Onderzoeksprojecten ( van 7401)

Transcriptie

1 Nov :42:55 Onderzoeksprojecten ( van 7401) Zoekfilter: Classificaties: EXACTE WETENSCHAPPEN (P) Een verkennende studie van kenmerkselectietechnieken voor clustering Abstract: Kernmerkselectie is een belangrijk aspect van data mining, dat steeds meer aan belang wint door het vrijkomen van grote en hoogdimensionele dataverzamelingen. In dit onderzoek zullen we nagaan in hoeverre de huidige taxonomie van kenmerkselectietechnieken voor classificatie overgedragen kan worden naar het gerelateerde probleem van clustering. Vakgroep Plantenbiotechnologie en Genetica Yves Van de Peer Effecten van deeltjesgrootte op de luminescentie van gedopeerde halfgeleiders: van bulk tot nano Abstract: Luminescente materialen worden tegenwoordig alom toegepast, zowel voor verlichtings-, signalisatie- als beeldschermtoepassingen. Veelal worden hiervoor zeldzameaardgedopeerde materialen gebruikt, waarvan het gedrag op macroscopische schaal meestal goed gekend is. Het voorgestelde fundamenteel onderzoek focust op het effect van het verkleinen van de gastmatrix (tot nanoschaal) op de emissie-eigenschappen van het dopantion, o.a. wat betreft spectrum, kwantumefficiëntie en thermisch gedrag. Vakgroep Vaste-stofwetenschappen Dirk Poelman Synthese van nieuwe types macromoleculaire liganden met "click" chemie: toepassing voor diverse metaalgekatalyseerde reacties Abstract: Het doel van dit onderzoeksproject bestaat erin verscheidene nieuwe types ligand-bevattende polymeerstructuren als macromoleculaire drager van de (koper)katalysator te ontwikkelen en in te zetten voor metaal-gekatalyseerde reacties (o.a. ATRP polymerisatie). De synthese van de nieuwe macromoleculaire liganden zal gebeuren met "click" chemie. Drie types die zullen onderzocht worden zijn ligand-polymeren, ligandpolymeerkorrels en ligand-cryogels. Vakgroep Organische chemie (WE) Filip Du Prez Geometrische controletheorie voor microsatellieten Abstract: Dit project behelst een geometrische studie van zogenaamde "Control Moment Gyroscopes" (CMGs) voor de sturing van microsatellieten. Concepten uit de differentiaalmeetkunde, zoals bundels en connecties, worden gebruikt om een meetkundige interpretatie te geven voor de dynamica van CMGs, met bijzondere aandacht voor de analyse van singuliere toestanden. Met behulp van dit meetkundig formalisme worden controle-theoretische vraagstukken behandeld, zoals het vinden van optimale banen tussen twee gegevens toestanden. Vakgroep Wiskundige natuurkunde en sterrenkunde Frans Cantrijn Onderzoek naar het regulatiemechanisme van de mature humane dopamine D4-receptor Abstract: De dopamine D4 receptor (D4DR) is een G-proteïne gekoppelde receptor (GPCR). Dopamine is een belangrijke neurotransmitter, betrokken bij motorische controle, endocriene functies, beloning ('reward'), cognitie en emoties. Het doel van dit onderzoek is het ophelderen van de mechanismen die instaan voor de regulatie van de plasmamembraanexpressie van de humane dopamine D4-receptor. Dit omvat onderzoek naar de degradatie, endocytose, recyclase en internalisatie van de D4DR. Vakgroep Biomedische Moleculaire Biologie Guy Haegeman Het gebruik en de constructie van similariteitsmaten voor audiofragmenten Abstract: Het doel van dit project is onderzoeken of de vaagverzamelingenleer kan helpen bij het gebruik en de constructie van similariteitsmaten voor audiofragmenten. Een belangrijk onderdeel hiervan is het zoeken naar manieren om audiofragmenten te identificeren met vaagverzamelingen, zodanig dat bestaande of nieuwe vaagsimilariteitsmaten kunnen gebruikt worden voor het bepalen van de graduele gelijkenis tussen twee fragmenten. Vakgroep Toegepaste wiskunde en informatica Etienne Kerre Geo-Grafen: tijdruimtelijke grafen, algoritmen en toepassingen in geografische informatiewetenschappen Abstract: Dit project bestudeert grafen die tijdruimtelijke netwerken uit de geografische informatiewetenschappen (GIS) voorstellen. De bijkomende factor 'tijd' en de grote hoeveelheid data bij een typisch GIS-probleem maken dat de standaardalgoritmen uit de grafentheorie niet zonder meer toepasbaar zijn. We onderzoeken o.m. het controleren van toegankelijkheidseigenschappen, technieken voor het up-to-date houden van GIS-gegevens en routeplanning.

2 Vakgroep Toegepaste wiskunde en informatica Veerle Fack Ontwikkeling van KRN7000 analogen met een verbeterd selectiviteitsprofiel Abstract: Synthese van alfa-galactosylceramide (KRN 7000) analogen met potentiële inductie van een gepolariseerd cytokineprofiel (Th1 of Th2) door NKT cellen. De vooropgestelde modificaties beogen een verbeterde bindingsaffiniteit met het CD1d proteïne wat aanleiding moet geven tot een verhoogde Th1 respons. Vakgroep Geneesmiddelenleer Serge Van Calenbergh Studie van m-systemen in eindige projectieve ruimten en bijhorende incidentiemeetkunden Abstract: Aan de hand van m-systemen kunnen incidentiemeetkunden opgebouwd, in het bijzonder met veralgemeende lineaire representatie. Het is reeds bekend dat men op die manier semipartiële meetkunden kan bekomen in bepaalde gevallen, en waarschijnlijk kunnen er in andere gevallen dergelijke eventueel zwakkere, eigenschappen gevonden. We willen daarnaast ook proberen om meer resultaten over de existentie en niet-existentie van m-systemen in specifieke polaire ruimten bekomen. Vakgroep Wiskunde Frank De Clerck Massageneratie en lage-energie effectieve beschrijving van QCD Abstract: Kwantumchromodynamica (QCD) is een Yang-Mills ijktheorie die de sterke kleurinteractie beschrijft. Bij hoge energie is de koppelingsconstante klein door de asymptotische vrijheid en is perturbatietheorie geldig. Bij lagere energie kunnen niet-perturbatieve effecten een rol spelen, bv door condensaten (niet-verdwijnende vacuümverwachtingswaarden). Het voorgestelde onderzoek heeft als doel om toch ook via analytische weg iets te kunnen zeggen over dergelijke niet-perturbatieve effecten in ijktheorieën. Vakgroep Wiskundige natuurkunde en sterrenkunde Henri Verschelde Berekening van slachtofferrisico's bij calamiteiten: opstellen van een methodologie rekening houdend met tijdruimtelijke variabelen Abstract: Tot op heden wordt in de risicoberekeningen met betrekking tot calamiteiten (overstromingen, aardbevingen e.d.) te weinig rekening gehouden met slachtoffers. In het onderzoek zal een methode worden opgebouwd waarbij het slachtofferrisico berekend wordt, waarin zowel omgevingsgebonden factoren als tijdruimtelijke variabelen worden geïmplementeerd. De methodologie zal de mogelijkheid bieden meerdere scenario?s te toetsen, om zo te komen tot een minimaliseringsstrategie van het slachtofferrisico voor een gegeven calamiteit. Vakgroep Geografie Philippe De Maeyer Implementatie van een Kwalitatieve Trajectcalculus (QTC) in een Geografisch Informatiesysteem voor het voorstellen, analyseren, bevragen en simuleren van gegevens over bewegende objecten Abstract: Het project beoogt de uitwerking van een GIS tool die op een adequate manier tijdruimtelijke gegevens kan voorstellen en bevragen. Het theoretisch uitgangspunt voor het onderzoek is de Kwalitatieve Trajectcalculus (QTC) en haar afgeleiden. Het onderzoek omvat vijf fases: een voorbereidende, verkennende studie (1), de fundamentele implementatie (2), de implementatie s.s. (3), uitwerken van case studies (4) en verwerking van de resultaten tot een doctoraat (5). Vakgroep Geografie Nico Van de Weghe Ontwikkeling en validatie van methodes die de complexiteit voor gebruikers en aanbieders reduceren aan de hand van personalisatiealgoritmes, het gebruik van sociale netwerken en gebruikerscontexten Abstract: Door het enorme aanbod van audiovisueel materiaal op het internet en via TV-uitzendingen, is er nood aan nieuwe instrumenten die gebruikers assisteren bij hun keuze. Dit onderzoek behandeld personalisatiesystemen die audiovisueel materiaal aanbevelen op basis van het gebruikersprofiel. Extra deminesies om aanbevelingen te verfijnen zijn: het tijdstip van de dag, locatie, activiteit van de gebruiker, populariteit van het audiovisueel materiaal,? Vakgroep Informatietechnologie Luc Martens Elektronen magnetische resonantie studie van stralingsgeïnduceerde radicaalprocessen in DNA-gerelateerde systemen Abstract: Dit project gaat over de studie van stralingsgeïnduceerde radicalen in suikers (bijv. fructose) en DNA-gerelateerde systemen met behulp van Elektronen Paramagnetische Resonantie (EPR) en Elektronen Nucleaire Dubbele Resonantie (ENDOR).

3 Vakgroep Vaste-stofwetenschappen Freddy Callens Analyse van verplaatings- en interactiemogelijkheden vanuit een tijdgeografisch perspectief Abstract: Doel van dit odnerzoek is multi-persoons, multi-activiteiten bereikbaarheidsmaten op te stellen. Verder zal ook worden nagegaan hoe de bereikbaarheid van groepen van personen kan worden geschat. Bovengenoemde uitbreidingen moeten in staat zijn om nog beter het menselijk verplaatsingsgedrag te weerspiegelen en verder te penetreren op het micro-economisch beslissingsniveau. Vakgroep Geografie Philippe De Maeyer Paleobiologie van de Neogene malacofauna van de Afrikaanse riftbekkens en implicaties voor de evolutietheorie Abstract: De Afrikaanse slenkmeren worden 'levende laboratoria van evolutie' genoemd. Volledige tijdreeksen van zoetwatermollusken worden aangetroffen in drie Afrikaanse riftbekkens. Hoewel diens paleoecosystemen veel kenmerken gemeenschappelijk hadden verliep evolutie van de malacofauna's significant verschillend. De laatste decennia is de paleoecologische kennis van deze riftmeerbekkens enorm toegenomen. Dit maakt het mogelijk de geobserveerde verschillen in tempo en modus van evolutie te verklaren. Vakgroep Geologie en bodemkunde Jacques Verniers Multi-collector en single-collector ICP-massaspectrometrie voor isotopische - en spoorelementenanalyse van metallische artefacten met het oog op herkomstbepaling Abstract: Doel is nagaan in hoeverre uiterst precieze meting van isotopenverhoudingen via multi-collector ICP-massaspectrometrie toelaat de herkomst van metalen kunstvoorwerpen en andere archeologische vondsten te achterhalen. Naast elementen, zoals Pb en Sr, die reeds eerder succesvol werden ingezet voor dergelijk onderzoek, zullen ook de mogelijkheden van andere elementen, zoals Cu, Zn en Sn, die slechts een kleine natuurlijke variatie in hun isotopische samenstelling vertonen, worden verkend. Ook de bepaling van de spoorelementen?fingerprint? kan tot herkomstbepaling bijdragen. Gezien de hoge waarde van de te onderzoeken materialen zal gebruik van quasi niet-destructieve methodes aangewezen zijn. Vakgroep Analytische chemie Frank Vanhaecke Ontwikkelen van een wiskundig model voor bevoorradingsoptimalisatie en risico analyse van open sales contracten Abstract: Dit project heeft tot doel het ontwikkelen van een wiskundig stochastisch model dat het minimaliseren van voorraad en het analyseren van risico's van "open sales" contracten toelaat. Vakgroep Technische bedrijfsvoering El-Houssaine Aghezzaf In situ conditioning van baggerspecie en minerale slibs Abstract: Bagger- en ruimmateriaal bevat vaak een behoorlijke hoeveelheid organisch materiaal, dat bij anaerobe omstandigheden (als gevolg van compacte opslag) door natuurlijke microbiologische activiteit omgezet wordt in biogas. Gasproductie in opgeslagen sediment is nefast voor snelheid van consolidatie, finale steekvastheid en stabiliteit, en broeikasgasemissie. In het project wordt gezocht naar technieken om 1) gasophoping te voorkomen en 2) versnelde consolidatie te bewerkstelligen. Vakgroep Biochemische en microbiele technologie Willy Verstraete Secretariaat Schatbewaarder IAS Abstract: Dit project is louter dienstverlenend en omvat het verzorgen van het secretariaat van de schatbewaarder van de 'international Association of Sedimentologists' gedurende de periode 1/10/2007 tem 30/9/2009. Dit houdt o.m.: in het bijhouden van het ledenbestand, de inning van de lidgelden, het opvolgen van het abonnementenbestand van het tweemaandelijks tijdschrift 'sedimentology', de opvolging van de verkoop van de 'special Publications', het organiseren van het 'friendship Scheme', de opvolging van de 'grants' voor de leden, de contacten met de uitgever van het tijdschrift 'sedimentology', etc. Alle activiteiten kaderen in de wetenschappelijke opdracht van prof. Patric Jacobs. Vakgroep Geologie en bodemkunde Patric Jacobs Ontwikkeling van nanogestructureerde dunne filmen door gebruik te maken van multifunctionele geconjugeerde polymeren en fullereenderivaten Universiteit Hasselt Abstract: De primaire doelstelling van dit onderzoeksproject is materiaalsystemen te ontwikkelen die via de introductie van specifieke interacties gerichter aanleiding geven tot een nanogestructureerde morfologie. De hiervan afgeleide doelstelling is dan een inzicht te verwerven in de rol van de nanogestructureerde morfologie op de opto-elektrische eigenschappen van het materiaalsysteem in een dunne film. Daartoe zal in de eerste plaats de synthese betracht worden van geconjugeerde polymeren die multifunctioneel zijn. Dit moet toelaten op een variatie van specifieke

4 interacties in te spelen. Verder willen we deze doelstelling bereiken voor zowel PPV-achtige systemen als voor poly(thiofeen)-achtige derivaten. Deze keuze is gebaseerd op de uitgebreide kennis die aanwezig is binnen de onderzoekseenheid aangaande de verkregen morfologie voor een mengsel van deze type geconjugeerde polymeren met fullereenderivaten, meer bepaald voor OC1C10-PPV en P3HT (figuur 1). De P3HT-achtige derivaten zullen gesynthetiseerd worden via de hoger vermelde Rieke methode, dus via organozinkverbindingen. De belangrijkste uitdaging hier is de synthesemethode zo te kunnen gebruiken dat hoge moleculaire gewichten verkregen worden (Mw > ). Ook zullen, teneinde hogere doelstelling te realiseren, in deze studie naast PCBM (figuur 1) ook andere fullereenderivaten in beschouwing genomen worden. Organische en Bio-polymere Chemie Instituut voor Materiaalonderzoek Dirk VANDERZANDE Joke VANDENBERGH Fluctuaties en dissipatie in kleine systemen Universiteit Hasselt Abstract: In dit onderzoeksproject willen we nagaan op welke manier concepten en ideëen van de thermodynamica uitgebreid en toegepast kunnen worden op nanosystemen. Meerbepaald richten we ons op volgende twee belangrijke aspecten: Fluctuaties. Bij de beschrijving van nanosystemen spelen de fluctuaties een grote rol, en bepalen in belangrijke mate de eigenschappen van het systeem. Vrij recent werden belangrijke theoretische resultaten ontdekt, zoals het fluctuatietheorema, de Jarzynski gelijkheid en de Crooks relatie. Een theoretische en experimentele bevestiging van deze resultaten is van groot belang, zowel voor verdere fundamentele ontwikkelingen op het gebied van niet-evenwichts statistische fysica, alsook voor een beter begrip van de fysische processen die op deze schaal een rol spelen. Het doel van dit project is een verdere uitwerking van deze resultaten, zowel op theoretisch vlak als wat betreft de toepassingen. Efficiëntie. Efficiëntieverhoging is een belangrijk aspect bij de ontwikkeling van hoogtechnologisch materiaal. Dit willen we als volgt verwezenlijken. Enerzijds door een studie van de efficiënte energieomzetting in biologische systemen. Anderzijds door het bedenken van nanostructuren met een zogenaamde hoge "koppelingsgraad". Kenmerkend voor beide systemen is dat ze functioneren in een omgeving (ver) buiten evenwicht. Voor de beschrijving ervan is men dus aangewezen op niet-evenwichts statistische fysica. Theoretische Fysica Bart CLEUREN Christian VAN DEN BROECK Statistische eigenschappen en impact van onvolledige gegevens op de analyse van spatio-temporele modellen voor de ruimtelijke en temporele dynamica van infectieziekten. Universiteit Hasselt Abstract: De uitbreiding van spatiele modellen naar Spatio-temporele modellen vormt een uitdaging owv het ontbreken van sommige metingen. In dit project wordt nagegaan wat het effect is van verschillende types ontbrekende gegevens op de analyse van ruimtelijk geordende gegevens en statistische interferentie. Men onderzoekt ook het gebruik van spatio-temporele modellen om verandering in dynamische processen (temporele dynamica en ruimtelijke verspreiding van infecties) te te modelleren. Als laatste kijkt men naar specifieke problemen waar ontbrekende info de spatiotemporele analyse van infectieziekten bij dieren bemoeilijkt. Centrum voor Statistiek Centrum voor Statistiek Noel VERAVERBEKE Christel FAES De ontwikkeling van gemodificeerde PTMSP-membranen voor toepassing in pervaporatie en solvent-resistente nanofiltratie Universiteit Hasselt Abstract: Het voorliggende contract betreft een eerste mandaat van een VITO-doctoraatsbeurs voor de periode van tot Het project onderzoekt de ontwikkeling van gemodificeerde PTMSP-membranen voor toepassing in pervaporatie en solvent-resistente nanofiltratie. Anorganische en Fysische Chemie Instituut voor Materiaalonderzoek Marlies VAN BAEL Databankondersteuning voor het berekenen van graafsimilariteit in biologische netwerken. Universiteit Hasselt Abstract: Bioinformaticaonderzoek is geëvolueerd van het genoom naar het proteoom (van genen naar proteïnen) en meer recentelijk ook naar het interactoom (interactie tussen proteïnen). Proteïnen zijn essentiële onderdelen van organismes en verrichten belangrijke taken in elk proces binnen een cel. Interacties tussen deze proteïnen kunnen we modelleren als een graaf of een netwerk. Andere voorbeelden van biologische netwerken zijn pathways die vanuit het standpunt van de theoretische informatica kunnen beschouwd worden als automaten verantwoordelijk voor specifieke metabolische processen. Meer en meer biologische netwerken worden verzameld in online databanken (bijvoorbeeld DIP, KEGG, WikiPathways en BioCyc). De zoekmogelijkheden in deze databanken zijn echter beperkt tot het zoeken op sleutelwoorden in metadata-velden of het opzoeken van lineaire netwerken. In het bijzonder is er geen enkele functionaliteit voorzien voor het zoeken naar netwerken gelijkaardig aan een gegeven netwerk. De belangrijkste reden voor deze beperkingen is dat de onderzochte similariteitsmaten voor biologische netwerken niet schalen naar grote verzamelingen. In de wetenschappelijke literatuur zijn bijna uitsluitend similariteitsmaten in termen van graafalignering onderzocht, wat een topologiebewarende similariteitsmaat is gebaseerd op homeomorfismen. Homeomorfismen zijn topologiebewarend in de zin dat toevoegingen en verwijderingen van knopen enkel langs paden toegelaten zijn. Er worden in de literatuur twee types van graafalignering bestudeerd. Lokale alignering zoekt naar voorkomens met een hoge similariteit van een gegeven kleine graaf in een gegeven grote graaf terwijl globale alignering, zoals de naam al doet vermoeden, de globale similariteit tussen twee grafen berekent. Aangezien beide problemen NP-hard zijn heeft men zich voor lokale alignering vooral toegespitst op het vinden van klassen grafen waarvoor alignering in polynomiale tijd kan en op probabilistische algoritmen die niet noodzakelijk altijd het optimale resultaat geven. Onderzoek naar globale graafalignering is nog jong en meestal beperkt tot het uitbreiden van lokale aligneringen. In dit onderzoeksproject willen we een ruimere klasse van similariteitsmaten onderzoeken dan enkel deze gebaseerd op

5 graafalignering, en deze classificeren volgens precisie (biologische relevantie) en schaalbaarheid naar grote verzamelingen van netwerken. Databases en Theoretische Informatica Dries VAN DYCK Frank NEVEN Bilaterale samenwerking in het kader van gezamenlijke doctoraatsprojecten_bench fee i.h.k. van Joint PhD VUB- Université de Franche-Comte_Al Sakka Monzer Abstract: Bilaterale samenwerking in het kader van gezamenlijke doctoraatsprojecten_bench fee i.h.k. van Joint PhD VUB-Université de Franche- Comte_Al Sakka Monzer Elektrotechniek-Energietechniek Mobiliteit en voertuig technologie onderzoeksgroep Monzer AL SAKKA PETER VAN DEN BOSSCHE JOERI VAN MIERLO Topologische eigenschappen in termen van convergentie van functionele idealen. Abstract: een van de belangrijkste motiveringen voor het project is de recente ontwikkeling in de categorische topologie waarbij belangrijke voorbeelden van topologische categorieën geconstrueerd kunnen worden uitgaande van een gepaste monad over de categorie SET. Door niet over SET te werken, maar over REL (de categorie van verzamelingen met relaties als morfismen) en door de ultrafilter-monad in zekere zin uit te breiden tot een lax monad over REL, toonde Barr dat de topologische ruimten precies de lax algebra's zijn voor deze lax monad. Sinds kort weten we echter dat approach ruimten en metrische ruimten ook als lax algebra's over REL beschreven kunnen worden. Dit werd getoond in de onderzoeksgroepen ANTOP (UA) en AATO (VUB) door als vertrekpunt de monad van alle priem functionele idealen te beschouwen over SET en deze gepast uit te breiden naar REL. Dit betekent dat de functionele idealen dezelfde rol spelen voor de construct van approach ruimten als deze die voor topologische ruimten door ultrafilters wordt vervuld. Om de interactie van deze ontwikkelingen in the theorie van lax algebra's met de theorie van approach ruimten optimaal te benutten, willen we in dit project de theorie van approach ruimten verder uitbouwen in termen van functionele idealen, dit wil zeggen steunend op een convergentiebegrip voor functionele idealen. Thema's die onder andere voor deze nieuwe aanpak aan bod komen zijn de volgende: -separatie- en compactheidsstudie door de aanpak met functionele idealen. -Compleetheid voor approach ruimten aan de hand van functionele idealen en in het bijzonder constructie van completies. -Studie van lokaal compactheid en van het verband met exponentiële objecten. Wiskunde EVA COLEBUNDERS Gebruik van op "density-functional theory" gebaseerde reactiviteitsdescriptoren in de studie van oppervlakken en vaste stoffen. Abstract: Density Functional Theory (DFT) is een tak van de kwantumchemie waarvoor er in de voorbije 15 jaar een steeds toenemende aandacht te bemerken valt. In deze theorie gebruikt men elektronendichtheid p(r), functie van 3 variabelen, als de fundamentele eigenschap van een N- elektron chemisch systeem in plaats van de meer gecompliceerde golffunctie!, functie van 4N variabelen. De basis van deze theorie ligt vervat in de theorema's van Hohenberg en Kohn, waarbij het tweede het variationeel principe bewijst; de energiefunctionaal E[p(r)] is minimaal voor de elektronendichtheid van de grondtoestand. Kohn en Sham hebben dit variationeel principe in een praktische bruikbare methode omgezet waarmee vandaag de dag veel atomaire en moleculaire eigenschappen, voornamelijk geassocieerd aan de grondtoestand, dikwijls met vergelijkbare accuraatheid als de meer traditionele op moleculaire orbitalen gebaseerde methoden kunnen bekomen worden en dit vaak met een veel meer gunstige computationele kostprijs. Op het einde van de jaren 70 bleek ook dat DFT in een natuurlijke taal voorzag voor de discussie van chemische reacties en chemische reactiviteit. Tijdens een chemische reactie wordt een atoom of een molecule gestoord in ofwel het aantal elektronen N, ofwel de externe (voor een geïsoleerd systeem de potentiaal t.g.v. de kernen) potentiaal v(r) of beide ; men kan bijgevolg de energieverandering van het systeem ontwikkelen in een storingsreeks in deze grootheden, waarbij de zogenaamde responsfuncties [!m+n E /!v m(r)!n n] worden ingevoerd, die kunnen geïdentificeerd worden met chemische concepten die vaak reeds lang gekend, maar vaag gedefinieerd waren. Dit laat toe deze concepten vanaf eerste principes te berekenen. Deze tak van het DFT onderzoek werd door Parr en Yang als "Conceptuele DFT" aangeduid. Concepten die in deze theorie naar voren kwamen zijn de elektronegativiteit, hardheid en zachtheid en de Fukui functie en lokale zachtheid en elektrofiliciteit; daarnaast konden ook een aantal chemische principes, zoals het Sanderson principe van de gelijkschakeling van de elektronegativiteit en het harde en zachte zuren en basen principe van Pearson, gerationaliseerd worden. Tevens was deze theorie de basis voor geheel nieuwe principes, zoals bv. het maximale hardheidsprincipe, o.m. belangrijk omwille van de relatie met aromaticiteit, een ander klassiek chemisch concept. Conceptuele DFT is sinds het eind van de jaren 80 het centrale onderzoeksthema van de Onderzoeksgroep Algemene Chemie (ALGC) van de. In dit project richten we ons specifiek op het gebruik van op DFT gebaseerde reactiviteitsindices, zowel globale als locale, in de studie van oppervlakken en vaste stoffen. In tegenstelling tot atomen en moleculen zijn hoger vermelde reactiviteitsdescriptoren voor dit soort van systemen tot nu toe slechts weinig aan bod gekomen. Wij wensen ze toe te passen op systemen die een katalytische activiteit vertonen om na te gaan hoe enerzijds de verschillende indices een bijkomend inzicht kunnen geven in de reactiemechanismen en anderzijds een verklaring kunnen bieden voor een aantal factoren en parameters die deze activiteit beïnvloeden. Een eerste reeks systemen die we wensen te onderzoeken zijn de aardalkalimetaaloxiden MgO, CaO, SrO en BaO. Deze materialen hebben o.m. belangrijke katalytische eigenschappen en kunnen bv. aangewend worden voor een destructieve adsorptie van gechloreerde koolwaterstoffen, een zuiver en efficiënt alternatief voor andere tot nu toe gebruikte methoden voor de afbraak van deze verbindingen. In het geval van de reactie met CCl4, die als een prototype voor andere gechloreerde koolwaterstoffen kan gebruikt worden, blijkt dat de katalytische activiteit verloopt als MgO < CaO < SrO < BaO, wat geïnterpreteerd wordt als zijnde te wijten aan de toenemende basiciteit en ioniciteit van deze materialen wanneer de elektronegativiteit van het aardalkalimetaal afneemt. In het voorgestelde reactiemechanisme, bekomen uit het gebruik van een aantal spectroscopische technieken, blijkt inderdaad dat, na fysisorptie van het molecule, de C-Cl binding gepolariseerd en vervolgens gebroken wordt door het ionaire rooster. Dit zou in ons werk kunnen gemodelleerd worden door de balans op te maken van de interactie van de Lewis zure site in het materiaal, het aardalkalimetaal kation, met het chlooratom, en de simultane interactie van het basische zuurstofatoom met het koolstofatoom van het halogeenalkaan waarop het halogeen atoom aangehecht staat. Deze studie is gerelateerd aan de studie van de basiciteit van zeolieten, waaraan recent in onze onderzoeksgroep aandacht werd besteed. We stellen voor de balans tussen deze twee interacties voor deze verschillende systemen na te gaan, zowel met harde als zachte descriptoren, zoals de moleculaire elektrostatische potentiaal en de lokale zachtheid. De locale

6 zachtheid is product van de globale zachtheid van het materiaal en de Fukui functie f(r), geïntroduceerd door Parr en Yang, die het grensorbitaal HOMO-LUMO concept veralgemeent en gedefinieerd is als : f(r)=[formula] waarbij u de elektronisch chemische potentiaal is, de afgeleide van de energie naar het aantal elektronen, een grootheid die door Parr en medewerkers werd geïdentificeerd met het negatieve van de elektronegativiteit. Recent werd ook opgemerkt dat een materiaal zoals LaCl3 de omgekeerde reactie, nl. de oxidatieve chlorering van CH4, kan katalyseren. We zullen ook deze reactie bekijken a.d.h. van de verschillende reactiviteitsindices. In een tweede luik dat het hoofdbestanddeel zal vormen van ons doctoraatsonderzoek wensen we de verschillende parameters die de katalytische eigenschappen van gedragen transitiemetaal oxiden bepalen en sturen, onderzoeken. Deze katalysatoren worden industrieel vaak aangewend als oxidatie- en zure katalysator. Prototype oxidatie reacties waarin deze materialen betrokken zijn is de oxidatie van methanol tot formaldehyde en de oxidatieve dehydrogenering van lichte alkanen. Een belangrijke subgroep van dit soort materialen zijn de gedragen vanadium oxiden, waarvoor gebleken is dat de reactiviteitseigenschappen zeer verschillend kunnen zijn in functie van de gekozen drager. Zo werden voor de oxidatie van methanol volgende reactiviteitstrends experimenteel bepaald: V2O5/ZrO2, V2O5/TiO2 >> V2O5/Al2O3 >> V2O5/SiO2. Uit deze trends blijkt dat het inderdaad mogelijk is de katalytische eigenschappen van de vanadium oxide katalysator te veranderen door de oxide drager te variëren. Ondanks het feit dat experimenteel een veelheid aan dergelijke reactiviteitstrends gekend zijn, blijft het theoretisch inzicht in het belang van de verschillende relevante parameters relatief vaag. We stellen bijgevolg voor om voor de oxides van de transitiemetalen Ti, V, Cr, Zr, Nb en Mo en voor de verschillende dragers SiO2, Al2O3, ZrO2 en TiO2 te onderzoeken hoe de reactiviteit varieert. Men kan verwachten, net zoals bij de hierboven besproken aardalkalimetaal oxiden, dat de redoxeigenschappen van deze materialen afhangen van de Lewis zuurheid en elektrofiliciteit van het transitiemetaal ion en de basiciteit van de zuurstofatomen. Naast bovenvermelde reactiviteitsindices zullen ook de lokale elektrofiliciteit rondom het transitiemetaal ion en de recent geïntroduceerde "duale descriptor" bestudeerd worden ; deze laatste duidt de nucleofiele en elektrofiele regio's in het systeem aan en laat dus toe de relatieve reactiviteit van het metaalion en het zuurstofion te kwantificeren. Tevens zal nagegaan worden hoe de graad van "loading" van het transitiemetaaloxide op de vaste drager de katalytische activiteit beïnvloedt. Deze "loading" bepaalt of aan het oppervlak van deze materialen geïsoleerde transitiemetaal oxide entiteiten dan wel polymere entiteiten voorkomen. Scheikunde PAUL GEERLINGS Modellering van groei en metabool gedrag van melkzuurbacteriën in complexe ecosystemen. Abstract: De doelstelling van deze studie is om generische mathematische modellen te ontwerpen ter studie van het fysiologisch gedrag (groei en metabolisme) van MZB in complexe ecosystemen (gefermenteerde levensmiddelen, humane colon). Dit zal toelaten om beter te begrijpen in welke mate deze MZB tot nut kunnen zijn en hoe hun gedrag in het voordeel van de producent en consument kan worden omgebogen door in te spelen op procesfactoren en omgevingscondities. Deze aanpak verschilt dus duidelijk van een op genetische modificatie gebaseerde ingreep, waarbij bacteriële cellen gericht genetisch gewijzigd worden teneinde een bepaalde doelstelling te bereiken. De modellen zullen worden geconstrueerd vertrekkende van specifieke gevallenstudies waarin de onderzoeksgroep IMDO ( ruime expertise en bekendheid heeft opgedaan (gefermenteerde worst, zuurdesem, humane colon). Deze basisdata zullen worden aangevuld met recent ter beschikking gestelde genoominformatie. Toegepaste Biologische Wetenschappen Luc DE VUYST Ontwikkeling, implementatie en toepassing van een nieuwe berekeningsmethodologie van functionaalafgeleiden in het kader van de conceptuele DFT. Abstract: "Density Functional Theory" (DFT) is tegenwoordig een alom gebruikt formalisme binnen de kwantumchemie. Deze theorie is gestoeld op de Hohenberg-Kohntheorema's die toelaten de grondtoestandselektronendichtheid p(r) als fundamentele variabele aan te wenden in plaats van de in de kwantummechanica doorgaans gebruikte golffunctie!. De toepassing van DFT situeert zich in twee complementaire domeinen: de computationele en de conceptuele DFT. In de computationele DFT worden atomaire en moleculaire eigenschappen berekend op basis van een variationeel principe voor p(r), dat praktisch resulteert in de Kohn-Shamorbitaalvergelijkingen. De enige onbekende in deze vergelijkingen is de zogenaamde exchange-correlatiefunctionaal EXC[p]. Accurate benaderingen van deze functionaal laten toe resultaten van vergelijkbare kwaliteit als via de meer traditionele gecorreleerde ab initio methoden te genereren, maar met een geringere computationele kost. De conceptuele DFT creëert een theoretisch kader voor concepten als elektronegativiteit, hardheid, zachtheid en "frontier molecular orbital"-reactiviteitsindices van Fukui die reeds geruime tijd door chemici worden gehanteerd. Centraal staat de idee dat de respons van een elektronisch systeem op storingen in het elektronenaantal N en de externe potentiaal v(r) (i.e. de potentiaal t.g.v. de kernen) chemisch relevante informatie verschaft. De identificatie van chemische concepten met afgeleiden naar N en functionaalafgeleiden naar v(r) laat hun berekening vanaf eerste principes toe. Tot nu toe worden bijna uitsluitend de afgeleiden naar N beschouwd, gezien daar eenvoudige "finite difference"-uitdrukkingen voor bestaan. Zo kan de Fukuifunctie [formula] bepaald worden als: [formula] en [formula], waar pn+1, pn en pn-1 de elektronendichtheden zijn van respectievelijk de (N+1)-, N- en (N-1)-elektronsystemen en waar! en! de rechter- en linkerafgeleiden voorstellen. Het feit dat een "finite difference"-methodologie slechts benaderend is bij gebruik van een benaderde EXC[p] en dat de noodzakelijke berekening van de meeste (N+1)-systemen moeilijk uitvoerbaar is gezien hun metastabiliteit heeft ons ertoe aangezet de mogelijkheid tot berekening van de functionaalafgeleiden naar v(r) in dit project te exploreren. Recentelijk werd in de Eenheid Algemene Chemie in samenwerking met Prof. P. W. Ayers (McMaster University, Hamilton, Canada) een nieuwe berekeningsmethodologie voor functionaalafgeleiden van het type [formula] van een grootheid q naar de externe potentiaal v(r) ontwikkeld. De centrale idee is de functie Q(r) in een basisset te ontwikkelen en de ontwikkelingscoëfficiënten te bepalen op basis van de responsen van q[v] op storingen in v(r), die we modelleren door willekeurig geplaatste puntladingen. We kunnen immers volgende eerste orde uitdrukking afleiden: [formula], met ie[1,2,...,p] en waar wi de storingen van de externe potentiaal zijn, dj de ontwikkelingscoëfficiënten en Bj(r) de basisfuncties. Wanneer het aantal storingen P groot genoeg wordt gekozen, kan dit stelsel vergelijkingen worden opgelost via een kleinste kwadraten fitting indien voor elke storing de respons in q bepaald kan worden. In eerste instantie leggen we ons toe op de berekening van de Fukuifunctie, die eveneens gedefinieerd is als de verandering van de chemische potentiaal [formula]. De rechter- en linkerafgeleiden worden respectievelijk aangewend om de regioselectiviteit t.a.v. een nucleofiele en een elektrofiele aanval te beschrijven. In de licentiaatsverhandeling werden als eerste aanzet gecondenseerde Fukuifuncties berekend voor de reactiviteitsbeschrijving van een aantal klassieke systemen, waaronder de elektrofiele aanval op monogesubstitueerde benzenen. Door als ontwikkelingsfuncties [formula] op de kernen gecenterde Dirac-d- functies te kiezen, werden resultaten van hoge kwaliteit bekomen. We wensen de methodologie nu eerst en vooral uit te breiden naar de bepaling van de lokale Fukuifuncties, die een veel fijner beeld verschaffen omtrent de reactieve regio's van het molecule. De keuze en/of ontwikkeling van geschikte basisfuncties zal hier een primordiale rol spelen. Voor de beschrijving van elektronische systemen met een oneven aantal elektronen zal een module voor de berekening van de spin-gepolariseerde DFT-descriptoren geïmplementeerd moeten worden. Voor de Fukuifunctie kunnen er dan o.a. volgende varianten gedefinieerd worden: [formula] en [formula], waar [formula] de elektronische chemische potentiaal, [formula] de spinpotentiaal en NS =Na-Nb het spingetal voorstellen. We zullen deze nieuwe descriptoren toepassen in de beschrijving van de singlet-tripletovergangen in een reeks nitrenen (NX) en fosfinidenen (PX) (met X = H, Li, F, Cl, OH, SH, NH2 en PH2 ) en deze resultaten vergelijken met een voorgaande studie uit de onderzoeksgroep.

7 Na de behandeling van functionaalafgeleiden van de chemische potentiaal!, zullen we ons richten op de functionaalafgeleide [formula] van de chemische hardheid!. Deze derde orde energieafgeleide werd onlangs voorgesteld als een "duale descriptor" die simultaan de elektrofiele en nucleofiele regio's van een molecule kan onderscheiden en in sommige gevallen als een beter alternatief voor de Fukuifunctie aangewend kan worden. De regioselectiviteit van de Diels-Aldercycloadditie zal als directe toepassing worden aangewend. Onze methodologie kan derwijze geconfronteerd worden met vroegere studies. Tot hiertoe hebben we enkel functionaalafgeleiden van globale grootheden behandeld. De veralgemening naar functionaalafgeleiden van lokale functies, zoals p(r), is een uitdaging bij uitstek. De bepaling van de lineaire responsfunctie [formula] opent immers de weg naar de zachtheids-"kernel" s(r, r ') via de uitdrukking [formula]. Hoewel s(r, r ') beschouwd kan worden als een fundamentele descriptor gezien zijn inversie leidt tot de hardheids-"kernel" [formula], die op zijn beurt de lokale en globale hardheid bepaalt, wordt een daadwerkelijke berekening niet teruggevonden in de literatuur omwille van de complexiteit van de voorgestelde uitdrukkingen. Het feit dat onze perturbatieve methodologie ook tot deze functies aanleiding kan geven is van een groot fundamenteel belang. We stellen tot slot een alternatieve manier voor om een soort gecondenseerde [formula] te bepalen, geïnspireerd op recent werk van von Lilienfeld die een zogenaamde alchemische potentiaal [formula] definieert. Wanneer we p(r) benaderen door de atomaire populaties Ni en v(r') door de kernladingen Zj, kunnen we immers een gecondenseerde, lineaire responsmatrix [formula] berekenen door de grootte van de kernladingen te storen. We zullen dan een aantal klassieke systemen behandelen die reeds veelvuldig gebruikt zijn in de studie van reactiviteitsdescriptoren, zoals H2O, NH3, COH2, carbonylverbindingen en gesubstitueerde benzenen. De relevantie van de lineaire responsmatrix en de gerelateerde zachtheids- en hardheidsmatrices kan dan worden ingeschat d.m.v. een vergelijking met de resultaten volgend uit de perturbatieve methode. Parallel met deze uitbreidings- en optimalisatiefasen van de methodologie zullen we een studie uitvoeren omtrent de reactiviteit van oppervlakken. De methode leent zich immers perfect tot de behandeling van omvangrijke systemen gezien we ons kunnen beperken tot de berekening van uitsluitend de relevante regio's door enkel daar storingen te plaatsen. In de literatuur worden descriptoren die gebaseerd zijn op de "density of states" [formula] en zijn lokale analoog [formula] gebruikt voor de beschrijving van oneindige systemen. Oppervlakken komen echter nauwelijks aan bod binnen het kader van de conceptuele DFT. Wij zullen de reactiviteit van de in de katalyse belangrijke aardalkalimetaaloxiden analyseren door een clustermodel van het oppervlak te beschouwen, waarbij we de storingen in het centrale gedeelte zullen aanbrengen om randeffecten te minimaliseren. Onze perturbatieve methodologie laat dan toe het hele spectrum aan eigenschappen op een uniforme wijze te berekenen. Scheikunde PAUL GEERLINGS Snaartheorie en kosmologie. Abstract: Bij gebrek aan experimentele input, is de theoretische exploratie van extreem hoge energieschalen in de voorbije twee decennia in grote mate gebaseerd geweest op wiskundige consistentie en elegantie van fundamentele theorieën. Zo slaagt snaartheorie erin de gravitatiekracht kwantummechanisch te beschrijven, wat nodig is om de fysica van zwarte gaten en de oerknal te begrijpen. Onderzoek van de laatste tien jaren heeft tot sterke aanwijzingen geleid voor "holografie", ruwweg het idee dat het aantal vrijheidsgraden in een gebied van de ruimte evenredig is met de oppervlakte van de rand van het gebied (en dus niet met het volume). Zeer concrete realisaties van holografie leiden tot de equivalentie van enerzijds een gravitationele theorie in een ruimtetijd met een bepaalde dimensie en anderzijds een niet-gravitationele theorie in een lagerdimensionale ruimtetijd. Dit suggereert sterk dat ruimtetijd geen fundamenteel begrip is: het geeft een zeer goede benaderende beschrijving van het heelal in relatief "milde" omstandigheden, maar de ruimtetijd-beschrijving moet haar geldigheid verliezen in meer "extreme" omstandigheden (binnen zwarte gaten, vlakbij de oerknal). De hoge-energiefysica en de studie van het zeer vroege heelal zullen de volgende jaren een weelde aan nieuwe experimentele en observationele data ter beschikking hebben. Zo staan voor 2007 het opstarten van de Large Hadron Collider (LHC) op CERN en de lancering van de Plancksatelliet van ESA gepland, en de LIGO detector van gravitationele golven is nu al actief. In LHC zullen hogere energieschalen geëxploreerd worden dan tot dusver mogelijk was in een laboratorium op aarde, wat hopelijk belangrijke hints zal opleveren over de onderliggende fundamentele theorie. Planck zal de anisotropieën van de kosmische achtergrondstraling zeer nauwkeurig opmeten en op die manier theorieën over het vroege heelal testen. En van LIGO wordt verwacht dat het gravitationele golven zal detecteren, hopelijk ook gravitationele golven afkomstig van de oerknal. Gravitationele golven zullen een geheel nieuw venster openen op het vroege heelal, wat ons hopelijk een directe kijk zal geven op het heelal toen het nog niet transparant was voor elektromagnetische golven. Zo kan het vroege heelal gebruikt worden als laboratorium voor hoge-energiefysica. Met het oog op de experimentele en observationele input die de hoge-energiefysica de komende jaren zal krijgen, bestaat de belangrijkste uitdaging voor snaartheorie erin contact te maken met onze waargenomen wereld. Deze taak is niet eenvoudig omdat tot voor kort bijna alle vooruitgang in snaartheorie betrekking had op een statische ruimtetijd, terwijl de standaard kosmologie ons leert dat ons heelal begon met een oerknal en we nu ook weten dat het versneld expandeert. Voor aardse deeltjesfysica-experimenten is het een zeer goede benadering het heelal als statisch te beschouwen, maar voor de fundamentele theorie zouden de expansie van het heelal en de oerknalsingulariteit wel eens cruciaal kunnen zijn. Zo suggereert onderzoek van de laatste jaren dat er gigantisch veel meta-stabiele oplossingen bestaan van snaartheorie, wat geleid heeft tot vele discussies over de voorspellende kracht van de theorie. Dit onderzoek is echter grotendeels in het kader van effectieve veldentheorie gevoerd. Om echt te begrijpen hoeveel consistente oplossingen snaartheorie kan beschrijven en of ons heelal met een van die oplossingen overeenkomt, is het cruciaal technieken te ontwikkelen om snaartheorie in tijdsafhankelijke achtergronden te beschrijven. In het bijzonder weten we dat effectieve veldentheorie (in het bijzonder de algemene relativiteitstheorie) geen goede beschrijving geeft van de fysica vlakbij de oerknal, waar kwantumgravitatie-effecten belangrijk zijn. Bovendien werd de interesse in de fysica van kosmologische singulariteiten een vijftal jaar geleden aangescherpt door concrete kosmologische modellen waarbij aan ons expanderend heelal een contraherend heelal voorafging. In het model van Steinhardt en Turok van het cyclische heelal ontstonden de dichtheidsfluctuaties die aanleiding gaven tot de waargenomen anisotropieën in de kosmische achtergrondstraling in de contraherende fase van het heelal, en werd verondersteld dat ze ongeschonden door een "big crunch/big bang" overgang naar de expanderende fase propageerden. Of dit inderdaad het geval is, is een (vooralsnog onopgeloste) vraag voor de fundamentele theorie. Met deze motivaties in het achterhoofd, kreeg het onderwerp van kosmologische singulariteiten in snaartheorie vanaf 2002 ruime aandacht. In eerste instantie werden vooral de technieken van perturbatieve snaartheorie gebruikt, met als motivatie dat die zeer succesvol waren geweest in het begrijpen van bepaalde statische singulariteiten. Het bleek echter gauw dat deze technieken onvoldoende waren om een betrouwbare beschrijving te krijgen van kosmologische singulariteiten. De reden is dat perturbaties in een contraherend heelal een blauwverschuiving ondergaan en dus zeer energetisch worden vlakbij de "big crunch". Dit creëert een sterk gravitationeel veld en leidt tot ongewone divergenties in perturbatieve amplitudes. Storingstheorie geeft geen betrouwbare resultaten. Daarom is de aandacht meer recent verschoven naar het gebruik van niet-perturbatieve formuleringen van snaartheorie voor de studie van kosmologische singulariteiten. Zulke formuleringen waren bekend voor een beperkte klasse van veelal statische achtergronden. Ze hebben alle de eigenschap holografisch te zijn: een (gravitationele) theorie in een bepaald aantal ruimtetijd-dimensies wordt op fundamenteel niveau beschreven door een (niet-gravitationele) theorie in een kleiner aantal dimensies. Voorbeelden zijn het matrixmodel van Banks, Fischler, Shenker en Susskind en de AdS/CFT-correspondentie van Maldacena. Zeer recent werk bestaat erin deze beschrijvingen uit te breiden naar bepaalde achtergronden met kosmologische singulariteiten. Dit levert een kader op waarbinnen de fundamentele vragen verbonden met kosmologische singulariteiten kunnen worden bestudeerd. Voor een aantal klassen van kosmologische singulariteiten is een matrixbeschrijving voorgesteld. De fundamentele beschrijving is een lager-dimensionale theorie van matrices. Typisch wordt de fysica ver weg van de singulariteit in zeer goede benadering beschreven in het kader van de algemene relativiteitstheorie, maar verliest het begrip ruimte-tijd zijn betekenis in de buurt van de oerknal. De vraag is nu of in deze voorgestelde beschrijvingen inderdaad concrete berekeningen kunnen worden uitgevoerd die bepalen of er (op zijn minst in deze modellen) betekenisvol kan worden gesproken over tijd en ruimte vóór de oerknal. Een gerelateerde vraag is wat de fundamentele observabelen

8 zijn in een ruimte-tijd met een oerknal: moeten we bepaalde beginvoorwaarden opleggen bij de oerknal, of moeten we overgangswaarschijnlijkheden berekenen tussen toestanden voor en na de oerknal? Een concreet doel van dit voorgestelde onderzoek is een bijdrage te leveren tot het beantwoorden van deze vragen door een gedetailleerde studie van deze en eventueel nieuwe snaartheorie-modellen met kosmologische singulariteiten. Deze modellen zijn zeer recent en actueel, en de VUB beschikt over de nodige expertise in dit gebied (mijn promotor werkt al verschillende jaren aan de ontwikkeling van snaartheorie-modellen van kosmologische singulariteiten, en is al gestart met het aanwerven van postdoctorale onderzoekers geïnteresseerd in deze onderzoeksrichting). Op dit moment richt ik mij bij mijn licentiaatsverhandeling op de studie van de geometrie van D-branen in het kader van supersymmetrische nietlineaire sigma-modellen, onder begeleiding van A. Sevrin. Ik wens ook aan deze onderzoeksrichting aandacht te besteden tijdens mijn doctoraat, waardoor ik de verschillende expertises van de groep ten volle zal benutten. Tenslotte plan ik ook aandacht te besteden aan meer fenomenologische aspecten van hoge-energiefysica en kosmologie, om op die manier nog meer direct in te spelen op de nakende experimenten. Dit zal kaderen in een samenwerking met de experimentele deeltjesfysici van het IIHE en met fenomenologen van andere universiteiten, waarvoor reeds verkennende gesprekken begonnen zijn. Natuurkunde BEN CRAPS Een transactionele benadering tot aspectinteractie en aspectcompositie. Abstract: Een transactionele benadering tot aspectinteractie en aspectcompositie Aspect-georiënteerd programmeren onderzoekt de notie van systeemdoorsnijdende bekommernissen in software systemen. De basisidee is dat er verschillende bekommernissen bestaan (zoals bvb synchronisatie of persistentie) waar wel op een modulaire manier kan over nagedacht worden, maar waarvan de feitelijke code zo goed als alle onderdelen van een softwaresysteem zal aantasten. Aspectgeoriënteerd programmeren onderzoekt dit fenomeen en tracht talen te vinden die toelaten dit soort bekommernissen in aparte modules onder te brengen (zogenaamde aspecten) die dan nadien door een aspectwever doorheen de basis van het systeem geweven worden. Het schrijven van software m.b.v. dit soort wevers noemt men dan aspect-georiënteerde software ontwikkeling (AOSD). AOSD is intussen lang geen nicheonderzoeksgebied meer. Verschillende nationale en internationale onderzoeksprojecten lopen momenteel in Europa en de jaarlijkse AOSD conferentie trekt gemiddeld meer dan tweehonderd deelnemers aan. Een fundamenteel probleem in AOSD is het aspectcompositieprobleem dat zich voordoet bij het samenstellen van aspecten. De vraag hoe men verschillende -- onafhankelijk van elkaar ontwikkelde -- aspecten samen doorheen eenzelfde basisprogramma kan weven is grotendeels onopgelost. De kern van het probleem ligt in het feit dat de verschillende aspecten -- door verweving -- het basisprogramma destructief veranderen en aldus elkaar kunnen beïnvloeden. De afwezigheid van een wetenschappelijk gefundeerde aspectcompositietheorie is dus te herleiden naar het gebrek aan een wetenschappelijk gefundeerde definitie van aspectinteractie. Dit voorstel vertrekt van het feit dat aspect code en basiscode gebruik maken van dezelfde variabelen van een softwaresysteem. Aspecten waarvan de interne variabelen los staan van de variabelen van andere aspecten en van de variabelen van het basissysteem, zijn immers triviaal samen te stellen met die andere aspecten en het basissysteem. Pas wanneer het basissysteem en de aspecten gemeenschappelijk geheugen manipuleren kunnen zij mekaar potentieel voor de voeten lopen. Meer nog kan men stellen dat interactieproblemen zich slechts voordoen wanneer één van de partijen (aspectcode en/of basiscode) de variabelen destructief veranderen: zolang aspecten en basiscode de variabelen enkel uitlezen is er geen interactieprobleem. Daarom gaan we in dit voorstel uit van het feit dat basiscode en aspectcode eigenlijk bestaan uit transacties die variabelen in het geheugen lezen en schrijven. De vraag of aspecten gecombineerd kunnen worden met een basisprogramma en/of met mekaar komt dan eigenlijk neer op de vraag of de corresponderende transacties geserializeerd kunnen worden of niet. De kern van ons voorstel bestaat erin serializatietheorie uit de transactiewereld toe te passen op het aspectinteractieprobleem (en dus bij gevolg op het aspectcompositieprobleem). Hiertoe dienen we een basisprogramma en de aspecten voor te stellen als hiërarchisch opgebouwde samengestelde transacties: een programma leest en schrijft al zijn variabelen; een module leest en schrijft slechts een deel van deze variabelen; een methode leest en schrijft slecht een deel hiervan en een statement zal doorgaan slechts een handvol variabelen lezen en slechts één ervan schrijven. Een aspect is op zijn beurt een hiërarchisch opgebouwde container code waarvan elk niveau in de hiërarchie een beperkt aantal variabelen leest en schrijft. De vraag of een aspect interactieloos toe te passen is op één van deze systeemcomponenten komt dus neer op de vraag of de transacties die gedefinieerd worden door het basisprogramma en door het aspect al dan niet serialiseerbaar zijn. Dezelfde redenering is toe te passen voor de samenstelling van twee aspecten. Eén van de moeilijkheden die met dit voorstel gepaard gaan is dat de transacties waarvan sprake geen gewone eenvoudige transacties zijn. Inderdaad, om systemen, modules, klassen, methoden en statements correct af te beelden op transacties die variabelen manipuleren zullen we onze toevlucht moeten zoeken tot zogenoemde geavanceerde transactiemechanismen. Voorbeelden hiervan zijn geneste transacties [1] en sagas [2]. Door het feit dat deze transacties een interne structuur bezitten zijn ze afbeeldbaar op de samengestelde structuur van basis- en aspectcode. Het serialiseren van dit soort geavanceerde transacties is echter ook moeilijker. Ons voorstel bestaat dus uit het bestuderen van de verschillende soorten geavanceerde transacties (op basis van de unificerende ACTA theorie [3, 4]) en te onderzoeken hoe de abstracte syntaxbomen van zowel basiscode en aspectcode geassocieerd kunnen worden met een bijbehorende geavanceerde transactie. Vervolgens onderzoeken we hoe serialisatietheorie voor deze transacties tot een theorie kan dienen om interacties en composities tussen basiscode en aspectcode strikt wetenschappelijk te definiëren en hoe nietserialiseerbaardheid van de transacties kan gebruikt worden om interactieproblemen precies aan te duiden. Het bovenstaande voorstel kadert in een breder kader van recent onderzoek waarbij synchronisatiekennis uit parallelle systemen gebruikt wordt om het aspectinteractieprobleem in kaart te brengen. Eerder onderzoek focusseert zich echter grotendeels op het synchroniseren van berichten die voorkomen in de verschillende constituenten van een compositie. Het innovatieve aan dit voorstel is dat het zich toespitst op het gemeenschappelijk geheugen dat door de constituenten gemanipuleerd wordt, in plaats van het beschouwen van hun gemeenschappelijke ingrijppunten, zoals bijvoorbeeld in [5]. Dit onderzoek zal gevoerd worden binnen de omkadering van het Programming Technology Lab (PROG) van de. Deze onderzoeksgroep heeft een lange geschiedenis in het domein van software- en programmeertaalontwikkeling. De laatste jaren heeft het lab zich geprofileerd als een belangrijke speler in AOSD-onderzoek. Zo is PROG samen met SSEL -- eveneens een onderzoeksgroep van de VUB -- actief binnen AspectLab [6], een samenwerkingsverband voor AOSD-onderzoek tussen de, de Katholieke Universiteit Leuven en, gefinancierd door het IWT. Daarnaast zijn PROG en SSEL ook lid van AOSD-Europe [7], een pan-europees onderzoeksnetwerk in het AOSD-domein, gefinancierd door de EU. Informatica en Toegepaste Informatica THEO D'HONDT Een formele theorie en software laboratorium voor de modellering van zelforganiserende systemen. Abstract: 1. Doelstelling Onze technologische en informatiesystemen worden elke dag complexer, met steeds meer onderling afhankelijke onderdelen (Lewin, 1992; Waldorp, 1992; Bar-Yam, 1997). Deze connectiviteit kan ertoe leiden dat problemen zich snel verspreiden doorheen het ganse systeem. Voorbeelden hiervan zijn verkeersopstoppingen, blackouts in hoogspanningsnetwerken, en de verspreiding van ziekten en computervirussen. Deze toenemende complexiteit vereist nieuwe denkwijzen. Traditionele methoden zijn immers ontoereikend voor complexe, dynamische systemen, omdat ze deze steeds proberen te herleiden tot hun aparte onderdelen, zonder hierbij de mogelijke interacties in aanmerking te nemen (Gershenson, 2007). Zelforganisatie is in tal van domeinen een nuttig concept gebleken (Ashby, 1947; 1962; Nicolis en Prigogine, 1977; Schweitzer, 1997; Camazine et al., 2003; Skår en Coveney, 2003; Feltz et al., 2006). Het beschrijft de mechanismen volgens

9 dewelke lokale variabelen, componenten, of acties interageren om globaal georganizeerd gedrag te produceren. Aangezien zelforganisatie toelaat om met anders onbeheersbare complexiteit om te gaan, wordt deze benadering meer en meer toegepast in de informatica (Heylighen en Gershenson, 2003; Mamei et al., 2006), om problemen op te lossen in een verscheidenheid aan domeinen, waaronder communicatienetwerken (Prehofer en Bettstetter, 2005), optimalisatie (Dorigo en Stützle, 2004), artificiële intelligentie (Steels, 2003), neurale netwerken (Kohonen, 2000) en robotica (Dorigo et al., 2004). Zelforganisatie maakt het mogelijk voor een systeem om robuust (Jen, 2005) en adaptief (Holland, 1975) te zijn, d.w.z. kunnen omgaan met dynamische, onvoorspelbare omgevingen en probleemgebieden, doordat de interagerende elementen zelf oplossingen vinden, zonder behoefte aan externe supervisie. Nochtans is het fenomeen nog steeds niet heel goed begrepen, zoals gesuggereerd door de brede waaier aan bestaande definities (Gershenson en Heylighen, 2003). Een meer algemene, formele en omvattende theorie van de zelforganisatie zou de ontwikkeling van adaptieve en robuuste systemen ten zeerste ondersteunen. In mijn doctoraatsthesis (Gershenson, 2007) heb ik een methodologie voorgesteld om zelforganiserende systemen te ontwerpen en te beheren, en deze toegepast op verschillende gevalstudies (verkeersstromen, bureaucratieën, en communicatieprotocollen in een "ambient intelligence" omgeving). Het doel van het huidige project is om de lessen geleerd bij het ontwerpen van zelforganiserende systemen te gebruiken om een formele theorie en simulatieomgeving te ontwikkelen die de meest fundamentele kenmerken van zelforganiserende systemen zou vatten. 2. Onderzoeksdoelen??Ontwikkeling van een algemeen, formeel model van zelforganiserende systemen gebaseerd op multi-agent systemen die hun interactietopologie kunnen hertekenen om aldus de globale organisatie te optimizeren.??implementatie van dit model in de vorm van een software laboratorium, dat gebruikers zou toelaten om de theorie te testen d.m.v. computationele experimenten en simulaties, en om nieuwe zelforganiserende systemen te ontwerpen en te verkennen.??uitbouw van een classificatie van zelforganiserende systemen, die bestaande systemen kan situeren in de parameterruimte van het model. Wiskunde Carlos GERSHENSON GARCIA De wederzijdse inbedding van het natuurlijke en het sociale: naar een vernieuwde omgang tussen wetenschap en politiek. Abstract: Doel en objectieven Dit project wil deze dichotomie overstijgen. Het centrale doel is te onderzoeken hoe een kritische visie met betrekking tot het statuut van wetenschappelijke kennis verenigbaar is met politiek denken en handelen. Hiertoe zal via een interdisciplinaire en integrerende benadering een nieuw perspectief geopend worden op het raakvlak tussen politiek en wetenschap. Het onderliggende uitgangspunt is dat wetenschap inderdaad niet langer kan gezien worden als de bron van absolute, waardevrije kennis met betrekking tot de werkelijkheid maar dat de geldigheid en de toepasbaarheid van wetenschappelijke kennis eerder moet begrepen worden vanuit een gestabiliseerde, wederzijdse inbedding van het natuurlijke en het sociale, van wetenschap en maatschappij. Met dit uitgangspunt voor ogen stelt dit project zich drie concrete objectieven. Ten eerste wil het een integrerend analysekader ontwikkelen dat vertrekt vanuit de idee van wetenschap als een sociale praktijk en toelaat het realisme versus relativisme debat en de feit-waarde dichotomie te overstijgen. In een tweede stap zal dit analysekader toegepast worden op concrete socio-wetenschappelijke controverses. Aan de hand hiervan zal nagegaan worden in welke mate er een nieuw perspectief ontstaat op het raakvlak tussen politiek en wetenschap. In een ver vooruitzien kan een derde objectief er dan in bestaan om vanuit dit nieuw perspectief concrete aanzetten te geven voor een vernieuwde omgang tussen wetenschap en politiek. De verschillende objectieven worden hieronder verder toegelicht. 1. Ontwikkelen van een theoretisch analysekader dat het realisme versus relativisme debat overstijgt én kan verklaren hoe wetenschappelijke kennis ingebed geraakt in de heersende maatschappelijke normen en waarden en vice versa. Hoe, met andere woorden, de sociale praktijk van het produceren, stabiliseren en toepassen van geldige wetenschappelijke kennis inherent gerelateerd is aan politiek denken en handelen. Een belangrijk vertrekpunt voor het expliciteren van een dergelijk analysekader is de vaststelling dat het discours van het sociaal constructivisme tekort schiet omdat het, in zijn eenzijdige sociaal-contextuele benadering van de wetenschapspraktijk, een symmetrische kritische analyse verhindert van de sociale constitutieve elementen van de wetenschap ('sociologisch reductionisme'; Latour, 1999). Immers, in de constructivistische benadering worden de sociale aspecten, zoals waarden, bekommernissen en belangen als a-priori's behandeld, opgesloten in een black box en zo uitgesloten van verdere analyse. Zo wordt binnen dit denkkader gesteld dat menselijke, persoonlijke of maatschappelijke belangen de cruciale factoren zijn in het beslechten van socio-wetenschappelijke controverses. Het beëindigen van dergelijke controverses wordt dan gezien als het onderhandeld uitsorteren van tegenstrijdige belangen (Nelkin, 1992; Bijker et al. 1987). Maar belangen hebben zelf een sociale én wetenschappelijke voorgeschiedenis; ze worden zelf mee geconstitueerd vanuit de heersende sociale en wetenschappelijke orde. Wat sociaal is aan de wetenschap, is zelf onderwerpen aan een onvermoede diepte en complexiteit en vice versa. Een historisch voorbeeld is dat van de ontwikkeling van de thermodynamica. Het stabiliseren van het 'wetenschappelijke experiment' in een werkende, efficiënte stoommachine en de theorie van de thermodynamica die daaruit voortsproot kan niet begrepen worden zonder rekening te houden met de industrieel-maatschappelijke context (o.a. zoektocht naar arbeidsvermogen) waarin dit gebeurde net zoals de verdere ontwikkeling en stabilisatie van de industriële samenleving niet los kan gezien worden van deze technisch-wetenschappelijke kennisbasis. Vanuit deze vaststelling blijkt de noodzaak aan een breder analysekader dat vervalt in sociaal noch technisch-wetenschappelijk determinisme en dat symmetrisch is in de zin dat het tegelijk aandacht heeft voor de sociale dimensie van de menselijke cognitie als voor de epistemologische en technologische verwevenheden van sociale formaties. 2. Toepassen van het ontwikkelde analysekader en onderzoeken in welke mate het een nieuw perspectief opent op de het raakvlak tussen politiek en wetenschap. Als theoretisch analysekader vraagt de visie van wederzijdse inbedding om toepassing op concrete kwesties die zich op het raakvlak tussen wetenschap en politiek bevinden. Op die manier kan ook onderzocht worden in welke mate dit kader een nieuw perspectief opent met betrekking tot de relatie tussen wetenschap en politiek in de zin dat het nieuwe vragen en antwoorden op de tafel kan leggen. Socio-wetenschappelijke controverses, bijvoorbeeld met betrekking tot de milieuproblematiek, lenen zich hier toe. Zoals reeds gesuggereerd bevatten controverses een rijke voedingsbodem ter toetsing, aangezien controverses een indicatie zijn van afwezigheid van stabiliteit. (Latour, 1987; Shapin en Shaffer, 1985). Het proces van het wederzijds vormgeven van het sociale en het natuurlijke kan men juist het meest duidelijk waarnemen op het moment van de emergentie van nieuwe socio-wetenschappelijke fenomenen zoals technische artefacten en normatieve bepalingen; dus vóóraleer de dingen compleet stabiliseren en opgesloten raken in een black box. Eens de controverse opgeheven, of de resulterende inbedding genormaliseerd (sociale orde) of genaturaliseerd (natuurlijke orde), wordt het moeilijk om de onderliggende gecontesteerde aannames, die vrij spel hadden in het moment voor de stabilisatie, bloot te leggen. (Jasanoff, 2004). Concreet zal in dit project de emergentie van het fenomeen 'klimaatverandering' zowel in zijn historische wetenschappelijke als maatschappij-politieke context nader bestudeerd worden, met bijzondere aandacht voor de rol van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). De vraag hoe nieuwe socio-wetenschappelijke fenomenen zoals klimaatverandering in ons bevattingsvermogen binnensluipen en zo cognitieve, morele en politieke status bekomen, geeft reeds een eerste idee van het nieuwe perspectief dat hier beoogd wordt. Zo zal er gezocht worden naar nieuwe concentraties van politieke macht in plaatsen waar de hedendaagse sociale theorie zelden aan denkt zoals de causaal geconstrueerde klimaatmodellen waarop het globale klimaatbeleid zich sterk baseert (Demeritt, 2001). 3. Vanuit het uitgewerkte analysekader aanzetten geven voor een vernieuwde omgang tussen wetenschap en politiek. In de mate waarin dit project slaagt in het openen van een nieuw perspectief met betrekking tot de relatie tussen wetenschap en politiek, zal ook worden nagedacht over nieuwe benaderingen om deze complexe relatie vorm te geven. In eerste instantie zal dit gebeuren in de beperkte context van de gevalstudies die binnen dit project behandeld zullen worden. Een aantal concrete aanzetten voor een nieuwe omgang tussen wetenschap en politiek hebben de laatste jaren opvallende aandacht gekregen. Zo is 'post-normal science' de meest gebruikte term om de overgang weer te geven naar een methode waarin anders met de wetenschap wordt omgegaan (Funtowicz en Ravetz, 1993). Deze benadering is vooral gericht op het omgaan met onzekerheid in complexe, hedendaagse vraagstukken door normen en waarden in de wetenschap te 'injecteren'. Op deze manier zit deze aanpak nog steeds vast in de dichotomie tussen feit en waarde. Er wordt immers nog steeds uitgegaan van een aan de mens onafhankelijke en kenbare werkelijkheid. In tegenstelling hiermee zal voorliggend project net vertrekken van de ontkenning van deze dichotomie en van daar uit zoeken naar nieuwe aanknopingspunten.

10 Wiskunde Gert GOEMINNE Diederik AERTS Herkenning van aggregerende eiwitsequenties door moleculaire chaperones. Abstract: Inleiding Een van de belangrijkste eigenschappen van eiwitten is dat ze in staat zijn om spontaan te vouwen teneinde hun functionele structuur te bekomen. De vouwing van eiwitten blijkt echter veelal inefficiënt te zijn met het risico dat een groot deel van deze eiwitten verkeerd wordt gevouwen of aanleiding geeft tot aggregatie. Als gevolg hiervan hebben cellulaire organismen een reeks ATP-afhankelijke vouwingscontrole mechanismen ontwikkeld, waarbij de hoofdrol wordt gespeeld door moleculaire chaperones. Chaperones spelen een onmisbare rol bij alle aspecten van eiwitkwaliteitscontrole, waaronder eiwitsynthese, translocatie, desaggregatie en degradatie. Sommige chaperones (o.a. de Hsp70 chaperones) spelen een rol in alle aspecten van eiwitkwaliteitscontrole, terwijl andere gespecialiseerd zijn in specifieke processen zoals de novo vouwing, hervouwing, desaggregatie, degradatie of antigeenpresentatie. Terwijl de rol van signaalpeptides in eiwittranslocatie goed gekend is, is het nog steeds gissen over hoe in de eiwitkwaliteitscontrole beslist wordt of een verkeerd gevouwen eiwit opnieuw gevouwen of afgebroken moet worden. Gezien de inefficiëntie van eiwitvouwing en de resulterende hoge metabolische kostprijs van eiwitsynthese (er wordt geschat dat maar 5 tot 30% van de gesynthetiseerde eiwitten echt functioneel worden in vivo), is het van primordiaal belang dat de eiwitkwaliteitscontrole de meest kosteffectieve keuze kan maken tussen recycleren of vervangen van een slecht gevouwen eiwit. Het SWITCH laboratorium heeft het TANGO algoritme ontwikkeld om eiwitaggregatie te kunnen voorspellen en TANGO werd inmiddels veelvuldig gebruikt om de sequentiekarakteristieken van aggregerende polypeptides te bestuderen in meer dan 20 volledige proteomen. Deze studies hebben aangetoond dat er een sterke evolutionaire druk bestaat tegen eiwitaggregatie, wat heeft geleid tot de ontdekking van het bestaan van zogenaamde 'gatekeeper' residu's die specifiek aggregatie tegenwerken. 'Gatekeeping' grijpt plaats door aggregerende hydrofobe sequenties te flankeren met geladen aminozuurresidu's wat leidt tot een gereduceerde neiging tot aggregatie. Meer bepaald heeft het onderzoek van het SWITCH laboratorium aangetoond dat sterk aggregerende sequenties bij voorkeur geflankeerd worden door positief geladen residu's (arginine en lysine) en dat minder aggregerende sequenties vaker geflankeerd worden door negatief geladen residu's (glutamaat en aspartaat). Bovendien hebben in vitro en in vivo studies aangetoond dat chaperones een grotere affiniteit hebben voor positief geladen 'gatekeepers' dan voor negatief geladen gatekeepers, maar dat negatieve gatekeepers bij interactie met Hsp60 chaperones het hervouwingsproces van negatief geladen substraten versnellen. Het hoofddoel van het SWITCH laboratorium is dan ook om inzicht te krijgen in de signalisatierol van 'gatekeepers' in eiwitkwaliteitscontrole en meer in het bijzonder voor eiwithervouwing versus degradatie. Onze aanpak combineert het gebruik van computermodellering en predictiealgoritmen met in vitro en in vivo experimenten. Deze onderzoeksaanvraag concentreert zich op het ontrafelen van chaperone-ligandherkenning, gebruik makend van structuurmodellering. Niettegenstaande reeds verscheidene experimentele studies op het vlak van chaperonespecificiteit werden gepubliceerd, toonden deze studies vooral de algemene eigenschappen van chaperoneliganden aan, zoals hydrofobiciteit en positieve lading. Om te onderzoeken of chaperoneherkenning een signalisatiefunctie kan vervullen in eiwitkwaliteitscontrole, is de ontwikkeling van een positie-specifiek sequentie herkenningsprofiel van chaperones onontbeerlijk. Daarom spitst dit project zich toe op het karakteriseren van het herkenningsprofiel van de chaperonefamilies Hsp60, Hsp70 en Hsp90. Hsp70 chaperones vervullen een algemene chaperone functie, terwijl Hsp60 chaperones vooral een rol spelen bij hervouwing van eiwitten en Hsp90 chaperones bij eiwitdegradatie. Doelstellingen * Bepalen van de substraatspecificiteit van homologen van de Hsp families in verschillende organismen, gebruik makend van een in silico peptidebibliotheek. * Ontwikkelen van een algoritme om de binding van een substraat met een bepaald chaperone kwantitatief te kunnen voorspellen. * Het algoritme valideren door het vergelijken van voorspelde chaperone-substraat bindingsresultaten met in vitro en in vivo bindingsanalyses. * Ontwikkelen van een publieke website voor het online gebruik van het algoritme. * Nagaan of de sterkte van aggregatie gekoppeld is aan de herkenning door chaperones. Maken chaperones gebruik van het bestaan van de 'gatekeepers'? * Nagaan of een chaperone in een bepaald organisme geëvolueerd is om organisme-specifieke eiwitten beter te herkennen dan eiwitten van een ander organisme. * Bestuderen van mutaties in de chaperones of in de substraten die de binding kunnen beïnvloeden en dus aanleiding kunnen geven tot verkeerde eiwitvouwing en/of -aggregatie. * Onderzoeken of chaperones onderscheid maken tussen sequenties van amyloidprecursoren en aggregaatprecursoren Toegepaste Biologische Wetenschappen Frederic ROUSSEAU JOOST VAN DURME Biologisch ondersteunde oceanische koolstofexportflux uit de oppervlaktelaag en doorheen de waterkolom kwantificeren en begrijpen m.b.v. multidisciplinaire aanpak. Abstract: 1. Probleemstelling Ieder toegepast onderzoek kan opgedeeld worden in een aantal cruciale beslissingen. - Welke vraag wil men precies beantwoorden? - Welk experiment kan daarvoor het best opgezet worden? - Welk model is het meest geschikt om de gevraagde informatie uit de metingen te extraheren? - Hoe moeten metingen en model gecombineerd worden om de maximale hoeveelheid informatie te verkrijgen en in welke mate is de bekomen informatie betrouwbaar? Meestal wordt hierbij een intuïtieve aanpak gevolgd, maar dit kan soms tot onbetrouwbare resultaten leiden, zelfs zonder dat de gebruiker zich bewust is van een probleem. Dit is de voornaamste motivatie voor de ontwikkeling van de systeemidentificatietheorie. Deze biedt een systematische werkwijze om een model zo optimaal mogelijk te fitten op metingen, waarbij de invloed van meetonzekerheden wordt geminimaliseerd en modelonvolmaaktheden worden in kaart gebracht indien al niet weggewerkt. De onderzoeksactiviteiten van ELEC situeren zich voornamelijk in de ontwikkeling van dit theoretische kader. ANCH, van zijn kant, is gespecialiseerd in het ontwikkelen van meettechnieken voor elementconcentraties en isotopenverhoudingen alsook bijbehorende modellen nodig voor het beschrijven en begrijpen van biogeochemische processen in natuurlijke aquatische systemen. De specifieke vraagstelling waarop in dit onderzoek wordt gefocust is de bepaling van de particulair organisch koolstofexport uit de bovenste oceaanlaag en zijn lot doorheen de waterkolom tot aan de zeebodem. De grootte van de exportflux en de efficiëntie van het transport naar de diepe oceaan bepalen de oceanische CO2-sequestratie-efficiëntie. Om bovenstaande vraag te beantwoorden zullen zowel metingen als modellen nodig zijn (ANCH bijdrage), evenals een goede kennis van de manier waarop beide op elkaar kunnen afgestemd worden (ELEC inbreng). 4. Doelstellingen De algemene doelstelling van dit onderzoek is het kwantificeren van de exportflux van particulair organisch materiaal (en indien er voldoende gegevens beschikbaar worden ook het opgeloste organisch materiaal) dat ontsnapt uit de oppervlaktelaag en zinkt doorheen de waterkolom. Hierbij zal vooral aandacht besteed worden aan - de schatting van primaire productie op schaal van oceaanbekkens (integratie van de gegevens in horizontale richting); - een geïntegreerde visie op de koolstofflux doorheen de volledige waterkolom (integratie van de gegevens in verticale richting); - een optimale combinatie van modellen en metingen zodat de maximale hoeveelheid informatie uit de metingen gehaald wordt (en ook niet meer).

11 Scheikunde Anouk DEBRAUWERE Thiol-disulfide uitwisseling gakatalyseerd door thoredoxine 2 en Disulfide-Bindings-eiwitten in E. Coli. Abstract: Inleiding Thiol-disulfide uitwisselingen tussen eiwitten en tussen verschillende paren van cysteïnes binnen één eiwit vormen de basis voor elektronentransport in redox systemen. In Escherichia coli (E. coli) spelen thioredoxines en Dsb-(DiSulfide-Bindings) eiwitten hierbij een sleutelrol1. In een eerste luik van mijn onderzoek komt de studie naar het Zn2+-bindend redox eiwit thioredoxine 2 (Ec_Trx 2) van E. coli aan bod. Met dit project werd reeds gestart gedurende mijn aspirantmandaat. In een tweede meer uitgebreid luik ligt de nadruk op oxidatieve vouwing gekatalyseerd door Dsb-eiwitten in het periplasma van E. coli. Thioredoxine 2 E. coli Trx2 (Ec_Trx2)2 behoort tot de thioredoxine-familie en heeft een reactiemechanisme analoog aan het eerder gekarakteriseerd E. coli Trx1 (Ec_Trx1)3 waarbij het geconserveerd WCGPC katalytisch motief een continu proces van oxidatie en reductie ondergaat. Ec_Trx2 bindt Zn2+ met een zeer hoge affiniteit (Ka > 1018 M-1)4. Voor deze coördinatieve binding zijn er 4 bijkomende cysteïnes aanwezig op 2 N-terminale CXXC domeinen2. Circulair dichroïsme en electroforese experimenten suggereren een aanzienlijke conformationele verandering geïnduceerd door de oxidatie van het Zn2+-bindingsdomein4. Tot op heden zijn er geen natuurlijke reactiepartners van Ec_Trx2 gekend. Ook wat betreft de structurele organisatie van het Zn2+-bindingsdomein t.o.v. de actieve site tasten we in het duister. Centraal in dit luik van het project staat de identificatie van de natuurlijke reactiepartners, de opheldering van de exacte functie van Zn2+, de structuurbepaling en de biofysische karakterisatie van Ec_Trx2. Natuurlijke reactiepartners van Ec_Trx2 Om de natuurlijke reactiepartners van Ec_Trx2 te identificeren zullen we een CPGS actieve site mutant van Trx2 in E. coli trxc- (trxc is het gen voor Ec_Trx2) tot overexpressie brengen. Natuurlijke substraten zullen op die manier in disulfidebrug gevangen worden. Ze zullen via Western-blot geanalyseerd worden en nadien via massaspectrometrie of N-terminale sequentiebepaling worden geïdentificeerd. In een kinetische studie zullen de nieuwe substraten met zowel Trx1 als Trx2 worden getest om zo de specificiteit van thioredoxine te bepalen. Biologische functie van Zn2+ Onderzoek naar heat shock protein Hsp33 suggereert dat structurele, zinkcoördinerende cysteïne domeinen kunnen functioneren als regulatorische centra die het enzyme activeren door conformationele veranderingen te induceren in antwoord op oxidatieve stress5. We zullen nagaan of het Zn2+bindingsdomein in Trx2 functioneert als regulatorisch domein. De activiteit van wild type Ec_Trx2 en van een zinkvrije Ec_Trx2 mutant waarbij de cysteïnes van het Zn2+-bindingsdomein naar serine gemuteerd werden (Ec_Trx2_Zn-) zal gemeten worden met een natuurlijke reactiepartner als substraat in aan- en afwezigheid van oxidatieve stress (H2O2,...). Structuur Omdat kristallisatie van Ec_Trx2 geen kristallen met de nodige diffractiekwaliteit gaf, zullen in samenwerking met Dr. Jane Dyson (The Scripps research institute, La Jolla, USA) de NMR-spectra nodig om de structuur te bouwen worden opgenomen. We zullen de NMR structuur berekenen. Invloed van Zn2+ op pka, redoxpotentiaal en stabiliteit In samenwerking met Dr. J.-F. Collet, waarmee de onderzoeksgroep van Dr. Joris Messens samen het "Brussels Center for Redox Biology" vormt ( zullen we de functie van het Zn2+-ion in Ec_Trx2 bepalen. De redoxpotentiaal van de actieve site disulfide en de pka van het nucleofiele cysteïne zullen bepaald worden6,7 voor wild type Ec_Trx2 en voor Ec_Trx2_Zn-. De stabiliteit van gereduceerd en geoxideerd Ec_Trx2 en Ec_Trx2_Zn- zal bepaald worden door middel van chemische en thermische ontvouwing gebruik makend van differentiële scanningcalorimetrie (DSC) en spectroscopische technieken (fluorescentie, circulair dichroïsme). Mijn kwantumchemische expertise opgedaan gedurende mijn aspirantmandaat zal gebruikt worden om redoxpotentialen van thiol/disulfide redoxkoppels theoretisch te bestuderen. Descriptoren als hardheid8, zachtheid8, electrofiliciteit9 en nucleofugaliteit10 gebruikt in de context van het HSAB principe8 en gedefinieerd door de conceptuele 'density functional theory' (DFT)11 zullen worden gebruikt om na te gaan hoe de redoxpotentiaal van de disulfide vorming beïnvloed wordt door de eigenschappen (hardheid) van het aanwezige metaalion. Verder zal gekeken worden hoe de hardheid van het centrale metaalion beïnvloed wordt door de eigenschappen (zachtheid) van de omringende liganden, geïnspireerd op de studie naar de invloed van liganden op de stabiliteit van Re en Tc complexen12. Oxidatieve vouwing Functioneel eiwit is meer dan ribosomaal vertaald RNA. De gevormde polypeptideketen dient correct te worden gevouwen. Het werk van Christian Anfinsen op pancreas' ribonuclease A maakte de relatie duidelijk tussen de aminozuursequentie en de conformatie van een eiwit13. Ondanks meer dan 50 jaar intensief onderzoek begrijpen we nog steeds niet hoe de intrinsieke informatie die verscholen ligt in de aminozuursequentie haar weg vindt naar een correct gevouwen eiwit. Men beschouwt dit vraagstuk dan ook als "the last great problem" van de moleculaire biologie. Een beter begrip van het mechanisme verscholen achter het vouwingsproces zal een deel van dit mysterie kunnen ontsluieren. In dit tweede luik van het project ligt de focus op oxidatieve vouwing. Oxidatieve vouwing is het proces waarbij een eiwit zowel zijn correcte disulfidebruggen vormt, als een correcte eiwitstructuur aanneemt. Centraal staat de ontwikkeling van een nieuwe in vitro vouwingstechnologie met RNase I als modelsysteem alsook het bepalen van de vouwingskinetiek van dit modeleiwit. Hiervoor zullen we gebruik maken van de oxidatieve vouwingscomponenten uit E. coli. De oxidatieve vouwing in het periplasma van E. coli kan opgesplitst worden in oxidatie door DsbA en isomeratie door DsbC (Figuur). Figuur: DsbA introduceert disulfidebruggen in naar het periplasma getransporteerde eiwitten14. Foutief gevormde disulfidebruggen worden gecorrigeerd door het isomerase DsbC15. DsbA wordt terug geoxideerd door DsbB, dat ervoor zorgt dat de elektronen afgevoerd worden om uiteindelijk O2 te reduceren. DsbD voert elektronen aan om DsbC te recycleren naar zijn gereduceerde vorm na oxidatie bij de isomerisatie-reactie16. De exacte werking van DsbD als elektronendoorgeefluik is niet gekend. Structurele karakterisatie van RNase I Als nieuw model eiwit om oxidatieve vouwing te bestuderen kozen we RNase I, een periplasmatisch E. coli eiwit met 4 disulfides waarvan één niet-consecutieve17. De eiwitstructuur van RNase I werd recent in ons lab bepaald17 met een resolutie van 1.4 Å. Een open vraag is hoe de actieve site van RNase I zijn substraat RNA herkent. De kristalstructuur van RNase I in complex met een oligodeoxynucleotide als substraat analoog zal worden opgelost (data reeds beschikbaar). Nagegaan zal worden welke aminozuren cruciaal zijn voor substraat interactie. Van deze residu's zullen mutaties gemaakt worden en zal de KM gemeten worden met RNA als substraat18. In vivo vouwing van RNase I Om na te gaan welke Dsb-eiwitten RNase I in vivo nodig heeft om de natieve conformatie te verkrijgen, zal RNase I tot overexpressie gebracht worden in zowel de E. coli wild type stam als in stammen waarvan de Dsb-eiwitten werden uitgeschakeld (dsba-, dsbc-, dsba-c-, dsba-d-). Op het periplasmatisch extract van deze cellen zal de RNase I-activiteit spectrofotometrisch getest worden met methyleenblauw geïntercaleerd RNA als substraat19. Om deze vraag correct te beantwoorden dienen we ook na te gaan in welke mate het al of niet aanwezig zijn van een disulfidebrug in RNase I zijn activiteit beïnvloedt. Daarvoor zullen we elke disulfidebrug één voor één wegmuteren door de cysteïnes betrokken in de disulfidebrug in een serine te veranderen. Van deze mutanten zullen de kinetische parameters vergeleken worden met wild type RNase I. In vitro vouwing van RNase I De ideale vouwingscondities (dwz. de ideale combinatie van buffer, ph, redox potentiaal, temperatuur en eiwitconcentratie) voor zowel gedenatureerd RNase I (drnase I) als RNase I uit Inclusion Bodies (IB_RNase I) zullen bepaald worden in aanwezigheid van Dsb-eiwitten (DsbA, DsbC). drnase I zal bereid worden na reductie (met DTT) en ontvouwing (met GdnHCl) van tot overexpressie gebracht recombinant wild type RNase I. IB_RNase I zal bereid worden door het signaalpeptide van RNase I te verwijderen. In IB_RNase I zijn er aggregaten gevormd van partieel gestructureerde eiwitmoleculen20. Voorts zal nagegaan worden of de vouwingscondities voor RNase I geschikt zijn voor het hervouwen van andere recombinante cysteïne-rijke eiwitten waarvoor de huidig beschikbare expressietechnologie faalt of in een lage opbrengst resulteert. Dit heeft tot doel een algemeen toepasbaar vouwingsprotocol te ontwikkelen voor therapeutisch interessante recombinante eiwitten die wanneer tot overexpressie gebracht in E. coli steeds in inclusion bodies terechtkomen. Intermediair gevouwen eiwit Via het vangen en karakteriseren van intermediair gevouwen eiwit zal het vouwingsmechanisme van RNase I in kaart gebracht worden. Welke disulfidebrug wordt het eerst gevormd? Verloopt de vouwing via niet-natieve disulfidebruggen die nadien worden gecorrigeerd? Hoe stabiel zijn de intermediaire vouwingsvormen? drnase I zal in aanen afwezigheid van Dsb-eiwitten worden hervouwen. Zo zullen we respectievelijk de gekatalyseerde en ongekatalyseerde vouwing bestuderen. De populaties van intermediair gevouwen eiwit die het vouwmengsel samenstellen zullen in functie van de hervouwingstijd worden geblokkeerd 21. Nadien zullen ze met een hoge resolutie scheidingstechniek (HPLC of 2D-electroforese) in combinatie met massa spectrometrie geanalyseerd worden. Hiermee bepalen we in welke mate elk intermediair aanwezig is en welke disulfides in elk intermediair gevormd zijn op een bepaald tijdstip in het vouwingsproces. De thermodynamische stabiliteit en katalytische activiteit van elk intermediair zullen bepaald worden. Vouwingskinetiek Om de kinetiek van de gekatalyseerde en ongekatalyseerde vouwing te bestuderen, zal de hoeveelheid correct gevouwen RNase I worden getest door de RNase I-activiteit te meten in functie van de tijd in een stopped/quenched-flow-experiment22,23,24. Bij eventuele actieve intermediairen zullen we overschakelen naar stopped/quenched-flow fluorescentie en/of circulair dichroïsme experimenten22,23,24. Fluorescentie experimenten zullen

12 waarschijnlijk het inbouwen van een fluorofoor in RNase I vereisen, maar biedt wel perspectief om een methode te ontwikkelen waarbij vouwing in vivo bestudeerd kan worden via fluorescentiemicroscopie. De stopped-flow circulair dichroïsme experimenten zullen in samenwerking met Dr. André Matagne (ULG, Centre for protein engineering) uitgevoerd worden. Toegepaste Biologische Wetenschappen Scheikunde Goedele ROOS LODE WYNS Electronische circuits en toestellen Abstract: Dit is een algemeen project dat alle kleine projecten die niet volledig gedocumenteerd hoeven te worden groepeert. Elektronica en Informatica MAARTEN KUIJK Inverse problems in Computer vision - Image Analysis & interpretation - audiovisual analysis? Abstract: Inverse problems in Computer vision - Image Analysis & interpretation - audiovisual analysis? Elektronica en Informatica HICHEM SAHLI Coding. Abstract: Coding Elektronica en Informatica ADRIAN MUNTEANU Audio en Spraaktechnologie. Abstract: Dit project beoogt de noden van personen die lijden aan dysatrie tegemoet te komen door een software te ontwikkelen die gebruik maakt van spraaktechnologie voor a) de evaluatie van spreektempo, intonatie en klemtonen in voorgelezen spraak en in spontane spraak en b) computer gebaseerde therapie voor het verbeteren van sprrektempo, intonatie en klemtonen op verschillende linguistische niveaus (zin, tekst en spontane spraak) die de patient onmiddelijke feedback geeft en kan gebruikt worden voor thuis-therapie. Elektronica en Informatica WERNER VERHELST Regressie technieken op genotype-fenotype database om de werkzaamheid van geneesmiddelen te voorspellen KU Leuven Abstract: Regressie technieken zijn meer en meer belangrijk als automatische methodes voor het bestuderen van complexe biologische systemen over tijd. Debedoeling van dit project is het uitwerken van regressie technieken op een genotype-fenotype database voor recent ontwikkelde geneesmiddelen zoals HIV-1 integrase inhibitoren. Om de kwaliteit te verbeteren vande diagnostische systemen die de werkzaamheid van de geneesmiddelen te voorspellen zal gewerkt worden met klonale data en een nieuwe generatie van sequencer systemen. In het project is gekozen voor de 454 technologie welke gebruikt wordt voor het bestuderen van HIV, HCV,... Groep Biomedische Wetenschappen Geert Verbeke Golflengte-schakelbaar kleurfilter Abstract: Vloeibaar-kristalcellen tussen twee polarisatoren geven een transmissiespectrum dat golflengte-afhankelijk is. Door meerdere cellen na elkaar te plaatsen kan een smalband-doorlaatfilter gerealiseerd worden, waarvan de golflengte kan ingesteld worden door spanningen aan te leggen. Een dergelijke component zal gerealiseerd en gekarakteriseerd worden. Vakgroep Elektronica en informatiesystemen Kristiaan Neyts Temperature- and Supply Voltage-independent Time References for WirelessSensor Networks (Temperatuurs- en voedingsspanningsonafhankelijke tijdsreferenties voor draadloze sensornetwerken) KU Leuven Abstract: In het jaar 2000 werd de uitvinding van de geïntegreerde schakeling door het Nobelprijscomité erkend als een van de meest ingrijpende ontwikkelingen in de moderne technologie. Bijna zestig jaar later maakt elektronica een essentieel onderdeel uit van onze leefwereld. De belangrijkste oorzaak hiervan is de kenmerkende exponentiële groei in de elektronica industrie. Dit resulteert in een miniaturisatie en kostenreductie van elektronische toestellen, een ontwikkeling die wordt weerspiegeld in de draadloze communicatietechnologie: toestellen worden kleiner, frequenties en datasnelheden hoger. Zowel de functionaliteit als de draagbaarheid van elektronische toestellen is hierdoor sterk toegenomen. Deze technologische vooruitgang is de directe oorzaak van deopkomst van draadloze sensornetwerken. Een toenemend aantal autonome toestellen wordt draadloos verbonden met een netwerk en/of met het internet; een evolutie die uiteindelijk resulteert in het zogenaamde 'Internet of Things'. Doordat zowe

13 Afdeling ESAT - MICAS Wim Dehaene Valentijn De Smedt Conference on computational physics. Brussel 5-8 september Abstract: Conferentie over computationale fysica georgaineerd door het ESF (5-8 september 2007) Scheikunde PAUL GEERLINGS Guide des sols de DR Congo Hogeschool Gent Abstract: Abstract nog niet beschikbaar Departement Biowetenschappen en Landschapsarchitectuur Vakgroep Plantaardige Productie Geert Baert Deklagen van hoge-temperatuursupergeleiders via economisch verantwoorde en duurzame chemie en technologie Hogeschool Gent Abstract: Dit project kadert in het brede onderzoeksgebied van de samenwerking tussen UGent Vakgroep Anorganische en Fysische Chemie en Hogent Departement Toegepaste Wetenschappen, op het gebied van materiaalchemie en -ontwikkeling. Het onderzoeksgebied van de materiaalchemie is één van de huidige meest dynamische onderzoeksgebieden met een grote impact op de technologische, sociale en economische ontwikkeling van de huidige samenleving. Hierbij wordt het ook steeds belangrijker energetische en milieuvriendelijke aspecten ten volle aandacht te geven bij de productie van deze duurzame materialen. In dit kader zal het voorliggende project zich toespitsen op de ontwikkeling van innovatieve syntheseroutes voor de vervaardiging van supergeleidende materialen. Deze nieuwe klasse van materialen biedt meerdere perspectieven voor toepassingen in de energiesector, micro-electronica en communicatie. De syntheseroute die we wensen te ontwikkelen en optimaliseren is er specifiek op gericht gemakkelijk industrieel opschaalbaar te zijn en milieuvriendelijke precursoren aan te wenden. Na de ontdekking van hoge temperatuur keramische supergeleiders in 1987, situeert het onderzoek zich momenteel vooral in de ontwikkeling van technologische toepassingen gebaseerd op industrieel en economisch haalbare technieken. Omdat keramische supergeleiders in bulkvorm minder goede mechanische, elektrische en magnetische eigenschappen vertonen, wordt voor technologische toepassingen meestal gebruik gemaakt van supergeleidende dunne lagen aangebracht op een substraat, al dan niet voorzien van een aantal bufferlagen - Finaal ook wel coated conductor genaamd. Een bruikbare supergeleidende film voldoet aan een aantal fundamentele vereisten: chemische en structurele zuiverheid en stabiliteit, gewenste mechanische eigenschappen, een voldoende hoge kritische temperatuur Tc en een hoge kritische stroomdichtheid Jc, in functie van de gewenste toepassing. Tot op heden worden deze coated conductors, industrieel vervaardigd met dure en moeilijk opschaalbare vacuümtechnologieën waarop dit project een waardig alternatief wil bieden. Onze onderzoeksgroep is gedurende meerdere jaren actief in het onderzoek naar het gebruik van vloeibare precursoren, meerbepaald in de sol-geltechniek, voor de synthese van dunne keramische lagen. Ten opzichte van vacuümtechnologieën kan met deze techniek depositie van dunne lagen gebeuren op een meer eenvoudige en goedkopere manier, met grote flexibiliteit in het gebruik van verschillende samenstellingen en synthesecondities. De depositie van een sol gebeurt hierbij via dip-coaten, gevolgd door een thermische behandeling. In de internationale onderzoeksgemeenschap vinden dergelijke Chemical Solution Deposition CSD technieken volop hun ingang bij het zoeken naar haalbare alternatieven voor de productie van coated conductors. Bovendien zal in dit project gewerkt worden aan de ontwikkeling van innoverende sol-gel precursoren gebaseerd op H2O, die derhalve industriële toepasbaarheid en duurzame dimensie perfect combineren. In tijden waar milieu meer en meer belang wint, is dit een absoluut pluspunt. Departement Toegepaste Ingenieurswetenschappen Vakgroep Chemie Pieter Vermeir Joseph Schaubroeck Vlaamse Olympiades Natuurwetenschappen. KU Leuven Abstract: Vlaamse Olympiades voor Natuurwetenschappen in het kader van het actieplan Wetenschapscommunicatie met de bedoeling enerzijds de belangstelling van de jongeren voor de vakgebieden te vergroten en getalenteerdejongeren samen te brengen en anderzijds de preselectie te houden voor de overeenstemmende internationale wetenschappelijke olympiades. Afd. Biochemie, Molecul.& Struct. Biol. Luc Van Meervelt Heterocyclische synthese in medicinale en supramoleculaire chemie. (FWO Vis. Fel., Oksana RYABTSOVA, Rusland) Universiteit Antwerpen Abstract: Heterocyclische synthese in medicinale en supramoleculaire chemie. (FWO Vis. Fel., Oksana RYABTSOVA, Rusland) Organische synthese Bert Maes Prijs Onderzoeksraad 2007 (Prijs F. Vandendriessche - biomed.wetenschappen) Universiteit Antwerpen Abstract: Prijs Onderzoeksraad 2007 (Prijs F. Vandendriessche - biomed.wetenschappen) VIB DMG - Neurodegeneratieve Hersenziekten

14 Rosa Rademakers