Synthesis and Characterization of Gold/Alanine Nanocomposites with Potential Properties for Medical Application as Radiation Sensors

Radiation dose assessment is essential for several medical treatments and diagnostic procedures. In this context, nanotechnology has been used in the development of improved radiation sensors, with higher sensitivity as well as smaller sizes and energy dependence. This paper deals with the synthesis and characterization of gold/alanine nanocomposites with varying mass percentage of gold, for application as radiation sensors. Alanine is an excellent stabilizing agent for gold nanoparticles because the size of the nanoparticles does not augment with increasing mass percentage of gold, as evidenced by UV-vis spectroscopy, dynamic light scattering, and transmission electron microscopy. X-ray diffraction patterns suggest that the alanine crystalline orientation undergoes alterations upon the addition of gold nanoparticles. Fourier transform infrared spectroscopy indicates that there is interaction between the gold nanoparticles and the amine group of the alanine molecules, which may be the reason for the enhanced stability of the nanocomposite. The application of the nanocomposites as radiation detectors was evaluated by the electron spin resonance technique. The sensitivity is improved almost 3 times in the case of the nanocomposite containing 3% (w/w) gold, so it can be easily tuned by changing the amount of gold nanoparticles in the nanocomposites, without the size of the nanoparticles influencing the radiation absorption. In conclusion, the featured properties, such as homogeneity, nanoparticle size stability, and enhanced sensitivity, make these nanocomposites potential candidates for the construction of small-sized radiation sensors with tunable sensitivity for application in several medical procedures.

Probing the interaction of brain fatty acid binding protein (B-FABP) with model membranes

Brain fatty acid-binding protein (B-FABP) interacts with biological membranes and delivers polyunsaturated fatty acids (FAs) via a collisional mechanism. The binding of FAs in the protein and the interaction with membranes involve a motif called "portal region", formed by two small α-helices, A1 and A2, connected by a loop. We used a combination of site-directed mutagenesis and electron spin resonance to probe the changes in the protein and in the membrane model induced by their interaction. Spin labeled B-FABP mutants and lipidic spin probes incorporated into a membrane model confirmed that BFABP interacts with micelles through the portal region and led to structural changes in the protein as well in the micelles. These changes were greater in the presence of LPG when compared to the LPC models. ESR spectra of B-FABP labeled mutants showed the presence of two groups of residues that responded to the presence of micelles in opposite ways. In the presence of lysophospholipids, group I of residues, whose side chains point outwards from the contact region between the helices, had their mobility decreased in an environment of lower polarity when compared to the same residues in solution. The second group, composed by residues with side chains situated at the interface between the α-helices, experienced an increase in mobility in the presence of the model membranes. These modifications in the ESR spectra of B-FABP mutants are compatible with a less ordered structure of the portal region inner residues (group II) that is likely to facilitate the delivery of FAs to target membranes. On the other hand, residues in group I and micelle components have their mobilities decreased probably as a result of the formation of a collisional complex. Our results bring new insights for the understanding of the gating and delivery mechanisms of FABPs.

Aeolian geomorphodynamics in endorheic basins of the Mongolian Gobi Desert

Die vorliegende Arbeit ist im Zuge des DFG Projektes Spätpleistozäne, holozäne und aktuelle Geomorphodynamik in abflusslosen Becken der Mongolischen Gobi´´ entstanden. Das Arbeitsgebiet befindet sich in der südlichen Mongolei im nördlichen Teil der Wüste Gobi. Neben einigen Teilen der Sahara (Heintzenberg, 2009), beispielsweise das Bodélé Becken des nördlichen Tschads (z.B. Washington et al., 2006a; Todd et al., 2006; Warren et al., 2007) wird Zentralasien als ein Hauptliefergebiet für Partikel in die globale Zirkulation der Atmosphäre gesehen (Goudie, 2009). Hauptaugenmerk liegt hierbei besonders auf den abflusslosen Becken und deren Sedimentablagerungen. Die, der Deflation ausgesetzten Flächen der Seebecken, sind hauptsächliche Quelle für Partikel die sich in Form von Staub respektive Sand ausbreiten. Im Hinblick auf geomorphologische Landschaftsentwicklung wurde der Zusammenhang von Beckensedimenten zu Hangdepositionen numerisch simuliert. Ein von Grunert and Lehmkuhl (2004) publiziertes Model, angelehnt an Ideen von Pye (1995) wird damit in Betracht gezogen. Die vorliegenden Untersuchungen modellieren Verbreitungsmechanismen auf regionaler Ebene ausgehend von einer größeren Anzahl an einzelnen punktuellen Standorten. Diese sind repräsentativ für die einzelnen geomorphologischen Systemglieder mit möglicherweise einer Beteiligung am Budget aeolischer Geomorphodynamik. Die Bodenbedeckung durch das charakteristische Steinpflaster der Gobi - Region, sowie unter anderem Korngrößenverteilungen der Oberflächensedimente wurden untersucht. Des Weiteren diente eine zehnjährige Zeitreihe (Jan 1998 bis Dez 2007) meteorologischer Daten als Grundlage zur Analyse der Bedingungen für äolische Geomorphodynamik. Die Daten stammen von 32 staatlichen mongolischen Wetterstationen aus der Region und Teile davon wurden für die Simulationen verwendet. Zusätzlich wurden atmosphärische Messungen zur Untersuchung der atmosphärischen Stabilität und ihrer tageszeitlichen Variabilität mit Mess-Drachenaufstiegen vorgenommen. Die Feldbefunde und auch die Ergebnisse der Laboruntersuchungen sowie der Datensatz meteorologischer Parameter dienten als Eingangsparameter für die Modellierungen. Emissionsraten der einzelnen Standorte und die Partikelverteilung im 3D Windfeld wurden modelliert um die Konvektivität der Beckensedimente und Hangdepositionen zu simulieren. Im Falle hoher mechanischer Turbulenz der bodennahen Luftschicht (mit einhergehender hoher Wind Reibungsgeschwindigkeit), wurde generell eine neutrale Stabilität festgestellt und die Simulationen von Partikelemission sowie deren Ausbreitung und Deposition unter neutraler Stabilitätsbedingung berechnet. Die Berechnung der Partikelemission wurde auf der Grundlage eines sehr vereinfachten missionsmodells in Anlehnung an bestehende Untersuchungen (Laurent et al., 2006; Darmenova et al., 2009; Shao and Dong, 2006; Alfaro, 2008) durchgeführt. Sowohl 3D Windfeldkalkulationen als auch unterschiedliche Ausbreitungsszenarien äolischer Sedimente wurden mit dem kommerziellen Programm LASAT® (Lagrange-Simulation von Aerosol-Transport) realisiert. Diesem liegt ein Langargischer Algorithmus zugrunde, mittels dessen die Verbreitung einzelner Partikel im Windfeld mit statistischer Wahrscheinlichkeit berechnet wird. Über Sedimentationsparameter kann damit ein Ausbreitungsmodell der Beckensedimente in Hinblick auf die Gebirgsfußflächen und -hänge generiert werden. Ein weiterer Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der geochemischen Zusammensetzung der Oberflächensedimente. Diese Proxy sollte dazu dienen die simulierten Ausbreitungsrichtungen der Partikel aus unterschiedlichen Quellregionen nach zu verfolgen. Im Falle der Mongolischen Gobi zeigte sich eine weitestgehende Homogenität der Minerale und chemischen Elemente in den Sedimenten. Laser Bebohrungen einzelner Sandkörner zeigten nur sehr leichte Unterschiede in Abhängigkeit der Quellregionen. Die Spektren der Minerale und untersuchten Elemente deuten auf graitische Zusammensetzungen hin. Die, im Untersuchungsgebiet weit verbreiteten Alkali-Granite (Jahn et al., 2009) zeigten sich als hauptverantwortlich für die Sedimentproduktion im Untersuchungsgebiet. Neben diesen Mineral- und Elementbestimmungen wurde die Leichtmineralfraktion auf die Charakteristik des Quarzes hin untersucht. Dazu wurden Quarzgehalt, Kristallisation und das Elektronen-Spin-Resonanz Signal des E’1 - Centers in Sauerstoff Fehlstellungen des SiO2 Gitters bestimmt. Die Untersuchungen sind mit dem Methodenvorschlag von Sun et al. (2007) durchgeführt worden und sind prinzipiell gut geeignet um Herkunftsanalysenrndurchzuführen. Eine signifikante Zuordnung der einzelnen Quellgebiete ist jedoch auch in dieser Proxy nicht zu finden gewesen.

Two-Dimensional Supramolecular Electron Spin Arrays

A bottom-up approach is introduced to fabricate two-dimensional self-assembled layers of molecular spin-systems containing Mn and Fe ions arranged in a chessboard lattice. We demonstrate that the Mn and Fe spin states can be reversibly operated by their selective response to coordination/decoordination of volatile ligands like ammonia (NH3).

Applications of spin resonance techniques to the study of radiation effects,

Includes bibliography.