Nanogravimetric study of lead underpotential deposition on selenium thin films as a semiconductor alloy formation procedure

An electrochemical quartz crystal microbalance Au electrode modified with a Se thin film was used to investigate the electrochemical behavior of lead ad-atoms using underpotential deposition (UPD) conditions. A specific quasi-reversible process was observed during the reduction of Pb2+ on Se thin films in perchloric acid media. The charge density of Pb ad-atoms on Se thin film (46.86 mu C cm(-2)) suggests a recovery of 0.1 monolayers, which is in good agreement with EQCM data. The Se thin film can be successfully alloyed with Pb atoms that are deposited by chronoamperometry using time intervals large enough to allow for diffusion toward the inner Se phase. Linear sweep voltammetry combined with EQCM in perchloric acid was used to characterize the amount of Pb absorbed in the Se thin film. These findings offer a new strategy for alloy formation in semiconductor films using UPD as an effective tool to quantify the exact amount of the incorporated metal.

New activity in the large circumstellar disk of the Be-shell star 48 Librae

Aims. Spectroscopic, polarimetric, and high spectral resolution interferometric data covering the period 1995-2011 are analyzed to document the transition into a new phase of circumstellar disk activity in the classical Be-shell star 48 Lib. The objective is to use this broad data set to additionally test disk oscillations as the basic underlying dynamical process. Methods. The long-term disk evolution is described using the V/R ratio of the violet and red emission components of H alpha and Br gamma, radial velocities and profiles of He I and optical metal shell lines, as well as multi-band BVRI polarimetry. Single-epoch broad-band and high-resolution interferometric visibilities and phases are discussed with respect to a classical disk model and the given baseline orientations. Results. Spectroscopic signatures of disk asymmetries in 48 Lib vanished in the late nineties but recovered some time between 2004 and 2007, as shown by a new large-amplitude and long-duration V/R cycle. Variations in the radial velocity and line profile of conventional shell lines correlate with the V/R behavior. They are shared by narrow absorption cores superimposed on otherwise seemingly photospheric He I lines, which may form in high-density gas at the inner disk close to the photosphere. Large radial velocity variations continued also during the V/R-quiet years, suggesting that V/R may not always be a good indicator of global density waves in the disk. The comparison of the polarization after the recovery of the V/R activity shows a slight increase, while the polarization angle has been constant for more than 20 years, placing tight limits on any 3-D precession or warping of the disk. The broad H-band interferometry gives a disk diameter of (1.72 +/- 0.2) mas (equivalent to 15 stellar radii), position angle of the disk (50 +/- 9)degrees and a relatively low disk flattening of 1.66 +/- 0.3. Within the errors the same disk position angle is derived from polarimetric observations and from photocenter shifts across Br gamma. The high-resolution interferometric visibility and phase profiles show a double or even multiple-component structure. A preliminary estimate based on the size of the Br gamma emitting region indicates a large diameter for the disk (tens of stellar radii). Overall, no serious contradiction between the observations and the disk-oscillation model could be construed.

Synthese und Charakterisierung von Poly(tert-butylacrylat)- und Polyacrylsäure-Sternpolymeren

Sternpolymere aus Poly(tert.-butylacrylat)-Armen und einem Mikrogel-Core aus Ethylenglykoldimethacrylat wurden nach der arm-first Strategie hergestellt. Diese weisen eine enge Armzahlverteilung auf. Mit sinkender Precursorlänge, mit steigendem Verhältnis [bifunktionelles Monomer]/[Initiator], sowie mit zunehmender Reaktionszeit und Gesamtkonzentration nimmt die mittlere Armzahl fn zu. Die Sternbildung verläuft ähnlich einer Polykondensation. Die Molekulargewichte wurden mittels GPC gekoppelt mit einem online-Viskosimeter und einem online-Vielwinkellichtstreudetektor (MALLS) bestimmt.Die intrinsischen Viskositäten der Sternpolymere sind sehr niedrig. Für Armzahlen f ca. 8 erhält man ein Maximum in der doppellogarithmischen Auftragung der intrinsischen Viskosität und des Molekulargewichts. Die Trägheitsradien nehmen nur wenig mit dem Molekulargewicht zu. Die erhaltenen Koeffizienten liegen im von Daoud und Cotton vorhergesagten Bereich. Die Schrumpfungsfaktoren sinken auf g ca. 0,2 bzw. g' ca. 0,25. Aus den Poly(tert.-butylacrylat)-Sternpolymeren wurden durch Verseifung mit HBr in Methanol Polyacrylsäure-Sternpolymere hergestellt, welche ebenfalls mittels GPC-Viskosimetrie und GPC-MALLS charakterisiert wurden. Für die ionischen Sternpolymere findet man deutlich höhere Schrumpfungsfaktoren, kein Maximum in der intrinsischen Viskosität und höhere Exponenten als von Daoud und Cotton vorhergesagt. Erklärt wurde dies mit der hohen Segmentdichte in Sternpolymeren, die bei den ionischen Sternpolymeren zu einer hohen Ladungsdichte führt. Dadurch müssen sich die Arme stärker strecken als bei nicht-ionischen Sternen und es resultieren größere Moleküldimensionen.

Molekulardynamik-Simulation zur Struktur von SiO 2-Oberflächen mit adsorbiertem Wasser

In der vorliegenden Arbeit werdenMolekulardynamik-Simulationen zur Untersuchung derstatischen Eigenschaften von amorphenSiliziumdioxidoberflächen (Siliziumdioxid) durchgeführt. Da das von van Beest, Kramer und van Santen vorgeschlagene,sogenannte BKS-Potential für Bulksysteme optimiert wurde und an Oberflächen deutlichandere Ladungsverteilungenauftreten als im Bulk, ist die Anwendbarkeit diesesPotentials für Oberflächensystemefraglich. Aus diesem Grund haben wir untersucht, inwieweitsich die Oberflächeneigenschaften von Systemen, die mit Hilfe des BKS-Potentials äquilibriertwurden, durch ein Nachrelaxieren mit einer ab-initio-Simulation (Car-Parrinello-Methode)ändern. Mit Hilfe der Kombination aus BKS- und Car-Parrinello-Methode (CPMD)konnten wir feststellen, daß sich die Systeme aufgrund des Nachrelaxierens in z-Richtungweiter ausdehnen. Desweiteren zeigte sich insbesondere bei kleinen Ringen (kommen nur ander Oberfläche vor), daß es deutliche Abweichungen in den Geometrien (Atomabstände,Winkel usw.) zwischen der reinen BKS- und der kombinierten BKS-CPMD-Methode gibt. Anhand vonCPMD-Simulationen konnten wir zeigen, daß es durch die Wechselwirkung eines Wassermolekülsmit einem 2er-Ring zum Aufbrechen dieser Ringstruktur und zur Bildung von zweiSilanolgruppen (SiOH) kommt. Desweiteren stellten wir fest, daß es sich hierbei um eineexotherme Reaktion (Energiedifferenz 1.6 eV) handelt, für die eineEnergiebarriere von 1.1 eV überwunden werden muß. Ferner ergab sich, daß die an der Bildung des2er-Ringes beteiligten, stark deformierten Tetraeder nach dem Aufbrechen dieserRingstruktur eine nahezu ideale Tetraederform annehmen.

Interpolyelektrolytkomplexe zylindrischer Bürstenpolymere

Die elektrostatische Wechselwirkung zwischen entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten führt zur spontanen Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen. Besonders im Fokus des akademischen und biotechnologischen Interesses stehen derzeit Komplexe aus DNA und synthetischen Polykationen, da eine Anwendung dieser speziellen Interpolyelektrolytkomplexe in der nicht-viralen Gentherapie vielfältig diskutiert wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Kettensteifheit auf die Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen zu untersuchen und dabei Wege aufzuzeigen, die eine Kontrolle der Topologie von Interpolyelektrolytkomplexen ermöglichen. Neben dem topologischen Einfluss wurde untersucht, wie durch Komplexierung hochmolekularer Polyelektrolyte equilibrierbare Strukturen erhalten werden können. Als Modellsystem für diese Untersuchungen wurden zylindrische Bürstenpolymere verwendet, denen als topologischer „Kontrast“ das Komplexierungsverhalten kommerzieller PAMAM-G5-Dendrimere mit kugelförmiger Topologie gegenüber gestellt wurde. Um den Ladungsgrad des Bürstenpolymers beliebig variieren zu können, wurden Bürstenpolymere mit Poly(ethylenimin)-Seitenketten synthetisiert, deren Ladungsdichte über den Protonierungsgrad einstellbar ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie diese mit Hilfe der Makromonomermethode hergestellt werden konnten. Die Komplexbildung von DNA mit semiflexiblen zylindrischen Bürstenpolymeren mit unterschiedlichen Seitenketten und Ladungsdichten in wässriger Lösung hat gezeigt, dass diese in allen untersuchten Fällen unter kinetischer Kontrolle verläuft und Nicht-Gleichgewichtsstrukturen gebildet werden. Sehr überraschend wurde festgestellt, dass die Größen der mit vorgelegter DNA gebildeten Komplexe ungeachtet des verwendeten Polykations identisch sind und DNA-Komplexe mit einem Radius von 30 bis 50 nm und einer kugelförmigen Topologie resultieren. Diese kinetisch kontrollierte Komplexbildung konnte in nicht-wässriger Lösung durch starke Reduktion der Anzahl wechselwirkender Ladungen verhindert werden, so dass eine thermodynamische Kontrolle möglich wurde. Unter diesen Bedingungen ist es gelungen, aus hochgeladenen Poly(styrolsulfonat)-Bürsten mit modifizierten Poly(ethylenimin)-Bürsten oder PAMAM-Dendrimeren Komplexe zylindrischer Topologie herzu-stellen. Für letztere konnte darüber hinaus postuliert werden, dass diese Komplexe eine dichteste Packung der PAMAM-Dendrimere darstellen, für deren Bildung das Polyanion mit seiner größeren Konturlänge und seiner zylindrischen Topologie als Templat dient.

Electrostatic supramolecular assembly of charged dendritic polymers and their biological application

The aim of this study was the development of functional multilayer films through electrostatic layer by layer (LbL) assembly of dendritic macromolecules, the investigation of the fundamental properties of these multilalyered films and the study of their biological applications. rnThe synthesis of the anionic hyperbranched polyglycerols (hbPG) and the preparation of multilayers made of hbPG/phosphorus dendrimer as well as the influences of deposition conditions on multilayers were reported. The thicknesses of multilayer films increase with a decrease of molecular weight of anionic hbPGs. The multilayer films fabricated by low molecular weight hbPGs grow less regularly due to the less charged carboxylic acid groups providing the relative weaker electrostatic forces for the deposition. The thicknesses of multilayer films are reduced with increasing pH values and decreasing the concentration of NaCl. The observed changes of multilayer thickness and surface morphology could be interpreted with the aid of theories regarding the charge density and conformation of the anionic hbPG chains in solution. rnBesides the study of fundamental properties of hbPG/phosphorus multilayer films, antifouling thin films derived from hbPG layers were developed. The antifouling properties of hbPG layers were found to correlate with factors of the molecular weight of anionic hbPG and the film thickness. It was demonstrated that anionic hbPG single layer with highest molecular weight can reduce non specific protein adsorption more efficiently than single layer with lower molecular weight and all the hbPG bilayers possessed excellent property of antifouling. rnPhosphorus dendrimer multilayers were successfully prepared as the platforms to detect DNA immobilization and hybridization. The effect of NaCl concentration on the multilayer film thickness was evaluated to obtain the optimized film thickness. Making use of the multilayer deposited at the optimized condition as a substrate, a high loading of DNA probes was achieved through covalent coupling of probe DNA with the as-formed multilayer films. The hybridization of target DNA with immobilized probe DNA was then carried out and studied by SPFS. The limit of detection upon hybridization was estimated on various dendrimer multilayer platforms. The minimum detection concentration for DNA hybridization is in the same order of magnitude compared with other neutral phosphorus dendrimer systems. Furthermore, the LbL deposition of phosphorus dendrimer multilayers provided a mild and simple way to prepare platforms as DNA microarrays. rnBased on the phosphorus dendrimer multilayer systems, dendritic star polymers were employed which have more reactive groups than that phosphorus dendrimers. The as-assembled dendritic star polymer multilayer films exhibited such distinct morphology characteristics that they underwent extensive structural reorganization upon post-treatment under different pH conditions. Kinetic binding of probe DNA molecules on the outermost negatively charged dendritic surface was studied by SPR as well. The binding capacities of probe DNA on the multilayer surfaces fabricated from the first-generation and the second-generation of dendritic star polymers were compared. The improved binding capacity was achieved from the second-generation of dendritic star polymer multilayer films due to their more reactive groups. DNA hybridization reaction on dendritic multilayer films was investigated by SPFS. The similar hybridization behaviors were found on both multilayer surfaces. Meanwhile, the hybridization kinetic affinities were compared with that of phosphorus dendrimer multilayer surfaces and showed improved detection sensitivity than phosphorus dendrimer multilayer films.rn

Molecular dynamics simulations of sheared brush-like systems

Mit Hilfe von Molekulardynamik-Simulationen untersuchen wir bürstenartige Systeme unter guten Lösungsmittelbedingungen. Diese Systeme sind, dank ihren vielfältigen Beschaffenheiten, die von Molekularparametern und äußeren Bedingungen abhängig sind, wichtig für viele industrielle Anwendungen. Man vermutet, dass die Polymerbürsten eine entscheidende Rolle in der Natur wegen ihrer einzigartigen Gleiteigenschaften spielen. Ein vergröbertes Modell wird verwendet, um die strukturellen und dynamischen Eigenschaften zweier hochkomprimierter Polymerbürsten, die eine niedrige Reibung aufweisen, zu untersuchen. Allerdings sind die Lubrikationseigenschaften dieser Systeme, die in vielen biologischen Systemen vorhanden sind, beeinflußt. Wir untersuchen so-genannte "weiche Kolloide", die zwischen den beiden Polymerbürsten eingebettet sind, und wie diese Makroobjekte auf die Polymerbürsten wirken.rnrnNicht-Gleichgewichts-Molekulardynamik-Simulationen werden durchgeführt, in denen die hydrodynamischen Wechselwirkungen durch die Anwendung des DPD-Thermostaten mit expliziten Lösungsmittelmolekülen berücksichtigt werden. Wir zeigen, dass die Kenntnis der Gleichgewichtseigenschaften des Systems erlaubt, dynamische Nichtgleichgewichtsigenschaften der Doppelschicht vorherzusagen.rnrnWir untersuchen, wie die effektive Wechselwirkung zwischen kolloidalen Einschlüßen durch die Anwesenheit der Bürsten (in Abhängigkeit der Weichheit der Kolloide und der Pfropfdichte der Bürsten) beeinflußt wird. Als nächsten Schritt untersuchen wir die rheologische Antwort von solchen komplexen Doppelschichten auf Scherung. Wir entwickeln eine Skalen-Theorie, die die Abhängigkeit der makroskopischen Transporteigenschaften und der lateralen Ausdehnung der verankerten Ketten von der Weissenberg Zahl oberhalb des Bereichs, in dem die lineare Antwort-Theorie gilt, voraussagt. Die Vorhersagen der Theorie stimmen gut mit unseren und früheren numerischen Ergebnissen und neuen Experimenten überein. Unsere Theorie bietet die Möglichkeit, die Relaxationszeit der Doppelschicht zu berechnen. Wenn diese Zeit mit einer charakteristischen Längenskala kombiniert wird, kann auch das ''transiente'' (nicht-stationäre) Verhalten beschrieben werden.rnrnrnWir untersuchen die Antwort des Drucktensors und die Deformation der Bürsten während der Scherinvertierung für grosse Weissenberg Zahlen. Wir entwickeln eine Vorhersage für die charakteristische Zeit, nach der das System wieder den stationären Zustand erreicht.rnrnrnElektrostatik spielt eine bedeutende Rolle in vielen biologischen Prozessen. Die Lubrikationseigenschaften der Polymerbürsten werden durch die Anwesenheit langreichweitiger Wechselwirkungen stark beeinflusst. Für unterschiedliche Stärken der elektrostatischen Wechselwirkungen untersuchen wir rheologische Eigenschaften der Doppelschicht und vergleichen mit neutralen Systemen. Wir studieren den kontinuierlichen Übergang der Systemeigenschaften von neutralen zu stark geladenen Bürsten durch Variation der Bjerrumlänge und der Ladungsdichte.

Kontrolle der Grenzflächeneigenschaften anorganischer Nanopartikel mittels amphiphiler Polymere

Im Rahmen dieser Arbeit wurden amphiphile Co- und Terpolymere verwendet, um die Grenzflächeneigenschaften anorganischer Nanopartikel zu kontrollieren. Es wurde eine effiziente und vielseitige Methode entwickelt, mit der in-situ hydrophobierte, formanisotrope ZnO-, CdS- und Au-Nanopartikel sowie poröse TiO2-Nanopartikel hergestellt werden konnten. Diese Technik basierte auf der Fällung anorganischer Nanopartikel in einer inversen Emulsion mittels kombinierten Einsatzes zweier maßgeschneiderter amphiphiler Polymere. Ein Copolymer ermöglichte sowohl die Stabilisierung der Emulsion als auch die Hydrophobierung der Partikel, und ein weiteres Struktur-dirigierendes Agens (SDA) kontrollierte den Kristallisationsprozess. Infolge ihrer Form zeigten die Nanopartikel von sphärischen Teilchen abweichende Lagen der Oberflächenplasmonenresonanz und der Bandlücke. Aufgrund der hervorragenden Hydrophobierung dieser Kolloide mittels amphiphiler Copolymere konnten diese homogen in polymere Materialien eingearbeitet werden. Dies erlaubte es die speziellen Eigenschaften von nicht-sphärischen Kolloiden auf Nanokompositmaterialien zu übertragen. Darüber hinaus wurden amphipolare Copolymere genutzt, um superhydrophobe Oberflächen zu generieren. Hierzu wurden Filme bestehend aus rauen SiO2-Nanopartikeln mit fluorierten Emulgatoren beschichtet. In einem dritten Schwerpunkt dieser Arbeit wurden amphiphile Co- und Terpolymere verwendet, um anorganische Nanopartikel zu hydrophilieren. Durch Variation der Emulgatorzusammensetzung konnten die Ladung und Ladungsdichte auf der Partikeloberfläche gezielt gesteuert werden. Darüber hinaus konnte die Partikelhülle zusätzlich mit Farbstoffmolekülen funktionalisiert werden, was den erfolgreichen Einsatz der Kolloide in Zellaufnahmeexperimenten ermöglichte.

Structure and dynamics of ionic liquid,electrode interfaces

In the early 20th century, Gouy, Chapman, and Stern developed a theory to describe the capacitance and the spatial ion distribution of diluted electrolytes near an electrode. After a century of research, considerable progress has been made in the understanding of the electrolyte/electrode interface. However, its molecular-scale structure and its variation with an applied potential is still under debate. In particular for room-temperature ionic liquids, a new class of solventless electrolytes, the classical theories for the electrical double layer are not applicable. Recently, molecular dynamics simulations and phenomenological theories have attempted to explain the capacitance of the ionic liquid/electrode interface with the molecular-scale structure and dynamics of the ionic liquid near the electrode. rnHowever, experimental evidence is very limited. rnrnIn the presented study, the ion distribution of an ionic liquid near an electrode and its response to applied potentials was examined with sub-molecular resolution. For this purpose, a new sample chamber was constructed, allowing in situ high energy X-ray reflectivity experiments under potential control, as well as impedance spectroscopy measurements. The combination of structural information and electrochmical data provided a comprehensive picture of the electric double layer in ionic liquids. Oscillatory charge density profiles were found, consisting of alternating anion- and cation-enriched layers at both, cathodic and anodic, potentials. This structure was shown to arise from the same ion-ion correlations dominating the liquid bulk structure that were observed as a distinct X-ray diffraction peak. Therefore, existing physically motivated models were refined and verified by comparison with independent measurements. rnrnThe relaxation dynamics of the interfacial structure upon potential variation were studied by time resolved X-ray reflectivity experiments with sub-millisecond resolution. The observed relaxation times during charging/discharging are consistent with the impedance spectroscopy data revealing three processes of vastly different characteristic time-scales. Initially, the ion transport normal to the interface happens on a millisecond-scale. Another 100-millisecond-scale process is associated with molecular reorientation of electrode-adsorbed cations. Further, a minute-scale relaxation was observed, which is tentatively assigned to lateral ordering within the first layer.

Die effektive Ladung eines Polyelektrolyten in Abhängigkeit der Polymerkonzentration und Ionenstärke

Die Ladungsdichte eines Polyelektrolyten bestimmt im Wesentlichen das spezielle physikochemische Verhalten in Lösung und stellt einen der wichtigsten Parameter bei deren Anwendung dar. Folglich ist ein quantitatives Verständis über die effektive Ladung unabdingbar und stellt nach wie vor einen Schwerpunkt aktueller Polymerforschungen dar. Allgemein anerkannt ist die Tatsache, dass die effektive Ladungsdichte in allen Fällen niedriger ist, als es die chemische Struktur vorgibt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der quantitativen Bestimmung der effektiven Ladung eines linearen, anionischen Polyelektrolyts in einem organischen Lösungsmittel. Zu diesem Zweck wurde ein Polymer mit geschützten Carboxylatgruppen synthetisiert, das eine nachträgliche quantitative Anpassung der Ladungsdichte durch Verseifung eines Esters erlaubt. Der auf diesemWeg synthetisierte Polyelektrolyt besitzt eine theoretische Ladungsdichte von 20% und wurde mit Lichtstreutechniken, Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie und elektrophoretischen Methoden untersucht um anschließend aus den erhaltenen Daten, unter Verwendung verschiedener Theorien, die effektive Ladung in Abhängigkeit der Polymer- und Salzkonzentration zu bestimmen. Die Ergebnisse liefern, in Abhängigkeit der verwendeten Theorie, eine konstante oder von den äußeren Parametern abhängige Ladungsdichte, die immer deutlich unter der theoretisch möglichen liegt.

Delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of hip joint cartilage: pearls and pitfalls

With the increasing advances in hip joint preservation surgery, accurate diagnosis and assessment of femoral head and acetabular cartilage status is becoming increasingly important. Magnetic resonance imaging (MRI) of the hip does present technical difficulties. The fairly thin cartilage lining necessitates high image resolution and high contrast-to-noise ratio (CNR). With MR arthrography (MRA) using intraarticular injected gadolinium, labral tears and cartilage clefts may be better identified through the contrast medium filling into the clefts. However, the ability of MRA to detect varying grades of cartilage damage is fairly limited and early histological and biochemical changes in the beginning of osteoarthritis (OA) cannot be accurately delineated. Traditional MRI thus lacks the ability to analyze the biological status of cartilage degeneration. The technique of delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage (dGEMRIC) is sensitive to the charge density of cartilage contributed by glycosaminoglycans (GAGs), which are lost early in the process of OA. Therefore, the dGEMRIC technique has a potential to detect early cartilage damage that is obviously critical for decision-making regarding time and extent of intervention for joint-preservation. In the last decade, cartilage imaging with dGEMRIC has been established as an accurate and reliable tool for assessment of cartilage status in the knee and hip joint.This review outlines the current status of dGEMRIC for assessment of hip joint cartilage. Practical modifications of the standard technique including three-dimensional (3D) dGEMRIC and dGEMRIC after intra-articular gadolinium instead of iv-dGEMRIC will also be addressed.

Microscopic and Spectroscopic Methods for Probing the Clay Water Interface

Clay minerals have a fundamental importance in many processes in soils and sediments such as the bioavailability of nutrients, water retention, the adsorption of common pollutants, and the formation of an impermeable barrier upon swelling. Many of the properties of clay minerals are due to the unique environment present at the clay mineral/water interface. Traditional techniques such as X-ray diffraction (XRD) and absorption isotherms have provided a wealth of information about this interface but have suffered from limitations. The methods and results presented herein are designed to yield new experimental information about the clay mineral/water interface.A new method of studying the swelling dynamics of clay minerals was developed using in situ atomic force microscopy (AFM). The preliminary results presented here demonstrate that this technique allows one to study individual clay mineral unit layers, explore the natural heterogeneities of samples, and monitor swelling dynamics of clay minerals in real time. Cation exchange experiments were conducted monitoring the swelling change of individual nontronite quasi-crystals as the chemical composition of the surrounding environment was manipulated several times. A proof of concept study has shown that the changes in swelling are from the exchange of interlayer cations and not from the mechanical force of replacing the solution in the fluid cell. A series of attenuated total internal reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) experiments were performed to gain a better understanding of the organization of water within the interlayer region of two Fe-bearing clay minerals. These experiments made use of the Subtractive Kramers-Kronig (SKK) Transform and the calculation of difference spectra to obtain information about interfacial water hidden within the absorption bands of bulk water. The results indicate that the reduction of structural iron disrupts the organization of water around a strongly hydrated cation such as sodium as the cation transitions from an outer-sphere complex with the mineral surface to an inner-sphere complex. In the case of a less strongly hydrated cation such as potassium, reduction of structural iron actually increases the ordering of water molecules at the mineral surface. These effects were only noticed with the reduction of iron in the tetrahedral sheet close to the basal surface where the increased charge density is localized closer to the cations in the interlayer.

cDNA cloning and expression of a novel cell surface-expressed \b heparan sulfate/heparin \b interacting \b protein (HIP) from human cell lines and functional studies of a synthetic HIP peptide

Heparan sulfate proteoglycans and their corresponding binding sites have been suggested to play an important role during the initial attachment of blastocysts to uterine epithelium and human trophoblastic cell lines to uterine epithelial cell lines. Previous studies on RL95 cells, a human uterine epithelial cell line, characterized a single class of cell surface heparin/heparan sulfate (HP/HS)-binding sites. Three major HP/HS-binding peptide fragments were isolated from RL95 cell surfaces by tryptic digestion and partial amino-terminal amino acid sequence from each peptide fragment was obtained. In the current study, using the approaches of reverse transcription-polymerase chain reaction and cDNA library screening, a novel cell surface $\rm\underline{H}$P/HS $\rm\underline{i}$nteracting $\rm\underline{p}$rotein (HIP) has been isolated from RL95 cells. The full-length cDNA of HIP encodes a protein of 259 amino acids with a calculated molecular weight of 17,754 Da and pI of 11.75. Transfection of HIP cDNA into NIH-3T3 cells demonstrated cell surface expression and a size similar to that of HIP expressed by human cells. Predicted amino acid sequence indicates that HIP lacks a membrane spanning region and has no consensus sites for glycosylation. Northern blot analysis detected a single transcript of 1.3 kb in both total RNA and poly(A$\sp+$) RNA. Examination of human cell lines and normal tissues using both Northern blot and Western blot analysis revealed that HIP is differentially expressed in a variety of human cell lines and normal tissues, but absent in some cell lines examined. HIP has about 80% homology, at the level of both mRNA and protein, to a rodent protein, designated as ribosomal protein L29. Thus, members of the L29 family may be displayed on cell surfaces where they participate in HP/HS binding events. Studies on a synthetic peptide derived from HIP demonstrate that HIP peptide binds HS/HP with high selectivity and has high affinity (Kd = 10 nM) for a subset of polysaccharides found in commercial HIP preparations. Moreover, HIP peptide also binds certain forms of cell surface, but not secreted or intracellular. HS expressed by RL95 and JAR cells. This peptide supports the attachment of several human trophoblastic cell lines and a variety of mammalian adherent cell lines in a HS-dependent fashion. Furthermore, studies on the subset of HP specifically recognized by HIP peptide indicate that this high-affinity HP (HA-HP) has a larger median MW and a greater negative charge density than bulk HP. The minimum size of oligosaccharide required to bind to HIP peptide with high affinity is a septa- or octasaccharide. HA-HP also quantitatively binds to antithrombin-III (AT-III) with high affinity, indicating that HIP peptide and AT-III may recognize the same or similar oligosaccharide structure(s). Furthermore, HIP peptide antagonizes HP action and promotes blood coagulation in both factor Xa- and thrombin-dependent assays. Finally, HA-HP recognized by HP peptide is highly enriched with anticoagulant activity relative to bulk HP. Collectively, these results demonstrate that HIP may play a role in the HP/HS-involved cell-cell and cell-matrix interactions and recognizes a motif in HP similar or identical to that recognized by AT-III and therefore, may modulate blood coagulation. ^

Investigating Peatland Stratigraphy and Hydrogeology Using Integrated Electrical Geophysics

Hydrology has been suggested as the mechanism controlling vegetation and related surficial pore-water chemistry in large peatlands. Peatland hydrology influences the carbon dynamics within these large carbon reservoirs and will influence their response to global warming. A geophysical survey was completed in Caribou Bog, a large peatland in Maine, to evaluate peatland stratigraphy and hydrology. Geophysical measurements were integrated with direct measurements of peat stratigraphy from probing, fluid chemistry, and vegetation patterns in the peatland. Consistent with previous field studies, ground-penetrating radar (GPR) was an excellent method for delineating peatland stratigraphy. Prominent reflectors from the peat-lake sediment and lake sediment-mineral soil contacts were precisely recorded up to 8 m deep. Two-dimensional resistivity and induced polarization imaging were used to investigate stratigraphy beneath the mineral soil, beyond the range of GPR. We observe that the peat is chargeable, and that IP imaging is an alternative method for defining peat thickness. The chargeability of peat is attributed to the high surface-charge density on partially decomposed organic matter. The electrical conductivity imaging resolved glaciomarine sediment thickness (a confining layer) and its variability across the basin. Comparison of the bulk conductivity images with peatland vegetation revealed a correlation between confining layer thickness and dominant vegetation type, suggesting that stratigraphy exerts a control on hydrogeology and vegetation distribution within this peatland. Terrain conductivity measured with a Geonics EM31 meter correlated with confining glaciomarine sediment thickness and was an effective method for estimating variability in glaciomarine sediment thickness over approximately 18 km(2). Our understanding of the hydrogeology, stratigraphy, and controls on vegetation growth in this peatland was much enhanced from the geophysical study.