Emprego da imunofluorescência direta no estudo das alterações de mucosa de palato, compatíveis com candidíase atrófica crônica, em indivíduos portadores de próteses dentárias totais muco-suportadas.

Histopathology by hematoxilin-eosin (HE) and periodic acid Schiff (PAS), concomitant direct immunofluorescence (DI) against total human immunoglobulins and against Candida albicans, was effectuated in 25 persons dentures wearers. In 5 persons without chronic athrofic candidiasis (CAC) clinical signals in the palate the HE showed wise inflammatory elements in the connective tissue and the PAS marked the continuous basal layer, the intra-cellular grains of granular layer and the uniform parakeratin on epithelial surface. In 20 others, with palatal signals of CAC, in the HE was frequent the features encountered in Candida infected and PAS revealed, beside descontinuous lamina basal and epithelial surface covered by tide and discontinuous parakeratin, the presence of round bodies few largers that presents in the granular layer, casually isolated in the medial portion of ret pegs and connective papillae. In the first 5 persons the DI against total human immunoglobulins not showed signals of the humoral immunologic phenomena, the same was valid to others 20 patients with CAC clinical aspects. However the DI with conjugate against C. albicans in the 20 cases with CAC signals revealed suitable aspects of the structures assumed by Candida in tissues. Cultures of samples obtained of the persons with CAC signals was positive in 100% to Candida, 70% presumptively albicans, against 80% of positiviness to generus Candida, 67% presumptively albicans, in the persons without CAC signals.

The effects of male age on sperm DNA damage in an infertile population

The objective was to investigate the influence of age on sperm DNA damage. Semen samples were collected from 508 men in an unselected group of couples attending infertility investigation and treatment. DNA fragmentation in spermatozoa was measured by TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase)-mediated dUTP nick-end labelling (TUNEL) assay; at least 200 spermatozoa in randomly selected areas of microscope slides were evaluated using a fluorescent microscope and the percentage of TUNEL positive spermatozoa was determined. The number of cells with red fluorescence (TUNEL positive) was expressed as a percentage of the total sample [DNA fragmentation index (DFI)]. Age was treated as a continuous variable for regression and correlation analysis. The following male age groups were used: Group I: ≤35 years, Group II: 36-39 years, and Group III: ≥40 years. DFI was significantly lower in Group I than in Group II (P = 0.034) or III (P = 0.022). There was no difference in DFI between Groups II and III. In addition, regression analysis demonstrated a significant increase in sperm DFI with age (P = 0.02). TUNEL assay clearly demonstrates an increase in sperm DNA damage with age. © 2007 Published by Reproductive Healthcare Ltd.

The Role of Wing Pigmentation, UV and Fluorescence as Signals in a Neotropical Damselfly

Pigmentation patterns, ultraviolet reflection and fluorescent emission are often involved in mate recognition and mate quality functions in many animal taxa. We investigated the role of wing ultra-violet reflection, fluorescence emission, and pigmentation on age and sexual signals in the damselfly Mnesarete pudica. In this species, wings are sexually dimorphic in colour and exhibit age dependency: males and females show a smoky black colouration when young, turning red in mature males while it turns brown in females. First, we investigated wing UV patterns through reflectance and emission spectra. Second, behavioural experiments were undertaken to show male and female responses to manipulated wing pigmentation and experimentally reduced UV (UV-). Reflectance spectra of the wings of juvenile and mature males and females were used to show the differences between controls and individuals with manipulated colouration used in the behavioural experiment. UV-reduced, females with wings painted red, and control males and females were tethered and presented to conspecific males and females, and their behavioral responses were recorded. The male red wing pigmentation and females with red wings elicited an aggressive response in territorial males and a sexual response in females. Both males and females showed neutral responses towards individuals with reduced UV. Wing signals of juvenile individuals also provoked neutral responses. These results suggest that UV, together with pigmentation, plays a role during mate recognition in males and females. Other than butterflies and spiders, it seems that fluorescence signals and UV reflectance can also be part of communication in odonates. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Avaliação do efeito citotóxico da terapia fotodinâmica associada ao LED e ao Photogem sobre a mucosa bucal de rato

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo in vitro da interação de titânio irradiado por feixe de laser Yb:YAG com e sem recobrimento de apatitas, empregando-se cultura de células estaminais humanas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Quality characteristics and fertilizing ability of ram sperm subpopulations separated by partition in an aqueous two-phase system

Centrifugal countercurrent distribution (CCCD) in an aqueous two-phase system (TPS) is a resolute technique revealing sperm heterogeneity and for the estimation of the fertilizing potential of a given semen sample. However, separated sperm subpopulations have never been tested for their fertilizing ability yet. Here, we have compared sperm quality parameters and the fertilizing ability of sperm subpopulations separated by the CCCD process from ram semen samples maintained at 20 degrees C or cooled down to 5 degrees C. Total and progressive sperm motility was evaluated by computer-assisted analysis using a CASA system and membrane integrity was evaluated by flow cytometry by staining with CFDA/Pl. The capacitation state, staining with chlortetracycline, and apoptosis-related markers, such as phosphatidylserine (PS) translocation detected with Annexin V. and DNA damage detected by the TUNEL assay, were determined by fluorescence microscopy. Additionally, the fertilizing ability of the fractionated subpopulations was comparative assessed by zona binding assay (ZBA). CCCD analysis revealed that the number of spermatozoa displaying membrane and DNA alterations was higher in samples chilled at 5 degrees C than at 20 degrees C. which can be reflected in the displacement to the left of the CCCD profiles. The spermatozoa located in the central and right chambers (more hydrophobic) presented higher values (P<0.01) of membrane integrity, lower PS translocation (P<0.05) and DNA damage (P<0.001) than those in the left part of the profile, where apoptotic markers were significantly increased and the proportion of viable non-capacitated sperm was reduced. We have developed a new protocol to recover spermatozoa from the CCCD fractions and we proved that these differences were related with the fertilizing ability determined by ZBA, because we found that the number of spermatozoa attached per oocyte was significantly higher for spermatozoa recovered from the central and right chambers, in both types of samples. This is the first time, to our knowledge that sperm recovered from a two-phase partition procedure are used for fertilization assays. These results open up new possibilities for using specific subpopulations of sperm for artificial insemination or in vitro fertilization, not only regarding better sperm quality but also certain characteristics such as subpopulations enriched in spermatozoa bearing X or Y chromosome that we have already isolated or any other feature. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

On the nu SiO infrared absorption of polysiloxane films

The infrared absorption of polysiloxanes involves a strong band at around 1050 cm(-1), attributed to the antisymmetric vibration of siloxane bridges. The splitting of this band into two components is generally attributed to coupling between next-neighbor siloxane groups along the polysiloxane chain. From a quantitative analysis of the spectra of these materials, we find that this splitting is larger when the material is in thin-film form, and that the relative intensity of the two components is polarization dependent. We show that these effects are fully understandable in the theoretical framework of infrared absorption by thin films, and are related to long-range dipolar interactions responsible for the longitudinal-transverse splitting effect in crystalline materials. As a consequence, the polarization dependence of the infrared absorption observed for thin films does not appear to be associated with an orientational ordering in the film. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

The regulation of NHE₁ and NHE₃ activity by angiotensin II is mediated by the activation of the angiotensin II type I receptor/phospholipase C/calcium/calmodulin pathway in distal nephron cells

Angiotensin II (Ang II), acting via the AT1 receptor, induces an increase in intracellular calcium [Ca(2+)]i that then interacts with calmodulin (CaM). The Ca(2+)/CaM complex directly or indirectly activates sodium hydrogen exchanger 1 (NHE1) and phosphorylates calmodulin kinase II (CaMKII), which then regulates sodium hydrogen exchanger 3 (NHE3) activity. In this study, we investigated the cellular signaling pathways responsible for Ang II-mediated regulation of NHE1 and NHE3 in Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells. The NHE1- and NHE3-dependent pHi recovery rates were evaluated by fluorescence microscopy using the fluorescent probe BCECF/AM, messenger RNA was evaluated with the reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), and protein expression was evaluated by immunoblot. We demonstrated that treatment with Ang II (1pM or 1 nM) for 30 min induced, via the AT1 but not the AT2 receptor, an equal increase in NHE1 and NHE3 activity that was reduced by the specific inhibitors HOE 694 and S3226, respectively. Ang II (1 nM) did not change the total expression of NHE1, NHE3 or calmodulin, but it induced CaMKII, cRaf-1, Erk1/2 and p90(RSK) phosphorylation. The stimulatory effects of Ang II (1 nM) on NHE1 or NHE3 activity or protein abundance was reduced by ophiobolin-A (CaM inhibitor), KN93 (CaMKII inhibitor) or PD98059 (Mek inhibitor). These results indicate that after 30 min, Ang II treatment may activate G protein-dependent pathways, including the AT1/PLC/Ca(2+)/CaM pathway, which induces CaMKII phosphorylation to stimulate NHE3 and induces cRaf-1/Mek/Erk1/2/p90(RSK) activity to stimulate NHE1

Anwendung der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie zur Charakterisierung der Struktur von Zähnen und von oberflächenmodifiziertem Titan für Knochenimplantate

Zusammenfassung Mittels Fluoreszenzfarbstoffen können Strukturen sichtbar gemacht werden, die auf kon-ventionellem Weg nicht, oder nur schwer darzustellen sind. Besonders in Kombination mit der Konfokalen Laser Scanning Mikroskopie eröffnen sich neue Wege zum spezifischen Nachweis unterschiedlichster Komponenten biologischer Proben und gegebenenfalls deren dreidimensionale Widergabe.Die Visualisierung des Proteinanteils des Zahnhartgewebes kann mit Hilfe chemisch kopplungsfähiger Fluorochrome durchgeführt werden. Um zu zeigen, daß es sich bei dieser Markierung nicht um unspezifische Adsorption des Farbstoffes handelt, wurde zur Kontrolle die Proteinkomponente der Zahnproben durch enzymatischen Verdau beseitigt. Derartig behandelte Präparate wiesen eine sehr geringe Anfärbbarkeit auf.Weiterführend diente diese enzymatische Methode als Negativkontrolle zum Nachweis der Odontoblastenfortsätze im Dentin bzw. im Bereich der Schmelz-Dentin-Grenze. Hiermit konnte differenziert werden zwischen reinen Reflexionsbildern der Dentinkanäle und den Zellausläufern deren Membranen gezielt durch lipophile Fluoreszenzfarbstoffe markiert wurden.In einem weiteren Ansatz konnte gezeigt werden, daß reduzierte und daher nichtfluoreszente Fluoresceinabkömmlinge geeignet sind, die Penetration von Oxidationsmitteln (hier H2O2) in den Zahn nachzuweisen. Durch Oxidation dieser Verbindungen werden fluoreszierende Produkte generiert, die den Nachweis lieferten, daß die als Zahnbleichmittel eingesetzten Mittel rasch durch Schmelz und Dentin bis in die Pulpahöhle gelangen können.Die Abhängigkeit der Fluoreszenz bestimmter Fluorochrome von deren chemischer Um-gebung, im vorliegenden Fall dem pH-Wert, sollte eingesetzt werden, um den Säuregrad im Zahninneren fluoreszenzmikroskopisch darzustellen. Hierbei wurde versucht, ein ratio-metrisches Verfahren zu entwickeln, mit dem die pH-Bestimmung unter Verwendung eines pH-abhängigen und eines pH-unabhängigen Fluorochroms erfolgt. Diese Methode konnte nicht für diese spezielle Anwendung verifiziert werden, da Neutralisationseffekte der mineralischen Zahnsubstanz (Hydroxylapatit) die pH-Verteilung innerhalb der Probe beeinflußen. Fluoreszenztechniken wurden ebenfalls ergänzend eingesetzt zur Charakterisierung von kovalent modifizierten Implantatoberflächen. Die, durch Silanisierung von Titantestkörpern mit Triethoxyaminopropylsilan eingeführten freien Aminogruppen konnten qualitativ durch den Einsatz eines aminspezifischen Farbstoffes identifiziert werden. Diese Art der Funktionalisierung dient dem Zweck, Implantatoberflächen durch chemische Kopplung adhäsionsvermittelnder Proteine bzw. Peptide dem Einheilungsprozeß von Implantaten in den Knochen zugänglicher zu machen, indem knochenbildende Zellen zu verbessertem Anwachsverhalten stimuliert werden. Die Zellzahlbestimmung im Adhäsionstest wurde ebenfalls mittels Fluoreszenzfarbstoffen durchgeführt und lieferte Ergebnisse, die belegen, daß die durchgeführte Modifizierung einen günstigen Einfluß auf die Zelladhäsion besitzt.

Nanosized polymer carriers for metallocene catalysts in heterogeneous olefin polymerization

Das Ziel der vorgelegten Arbeit war die Synthese von definierten, sphärischen Polystyrolpartikeln im Größenbreichen von Nanometern, die als Träger für die Immobilisierung von Metallocenkatalysatoren verwendet werden sollten. Ein wichtiger Anspruch an das System war dabei die Möglichkeit einer homogene Verteilung des Metallocenes auf dem Träger and eine homogene Fragmentierung des geträgerten Katalysators während der Polymerisation im Polymerprodukt. Für diese Zielsetzung wurden unterschiedliche Polystyrolnanopartikel hergestellt. Die Polystyrolnanopartikel waren mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen wie Polyethylenoxid- und Polypropylenoxidketten oder Hydroxygruppen auf der Oberfläche versehen, um den Metallocenkatalysator und den Cokatalysator MAO immobilisieren zu können. In verschiedenen Experimenten wurde der Einfluss dieser Polystyrolnanopartikel als Träger auf die Katalysatoreigenschaften wie Aktivität oder Produktivität und die Eigenschaften des produzierten Polyolefins wie z.B. Molekulargewicht und Morphologie untersucht. Im Vergleich zu den PS- Nanopartikeln wurden außerdem PS-Mikropartikel, Silica und Dendrimere als Träger in der heterogenen Olefinpolymerisation eingesetzt. Von all diesen Trägersystemen wurde das Fragmentierungsverhalten durch konfocale Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Aus den erhaltenen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass die hergestellten Polystyrolnanopartikel neuartige und leistungsfähige Träger für heterogene Polymerisationsprozesse darstellen. Die hergestellten Polystyrolnanopartikel besaßen eine wohldefinierte sphärische Struktur, die eine homogene Verteilung des immobilisierten Metallocenkatalysators und somit auch eine vollständige Fragmentierung des geträgerten Katalysators im hergestellten Polyolefin ermöglichte. Die Katalysatorsysteme, die aus den PS- Nanopartikeln und dem Metallocenkatalysator zusammengesetzt waren, wurden in verschiedenen Polymerisationen wie der Ethylen- oder Propylenhomopolymersation und der Copolymerisation von Ethen mit α- Olefinen getestet. Die Oberflächen- funktionalisierten PS Nanopartikel immobilisierten den Metallocenkatalysator ausreichend gut, so dass kein „Leachen“ (Ablösen) des Katalysators von der Trägeroberfläche festgestellt werden konnte und deshalb Polymer von sehr guter Morphologie erhalten wurde. Um die Fragmentierung des Katalysators und den inneren Aufbau des Polymers näher untersuchen zu können, wurde die konfocale Fluoreszenzmikroskopie für das PS- Nanopartikelträgersystem angewendet. Durch farbstoffmarkierte Trägerpartikel konnte die Verteilung des fragmentierten Katalysators innerhalb des Polymers sichtbar gemacht und analysiert werden. Dabei wurde festgestellt, dass sich PS- Nanopartikel und auch Dendrimere als Träger ähnlich verhalten wie Ziegler- Natta- Katalysatoren, die auf MgCl2 immobilisiert für die heterogene Olefinpolymerisation verwendet werden. Das Fragmentierungsverhalten der Silica oder PS- Mirkopartikel geträgerten Systeme entsprach dagegen dem schichtweisen Fragmentierungsverhalten wie es bereits von Fink und Mitarbeitern beschrieben wurde.

Stochastic models and dynamic measures for the characterization of bistable circuits

During the last few years, a great deal of interest has risen concerning the applications of stochastic methods to several biochemical and biological phenomena. Phenomena like gene expression, cellular memory, bet-hedging strategy in bacterial growth and many others, cannot be described by continuous stochastic models due to their intrinsic discreteness and randomness. In this thesis I have used the Chemical Master Equation (CME) technique to modelize some feedback cycles and analyzing their properties, including experimental data. In the first part of this work, the effect of stochastic stability is discussed on a toy model of the genetic switch that triggers the cellular division, which malfunctioning is known to be one of the hallmarks of cancer. The second system I have worked on is the so-called futile cycle, a closed cycle of two enzymatic reactions that adds and removes a chemical compound, called phosphate group, to a specific substrate. I have thus investigated how adding noise to the enzyme (that is usually in the order of few hundred molecules) modifies the probability of observing a specific number of phosphorylated substrate molecules, and confirmed theoretical predictions with numerical simulations. In the third part the results of the study of a chain of multiple phosphorylation-dephosphorylation cycles will be presented. We will discuss an approximation method for the exact solution in the bidimensional case and the relationship that this method has with the thermodynamic properties of the system, which is an open system far from equilibrium.In the last section the agreement between the theoretical prediction of the total protein quantity in a mouse cells population and the observed quantity will be shown, measured via fluorescence microscopy.

Untersuchung der lateralen Organisation und Phasenumwandlung von festkörperunterstützten Lipidmembranen

Im ersten Teil der Arbeit wurde das Bindungsverhalten von Annexin A1 und Annexin A2t an festkörperunterstützte Lipidmembranen aus POPC und POPS untersucht. Für beide Proteine konnte mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie gezeigt werden, dass irreversible Bindung nur in Anwesenheit von POPS auftritt. Durch rasterkraftmikroskopische Aufnahmen konnte die laterale Organisation der Annexine auf der Lipidmembran dargestellt werden. Beide Proteine lagern sich in Form lateraler Aggregate (zweidimensionale Domänen) auf der Oberfläche an, außerdem ist der Belegungsgrad und die Größe der Domänen von der Membranzusammensetzung und der Calciumkonzentration abhängig. Mit zunehmendem POPS-Gehalt und Calciumkonzentration steigt der Belegungsgrad an und der mittlere Domänenradius wird kleiner. Diese Ergebnisse konnten in Verbindung mit detaillierten Bindungsstudien des Annexins A1 mit der Quarzmikrowaage verwendet werden, um ein Bindungsmodell auf Basis einer heterogenen Oberfläche zu entwickeln. Auf einer POPC-reichen Matrix findet reversible Adsorption statt und auf POPS-reichen Domänen irreversible Adsorption. Durch die Anpassung von dynamischen Monte Carlo-Simulationen basierend auf einer zweidimensionalen zufälligen sequentiellen Adsorption konnten Erkenntnisse über die Membranstruktur und die kinetischen Ratenkonstanten in Abhängigkeit von der Calciumkonzentration und der Inkubationszeit des Proteins gewonnen werden. Die irreversible Bindung ist in allen Calciumkonzentrationsbereichen schneller als die reversible. Außerdem zeigt die irreversible Adsorption eine deutlich stärkere Abhängigkeit von der Calciumkonzentration. Ein kleinerer Belegungsgrad bei niedrigen Ca2+-Gehalten ist hauptsächlich durch die Abnahme der verfügbaren Bindungsplätze auf der Oberfläche zu erklären. Die gute Übereinstimmung der aus den Monte Carlo-Simulationen erhaltenen Domänenstrukturen mit den rasterkraftmikroskopischen Aufnahmen und die Tatsache, dass sich die simulierten Resonanzfrequenzverläufe problemlos an die experimentellen Kurven aus den QCM-Messungen anpassen ließen, zeigt die gute Anwendbarkeit des entwickelten Simulationsprogramms auf die Adsorption von Annexin A1. Die Extraktion der kinetischen Parameter aus dem zweidimensionalen RSA-Modell ist mit Sicherheit einem einfachen Langmuir-Ansatz überlegen. Bei einem Langmuir-Modell erfolgt eine integrale Erfassung einer einzelnen makroskopischen Geschwindigkeitskonstante, während durch das RSA-Modell eine differenzierte Betrachtung des reversiblen und irreversiblen Bindungsprozesses möglich ist. Zusätzlich lassen sich mikroskopische Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit gewinnen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das thermotrope Phasenverhalten von festkörperunterstützten Phospholipidbilayern untersucht. Dazu wurden mikrostrukturierte, frei stehende Membranstreifen präpariert und mit Hilfe der bildgebenden Ellipsometrie untersucht. Dadurch konnten die temperaturabhängigen Verläufe der Schichtdicke und der lateralen Membranausdehnung parallel beobachtet werden. Die ermittelten Phasenübergangstemperaturen von DMPC, diC15PC und DPPC lagen 2 - 3 °C oberhalb der Literaturwerte für vesikuläre Systeme. Außerdem wurde eine deutliche Verringerung der Kooperativität der Phasenumwandlung gefunden, was auf einen großen Einfluss des Substrats bei den festkörperunterstützten Lipidmembranen schließen lässt. Zusätzlich wurde ein nicht systematischer Zusammenhang der Ergebnisse von der Oberflächenpräparation gefunden, der es unabdingbar macht, bei Untersuchungen von festkörperunterstützten Substraten einen internen Standard einzuführen. Bei der Analyse des thermotropen Phasenübergangsverhaltens von DMPC/Cholesterol - Gemischen wurde daher die individuelle Adressierbarkeit der strukturierten Lipidmembranen ausgenutzt und ein Lipidstreifen aus reinem DMPC als Standard verwendet. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass das für Phospholipide typische Phasenübergangsverhalten ab 30 mol% Cholesterol in der Membran nicht mehr vorhanden ist. Dies ist auf die Bildung einer nur durch höhere Sterole induzierten fluiden Phase mit hoch geordneten Acylketten zurückzuführen. Abschließend konnte durch die Zugabe von Ethanol zu einer mikrostrukturierten DMPC-Membran die Bildung eines interdigitierten Bilayers nachgewiesen werden. Die bildgebende Ellipsometrie ist eine sehr gute Methode zur Untersuchung festkörperunterstützter Lipidmembranen, da sie über ein sehr gutes vertikales und ein ausreichendes laterales Auflösungsvermögen besitzt. Sie ist darin zwar einem Rasterkraftmikroskop noch unterlegen, besitzt dafür aber eine einfachere Handhabung beim Umgang mit Flüssigkeiten und in der Temperierung, eine schnellere Bildgebung und ist als optische Methode nicht-invasiv.

Role of Magnesium and its mitochondrial transporter MRS2 in the modulation of drug-induced apoptosis leading to multidrug resistance phenotype

Magnesium is an essential element for many biological processes crucial for cell life and proliferation. Growing evidences point out a role for this cation in the apoptotic process and in developing multi drug resistance (MDR) phenotype. The first part of this study aimed to highlight the involvement of the mitochondrial magnesium channel MRS2 in modulating drug-induced apoptosis. We generated an appropriate transgenic cellular system to regulate expression of MRS2 protein. The cells were then exposed to two different apoptotic agents commonly used in chemotherapy. The obtained results showed that cells overexpressing MRS2 channel are less responsiveness to pharmacological insults, looking more resistant to the induced apoptosis. Moreover, in normal condition, MRS2 overexpression induces higher magnesium uptake into isolated mitochondria respect to control cells correlating with an increment of total intracellular magnesium concentration. In the second part of this research we investigated whether magnesium intracellular content and compartmentalization could be used as a signature to discriminate MDR tumour cells from their sensitive counterparts. As MDR model we choose colon carcinoma cell line sensitive and resistant to doxorubicin. We exploited a standard-less approach providing a complete characterization of whole single-cells by combining X-Ray Fluorescence Microscopy , Atomic Force Microscopy and Scanning Transmission X-ray Microscopy. This method allows the quantification of the intracellular spatial distribution and total concentration of magnesium in whole dehydrated cells. The measurements, carried out in 27 single cells, revealed a different magnesium pattern for both concentration and distribution of the element in the two cellular strains. These results were then confirmed by quantifying the total amount of intracellular magnesium in a large populations of cells by using DCHQ5 probe and traditional fluorimetric technique.

Microscopic and spectroscopic analysis of biogenic aerosols

Aerosol particles are important actors in the Earth’s atmosphere and climate system. They scatter and absorb sunlight, serve as nuclei for water droplets and ice crystals in clouds and precipitation, and are a subject of concern for public health. Atmospheric aerosols originate from both natural and anthropogenic sources, and emissions resulting from human activities have the potential to influence the hydrological cycle and climate. An assessment of the extent and impacts of this human force requires a sound understanding of the natural aerosol background. This dissertation addresses the composition, properties, and atmospheric cycling of biogenic aerosol particles, which represent a major fraction of the natural aerosol burden. The main focal points are: (i) Studies of the autofluo-rescence of primary biological aerosol particles (PBAP) and its application in ambient measure-ments, and (ii) X-ray microscopic and spectroscopic investigations of biogenic secondary organic aerosols (SOA) from the Amazonian rainforest.rnAutofluorescence of biological material has received increasing attention in atmospheric science because it allows real-time monitoring of PBAP in ambient air, however it is associated with high uncertainty. This work aims at reducing the uncertainty through a comprehensive characterization of the autofluorescence properties of relevant biological materials. Fluorescence spectroscopy and microscopy were applied to analyze the fluorescence signatures of pure biological fluorophores, potential non-biological interferences, and various types of reference PBAP. Characteristic features and fingerprint patterns were found and provide support for the operation, interpretation, and further development of PBAP autofluorescence measurements. Online fluorescence detection and offline fluorescence microscopy were jointly applied in a comprehensive bioaerosol field measurement campaign that provided unprecedented insights into PBAP-linked biosphere-atmosphere interactions in a North-American semi-arid forest environment. Rain showers were found to trigger massive bursts of PBAP, including high concentrations of biological ice nucleators that may promote further precipitation and can be regarded as part of a bioprecipitation feedback cycle in the climate system. rnIn the pristine tropical rainforest air of the Amazon, most cloud and fog droplets form on bio-genic SOA particles, but the composition, morphology, mixing state and origin of these particles is hardly known. X-ray microscopy and spectroscopy (STXM-NEXAFS) revealed distinctly different types of secondary organic matter (carboxyl- vs. hydroxy-rich) with internal structures that indicate a strong influence of phase segregation, cloud and fog processing on SOA formation, and aging. In addition, nanometer-sized potassium-rich particles emitted by microorganisms and vegetation were found to act as seeds for the condensation of SOA. Thus, the influence of forest biota on the atmospheric abundance of cloud condensation nuclei appears to be more direct than previously assumed. Overall, the results of this dissertation suggest that biogenic aerosols, clouds and precipitation are indeed tightly coupled through a bioprecipitation cycle, and that advanced microscopic and spectroscopic techniques can provide detailed insights into these mechanisms.rn

Experimental subarachnoid hemorrhage causes early and long-lasting microarterial constriction and microthrombosis: an in-vivo microscopy study

Early brain injury (EBI) after subarachnoid hemorrhage (SAH) is characterized by a severe, cerebral perfusion pressure (CPP)-independent reduction in cerebral blood flow suggesting alterations on the level of cerebral microvessels. Therefore, we aimed to use in-vivo imaging to investigate the cerebral microcirculation after experimental SAH. Subarachnoid hemorrhage was induced in C57/BL6 mice by endovascular perforation. Pial arterioles and venules (10 to 80 μm diameter) were examined using in-vivo fluorescence microscopy, 3, 6, and 72 hours after SAH. Venular diameter or flow was not affected by SAH, while >70% of arterioles constricted by 22% to 33% up to 3 days after hemorrhage (P<0.05 versus sham). The smaller the investigated arterioles, the more pronounced the constriction (r(2)=0.92, P<0.04). Approximately 30% of constricted arterioles were occluded by microthrombi and the frequency of arteriolar microthrombosis correlated with the degree of constriction (r(2)=0.93, P<0.03). The current study demonstrates that SAH induces microarterial constrictions and microthrombosis in vivo. These findings may explain the early CPP-independent decrease in cerebral blood flow after SAH and may therefore serve as novel targets for the treatment of early perfusion deficits after SAH.