the alloy which shows an abnormal TWSME, and the average size of the precipitates is approximately 3.7 nm, with an aspect ratio of 1.6. As the aging time increased, a normal TWSME appeared. The size and aspect ratio all increased as the aging time increased, and for the critical condition in which a normal TWSME becomes an abnormal TWSME, the size of the precipitates is approximately 6 nm.

Radu-George Ciocârlan​

• 9 december 2019
  
• Promotor: Pegie Cool
• Departement Chemie

Abstract

Nowadays water pollution is one of the most important social issues in many countries, mostly because of the presence of organic compounds in wastewaters after their use in industrial purposes. The textile industry is well-known for the use of considerable amounts of water for the big scale processes together with dyes. On the other hand, the climate change issue is becoming a more and more delicate topic, due to the continuous increase of “anthropogenic” greenhouse gases. With a contribution of around three quarters to the total greenhouse effect, carbon dioxide (CO2) is the most important compound in terms of abundance.

We  focused on developing materials able to sustain photocatalytic processes in liquid and gas phases, in order to overcome a part of the limitations related to the use of pure TiO2. During this search, we used a lab-scale approach and model-dye solutions, as finally to test our materials on real streams of wastewater, provided by authentic textile factory. The photocatalytic process occurs when the electrons (e−) from the valence band (VB) of a semiconductor are excited by an energy that matches or exceeds the band-gap energy of the semiconductor, leading to promoted electrons to the conduction band (CB). To assist this process, we used a series of different types of materials e.g. TiO2-anatase, ferrites, freudenbergite, layered double hydroxides (LDH) and noble metals (Au and Ag).

Titanium dioxide is generally regarded as one of the most promising materials for the use in photocatalytic field, due to its strong oxidation power, its high photocatalytic activity, excellent stability, non-toxicity and low cost production. However, some limitations prevent the use of pure TiO2, related to the difficulty to recover the material after the use, the electron-hole recombination and the wide band-gap energy. In order to solve a part of those problems, we selected a second material with semiconductive properties to be used in combination with TiO2, namely ferrite systems. In the first step, simple ferrites consisting of spinel-type MFe2O4 (M = Zn, Co, Ni and Cu) were used in combination with TiO2-anatase, in order to determine the influence of each cation on the photocatalytic process. Furthermore, complex mixed ferrites were used in aggregate nanocomposites together with TiO2. An immediate advantage of using ferrite-TiO2 systems proved to be the magnetic properties induced in the nanocomposites which give the opportunity to separate the catalyst after the reaction.

Arne Ven

• 6 december 2019
  
• Promotoren: Sara Vicca, Ivan Janssens
• Departement Biologie

Abstract

Planten gebruiken CO2 uit de atmosfeer als koolstofbron voor verschillende functies, zoals hun groei en respiratie. De hoeveelheid koolstof die gebruikt wordt voor bepaalde doeleinden, ook wel koolstofverdeling genoemd (uitgedrukt als een fractie van de bruto primaire productiviteit (in het Engels ‘gross primary production’, GPP)), kan aanzienlijk variëren. Ondanks een belangrijke rol in de terrestrische koolstofcyclus is er weinig geweten over koolstofverdeling en zijn schijnbaar erg variabele relatie met nutriëntenbeschikbaarheid. Het is nog onduidelijk waarom deze variatie voorkomt, maar een toenemend aantal onderzoeken wijzen op een belangrijke rol voor nutriëntenbeschikbaarheid, met een variabele koolstofkost van plant-mycorrhiza symbiose als een verondersteld onderliggend mechanisme.

We voerden twee opeenvolgende nutriëntenmanipulatie experimenten uit met het doel koolstofverdeling naar alle onderdelen en plantenfuncties te kwantificeren. We bestudeerden de rol van mycorrhizale schimmels in deze koolstofverdeling.

In het eerste experiment nam de biomassaproductie-efficiëntie (BPE; biomassaproductie van de plant relatief tegenover GPP) toe met toenemende nutriëntenbeschikbaarheid. We vonden sterke aanwijzingen dat dit gelinkt was met een afname in koolstofverdeling naar arbusculaire mycorrhizale schimmels (AMF). Onze data toonden aan dat autotrofe respiratie relatief tegenover GPP (Raut:GPP) relatief constant bleef onder toenemende nutriëntenbeschikbaarheid. Het tweede experiment sprak deze veronderstelling echter tegen: BPE was relatief constant en neigde zelfs te dalen bij een toenemende fosforbeschikbaarheid. AMF waren veel minder aanwezig dan in het eerste experiment; wanneer fosforbeschikbaarheid laag was, leken planten voornamelijk in alternatieve mogelijkheden voor fosforopname te investeren, geassocieerd met een verrassende afname van BPE onder toenemende fosforbemesting, terwijl Raut:GPP toenam.

Het verschil in het bemestingseffect op de koolstofverdelingspatronen tussen beide experimenten is gerelateerd aan de hoeveelheid AMF, dewelke aanzienlijk lager was in het tweede experiment dan in het eerste experiment. Ook het verschil tussen gepasteuriseerde (geen AMF) en AMF-geïnoculeerde behandelingen gaven AMF aan als een mogelijk onderliggend mechanisme voor de verschillen in koolstofverdeling. AMF waren heel belangrijk voor de planten; vooral in fosforarme omstandigheden waar planten vroegtijdig stierven zonder AMF, maar sterker werden dankzij symbiose. Ze bleven altijd, zelfs na fosforbemesting, essentieel voor een efficiënte fosforopname van de plant.
Voor zo ver we weten, presenteren we de eerste experimenten waar een sluiting van de koolstofbalans nagestreefd en bereikt werd, wat de degelijkheid van de geobserveerde patronen versterkt. Ons onderzoek benadrukt de noodzaak om, tijdens het bestuderen en modelleren van koolstofverdeling in terrestrische ecosystemen, rekening te houden met zowel nutriëntenbeschikbaarheid als mycorrhizale symbionten.

Abbas Alloul​

• 5 december 2019
  
• Promotoren: Siegfried Vlaeminck en Gilbert Van Stappen​
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

Thimo Groffen​

• 22 november 2019
  
• Promotoren: Prof. Lieven Bervoets en Prof. Marcel Eens
• Departement Biologie

Abstract

Environmental pollution is coeval with the appearance of humans and the global impact of environmental pollution has been reported for multiple contaminants. However, still little is known about the recently produced and detected perfluoroalkylated substances (PFAS). PFAS are chemicals which have been detected globally as a result of their production and use in multiple consumer products. They are highly persistent and bioaccumulative and hence end up in all compartments of the ecosystem in which they may cause detrimental effects.

During my PhD, we investigated the exposure of PFAS on terrestrial invertebrates and songbirds along a distance gradient from a well-known fluorochemical hotspot near Antwerp. In addition, we determined their accumulation and potential effects on reproduction and oxidative status in songbirds. Furthermore, the transfer throughout the food chain was investigated in order to understand the exposure pathways of PFAS. Finally, we examined the role of soil physicochemical properties on the sorption of PFAS to the soil and hence the bioavailability to biota.

Werner Jacobs​

• 19 november 2019
  
• Promotoren: Kris De Baere en Dirk Lamoen
• Dubbeldoctoraat UAntwerpen - Hogere Zeevaartschool

Abstract

Chemicaliën tankers vervoeren een breed scala aan chemische producten over zee. Aan boord van de moderne parceltankers kunnen tot 50 verschillende ladingen vervoerd worden per reis. Deze flexibiliteit vraagt van de bemanning bijzondere aandacht voor compatibiliteit en segregatie van producten. Maar de kenmerken van de verschillende producten kunnen ook een gevaar vormen voor het schip en haar bemanning, gerelateerd aan ontvlambaarheid en toxiciteit. Het voorkomen van ladingcontaminatie is één van de grootste zorgen van de scheepsofficier. Het is zeer ongebruikelijk dat dezelfde lading achtereenvolgens in dezelfde tank wordt geladen, dit in tegenstelling tot het transport van ruwe olie. Gezien het aantal tanks, is het wassen en gasvrij maken van tanks aan boord van moderne chemicaliëntankers een veel voorkomende operatie, zowel in de haven als op zee. De International Maritime Organisation (IMO) vermeldt letterlijk dat tijdens het laden, wassen en ventileren van een ladingstank die benzeen bevat, de bemanning wordt blootgesteld aan het hoogste risico op blootstelling aan dampen van deze lading. De ervaring heeft geleerd dat het niet mogelijk is gebleken om de gemeten dampconcentraties onder aanvaardbare niveaus te houden. Vooral de aanwezigheid van ladingsdampen in de leefruimten is een element dat we meer in detail onderzocht hebben.

Onze resultaten bevestigden de stelling van de IMO dat significante concentraties ladingsdampen vrij komen bij het wassen en ventileren van ladingstanks, ook in de accommodatie. Voor benzeen werd tijdens deze operaties de drempelwaarde voor tijdgewogen gemiddelde van de Europese Unie en de IMO overschreden. We stelden wel enkele belangrijke bedenkingen bij het gebruik van deze drempelwaarde aan boord van schepen. Deze metingen werden ook gebruikt om na te gaan of de posities van de verschillende ventilatie-inlaten kon verbeterd worden. Een andere opmerkelijke vaststelling was de hogere concentratie van polluenten in de machinekamer ondanks de aanwezigheid van een krachtige ventilatie.

Met de uitgevoerde windtunnelsimulaties hebben we aangetoond dat bij het gebruik van de vacuüm/overdruk klep om dampen te evacueren, de concentraties in en rond de leefruimten minimaal zijn. Eén uitzondering hierop is de situatie met de relatieve windrichting vanaf de boeg. Deze resultaten werden bevestigd door CFD-simulaties, die bovendien een beter inzicht gaven in de stroomlijnen rondom de scheepsopbouw.

Ilke De Boeck

• 4 november 2019
  
• Promotoren: Prof. dr Sarah Lebeer en Prof. dr Olivier Vanderveken​
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

Bulelani Sizani​

• 30 oktober 2019
  
• Promotor: Gerrit Beemster
• Departement Biologie

Abstract

Jiachen Sun​

• 25 oktober 2019
  
• Promotoren: Marcel Eens en Igor Eulaers
• Departement Biologie

Abstract

The release of a large number of persistent contaminants by human activities remains of paramount environmental concern. Long-term and large-scale spatiotemporal trend monitoring is crucial for the adequate assessment of the effectiveness of legal regulations, as well as for identifying hotspots of continued or emerging contamination. The present thesis aimed to reconstruct spatiotemporal trends of three major groups of persistent contaminants: mercury (Hg), legacy organochlorines (OCs), and perfluoroalkyl substances (PFAS).

We sampled archived body feathers of an established sentinel species – the white-tailed eagle (Haliaeetus albicilla) from the West Greenland coast (n = 124; 1884 - 2013), the Norwegian coast (n = 102; 1866 - 2015), and the central Swedish Baltic coast (n = 152; 1967-2011). We observed generally highest concentrations of Hg, OCs, and PFASs in Swedish feathers, except for chlordanes, hexachlorobenzene and perfluorooctanesulfonamide (FOSA), which were elevated in Greenland feathers. These results likely indicate the relative difference between local contaminant influx in Sweden versus the long-range transport to Greenland. Overall decreasing temporal trends of Hg and OCs were observed across all three studied subpopulations, except for Hg and PCBs in Greenland. Such declining trends suggest that the measures taken to reduce Hg and OC emissions have been generally effective. Comparably, decreasing trends of perfluorooctane sulfonate (PFOS) and FOSA in both Greenland and Norwegian feathers aligned well with the phase-out of their precursor compound. However, PFOS levels in the Swedish feathers remained elevated and are not decreasing, suggesting prolonged contamination in the Baltic Sea region. Perfluoroalkyl carboxylates (PFCAs) by contrast are still being used, and were consequently observed to continuously increase in all three subpopulations. In addition, feather corticosterone remained constant over time in the Swedish feathers and therefore, may not be a suitable physiological proxy for temporal changes in contaminant exposure.

The present PhD work underscores the suitability of archived museum feathers in reconstructing long-term spatiotemporal trends of contaminants. Since temporal trends have not been decreasing consistently across the studied subpopulations, we encourage continued monitoring. There is also a need for further regulatory efforts on reducing the emission of contaminants of legacy concern such as Hg, PCBs and PFOS, as well as legislations on the use of contaminants, such as PFCAs, which mostly are currently not restricted in production.

Jan-Willem Wolters

• 17 oktober 2019
  
• Promotoren: Ralf Verdonschot, Jonas Schoelynck en Patrick Meire
  
• Departement Biologie

Abstract

Through their form and functioning, aquatic macrophytes can have a great impact on the macroinvertebrate community in temperate lowland streams. Effects of macrophytes range from abiotic, such as the impact of growth form on water flow, to biotic, such as a macroinvertebrate food source. Although certain interactions between macrophytes and macroinvertebrate have been studied before, much is still unknown about the role of macrophytes within the aquatic food web. This thesis aims to further elucidate the role of trophic and non-trophic interactions between macrophytes and macroinvertebrates in temperate lowland streams, paying special attention to the macrophytes’ direct (e.g. direct consumption of living macrophytes and macrophyte-derived organic matter) and indirect (e.g. influence on other food sources, such as epiphytic algae and bacteria) role in the aquatic food web.

Macrophytes were observed to influence the macroinvertebrate community through a variety of mechanisms. Macrophyte physical structure was found to influence habitat complexity and water flow velocity, both of which have an effect on the macroinvertebrate community. Furthermore, an increase in macrophyte complexity led to an increased epiphyton cover, an important food source for many herbivorous macroinvertebrates. However, the net effect of macrophytes on their epiphytic biofilm was mixed, due to the combined excretion of allelochemicals and nutrients.

Stable isotope measurements revealed that certain macroinvertebrate taxa, expected to feed on epiphytic biofilm, were observed to assimilate macrophyte tissue. The fact that taxa of the scraper functional group, feeding close to the macrophyte leaf surface, were calculated to assimilate more macrophyte derived compounds than taxa classified as gatherers, feeding further away from the leaf surface, led to the hypothesis that accidental leaf erosion during grazing was the cause for the observed macrophyte consumption. Additionally, certain macroinvertebrate shredders were observed to directly consume macrophyte tissues, Potentially leading to a drastic reduction in macrophyte populations, especially when these are already subjected to other stressors. In addition to the consumption of living macrophytes, macroinvertebrate filter-feeders were also observed to consume macrophyte-derived organic matter, after its breakdown to fine particulate organic matter (FPOM). This consumption pattern was especially prevalent at the end of the growing season, when large amounts of macrophyte tissue entered the detrital food web.
The observations from thesis indicate that macrophytes have a significant effect on the functioning of the aquatic systems in which they occur, and that this effect is broader than the purely structural role that is often focused upon.

Yixing Sui​

• 16 oktober 2019
  
• Promotoren: Silvia Lenaerts en Siegfried Vlaeminck
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

Katrien Sprangers​

• 14 oktober 2019
  
• Promotor: Gerrit Beemster
• Departement Biologie

Abstract

Het begrijpen van plantengroei regulerende processen is een onderwerp waarnaar men al lang onderzoek doet. Doorheen de jaren zijn verschillende modelsystemen gebruikt in groeistudies. Wij gebruiken de groeizone van het maïsblad (Zea mays) om groei te bestuderen. Het maïsblad is groot met een ruimtelijke ontwikkelingsgradiënt van delende en elongerende cellen. Hierdoor kunnen celdeling en celexpansie in hetzelfde blad bestudeerd worden met een hoge ruimtelijke resolutie. Bladgroei is een driedimensionaal proces waarbij drie assen zijn betrokken. De verhouding tussen de groei in deze assen bepaalt de anisotropiegraad en uiteindelijk de bladvorm. Ik toonde aan dat groei in de delingszone sterk anisotroop is, terwijl de graad van anisotropie afneemt in de elongatiezone.
 

Om nieuwe moleculaire regulatoren van bladgroei te ontdekken werd ‘forward genetics’ gebruikt om twee nieuw geïsoleerde dwergmutanten te karakteriseren; dil1-2 en dpl. De causale mutatie van dil1-2 werd gelokaliseerd in het DIL1 gen, een AP2-type transcriptiefactor. Naast verminderde groei, wordt de mutant ook gekarakteriseerd door afwijkende huidmondjes, veroorzaakt door specifieke problemen in de asymmetrische delingen. De groeivermindering kan deels verklaard worden door stress en voedingstekort, aangetoond met een transcriptoomanalyse, waarschijnlijk veroorzaakt door de verminderde fotosynthese als respons op de verstoorde functionering van de huidmondjes. Anderzijds, werden in de transcriptoomdata en een interactoomstudie twee potentiële groeiregulatoren geïdentificeerd waarmee DIL1 direct zou kunnen interageren, gelinkt aan microtubuli organisatie en auxine transport.

De dwarf & pale leaves (dpl) mutant wordt gekarakteriseerd door zijn bleke bladkleur, veroorzaakt door een vermindering in het aantal en de grootte van de chloroplasten die samenhangen met een verminderd chlorofylgehalte. Dit heeft een negatieve impact op de fotosynthese wat finaal de suikerproductie belemmert. Dit werd bevestigd door de sterke afname in oplosbare en onoplosbare suikers. Toediening van sucrose via de tip van het blad, herstelt de groeisnelheid tot bijna de snelheid in wild type planten zonder suikerbehandeling. Dit bewijst dat de limiterende suikerbeschikbaarheid het groeifenotype van dpl volledig kan verklaren. De dpl mutatie kon nog niet gelinkt worden aan een causaal gen, maar werd wel gelokaliseerd in een regio van 11.58 Mb ter hoogte van het 3’ einde van chromosoom 7.
Dus, door het gebruik van dwergmutanten en de groeizone in het maïsblad als mijn modelsysteem hebben we bijgedragen aan een meer uitgebreide kennis van bladgroeiregulatie. Daarbovenop werden ook nieuwe cellulaire en moleculaire regulatoren van stomatale ontwikkeling en chloroplastaantallen geïdentificeerd.

Cláudio Ângelo Gonçalves Gomes​

• 9 oktober 2019
  
• Promotoren: Hans Vangheluwe en Paul De Meulenaere
• Departement Wiskunde-Informatica
  

Abstract

Modeling and Simulation (M&S) techniques are today extensively used both in industry and science, to develop and understand complex systems.
As development processes morph to respond to economic pressures, they impose new demands on these techniques:

• frequent full system evaluation is required to prevent late integration problems among specialized teams who worked in parallel on different, but interconnected, parts of the system; and
• seamless integration of externally supplied component models into the M&S workflow of Original Equipment Manufacturers is needed to enable high fidelity simulations.

Traditional M&S techniques, where a single model of the whole system is built and simulated, are insufficient to address these demands, because:

• teams use mature M&S tools, each tailored to a particular domain, and not capable of exporting models that are compatible with any other M&S tool; and
• external suppliers are not willing to share high fidelity models without expensive contracts protecting their Intellectual Property (IP).

Co-simulation is a way to tackle these challenges.
It consists of the theory and techniques to enable global simulation of a coupled system via the composition of simulators.
Each simulator is broadly defined as a emph{black box} capable of exhibiting behavior, consuming inputs and producing outputs.

This nature is also what aggravates the fundamental challenge in co-simulation: deciding whether the results can be trusted.

This thesis is comprised of two parts.
The first part explores the challenge, and tries to understand what makes co-simulation different than traditional simulation techniques.
One of the conclusions of this part is the need to ensure that co-simulations preserve properties of the system being developed (e.g., stability, smoothness, etcldots).
The second part represents a collection of work, each targeting an aspect of property preservation, including giving the users of co-simulation, the ability to control the implementation of participating simulators, and then providing a framework to help them do so correctly.

The reported results provide a deeper understanding of the fundamental challenges that need to be addressed before co-simulation can become a seamless technique in the development of complex systems, including:

• how to configure adaptive co-simulation algorithms that preserve stability;
• how to configure state event location for co-simulation of hybrid systems;
• a tool that allows the configuration of simulators participating in a co-simulation; and
• a framework that guides the configuration of the co-simulation, so as to preserve domain specific description of system properties.

Georgi Trenchev​

• 9 oktober 2019
  
• Promotor: Annemie Bogaerts

Abstract

In this thesis, DC plasma discharges for CO2 conversion are studied via computer modelling and experiments. Two main discharge types are considered –gliding arc (GA) and atmospheric pressure glow discharge (APGD). For the GA, a 3D computational plasma model is developed, involving the innovative reverse-vortex plasma stabilization, using simplified argon chemistry and a conceptual geometry. The model is subsequently extended into a 1:1 geometry, matching the experiment, and also including a 2D CO2 model. Furthermore, turbulent heat transfer is included in the model.

The APGD reactor is studied by the means of optical emission spectroscopy (OES) and plasma modelling, showing a good agreement between the model and the experiment. The APGD is then used for CO2 conversion, and is gradually upgraded by the means of a model-experiment analysis, reaching a high conversion performance. Finally, a novel, dual-vortex reactor is developed from scratch, featuring innovative concepts for improved energy efficiency. The reactor is experimentally tested, confirming the expectations. A 3D plasma model for the reactor is developed as well.

Anneleen Rutten ​

• 3 oktober 2019
  
• Promotoren: Herwig Leirs en Jim Casaer
• Departement Biologie

Abstract

Everzwijnen behoren tot de wijdst verspreide zoogdieren van de wereld. In Vlaanderen is het everzwijn, na meer dan een halve eeuw afwezigheid, sinds 2006 terug van weg geweest. Door de impact van everzwijnen op menselijke activiteiten, wordt de acceptatie van everzwijnen als deel van onze natuur op de proef gesteld. Vooral landbouwschade krijgt meer en meer aandacht omdat we niet weten hoeveel schade er in werkelijkheid is. Om die reden is het essentieel een beter inzicht te verkrijgen in de omvang van landbouwschade. Aan de hand van een drone werden beschadigde velden gefotografeerd en via de combinatie van de spectrale informatie van deze foto’s en classificatie-modellen kon bepaald worden wat het beschadigde aandeel van een veld was.

Dit resulteerde in een tijdsefficiënte, gestandaardiseerde en nauwkeurige methode die nu kan worden ingezet om de beschadigde oppervlakte van een perceel gedetailleerd te bepalen. Verder liet deze dataset van beschadigde percelen liet ons ook toe om een beter inzicht te krijgen in factoren die everzwijnen naar een bepaald perceel aantrekken. Door zowel het landschap rondom het veld te analyseren, rekening houdend met habitatsfragmentatie, als door te kijken naar perceel-specifieke factoren zoals bemesting, maisvariëteit etc. was het mogelijk om voorspellingsmodellen maken om het schaderisico in heel Vlaanderen op individueel perceels-niveau te bepalen.

Deze analyse laat toe om gerichter preventieve maatregelen te nemen of landbouw-technische aanpassingen te doen om schade zo veel mogelijk te beperken. Verder kon een landschaps-genetische analyse het belang van bos als drijver voor de gevonden spatiale genetische patronen aantonen.

Deze analyse toonde bovendien aan dat fragmentatie geen invloed heeft op de verspreiding van het everzwijn in Vlaanderen. Tenslotte werd een verspreidingsmodel opgesteld om overblijvend geschikt habitat in de rest van Vlaanderen te bepalen. Aan de hand hiervan werd een beeld verkregen van de mogelijke toekomstige verspreiding van everzwijnen. Met de kennis die in dit onderzoek werd vergaard hebben we aspecten die essentieel zijn voor het uitvoeren van een risico analyse van de huidige en toekomstige verspreiding van everzwijnen in Vlaanderen verduidelijkt.

Jonas Van der Paal​

• 26 september 2019
  
• Promotoren: Annemie Bogaerts en Erik Neyts
• Departement Chemie

Abstract

Gedurende de afgelopen decennia is plasma-geneeskunde, een onderzoeksveld waarin koude atmosferische-druk plasma’s (CAPs) gebruikt worden voor medische toepassingen, sterk gegroeid. De toepassingen waar momenteel onderzoek naar wordt gedaan zijn zeer uitgebreid, waaronder bijvoorbeeld het gebruik van CAPs in de decontaminatie van wonden, het bevorderen van de transdermale toediening van geneesmiddelen of het gebruik als methode om kankercellen te bestrijden. In elk van deze toepassingsgebieden worden zeer veelbelovende resultaten behaald, gaande van in vitro tot in vivo studies, en zelfs de eerste klinische testen. De vraag naar meer fundamenteel onderzoek naar de onderliggende mechanismen blijft echter groot.

In de eerste hoofdstukken van deze thesis wordt de chemie in verschillende plasma bronnen, alsook in de effluent en in een vloeistofsubstraat bestudeerd aan de hand van chemische kinetische modellen. Vervolgens worden moleculaire dynamica (MD) simulaties gebruikt om de interacties tussen CAP-gegenereerde reactieve zuurstof en stikstofdeeltjes (RONS), en eleketrische velden, met biologisce substraten (cellulaire membranen of de huidlaag) te bestuderen. In het laatste hoofdstuk wordt vervolgens de permeatie van RONS en daaropvolgende intracellulaire DNA-schade bestudeerd aan de hand van experimenten met lipide vesikels. De resultaten van de hiervoor vermelde MD simulaties worden hierbij gebruikt om experimentele waarnemingen mede te verklaren.

Samengevat kan gesteld worden dat deze thesis dieper inzicht geeft in de vormingsmechanismen van biomedisch relevante reactieve deeltjes in verschillende bronnen die worden gebruikt in medische toepassingen van CAPs. Verder werden ook verschillende hypothesen ontwikkeld omtrent hoe deze deeltjes interageren met bepaalde biomoleculen, zowel in het gebruik van CAPs als anti-kanker therapie, alsook in het bevorderen van de transdermale opname van geneesmiddelen. Deze hypothesen kunnen gebruikt worden als mogelijke verklaringen voor bepaalde experimentele waarnemingen.

Matthias Van der Donck

• 25 september 2019
  
• Promotor: François Peeters
• Departement Fysica

Abstract

Jyotsna Shrivastava​

• 23 september 2019
  
• Promotor: Gudrun de Boeck
• Departement Biologie

Abstract

De dynamiek van biologische componenten in aquatische omgevingen en viskweeksystemen staan voortdurend onder druk vanwege ongewenste antropogene invloeden en intensieve kweekpraktijken. Natuurlijke watersystemen lopen vooral gevaar omdat ze vaak fungeren als ultiem eindpunt voor een breed spectrum van afvalstromen en toxische stoffen. Vissen in deze systemen kunnen tegelijkertijd worden geconfronteerd met verschillende biotische en abiotische stressoren die onafhankelijk of gezamenlijk kunnen optreden en de productie en de algehele fitness van de vissen beïnvloeden. Daarom is het belangrijk om de effecten van mengseltoxiciteit, of cocktail effecten, te bekijken in termen van zowel werkingsmechanismen als de risicobeoordeling. Bovendien worden variaties in mechanistische aanpassingen verwacht tussen verschillende groepen vissoorten dewelke hun gevoeligheid (of weerstand) voor belastende omgevingen bepalen. Tegen deze achtergrond is dit proefschrift ontworpen om een reeks fysiologische, biochemische, metabole en zuur-base en ion-regulerende responsen te onderzoeken die optreden als compensatiestrategieën in verschillende visgroepen om om te gaan met deze uitdagende omgevingen en te helpen inzichten in de onderliggende adaptieve strategieën te bekomen. We hebben de dynamiek van ammoniak uitscheiding en ion- en osmoregulatie homeostase, samen met het zuur-base-evenwicht in zoet water en mariene teleosten, zowel als kraakbeenvissen getest wanneer ze worden uitgedaagd met een reeks aparte maar nauw verwante stressors, waaronder opgeloste ammoniak, perioden van voedseltekort, geïnduceerde zwemactiviteit, verlaagde saliniteit van zeewater (hypo-osmotische omgeving) en verhoogde CO2. Karper (Cyprinus carpio) werd gebruikt als model voor een typische zoetwater teleost, terwijl Europese zeebaars (Dicentrarchus labrax) en gevlekte draakvis (Hydrolagus colliei) werden gebruikt als representatief model voor respectievelijk mariene teleosten en kraakbeenvissen.

Voor zowel zoetwater- als zeevis zijn kieuwen de primaire locatie voor stikstofuitscheiding, gasuitwisseling, ionregulatie en zuur-base balans, en ze zijn ook de eerste locaties die in direct contact komen met de milieustressoren en verontreinigende stoffen. Kieuwcellen bevatten een aantal transporters, pompen en ionenwisselaars die betrokken zijn bij het onderhoud van ammoniakhomeostase, en zijn ook nauw verbonden met ionregulatie en zuur-base balans.

In het kort gaf dit proefschrift inzicht in hoe een verscheidenheid aan vissoorten ammoniak-transporters en ionenwisselaars moduleren om de mogelijke verstoring van de balans veroorzaakt door de stressoren te compenseren. Bijzondere aandacht werd besteed aan de mogelijke rol van Rhesus (Rh) glycoproteïnen in de kieuwen van experimentele vissen als het cruciale mechanisme om ammoniakhomeostase te reguleren wanneer ze worden uitgedaagd met meerdere stressfactoren.

Michiel Wouters​

• 19 september 2019
  
• Promotor: Wim Vanroose
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

Dynamische systemen vormen een belangrijke klasse van wiskundige modellen, ze laten ons toe om veel fenomenen uit de fysica, chemie, biologie en zelfs economie te bestuderen. Typisch houdt de studie van een dynamisch systeem in dat de evolutie van bepaalde toestanden in de tijd worden gesimuleerd. Vaak convergeren deze toestanden naar equilibria: toestanden van het systeem die constant blijven in de tijd.

Niet enkel zijn de toestanden met deze eigenschap zelf interessant om te bestuderen, ook hun afhankelijkheid ten opzichte van fysische parameters, zoals bijvoorbeeld de temperatuur of beginconcentraties van bepaalde stoffen, vormt een belangrijk onderzoeksdomein.                

In de praktijk wordt de afhankelijkheid tussen toestand en fysische parameter onderzocht met een wiskundige techniek genaamd numerieke continuatie. Hierbij worden verschillende continue, geconnecteerde, curves van equilibria benaderd met behulp van andere numerieke methoden. De verzameling van zo'n curves wordt ook wel een (geconnecteerd) oplossingslandschap van het dynamisch systeem genoemd.

De thesis focust op deze numerieke continuatie techniek, meer bepaald het onderdeel dat bestaat uit automatische exploratie. Hiermee wordt het automatisch genereren van een volledig oplossingslandschap bedoeld, in plaats van slechts één curve. Dit wordt gerealiseerd in twee stappen: bifurcatiepunten (equilibria die een transitie in eigenschappen van het systeem induceren) worden benaderd, en raaklijnen naar nieuwe curves uit deze punten worden geconstrueerd.             

De huidige technieken om numerieke continuatie uit te voeren schieten vaak te kort. Zo is een groot deel van de beschikbare software gebaseerd op dichte lineaire algebra, wat hun gebruik op grootschalige systemen niet toelaat. Verder zijn er problemen bij het benaderen van bifurcatiepunten, ten gevolge van een eigenschap die deze equilibria hebben: de Jacobiaan van het systeem, geëvalueerd in een bifurcatiepunt, kan singulier zijn. Dit brengt problemen met zich mee wanneer bijvoorbeeld de methode van Newton wordt toegepast in een algoritme dat dient om het punt te benaderen. Ook bij het construeren van raaklijnen naar nieuwe curves zijn er problemen. Hoewel ze efficiënt bepaald kunnen worden voor systemen zonder symmetrie, is dit niet het geval als het systeem wel bepaalde symmetrieën bevat.

De thesis tracht een oplossing voor de beschreven problemen te vinden. Hiervoor zullen we de numerieke algoritmes afleiden die nodig zijn voor de automatische exploratie van (geconnecteerde) oplossingslandschappen, waarbij we ons volledig baseren op ijle lineaire algebra.

Jarmo Fatermans​

• 18 september 2019
  
• Promotoren: Sandra Van Aert en Arjan den Dekker
• Departement Fysica

Abstract

Nanomaterialen ondervinden steeds meer wetenschappelijke interesse omdat hun precieze atomaire structuur kan leiden tot interessante en onverwachte fysische en chemische eigenschappen.  Door verschillende belangrijke ontwikkelingen in aberratie correctie technologie is transmissie elektronenmicroscopische beeldvorming uitgegroeid tot een uitstekende techniek om nanomaterialen te visualiseren met subangstrom resolutie met als doel hun eigenschappen te begrijpen.

Echter is het zo dat slechts een visuele interpretatie van elektronenmicroscopische beelden onvoldoende is om nauwkeurige structuurinformatie te bekomen. Om die reden is een kwantitatieve aanpak aanbevolen.  Een belangrijke veronderstelling hierbij is dat het aantal atoomkolommen in het beeld gekend is. Dit aantal kan visueel bepaald worden uit atomaire resolutie beelden van bundelstabiele materialen waarvoor een hoge inkomende elektronendosis kan gebruikt worden resulterend in een voldoende hoge signaal-ruisverhouding. Bundelgevoelige materialen en materialen bestaande uit lichte elementen daarentegen moeten belicht worden met een voldoende lage elektronendosis om schade door de elektronenbundel te voorkomen, wat geeft dat beelden van zulke materialen een lage signaal-ruisverhouding en laag contrast vertonen. In deze gevallen is een visuele bepaling van het aantal atoomkolommen niet eenduidig en kan leiden tot systematische fouten in de structuurbepaling.

Om dit probleem te overwinnen wordt een alternatieve, kwantitatieve methode voorgesteld die het aantal atoomkolommen bepaalt waarvoor er het meeste bewijs is in de beeldgegevens. Deze methode staat toe om atoomkolommen en zelfs individuele atomen te detecteren uit atomaire resolutie elektronenmicroscopische beelden op een automatische en objectieve manier. De geldigheid en bruikbaarheid van deze methode werd aangetoond door beelden te analyseren van nanomaterialen van verschillende vorm, grootte en atoomtype. Bovendien biedt de voorgestelde methode naast het detecteren van atoomkolommen uit elektronenmicroscopische beelden ook een manier aan om de relatie tussen beeldkwaliteitsmaten te evalueren. Daarenboven wordt een superieure prestatie voor het detecteren van het juiste aantal atoomkolommen geobserveerd in vergelijking met alternatieve detectietechnieken.

Samenvattend heeft de ontwikkeling van een nieuwe kwantitatieve methode in deze thesis kwantitatieve elektronenmicroscopie naar een meer objectieve interpretatie gebracht. De methode veralgemeent de karakterisatie van nanomaterialen op de atomaire schaal in elektronenmicroscopie met het oog op het bekomen van nauwkeurige structuurinformatie van een materiaal.

Kilian Gladiné​

• 17 september 2019
  
• Promotor: Joris Dirckx
• Departement Fysica

Abstract

The middle ear plays a crucial role in our ability to hear and performs very well under various circumstances. However, some pathologies or situations prohibit the middle ear from functioning as intended. In this work, the mechanical functioning of the mammalian middle ear under different circumstances was investigated using optical measurement techniques and finite-element modelling. The nonlinear characteristics of the acoustic vibrations of the middle ear at high intensity sounds were evaluated using laser Doppler vibrometry. We further investigated the source of this nonlinear behavior by developing finite element models.

Using similar models, we investigated the effect on sound transmission when the first hearing ossicle, the malleus, is fractured. We found that the limited transmission did not simply occur due to a lack of contact between the broken parts. The shape and functionality of the eardrum was affected by the malleus fracture as well, due to eardrum prestrain. However, the current models do not incorporate such prestrain of the eardrum and no experimental data was available.

Therefore, we built a digital image correlation setup to investigate and measure eardrum (pre-)strain. The measured data allow for further model validation. To facilitate model validation, we also developed a data processing technique allowing for frequency response averaging without losing individual curve characteristics. This provides modelers more accurate data to compare their simulations with. In a last project, we developed a technique to diagnose several middle ear pathologies which immobilize the ossicles. The current methods to evaluate which ossicles are immobilized depend on the surgeon’s experience.

Using laser Doppler vibrometry, we developed a technique which is minimally invasive for the patient and returns quantitative data about the mobility of the ossicles. This facilitates decision making and can prevent unnecessary surgeries.  In summary, the insights in the mechanical principles of the mechanical ear obtained in this work are a step towards improved finite element models and clinical evaluation of ossicular fixations.

Tom De Schepper

• 16 september 2019
  
• Promotoren: Steven Latré en Jeroen Famaey
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

Tijdens de afgelopen decennia is er een enorme toename geweest in het gebruik en de beschikbaarheid van allerhande draadloze netwerken en toestellen. De massale adoptie van mobiele apparaten en toestellen gerelateerd aan het Internet der dingen liggen aan de oorzaak van deze toename. Daarnaast, zijn de eisen en verwachtingen van gebruikers omtrent connectiviteit, bandbreedte, kwaliteit, en functionaliteit, nog nooit zo hoog geweest. Deze evoluties hebben geleid tot een complexe en heterogene omgeving waar verschillende toestellen, applicaties, en technologieën naast elkaar bestaan op identieke of overlappende fysieke locaties. Helaas worden deze netwerken typisch op een statische manier aangestuurd aangezien er geen coördinatie bestaat tussen verschillende communicatietechnologieën en toestellen. Ondanks dat moderne toestellen zijn uitgerust met verschillende netwerkinterfaces, opteren ze typisch voor het statisch selecteren van één van de beschikbare technologieën of toegangspunten op basis van op voorhand gedefinieerde prioriteiten. Het gevolg is dat beslissingen worden overgelaten aan de applicaties of aan de gebruiker en het onmogelijk is om automatisch te reageren op de onvermijdelijke dynamische onderbrekingen of veranderingen binnen de draadloze omgeving. Ten slotte, beconcurreren verschillende technologieën elkaar vaak binnen dezelfde frequenties.

In dit proefschrift proberen we, in tegenstelling tot de bestaande oplossingen, de opgenoemde uitdagingen op te lossen in een transparante en fundamentele manier. De belangrijkste leidraad hierbij is dat een gebruiker zich enkel bewust zou mogen zijn van het feit dat zijn toestel verbonden is met het internet, terwijl het netwerk alle onderliggende beslissingen neemt en voorziet in de nodige allocaties. Daarom stellen we de ORCHESTRA-omgeving voor dat naadloos beheer over verschillende technologieën heen mogelijk maakt. De omgeving bestaat uit twee componenten: een gecentraliseerde controller die zorgt voor een globaal netwerkoverzicht en een virtuele MAC laag die zorgt voor een enkel verbindingspunt voor de hogere lagen, door de onderliggende netwerktechnologieën op een transparante manier samen te voegen. Dit maakt handovers tussen de verschillende technologieën, het verdelen van de netwerkbelasting, en de duplicatie van datastromen mogelijk op het niveau van individuele datapakketten. Bovenop de ORCHESTRA-oplossing, is er nood aan intelligentie die de functionaliteiten van de omgeving gebruikt om het netwerk optimaal te gaan configureren. Daarom stellen we een aantal algoritmen voor die de hoeveelheid verkeer binnen een netwerk significant kunnen verhogen. Ten slotte, onderzoeken we of het mogelijk is om dataverkeerspatronen te detecteren in het radiospectrum. Deze informatie kan gebruikt worden door algoritmen om het netwerk verder te optimaliseren, in het bijzonder in situaties met verschillende overlappende netwerken.

Jaume Alonso i Fernandez​

• 11 september 2019
  
• Promotor: Sonja Hohloch
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

Volledig integreerbare systemen zijn wiskundige modellen die systemen met meerdere behouden hoeveelheden beschrijven. Elke mogelijke toestand van het systeem komt overeen met een punt in de faseruimte. De tijdsevolutie van het systeem tekent een kromme in deze ruimte die beperkt is tot de gemeenschappelijke niveauverzamelingen van de behouden hoeveelheden. Daarom kunnen we meetkundige werktuigen gebruiken om dynamische resultaten te krijgen.

Dit werk focust op semitorische systemen, een specifiek soort volledig integreerbare systemen in vier dimensies, waarbij één van de behouden hoeveelheden een eigenlijke afbeelding is die een cirkelactie induceert. Verder vereisen we dat geen van de singulariteiten ontaard is of hyperbolische componenten heeft. Deze systemen komen in verschillende wetenschappelijke vakgebieden zoals kwantumscheikunde en kwantumoptiek voor. Bovendien kunnen ze ook interessante verschijnsels tonen, zoals monodromie, een obstructie aan het bestaan van globale actie-hoek-coördinaten gerelateerd aan de aanwezigheid van focus-focuspunten.

Semitorische systemen werden een paar jaren geleden symplectisch ingedeeld door middel van vijf symplectische invarianten. Het was helaas onduidelijk hoe deze invarianten in de praktijk konden worden berekend. In dit werk hebben we deze kwestie aangepakt door het bestuderen van drie families van semitorische systemen: de gekoppelde spin-oscillator, de gekoppelde impulsmomenten en een speciale familie van systemen die twee focus-focuspunten tegelijkertijd kunnen hebben. Door gebruik te maken van wiskundige software en van de eigenschappen van elliptische integralen hebben we verschillende methoden ontwikkeld om de symplectische invarianten te kunnen berekenen en hen zo symplectisch te kunnen indelen. Verder hebben we sommige bijkomende eigenschappen van deze families ontdekt, zoals superintegreerbaarheid op een specifieke niveauverzameling van de energie met verdwijnende draai, divergerende coëfficiënten van de Taylorreeksinvariant en bepaalde symmetrieën tussen de verschillende componenten van de invarianten.

Niels Cautaerts​

• 4 september 2019
  
• Promotoren: Nick Schryvers en Rémi Delville
• Departement Fysica

Abstract

Dit werk gaat over het begrijpen van de microstructurele evolutie die plaats vindt in de DIN 1.4970 legering, een Ti-gestabiliseerd austenitisch roestvrij staal, tijdens verouderingswarmtebehandelingen en afzonderlijk ionenbestraling. Het materiaal zal dienen als bekleding van nucleaire brandstof in de MYRRHA-reactor die heden in ontwikkeling is bij het Belgisch Studiecentrum voor Kernenergie SCK-CEN. Van bijzonder belang voor dit proefschrift zijn titanium carbide (TiC) deeltjes van enkele nanometer groot die zich kunnen vormen in het materiaal. Detaillering van hun structuur, vormingswijze, stabiliteit onder bestraling, en interactie met andere precipiterende fasen zijn de hoofdthema’s van dit werk en werden voornamelijk met transmissie elektronen microscopie (TEM) en atom probe tomografie (APT) bestudeerd.

Eerst werd de microstructurele evolutie van het materiaal dat zich volstrekt door warmtebehandeling onderzocht. Het materiaal zoals het werd ontvangen van de fabrikant werd in detail gekarakteriseerd; er werd gekeken naar chemische samenstelling, fasesamenstelling, elementverdeling en defectstructuren. Vervolgens werd dit herhaald met materiaal dat werd warmtebehandeld tussen 500-1000 °C. Tussen 600 en 800 °C vormen precipitaten van TiC en M23C6 binnen korrels en op korrelgrenzen. Hun grootte, aantallen en volumefracties werden geschat met behulp van een combinatie van technieken. Hieruit werd de verdeling van legeringselementen over de verschillende fasen berekend. Ook word een gedetailleerde nanoschaalstudie van de intragranulaire TiC precipitaten gepresenteerd, waarbij de focus ligt op hun vorm en de structuur van het matrix-neerslag-grensvlak. De dominante verandering in de microstructuur boven 800 °C is rekristallisatie; een fenomeen dat werd bestudeerd met elektron backscatter diffractie (EBSD). Finaal worden een aantal resultaten van trek- en hardheidsproeven gepresenteerd die worden gerelateerd aan de microstructuur

Ten tweede wordt een APT- en TEM-studie van defecten en precipitaten in het materiaal na ionenbestraling gepresenteerd. Warmtebehandeld en niet warmtebehandeld DIN 1.4970 materiaal werden bestraald met ijzerionen bij 300, 450 en 600 °C tot 40 dpa, en deze materialen werden gekarakteriseerd. Ten eerste worden de trends in Frank-dislocatielus populaties (grootte en aantal) beschreven. De resultaten werden vergeleken met de literatuur en een clusterdynamicamodel. Ten tweede werden segregatie en precipitatie bestudeerd. TiC en G-fase precipitaten vormen zich na bestraling bij 450 en 600 °C, en hun grootte en aantallen werden vergeleken in de verschillende monsters. De verschillen werden verklaard aan de hand van modellen uit de literatuur, en dit leidde tot een beter begrip van hoe de verschillende fasen zich vormen onder bestraling.

Ali Parsai​

• 22 augustus 2019
  
• Promotor: Serge Demeyer
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

De kosten veroorzaakt door softwarefouten zijn gestegen van 59 miljard USD in 2002 tot 1,700 miljard USD in 2017. Om deze kosten te verminderen is de consensus onder software engineers om zo vroeg en zo vaak mogelijk te testen. In de praktijk wordt dit echter niet door veel software ontwikkeling teams toegepast. Meestal zijn er minder middelen beschikbaar om het product te testen dan om het product te ontwikkelen.

Daarom zijn er nieuwe technieken en methoden nodig om de kwaliteit van softwaretesten in de praktijk te verbeteren. Momenteel vertrouwen de meeste softwarebedrijven op eenvoudige coverage statistieken om de kwaliteit van hun testen te beoordelen. De academische literatuur stelt echter het gebruik van mutation testing voor om de kwaliteit van softwaretesten te beoordelen en te verbeteren. Ondanks de veelbelovende resultaten van mutation testing wordt het nog niet algemeen toegepast in de industrie. We schrijven dit voornamelijk toe aan drie problemen: de overhead van de uitvoering, gebrek aan domeinkennis en gebrek aan ondersteuning voor tools. In dit proefschrift behandelen we deze drie problemen. Onze resultaten tonen aan dat het mogelijk is om het mutation testing procédé aan te passen aan industriële behoeften.

Charlie Beirnaert​

• 9 juli 2019
  
• Promotoren: Kris Laukens en Adrian Covaci

Abstract

Metabolomics is de studie van kleine moleculen die de eindproducten zijn van cellulaire processen. Deze moleculen worden metabolieten genoemd en ze zijn verantwoordelijk voor een grote hoeveelheid activiteiten in levende organismen. Verschillende soorten experimenten worden routinematig uitgevoerd om deze metabolieten en hun gedrag te bestuderen. De voornaamste analytische technieken zijn kernspinresonantiespectroscopie (NMR) en massaspectrometrie gekoppeld aan vloeistofchromatografie (LC-MS). Deze experimenten, en in het bijzonder LC-MS, resulteren in grote hoeveelheden data. In deze thesis wordt specifieke aandacht besteed aan de verwerking en analyse van deze data.

In het eerste deel van de thesis werd een nieuwe methode ontwikkeld voor het verwerken van NMR spectra. Deze methode, speaq 2.0 genaamd, is gebaseerd op de methoden voor de verwerking van LC-MS data. Hierbij worden wavelets gebruikt om pieken in de spectra te detecteren. Het gebruik van wavelets zorgt voor een grote data reductie zonder veel informatieverlies. Dit in tegenstelling tot de standaard NMR verwerkingsmethoden waarbij de spectra worden onderverdeeld in segmenten om vervolgens eenvoudigweg gesommeerd te worden. Behalve de piekdetectie methode bevat de speaq 2.0 software additionele functionaliteit om de spectra te reduceren tot een compacte data matrix die vervolgens kan gebruikt worden voor statistische analyse of “machine learning”. Een voordeel van de speaq 2.0 software is dat ze kan gebruikt worden om bestaande metabolomics data verwerkingsomgevingen te verbeteren door een meer efficiénte datareductiestap mogelijk te maken. Een additioneel voordeel van de speaq 2.0 software is dat ze ook kan gebruikt worden voor de analyse van andere, niet-metabolomics, eendimensionale spectra. De software is vrij beschikbaar als een R package.

In deel twee van de thesis wordt aandacht besteed aan een specifiek type metabolomics experimenten, zogenaamde dynamische experimenten. In dit soort experimenten worden stalen verschillende keren gemeten gedurende het verloop van het experiment. Dit resul- teert in longitudinale data waarbij het tijdsaspect van belang wordt. Deze dynamische experimenten produceren meer data en door het tijdsaspect kunnen de klassieke data- analysemethoden niet meer worden gebruikt. In deze thesis werd een nieuwe methode ontwikkeld waarbij de kennis van een expert kan gekoppeld worden aan “machine learning”

technieken om grote hoeveelheden data snel te kunnen scannen voor interessante signalen. Het gebruik en de resultaten van deze aanpak werden vergeleken met de gangbare analysemethoden. Deze vergelijking werd uitgevoerd zowel voor gesimuleerde data als voor experimentele data. We tonen dat onze methode even performant is voor de analyse van gesimuleerde data en betere performantie vertoont voor de analyse van experimentele data. Ten slotte wordt een methode voorgesteld om experimentele data te combineren met gesimuleerde data om een “machine learning” model aan te leren om specifieke patronen te herkennen in dynamische metabolomics data. De voorlopige resultaten geven aan dat deze methode kan gebruikt worden om zeer specifieke signalen te vinden in complexe data.​

Istvan David​

• 1 juli 2019
• Promotor: Hans Vangheluwe
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

De complexiteit van de systemen die we bouwen is de afgelopen decennia drastisch toegenomen.  Relevante voorbeelden zijn mechatronische en cyberfysische systemen, gekenmerkt door een enorme complexiteit, die voortvloeit uit het aantal en de heterogeniteit van de componenten.

Vanwege deze complexiteit is het garanderen dat een systeem correct ontworpen wordt een grote uitdaging.

Modelgebaseerd systeemontwerp (Model Based Systems Engineering - MBSE) stelt voor het systeem expliciet te modelleren voordat het wordt gerealiseerd. Multi-paradigma modellering (MPM) pleit met name voor het modelleren van elk aspect van het systeem op de meest geschikte niveau(s) van abstractie, gebruik makend van de meest geschikte formalisme(s), en met expliciet modelleren van de complexe ontwikkelingsprocessen.  Vaak worden de systeemcomponenten door meerdere ingenieurs parallel ontwikkeld.  Parallelisme leidt echter mogelijks tot inconsistenties tussen de ontwerpartefacten, waardoor de ultieme correctheid van het systeem in het gedrang komt.

In dit werk argumenteren we dat het beheersen van inconsistenties tussen systeemcompenten/gezichtspunten in een MBSE-omgeving een effectieve heuristiek is voor het bekomen van ultieme correctheid van het hele systeem.

Eerst formuleren we een geschikte definitie voor correctheid en consistentie in termen van semantische eigenschappen.  Dan definiëren we een procesgebaseerde benadering om een formele basis te bieden voor de detectie en het beheer van inconsistenties.  Het procesmodel van het systeemontwerp wordt getransformeerd zodat de potentiële inconsistenties worden beheerd terwijl de ontwikkeltijd van het systeem minimaal is.  Dit wordt bereikt door de verzameling van potentiële proceskandidaten met multi-objectieve ontwerpruimte exploratie te doorzoeken.  De verkenning wordt geleid door de transittijdprestatiemetriek van het proces, verkregen via een op DEVS gebaseerde simulatie.

Het nut van de aanpak wordt aangetoond door middel van een demonstrator: het ontwerp van een Automated Guided Vehicle.  Dit gebeurt met behulp van de prototype tooling die ter ondersteuning werd ontwikkeld.

Hossein Ghorbanfekr Kalashami​

• 26 juni 2019
  
• Promotoren: François Peeters en Mehdi Neek-Amal
• Departement Fysica 

Abstract

Het belangrijkste doel van de thesis is het onderzoeken van de structurele en dynamische eigenschappen van op grafeen gebaseerde membranen en op nanoschaal opgesloten water met behulp van grootschalige moleculaire dynamica (MD) simulaties. Een membraan kan worden gedefinieerd als een selectieve barrière die nanokanalen kan vormen welke specifieke moleculen en ionen efficiënt kunnen scheiden. Gecontroleerd transport van watermoleculen door membranen en capillairen heeft belangrijke toepassingen in waterzuivering en ionenzeving. MD simulaties zijn een goede manier om de onderliggende fysica op de atomaire schaal van de interacties tussen water en grafeenoppervlakken, welke drastische effecten kunnen hebben, te begrijpen. Deze thesis voorspelt, op basis van intensieve MD simulaties gecombineerd met experimentele metingen, dat de vorm van de grafeennanobubbel zeer sterk afhankelijk kan zijn van de eigenschappen van de opgesloten substantie, zoals de waterbubbel die een amorfe maar gelaagde structuur vormt als gevolg van de extreem nauwe opsluiting. Ze biedt inzichten in de effecten van het specifieke materiaal en de van der Waals druk op de microscopische details van grafeennanobubbels. Zo zijn bijvoorbeeld nanobubbels gevuld met kleine koolwaterstoffen (water) cirkelvormig (niet cirkelvormig).

Bovendien onderzoekt ze waterdoorlaatbaarheid doorheen grafeenoxidemembranen, waarvoor een significante verandering in de slippagedynamica van opgesloten water wordt voorspeld in de aanwezigheid van oppervlakte functionele groepen. Dit verklaart de extreem grote impact van commensurabiliteit geïnduceerd door opsluiting op nanoschaal, op de intrinsieke dynamische eigenschappen van water. We bestuderen verschillende organische oplosmiddelen geïntercaleerd in een montmorilloniet kleimembraan, een ionisch nanokanaal met interlaag metaalkationen. We zijn in staat om de geobserveerde zwelling eigenschappen en abnormale doorlaatbaarheid van de oplosmiddelen te verklaren, en polariteit en aromaticiteit worden als fundamentele mechanismen op de moleculaire schaal besproken. De thesis bestudeert ook monolaag grafeen gedoteerd met stikstof, waarvoor rimpelingen en verminderde mechanische sterkte worden voorspeld als gevolg van de vervangende dotering. Ze stelt ook een alternatieve aanpak voor het controleren van de stochastische beweging van een stukje grafeen over een grafeen substraat voor, door het construeren van topologische defecten in het substraat.

Linyang LI​

• 25 juni 2019
  
• Promotor: François Peeters
• Departement Fysica

Abstract

For the question, we proposed three different kinds of 2D Dirac materials. Using first-principles calculations, we predicted a new stable carbon monolayer, H4,4,4-graphyne. Adding the adjacent element of C in the periodic table, i.e. the N element, two kinds of dumbbell C4N structures can be obtained. The three monolayers all can be called C-based materials. They all show Dirac band structures with a linear relationship between E and k and the SOC effect is too weak much that we can neglect it. These C-based monolayers show high Fermi velocities, making them become promising materials for future high-speed electronic devices. Remarkable, the Fermi velocities of H4,4,4-graphyne are slightly higher than that of graphene. To our knowledge, the Fermi velocities of H4,4,4-graphyne are the highest Fermi velocities among all of the 2D carbon structures.

On the other hand, we tried to find some materials exhibiting a large SOC effect. Since it is difficult to see the SOC effect in materials containing only light elements, we focused on materials having heavy elements, such as Bi. We proposed several Bi-based 2D topological insulators. The large nontrivial band gaps make it possible to realize the QSH effect at room temperature. Remarkable, we found Dirac points when changing the SOC strength. Although large SOC effect can be found in those Bi-based 2D topological insulators, they do not show any magnetic properties. Considering magnetic proprieties, we tried transition metals and we predict a spinpolarized Dirac point in Y-based materials. Due to the transition metal Y, ferromagnetic properties can be found. The bands of spin-up and spin-down are separated and the Dirac point formed by the spin-down bands is at the Fermi level. Including SOC, a large nontrivial band gap is opened. The proposed Chern insulator 1T-YN2 can be used to realized QAH effect.

Camille Allonsius​

• 21 juni 2019
  
• Promotoren: Sarah Lebeer en Peter Delputte
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

In deze doctoraatsthesis werd onderzocht welke rol de glycomoleculen van lactobacillen in deze sleutelinteracties met de gastheer en de omringende micro-organismen kunnen spelen. Deze lactobacillen bewonen een breed scala aan ecosystemen, van de darm, vagina, neus en huid tot allerhande dieren, planten en voedingsmiddelen, waar ze een voordelig rol als sleutelsoorten kunnen spelen. Voor de lactobacilli kunnen we deze sleutelinteracties vertalen naar het manipuleren van hun gastheer via het immuunsysteem en naar de antimicrobiële effecten die ze uitoefenen op omringende micro-organismen. De moleculen waaraan lactobacilli deze rol te danken hebben, zijn echter nog grotendeels onbekend. Tot nu toe zijn glycomoleculen weinig bestudeerd. De grote variatie in structuren en hun prominente locatie op de celwand of in de uitgescheiden metabolieten (het secretoom) van de lactobacillen maakt hen echter wel zeer interessante moleculen in de interactie met de gastheer en andere micro-organismen.

In de doctoraatsthesis wordt eerst een overzicht gegeven van de moleculen op de celwand van lactobacilli, waarbij ook de gekende functies van de glycomoleculen in de interactie met gastheer en andere micro-organismen worden besproken. Daarna werden de genetische eigenschappen van lactobacilli voor de productie van één specifieke glycomolecule, namelijk de exopolysacchariden (EPS), systematisch onderzocht. Deze analyse toonde aan dat sommige EPS eigenschappen eerder terug te vinden zijn in een volledige Lactobacillus soort dan enkel in één specifieke stam zoals tot nu gedacht. Enkele van deze eigenschappen konden ook gelinkt worden aan de levensstijl van de lactobacilli. Hierdoor kunnen we er vanuit gaan de bepaalde structuureigenschappen van EPS wel degelijk belangrijk zijn voor het specifieke ecosysteem waarin ze gevonden worden. Dit werd vervolgens onderzocht voor Lactobacillus casei AMBR2, een van de eerste Lactobacillus isolaten uit de bovenste luchtwegen. De EPS van L. casei AMBR2 had inderdaad een zeer unieke structuur en speelde een rol in de aanhechting en cytokine inductie. Daaropvolgend werd de activiteit van de EPS en glycoproteinen van Lactobacillus rhamnosus GG, een zeer gekende Lactobacillus probioticum voor darmtoepassingen, tegen Candida albicans onderzocht. De EPS bleek betrokken te zijn in de competitie tussen L. rhamnosus GG en C. albicans tijdens aanhechting aan epitheelcellen. Het glycoproteine Msp1, een peptidoglycaanhydrolase, bleek nog een duidelijkere functie uit te oefenen: het kon de vorming van hyfen door C. albicans blokkeren. Tenslotte werd getest of deze bevindingen ook in vivo konden vertaald worden in een Galleria mellonella model.

Inne Michielsen

• 18 juni 2019
  
• Promotoren: Annemie Bogaerts en Vera Meynen
  
• Departement Chemie

Abstract

In deze thesis werd onderzoek gedaan naar dry reforming van CH4 in een gepakte bed DBD reactor. Het doel was om meer inzicht te krijgen in de interacties tussen plasma en pakking materialen en hun invloed op conversie, energie efficiëntie en product selectiviteit.

In Hoofdstuk 1 wordt uitgelegd waarom het belangrijk is CO2 en CH4, twee broeikasgassen, om te zetten naar chemische componenten met toegevoegd waarde. De huidige stand van de techniek wordt beschreven, waardoor duidelijk wordt dat er nood is aan een energie-efficiënte technologie die deze chemische componenten selectief kan converteren. Een techniek die hierin een hoog potentieel heeft is plasmakatalyse.

In Hoofdstuk 2 wordt de methodologie van dit doctoraat beschreven. Zowel de karakteristieken van de DBD opstelling, als de specificaties van de gebruikte materialen komen hier aan bod. Ook de gebruikte karakterisatie-methoden voor de materialen worden toegelicht. De resultaten hiervan zijn terug te vinden in de Appendix.

Hoofdstuk 3 toont de resultaten behaald voor CO2 splitsing. Hiervoor worden vier verschillende sferische pakkingmaterialen vergeleken, elk in drie verschillende groottes, net als de invloed van kwartswol en glaswol als pakkingmateriaal. De invloed van het materiaal zelf, de grootte van de sferen, en de interactie met de diëlektrische barrière wordt bestudeerd.

In Hoofdstuk 4 worden vijf sferische pakkingmaterialen in drie verschillende groottes bestudeerd, ditmaal voor DRM, waarbij de CO2 conversie in aanwezigheid van methaan wordt vergeleken met die verkregen voor zuivere CO2 splitsing. Niet enkel de conversie, maar ook de fracties van de gevormde producten worden bestudeerd.

Hoofdstuk 5 focust ten slotte op BaTiO3 als pakkingmateriaal, aangezien hiermee de hoogste conversies verkregen worden voor CO2 splitsing maar de laagste voor DRM. In dit hoofdstuk wordt gekeken naar de invloed van de grootte van de sferen, de gap en de verblijftijd in de reactor voor de specifieke case van BaTiO3. Bovendien wordt de conversie voor DRM vergeleken met diegene voor de individuele componenten.

Hoofdstuk 6 ten slotte, geeft een algemene conclusie van de bekomen resultaten.

Kevin Hellemans​

• 14 juni 2019
  
• Promotor: Koen Janssens
• Departement Chemie

Abstract

Dit onderzoek presenteert een overzicht van de mogelijkheden van LA-ICP-MS als een techniek voor kwantitatieve analyse, bepalen van isotoopverhoudingen en elementaire beeldvorming. Hiervoor wordt de techniek zelf voorgesteld en worden de belangrijkste parameters die een invloed hebben op de kwaliteit van een LA-ICP-MS meting beschreven.

Voor kwantitieve analyse worden de huidige calibratiestrategieën voor LA-ICP-MS toegelicht, zowel op het vlak van selectie en bereiding van standaarden als op het vlak van dataverwerking. Daarnaast werd een nieuwe calibratiestrategie voorgesteld, gebaseerd op een lineaire combinatie van standaarden. Een case study met de traditionele calibratiestrategie uit de literatuur werd uitgevoerd en vergeleken met data van SEM-EDX om een referentiekader te schetsen voor de performantie van de techniek. In een tweede case study werd onze nieuwe calibratiestrategie toegepast en werd er uitsluitend gebruik gemaakt van LA-ICP-MS, wat uitstekende resultaten opleverde.

Met het oog op het bepalen van isotoopverhoudingen, werd er onderzocht wat de limieten zijn van het gebruik van een lage resolutie quadrupool massaspectrometer voor deze bepaling. Dit stelde ons in staat om de te verwachten accuraatheid en precisie in te schatten. De performantie bleek goed genoeg te zijn om weapon-grade plutonium te onderscheiden van global fall-out, zoals het werd aangetoond in de case study omtrent dit onderwerp.

Uiteindelijk hebben we ook LA-ICP-MS geëvalueerd als een techniek voor elementaire beeldvorming, waarbij we tevens de meest courante multivariate data analyse hebben beschreven. Om de techniek te plaatsen tegenover andere elementaire technieken, werd een historisch verffragment geanalyseerd dat in het verleden reeds geanalyseerd was met SEM-EDX and μ-XRD. Op die manier konden we de resultaten accuraat vergelijken met de andere technieken.

Jeroen Van Walsem

• 4 juni 2019
  
• Promotoren: Siegfried Denys, Silvia Lenaerts en Bart Modde
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

Fotokatalyse wordt al tientallen jaren als een veelbelovende techniek voor luchtzuivering bestempeld. Het principe lijkt eenvoudig en vereist enkel een fotokatalysator, die geïmmobiliseerd is op een dragermateriaal, en één of meerdere UV bronnen. Toch blijkt dat de commercialisering van fotokatalytische systemen niet doorbreekt op de wereldwijde markt. Het doel van dit doctoraat is om vanuit een toepassingsgerichte benadering de knelpunten die commercialisatie in de weg staan te identificeren en aan te pakken.

Eén van de meest voor de hand liggende toepassing van fotokatalyse als binnenhuisluchtzuiveringstechniek is de integratie in de luchtkanalen van een ventilatiesysteem. Het probleem van binnenhuisluchtverontreiniging wordt versterkt door het feit dat mensen meer en meer tijd binnenshuis spenderen en dat ventilatie tot een minimum beperkt wordt als energiebesparende maatregel. De menselijke blootstelling aan VOCs wordt rechtstreeks gerelateerd aan het sick building syndroom dat kan leiden tot klachten als hoofdpijn, vermoeidheid, duizeligheid en concentratiegebrek. Daarnaast wordt de blootstelling aan VOCs ook gerelateerd aan ernstige gezondheidseffecten op lange termijn zoals kanker of luchtwegaandoeningen.

Ventilatiesystemen worden gekenmerkt door hoge debieten en vereisen minimale drukverliezen om de werking van de ventilator van het systeem te garanderen. Daarom werden permeabiliteit en beschikbaar oppervlak gekozen als selectiecriteria voor het dragermateriaal van de fotokatalysator. Een extra criterium was de UV transparantie van het materiaal zodat het uitgestraalde licht optimaal benut wordt in de volledige reactor. Na een grondige kwantitatieve analyse van de potentiële substraten werden glazen buisjes (borosilicaat) geselecteerd. Glazen buisjes kunnen gemakkelijk gestapeld worden tot een transparante monolietachtige multi-tube reactor en zijn relatief goedkoop.

Aangezien de werking van een fotokatalytische reactor wordt beschreven door een complexe interactie tussen fysische en chemische processen, werd gekozen om voor de optimalisatie van het systeem een modelmatige benadering te hanteren. Intrinsieke kinetische parameters liggen aan de basis van dergelijke modellen en beschrijven de fotokatalytische reactiesnelheid, onafhankelijk van het luchtdebiet, de polluentconcentratie of het stralingsveld. In dit werk werden ze achterhaald door middel van een Computational Fluid Dynamics (CFD) studie, gebaseerd op FTIR experimenten voor een laboschaal multi-tube reactor.

Tot slot werden verschillende lichtconfiguraties in opgeschaalde multi-tube reactoren vergeleken en geëvalueerd, door middel van het modelmatig simuleren van de luchtstroming, de massa-overdracht, het stralingsveld en de fotokatalytische reacties. Dankzij de verworven inzichten werd een proof of concept multi-tube reactorontwerp bekomen. Het theoretische ontwerp werd in de praktijk geconstrueerd en vervolgens op experimentele wijze geëvalueerd volgens de Europese CEN-EN-16486-1 standaard voor VOC afbraak door een extern onderzoekscentrum ‘CERTECH’.

Mohd Shahrimie MOHD ASAARI​

• 22 mei 2019
  
• Promotor: Paul Scheunders​
• Departement Fysica

Abstract

Close-range hyperspectral imaging (HSI) has recently gained popularity for its application in high-throughput phenotyping platforms (HTPP), which allow for rapid and non-destructive monitoring and assessment of growth dynamics of plants throughout their vegetative stages. The integration of close-range HSI in HTPPs for the extraction of phenotypic traits is still under development and  requires input from the biological as well as the technological perspective.

The acquisition of hyperspectral data in close-range setups is challenging and requires a detailed inspection of factors related to the imaging setup, that influence the obtained spectra. Particularly, the reflectance spectra from leaves in close-range imaging are highly influenced by plant geometry and its specific alignment towards the imaging system. This induces high uninformative external variability in the recorded signals, whereas the spectral signature informing on plant biological traits remains undisclosed. In this thesis, a method to deal with these effects is developed. In the proposed method, the standard normal variate (SNV) normalization method was applied to remove linear effects and a clustering approach is employed to remove pixels that exhibit nonlinear multiple scattering effects.

Once the uninformative variability due to the external factors has been normalized, the desired information was extracted from the spectral reflectance. In this thesis, two major strategies for the interpretation of reflectance spectra with respect to phenotypic traits were developed, unsupervised and supervised data-driven approaches. In the unsupervised data-driven approach, the plant characteristics were inferred entirely from the spectral fingerprint without any prior information about the plant’s parameters. For this, a spectral similarity measure and a band selection strategy were employed to quantify subtle biological information and characterize the plant growth dynamics. In the supervised data-driven approach, machine learning regression algorithms were employed to model the relationship between the spectral variables and the plant physiological parameters. The developed models were tested for their ability to estimate four plant physiological parameters which highly correlate with the water-deficit stress factors as the proxy for drought stress responses.

The proposed methodologies were demonstrated by the study of water-stress and recovery of maize plants in a high-throughput plant phenotyping platform. The results showed that the analysis methods allow for an early detection of drought stress responses and of recovery effects shortly after re-watering. This demonstrates that close-range HSI has a high potential to become a rapid and non-destructive novel technology for high throughput phenotype studies.

Maarten Muys​

• 22 mei 2019
  
• Promotoren: Siegfried Vlaeminck en Pieter Vermeir
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

In iets meer dan 30 jaar moeten we tot 50% meer eiwit produceren, terwijl onze conventionele lineaire voedselproductieketen reeds de grenzen van duurzaamheid overschrijdt. Microbieel eiwit (MP), de eiwitrijke biomassa van micro-organismen, werd onderzocht als nieuw voeder en voedselingrediënt in een circulaire eiwitproductieketen. MP-productie kan gebaseerd zijn op primaire grondstoffen om zo de inefficiënte stappen in de huidige eiwitproductie over te slaan, of de productie kan gebaseerd zijn op secundaire grondstoffen afkomstig van de verliezen in de conventionele productieketen (bijvoorbeeld afvalwater). Zowel indirecte als directe strategiën voor nutriëntenherwinning kunnen geïdentificeerd worden.

Indirecte nutriëntenherwinning werd onderzocht door struviet toe te passen als fosfor- en stikstofbron voor MP-productie. Struviet, een herwinningsproduct in de afvalwaterzuivering, bleek een hoge zuiverheidsgraad te hebben waardoor het een uitstekende selectieve barrière vormt tussen afvalstroom en MP productie. Oplossingssnelheden en MP groei-experimenten toonden aan dat struviet gemakkelijk gedoseerd kan worden in functie van de microbiële nutriëntenbehoeftes, waarnaast problemen vermeden worden gerelateerd aan de turbiditeit van nevenstromen, wat de productie van fototrofe MP mogelijk maakt.

Daarnaast werd ook directe nutriëntenherwinning onderzocht. Hierbij werden de voedingswaarde en veiligheid geanalyseerd van biomassa bestaande uit aerobe heterotrofe bacteriën (AHB) afkomstig van effluentzuivering van 25 bedrijven in de voedings- en drankensector. Verder werd ook de temporele variabiliteit in kaart gebracht. Er werd een veelbelovend eiwitgehalte geobserveerd waarvan de variabiliteit aanzienlijke was. Verder werd aangetoond dat het eiwitgehalte positief gecorreleerd was met stikstofbelasting en negatief met slibverblijftijd, wat een indicatie is dat de implementatie van een geoptimaliseerd productieproces, de biomassakwaliteit gevoelig kan verhogen. Bovendien was de veiligheid als veevoeder gegarandeerd op vlak van de meeste contaminanten.

In het daarop volgende hoofdstuk werd de variabiliteit in voedingswaarde en veiligheid bestudeerd van commerciële fototrofe MP (de microalgen Chlorella en Spirulina), gekweekt op primaire grondstoffen. De waargenomen variabiliteit in voedingswaarde vereist verdere optimalisatie van het productieproces. Er werd ook waargenomen dat een hoog eiwitgehalte geen hoge totale voedingswaarde impliceert, omdat de verteerbaarheid en de eiwitkwaliteit nog steeds ongunstig kunnen zijn. Op basis van gemeten contaminanten geeft een veilige consumptiedosis aan dat microalgen perfect kunnen worden geconsumeerd als volwaardige eiwitbron in plaats van als supplement, hun huidige hoofdtoepassing. In een laatste experimenteel hoofdstuk werd onderzocht hoe de variabiliteit in biomassakwaliteit van microalgen kan worden gereduceerd en hoe een stabiele, hoogwaardige biomassaproductie kan worden bekomen. De invloed van oogsttijd, operationele modus en fotoperiode werd bepaald op de productiviteit van biomassa, eiwit en essentiële aminozuren en er werden optimale productieparameters geïdentificeerd.

Samengevat is MP-productie op basis van indirecte en directe nutriëntenherwinning veelbelovend. Verdere technologische ontwikkelingen en het verhogen van bewustwording en sociale acceptatie, moeten een verdere introductie van MP in de voeder- en voedingsmarkt faciliteren. Hier kan MP een belangrijke oplossing vertegenwoordigen om de exponentieel groeiende wereldbevolking op een duurzame manier te voeden.

Jamoliddin RAZZOKOV 

• 17 mei 2019
  
• Promotor: Annemie Bogaerts
  
• Departement Chemie

Abstract

Biomedical applications of cold atmospheric plasma (CAP) are gaining increasing interest. In particular, CAP seems very promising for various applications, such as bacterial decontamination, wound healing, drug delivery and even cancer treatment. However, the underlying mechanisms at the atomic scale are not yet fully understood. One of the reasons is that the exact mechanisms are difficult to explore experimentally.

CAP generates a rich mixture of reactive oxygen and nitrogen species (RONS), which interact with living cells, inducing molecular level modifications to their components (e.g., lipids, proteins and DNA) upon oxidation. This will influence the intra- and/or intercellular signaling pathways, leading to various alterations in the cellular metabolism, which are stated to cause apoptosis, necrosis or immunogenic cell death. To better understand the effect of plasma on the cellular processes, a fundamental insight in the RONS-cell interactions and in the effect of plasma-induced oxidation, is crucial.

Complementary to experiments, computer simulations allow us to study the underlying processes with nanoscale precision. Thus, in my PhD project, I elucidated the mechanisms of RONS and glucose permeation and PS flip-flop across the native and oxidized cell membrane by means of MD simulations. Furthermore, I studied the impact of plasma oxidation to globular, fiber-like and signaling proteins in the context of wound healing, Alzheimer’s disease and cancer treatment, applying docking and MD simulations.

These findings help to reveal the complex interaction of CAP with the cell constituents in a qualitative way, and serve as an investment in order to develop CAP systems for clinical translation.

Wim Torfs​

• 13 mei 2019
  
• Promotor: Chris Blondia
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

Tijdigheid en dan in het bijzonder de latency en tijdsefficientie van netwerken wordt een steeds belangrijker aspect van hedendaagse draadloze communicatie. Dit werk beschouwt de efficientie en latency van drie verschillende types netwerken: Wireless Sensor Networks, Wireless Local Area Networks en Cognitive Radio Networks.

De tijdigheid vormt een uitdaging, bijvoorbeeld bij synchronizatie protocollen in WSNs. In dit werk worden de hardware delen bestudeerd die een of andere invloed hebben op de nauwkeurigheid van de klok. Het gerelateerde werk wordt aan de hand van dit hardware model geevalueerd. Op basis van de verkregen gegevens is er een nieuw synchronizatie protocol voorgesteld, dat zich baseert op een abstract concept van timestamps.

Een van de uitdagingen van TDMA protocollen, is het heterogene karakter van sommige netwerken, waar niet elke node een even groot aandeel in bandbreedte heeft. Dit werk bespreekt een nieuw TDMA protocol dat specifiek is ontwikkeld voor een dergelijk netwerk en dat werkt op een zodanige mannier dat nodes met een kleine bandbreedte toch regelmatig toegang krijgen tot het netwerk om hun data te versturen. Bovendien wordt het netwerk niet verstoort door nodes die erbij komen of weggaan, waardoor een update van de slot scheduling nodig is. Het resulterende protocol heeft een deterministisch gedrag, wat zich uit in zowel een voorspelbare opslag capaciteit, als latency.

Gebruikelijk bij COTS IEEE Std 802.11n hardware is dat enkel CSMA medium acccess aangeboden wordt. In specifieke gevallen is het echter wenselijk om een meer deterministiche medium access te hebben. In dit werk wordt een mannier beschreven hoe paketten gestuurd kunnen worden met een precies tijdsinterval door bepaalde delen van de Linux kernel drivers aan te passen.

Een laatste contributie van dit werk is gesitueerd in het gebied van CRNs en Neighborhood Discovery protocols, waaruit is voortgekomen dat een Rendezvous poging die op een asynchrone mannier uitgevoerd wordt, een betere performance biedt. Door middel van een extension voor te stellen die net dit asynchrone karakter veroorzaakt, kan elk RDV protocol hiervan profiteren.

Bart Spinnewyn

• 30 april 2019
  
• Promotoren: Steven Latré en Juan Felipe Botero Vega
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

De volgende generatie van Internetdiensten heeft zeer strenge eisen betreffende connectiviteit. Deze diensten omvatten zelfrijdende auto’s, geaugmenteerde werkelijkheid en slimme robots. Deze toepassingen vereisen draadloze communicatiemiddelen die zeer weinig vertraging introduceren, produceren gigantische hoeveelheden data en vereisen dat het opzetten van digitale samenwerkingen tussen uiteenlopende apparaten gezwind gebeurt. Terwijl een traditionele clouddienst typisch wordt opgezet binnen één enkele server cluster, hebben deze nieuwe diensten bandbreedte en reactietijd vereisten die opleggen dat minstens enkele computationele taken uitgevoerd worden nabij de eindgebruiker. Gecentraliseerde en ruimtelijk gedistribueerde cloud-omgevingen verschillen sterk. In vergelijking tot gecentraliseerde clouds zijn gedistribueerde omgevingen veel minder uniform. Gedistribueerde omgevingen incorporeren namelijk zowel de infrastructuur van gecentraliseerde omgevingen, als de infrastructuur aan de rand van het netwerk, welke veel minder betrouwbaar is en vaak beperkte capaciteiten heeft. Deze kloof in betrouwbaarheid, connectiviteit, en afstand tot de eindgebruiker, bemoeilijkt het beheer van dergelijke omgevingen. Dit proefschrift onderzoekt de uitdagingen die gepaard gaan met de orchestratie van Internetdiensten in deze heterogene cloud-omgevingen en reikt technieken aan om deze uitdagingen aan te gaan.

 Ten eerste, onderzoeken we hoe gegevens op een effectieve wijze gerepliceerd kunnen worden over opslagvoorzieningen aan de rand van het netwerk.

We maximaliseren de opbrengsten van de netwerkbeheerder over de levensduur van een dienst. Deze optimalisatie beschouwt zowel Service Level Agreements (SLAs) betreffende beschikbaarheid en de cloud-karakteristieken. Deze aanpak is gestoeld op een dynamisch faling-model dat zowel de impact van faalgedrag en de benodigde tijd om data te repliceren beschouwt. Ten tweede, onderzoeken we hoe betrouwbare geheugenloze netwerkdiensten kunnen opgezet worden in een omgeving waar zowel apparaten als hun verbindingen falen, waarbij een minimale beschikbaarheid gegarandeerd wordt voor elke dienst en de plaatsingskost geminimaliseerd wordt. Om de beperkingen van de infrastructuur aan de rand van het netwerk te omzeilen introduceert onze Survivable Virtual Network Embedding (SVNE)-techniek, die zich bewust is van de beschikbaarheidsvereisten, enkel beschermingen waar deze nodig zijn. Ten derde, onderzoeken we hoe een netwerkdienst te orchestreren in een Network Functions Virtualization (NFV)-omgeving. We stellen algoritmes voor die het aantal diensten die tegelijkertijd eenzelfde infrastructuur kunnen delen; en de kwaliteit van de configuraties, kunnen verbeteren door coördinatie van de compositie van middelen, enerzijds; en de toewijzing van deze middelen aan bronnen in de fysieke infrastructuur, anderzijds. Naast de ontwikkeling van de vereiste middelentoewijzingsalgoritmes voor een bestaand model van netwerkdiensten met een boomstructuur, ontwikkelen we ook een nieuw model met bredere toepasbaarheid en ook de vereiste algoritmes.

Frederik Vanmeert​

• 29 april 2019
  
• Promotoren: Koen Janssens en Karolien De Wael
• Departement Chemie

Abstract

At or below the surface of painted works of art, valuable information is present that provides insights into an object’s past, such as the artist’s technique and the creative process that was followed or its conservation history, but also on its current state of preservation. Typically, a (very) limited set of small paint samples is taken which provide direct access to the individual paint layers. The chemical build-up of these layers can then be investigated in great detail using various microscopic analytical methods. However, in recent years a new trend towards both elemental and chemical imaging techniques has been set which are capable of visualizing the (often) heterogeneous composition of painted objects on a macroscopic scale.

In this dissertation, various forms of specificity attainable with X‑ray powder diffraction (XRPD) imaging are explored: at the chemical, material and spatial level. This high specificity is illustrated throughout several applications stemming from the field of cultural heritage, both at the macroscopic (MA) and microscopic (µ) scale.

As a first step, XRPD imaging was transformed to a transportable instrument that can be employed for the in situ investigation of artworks, e.g., inside museums and conservation workshops. With this unique instrument large‑scale maps (cm2 – dm2) reflecting the distribution of crystalline phases on/below the surface of flat painted artefacts can be visualized in a noninvasive manner. In this way compound-specific information was attained which can be related to original pigments or materials that have been added in a later stage and even degradation/secondary products that have formed spontaneously inside the paint layers.

Additionally, with MA‑XRPD imaging it was possible to link quantitative information of pigment compositions and preferred orientation effects to the 2D compound‑specific distribution images, allowing for a further distinction between very similar artists’ materials. Furthermore, promising results for the limited depth-selectivity of this technique, obtained by exploiting the small shift in the position of the diffraction signals originating from the layered sequence of the pigments, are shown.

Finally, a minute paint sample from Wheat stack under a cloudy sky by Van Gogh was investigated at a synchrotron radiation facility with tomographic µ‑XRPD imaging at the microscopic scale. The high chemical and spatial specificity of this imaging method was exploited to further elucidate the degradation pathway of the red lead pigment.

Le TIAN​

• 26 april 2019
  
• Promotoren: Jeroen Famaey en Steven Latré
• Departement Wiskunde-Informatica
  

Abstract

Het internet der dingen (IoT) heeft een ware revolutie teweeggebracht in de wereld van informatie- en communicatietechnologie, door alles altijd en overal te connecteren met het internet. Om de IoT visie te realiseren, is het nodig om een groot aantal batterij-gevoede slimme toestellen te verbinden met het internet op een energie-efficiënte manier. De recente IEEE 802.11ah Wi-Fi standard wordt gezien als een veelbelovende technologie voor zulke toestellen. Eén van de nieuwe functies van IEEE 802.11ah, Restricted Access Window (RAW) genaamd, is specifiek ontwikkeld om het verbinden van een groot aantal batterij-gevoede toestellen efficiënter te maken. RAW splitst toestellen op in groepen, en laat elke groep slechts toe om een deel van de totale tijd data te versturen of ontvangen. Dit verlaagt de kans op botsingen tussen datapakketten en verbetert de schaalbaarheid. De IEEE 802.11ah standaard specifieert echter niet hoe de verschillende RAW-parameters moeten worden geconfigureerd. Het doel van dit proefschrift is om deze parameters dynamisch te optimaliseren in functie van de veranderende netwerkomstandigheden.

Dit proefschrift stelt vier belangrijke contributies voor. Ten eerste beschrijf ik mijn implementatie van IEEE 802.11ah in de ns-3 netwerksimulator, alsook experimentele resultaten ter validatie. Ten tweede stel ik het Traffic-Aware RAW Optimization Algorithm (TAROA) voor. TAROA steunt op een nieuwe techniek om te voorspellen wanneer toestellen data zullen versturen. Op basis van deze voorspelling en een RAW-prestatiemodel onder gesatureerde omstandigheden verdeelt TAROA de toestellen op in RAW-groepen, om zo de efficiëntie van het netwerk te maximaliseren. Ten derde verbeter ik TAROA door gebruik te maken van surrogaatmodellering, dat op basis van machinaal leren met een beperkt aantal gelabelde datapunten een accuraat wiskundig prestatiemodel kan bouwen van RAW. Het Model-Based RAW Optimization Algorithm (MoROA) combineert dit surrogaatmodel met de datavoorspellingstechniek van TAROA om in ware tijd RAW te optimaliseren op vlak van zowel netwerk- als energie-efficiënte. Ten vierde heb ik het surrogaatmodel uitgebreid om om te kunnen gaan met heterogene toestellen. Dit zorgt voor een explosie in het aantal mogelijke datapunten in de ontwerpruimte van het model, waardoor een meer efficiëntie trainingsmethodologie nodig was.

Samengevat, heb ik verschillende oplossingen ontwikkeld om RAW in ware tijd te optimaliseren ter ondersteuning van grootschalige IoT netwerken. Ik heb een open-source IEEE 802.11ah simulator ontwikkeld, en de resultaten werden gepubliceerd als een patent en verscheidene artikels gepubliceerd in internationale tijdschriften en proceedings van congressen.

Jens Hemelaer​

• 26 april 2019
  
• Promotor: Lieven Le Bruyn
• Departement Wiskunde-Informatica

Abstract

Jamie MacLaren​

• 25 april 2019
  
• Promotoren: Sandra Nauwelaerts en Peter Aerts
• Departement Biologie

Abstract

De vorm van de voorpoot bij zoogdieren is onlosmakelijk verbonden met de functionele eisen van de soort in kwestie. Zoogdieren die hun voorpoten gebruiken voor voortbeweging op de grond, bezitten een veelvoud aan voorpootvormen en -houdingen die zodanig aangepast zijn dat ze de basisfuncties van zwaartekrachtondersteuning, richtingsverandering, schokabsorptie en voortbeweging kunnen vervullen. Binnen de groep van de landzoogdieren heeft de voorpootvorm de grootste veranderingen ondergaan in de Perissodactylidae-familie Equidae (paarden, zebra’s en ezels). De vroegste paardachtigen waren kleingebouwde bosbewoners met vier tenen (tetradactyl) die ongeveer 56 miljoen jaar geleden leefden. Doorheen de tijd zijn de ledematen van de paardachtigen gewijzigd d.m.v. een reductie in aantal tenen (van vier naar drie naar één), de verlenging van de distale elementen en het peziger worden van de distale spieren.

Deze aanpassingen zorgden uiteindelijk voor de evolutie naar het moderne ééntenige (monodactyl) genus Equus. Om inzicht te verschaffen in deze vermoedelijk adaptieve locomotorische transitie, gebruikt deze thesis een alternatieve benadering door de functionele morfologie van de voorpoot van een andere huidige Perissodactylidae familie te onderzoeken, namelijk de Tapiridae (tapirs), dewelke zowel bosbewonend als viertenig zijn gebleven. Door de beender- en spieranatomie van tapir voorpoten te kwantificeren ben ik in staat om functionele gelijkenissen te begrijpen tussen de voorpoten van de vroege viertenige Perissodactylidae en hun moderne tegenhangers.

Bovendien kunnen belangrijke veranderingen in osteologie en spierorganisatie worden geïdentificeerd gedurende de transitie van vier naar drie functionele tenen in de voorpoot van paardachtigen en verwanten. Om de morfologie te kwantificeren volgde ik een driedimensionale geometrische morfometrische aanpak, gebaseerd op laser surface scans. Daarnaast gebruikte ik ook morfometrische ratio’s zoals snelheid proxies, hefboom metingen, schattingen van de lichaamsmassa, fylogenetische vergelijkende methodes en kwantificatie van de spierarchitectuur. Zodoende kon ik een holistisch begrip verwerven van de functionele anatomie van de tapir voorpoot.

Deze thesis beschrijft interspecifieke variatie aanwezig in de voorpoot van de tapir kroongroep Tapirus, zowel tussen levende als uitgestorven soorten. Deze tot nu toe ongekende interspecifieke variatie suggereert: a) differentiële gewichtsverdeling over de vier tenen gedurende de voortbeweging, en b) dat het post-craniaal skelet van tapirs morfologische variatie vertoont onafhankelijk van grootte en fylogenetische verwantschappen. Ik toon ook aan dat tapirs een reeks morfologische kenmerken bezitten die wijzen op een functionele verandering gelijkaardig aan deze in paardachtigen en Palaeotheriidae uit het Eoceen (centraal geplaatste spina scapulae, extensie van de processus van het derde carpaal, verminderde flexie / verhoogde adductie en abductie van de vingerkootjes). Deze kenmerken geven aan dat de ondervoet van vroege drietenige (tridactyl) paardachtigen en Palaeotheriidae op een verschillende wijze interageerde met het substraat, en dat paardachtigen een sterke reductie in de stabiliteit van de ledematen hebben meegemaakt vroeg in de overgang van vier naar drie functionele tenen.

Door te kijken naar zowel de osteologische als musculaire kwantificatie van de tapir voorpoot is het mogelijk, en gerechtvaardigd, om besluiten te trekken over de evolutie van locomotie in paardachtigen. Deze thesis is de eerste geometrische kwantificatie van dergelijke data in een viertenige perissodactyl, en kan dienen als een aanloop voor verdere studies op de locomotorische functionele morfologie binnen de Perissodactyla.

Julie Cautereels​

• 16 april 2019
  
• Promotor: Frank Blockhuys
  
• Departement Chemie

Abstract

Spectroscopische en spectrometrische technieken zoals massaspectrometrie (MS), infrarood (IR) en NMR spectroscopie, zijn al jarenlang een belangrijk tool voor de karakterisatie van verbindingen. Terwijl voor IR en NMR spectroscopie kwantumchemische berekeningen routinematig worden gebruikt om hun spectra te toe te wijzen en te voorspellen, zijn er voor MS geen kwantumchemische methoden beschikbaar om massaspectra te reproduceren of te voorspellen. Aangezien de huidige methoden voor het voorspellen van massaspectra allen een aantal nadelen vertonen, hebben wij een een nieuwe kwantumchemische methode ontwikkeld voor het voorspellen van massaspectrometrische fragmentatieroutes, genaamd Quantum Chemical Mass Spectrometry for Materials Science (QCMS2).

Tijdens de QCMS2 berekeningen wordt er geen energie toegevoegd waardoor de energieën van de fragmentaties positief zijn: QCMS2 volgt vanuit het precursor ion de fragmentaties met de minste weerstand die aanleiding geven tot fragmenten. QCMS2 is gebaseerd op DFT/B3LYP/6-311+G* berekeningen van bindingsorden, reactie-energieën voor bindingssplitsingen en activeringsenergieën voor omleggingen.

Tijdens dit doctoraatsonderzoek werd QCMS2 gebruikt om de fragmentatieroutes na elektron ionisatie te voorspellen voor vier organische moleculen en tevens om de elektrospray collision-induced dissociation fragmentatieroutes te voorspellen van melfalan en benzocaine analogen, sfingosylfosforylcholine en 38 X-His-Z tripeptiden waarbij X en Z aminozuren zijn die sterke waterstofbruggen kunnen vormen. Voor alle bestudeerde verbindingen is QCMS2 niet alleen in staat om de belangrijkste fragmenten in hun massaspectra te reproduceren maar ook om nieuwe fragmentatieroutes te voorspellen.  In het laatste hoofdstuk van deze thesis worden de toekomstperspectieven van QCMS2 toegelicht.

Marleen Ramakers​

• 9 april 2019
  
• Promotor: Annemie Bogaerts
• Departement Chemie

Abstract

De problematiek rond klimaatverandering is niet meer weg te denken uit onze maatschappij. Het krijgt steeds meer aandacht in de media en verschillende onderzoekers spitsen zich toe op het onderzoeken van technieken die de klimaatverandering binnen de perken kunnen houden. De oorzaak ligt bij de stijgende concentratie van CO2 in onze atmosfeer. Het is dus noodzakelijk de uitstoot van CO2 zoveel mogelijk te beperken.

Een technologie die uitvoerig onderzocht wordt voor het omzetten van CO2 in nuttige chemicaliën en brandstoffen is plasmatechnologie. In deze thesis wordt de CO2 omzetting in een gliding arc plasmatron (GAP) bestudeerd. Dit is een plasma reactor die gebruik maakt van een tangentiële gasinlaat zodat een vortex bekomen wordt. Deze configuratie heeft verschillende voordelen ten opzichte van een klassieke gliding arc reactor.

Tijdens dit doctoraatsonderzoek werd de invloed van de reactorconfiguratie en het toevoegen van verschillende andere gassen op de CO2 conversie en energie-efficiëntie onderzocht. De plasma arc is ook in beeld gebracht met behulp van een hogesnelheidscamera. Het onderzoek toont aan dat de GAP veelbelovend is voor CO2 conversie. In het laatste hoofdstuk van deze thesis worden de resultaten van een techno-economische studie gepresenteerd en worden mogelijke punten van verbetering voorgesteld, die nodig zijn voor potentiële industrialisatie van de GAP.

Eline Oerlemans​

• 25 maart 2019
  
• Promotoren: Sarah Lebeer en Gilbert Donders
• Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract

Op en in ons lichamen dragen we een grote collectie aan micro-organismen, waar we naar verwijzen als ‘onze microbiota’. Ondanks dat bacteriën en gisten nog vaak een negatieve connotatie hebben en geassocieerd worden met infecties, heeft het merendeel van deze microorganismen een neutraal of zelfs positief effect op onze gezondheid. In verschillende pathologieën is de balans tussen de gunstige en potentieel gevaarlijke microorganismen verstoord. In deze thesis hebben we twee vaginale en een dermatologische aandoeningen bestudeerd en bekeken of het toedienen van Lactobacillus stammen (vaak geassocieerd met gezondheidsbevorderende effecten ) de bestudeerde aandoeningen kon verbeteren.

In een eerste experimentele hoofstuk werd de samenstelling en abundantie van het microbioom in aerobe vaginitis beschreven. Deze onderbestudeerde aandoening wordt gelinkt aan ernstige symptomen en complicaties voor de gezondheid. Ondanks dat de microbiele gemeenschap van zijn microbiële tegenhanger, bacteriële vaginose uitgebreid bestudeerd is, bleven moleculaire analyses van de microbiota in aerobe vaginitis lang achterwege. Deze twee vaginale aandoeningen worden gekenmerkt door het verdwijnen van de lactobacillen, die onder ‘normale’ omstandigheden dominant zijn. In tegenstelling tot deze twee aandoeningen heeft onderzoek aangetoond dat bij vulvovaginale candidose, het onderwerp van het volgende hoofdstuk, de microbiota grotendeels ongewijzigd is t.o.v. gezonde vrouwen. Aangezien we veronderstelden dat de activiteit of werkzaamheid van de endogene lactobacillen verminderd kan zijn bij Candida infecties, werden exogene lactobacillen (niet de typische vaginale taxa) gescreend en geselecteerd voor de ontwikkeling van een probiotische gel voor vaginaal gebruik. Het effect van deze gel op het vaginale bacterioom en mycobioom werd geëvalueerd in een ‘proof-of-concept’ klinische studie in patienten met acute candidose.

Omdat eerder al werd aangegeven dat lactobacillen probiotische capaciteit hebben voor vaginale aandoeningen en omdat onze collectie niet voldoende endogene Lactobacillus isolaten bevatte, werden verschillende lactobacillen uit de vaginale stalen van de eerdere hoofdstukken geïsoleerd. Deze werden verder gescreend voor interessante eigenschappen met het oog op latere toepassingen, zoals groeisnelheid en gebrek aan antibioticaresistentiegenenen, en mogelijks gunstige effecten zoals antipathogene effecten op Streptococcus agalacticae, een vaginale pathobiont en belangrijke oorzaak van neonatale infecties.

In het laatste experimentele hoofdstuk zagen we een duidelijk verband tussen vaginale lactobacillen en de Lactobacillus taxa die we terugvonden op de huid. Daarnaast werd ook een gezichtscrème ontwikkeld tegen acnesymptomen die levende lactobacillen bevat. Dit hoofdstuk beschrijft de selectie van de Lactobacillus stammen, de formulatie van de crème en de microbioomprofielen van de huid van gezonde vrijwilligers en acne patiënten voor, tijdens en na het gebruik van de crème.

Marjolein Van Ginneken

• 5 maart 2019
  
• Promotoren: Lieven Bervoets en Ronny Blust
• Departement Biologie

Abstract

Metaalvervuiling vormt een bedreiging voor ecosystemen wereldwijd. In verontreinigde ecosystemen worden organismen vaak blootgesteld aan combinaties van polluenten. Deze kunnen interageren en synergistische, antagonistische of additieve toxische effecten veroorzaken. Verder zijn er ook natuurlijke stressoren aanwezig, zoals predators, lage voedselbeschikbaarheid en temperatuurschommelingen, die de gevoeligheid van organismen aan polluenten kunnen veranderen. De huidige milieukwaliteitsnormen zijn echter gebaseerd op klassieke laboratoriumtesten, waarbij een organisme wordt blootgesteld aan slechts één metaal zonder extra stressoren. Bovendien worden bij het vaststellen van deze normen geen gedragseindpunten gebruikt, hoewel deze nochtans gevoeliger zijn dan mortaliteit. De milieukwaliteitsnormen zijn dus mogelijk te beschermend of juist niet beschermend genoeg.

Het doel van deze thesis was om bij te dragen aan de ontwikkeling van milieurelevante risico-analyses door het bestuderen van de gecombineerde effecten van metaalmengsels en natuurlijke stressoren op verschillende biologische niveau’s. In het eerste deel van deze thesis werden de effecten van metaalmengsels en de natuurlijke stressoren, predator en temperatuurstress, op de aquatische ongewervelde Asellus aquaticus bestudeerd. Deze zoetwaterpissebed is een epibenthische soort die kan teruggevonden worden op het noordelijk halfrond en leeft van organisch materiaal. We onderzochten de effecten op metaalopname, mortaliteit, respiratie, groei en, als gedragseindpunten, voedingssnelheid en activiteit. Verder werden ook de effecten van metaalmengsels op populaties en levensgemeenschappen geobserveerd in kleine, artificiële ecosystemen.

Er kan geconcludeerd worden dat natuurlijke stressoren de toxiciteit van metalen kunnen veranderen. Voorts kunnen ook metalen onderling interageren. Het is echter zeer moeilijk om hun gecombineerde effecten te voorspellen. Afhankelijk van de blootstellingsconcentraties, de metalen aanwezig in het mengsel en het eindpunt kunnen stressorinteracties veranderen. Het huidige waterbeleid houdt geen rekening met additionele stressoren en dus raden we aan om te evolueren naar monitoring van effecten in situ, in aanvulling van monitoring van chemische concentraties, om zo beter ecologische risico’s te identificeren.

Femke Danckaers

• 18 februari 2019
  
• Promotoren: Jan Sijbers en Toon Huysmans

Abstract

Sofie Moyson​

• 5 februari 2019
  
• Promotoren: R. Blust, S. Husson en G. Baggerman
• Departement Biologie

Abstract

Door de toenemende menselijke activiteit is de aanwezigheid van metalen in het milieu de laatste decennia sterk toegenomen. Doordat metalen persistent zijn en worden doorgegeven via de voedselketen, kan een blootstelling aan deze verontreinigende stoffen leiden tot ernstige gezondheidseffecten voor verschillende organismen, inclusief de mens. Hoewel metalen in het milieu (voornamelijk) voorkomen als mengsels, worden echter vooral de effecten van enkelvoudige metalen bestudeerd en gebruikt voor het bepalen van normen voor milieubescherming en risicobeoordeling.

In het onderzoek naar de effecten van blootstelling aan enkelvoudige metalen werden reeds verschillende eindpunten bestudeerd van moleculair tot populatieniveau. Het aantal studies dat toxicologische effecten op verschillende organisatieniveaus combineert, is echter nog beperkt. Het hoofddoel van deze thesis was om inzicht te verwerven in de toxiciteit van enkelvoudige metalen (Zn, Cu en Cd) en te onderzoeken hoe deze toxiciteit verandert wanneer de enkelvoudige metalen gecombineerd worden in verschillende metaalmengsels. Hiervoor werden er meerdere eindpunten bestudeerd (mortaliteit, locomotie, ‘chemosensation’, lichaamslengte en populatiegrootte), gaande van het moleculair tot het populatieniveau. Tot slot werden de biobeschikbaarheid en bioaccumulatie van de metalen bepaald om de geobserveerde toxische effecten te verklaren. De bodemnematode Caenorhabditis elegans werd telkens gebruikt als testorganisme.

Onze studie toonde aan dat de meeste metaalmensgels een sterker toxische effect hadden dan de overeenkomstige enkelvoudige metalen, wat resulteerde in additieve of synergistische effecten voor ZnCu, CuCd en ZnCuCd, terwijl het antagonistisch effect van de metalen in het ZnCd mengsel afhankelijk bleek te zijn van de Zn concentratie.

De studie benadrukte tevens het belang van het bestuderen van verschillende eindpunten en organisatieniveaus. Er werd geen effect waargenomen op het moleculair niveau, terwijl de effecten op het individueel en populatieniveau duidelijk waren. Het toxisch effect van de metalen was bv. ook meer uitgesproken voor locomotie dan mortaliteit en ‘chemosensation’ bij korte termijnstudies op individueel niveau en het effect was duidelijker voor populatiegrootte dan lichaamslengte bij lange termijnstudies op populatieniveau.

Tot slot bleek de vrije metaalconcentratie en dus de aquatische opnameroute de beste voorspeller te zijn van de interne metaalconcentraties voor zowel enkelvoudige metalen als hun mengsels en voor de toxiciteit van enkelvoudige metalen.

Nick Verhelst​

• 4 februari 2019
  
• Promotor: Jacques Tempere
• Departement Fysica

Abstract

Dirk Vrebos​

• 29 januari 2019
  
• Promotoren: Patrick Meire en Jan Staes
• Departement Biologie

Abstract

Joachim Mariën​

• 28 januari 2019
  
• Promotoren: Herwig Leirs en Jonas Reijniers
• Departement Biologie

Abstract

Stein van Bezouw​

• 25 januari 2019
  
• Promotoren: Wim Wenseleers en Jochen Campo
• Departement Fysica

Abstract

Jeroen Mulkers​

• 11 januari 2019
  
• Promotoren: Milorad Milosevic en Bartel Van Waeyenberge
• Departement Fysica

Abstract