Forest fire plumes over the North Atlantic: p-TOMCAT model simulations with aircraft and satellite measurements from the ITOP/ICARTT campaign

Intercontinental Transport of Ozone and Precursors (ITOP) (part of International Consortium for Atmospheric Research on Transport and Transformation (ICARTT)) was an intense research effort to measure long-range transport of pollution across the North Atlantic and its impact on O3 production. During the aircraft campaign plumes were encountered containing large concentrations of CO plus other tracers and aerosols from forest fires in Alaska and Canada. A chemical transport model, p-TOMCAT, and new biomass burning emissions inventories are used to study the emissions long-range transport and their impact on the troposphere O3 budget. The fire plume structure is modeled well over long distances until it encounters convection over Europe. The CO values within the simulated plumes closely match aircraft measurements near North America and over the Atlantic and have good agreement with MOPITT CO data. O3 and NOx values were initially too great in the model plumes. However, by including additional vertical mixing of O3 above the fires, and using a lower NO2/CO emission ratio (0.008) for boreal fires, O3 concentrations are reduced closer to aircraft measurements, with NO2 closer to SCIAMACHY data. Too little PAN is produced within the simulated plumes, and our VOC scheme's simplicity may be another reason for O3 and NOx model-data discrepancies. In the p-TOMCAT simulations the fire emissions lead to increased tropospheric O3 over North America, the north Atlantic and western Europe from photochemical production and transport. The increased O3 over the Northern Hemisphere in the simulations reaches a peak in July 2004 in the range 2.0 to 6.2 Tg over a baseline of about 150 Tg.

Assessment of temperature, trace species, and ozone in chemistry-climate model simulations of the recent past

Simulations of the stratosphere from thirteen coupled chemistry-climate models (CCMs) are evaluated to provide guidance for the interpretation of ozone predictions made by the same CCMs. The focus of the evaluation is on how well the fields and processes that are important for determining the ozone distribution are represented in the simulations of the recent past. The core period of the evaluation is from 1980 to 1999 but long-term trends are compared for an extended period (1960–2004). Comparisons of polar high-latitude temperatures show that most CCMs have only small biases in the Northern Hemisphere in winter and spring, but still have cold biases in the Southern Hemisphere spring below 10 hPa. Most CCMs display the correct stratospheric response of polar temperatures to wave forcing in the Northern, but not in the Southern Hemisphere. Global long-term stratospheric temperature trends are in reasonable agreement with satellite and radiosonde observations. Comparisons of simulations of methane, mean age of air, and propagation of the annual cycle in water vapor show a wide spread in the results, indicating differences in transport. However, for around half the models there is reasonable agreement with observations. In these models the mean age of air and the water vapor tape recorder signal are generally better than reported in previous model intercomparisons. Comparisons of the water vapor and inorganic chlorine (Cly) fields also show a large intermodel spread. Differences in tropical water vapor mixing ratios in the lower stratosphere are primarily related to biases in the simulated tropical tropopause temperatures and not transport. The spread in Cly, which is largest in the polar lower stratosphere, appears to be primarily related to transport differences. In general the amplitude and phase of the annual cycle in total ozone is well simulated apart from the southern high latitudes. Most CCMs show reasonable agreement with observed total ozone trends and variability on a global scale, but a greater spread in the ozone trends in polar regions in spring, especially in the Arctic. In conclusion, despite the wide range of skills in representing different processes assessed here, there is sufficient agreement between the majority of the CCMs and the observations that some confidence can be placed in their predictions.

Comparison of SRIM, MCNPX and GEANT simulations with experimental data for thick Al absorbers

Proton computerized tomography deals with relatively thick targets like the human head or trunk. In this case precise analytical calculation of the proton final energy is a rather complicated task, thus the Monte Carlo simulation stands out as a solution. We used the GEANT4.8.2 code to calculate the proton final energy spectra after passing a thick Al absorber and compared it with the same conditions of the experimental data. The ICRU49, Ziegler85 and Ziegler2000 models from the low energy extension pack were used. The results were also compared with the SRIM2008 and MCNPX2.4 simulations, and with solutions of the Boltzmann transport equation in the Fokker-Planck approximation. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Simulação de perfis nucleares de poço em formações complexas

A identificação e descrição dos caracteres litológicos de uma formação são indispensáveis à avaliação de formações complexas. Com este objetivo, tem sido sistematicamente usada a combinação de ferramentas nucleares em poços não-revestidos. Os perfis resultantes podem ser considerados como a interação entre duas fases distintas: • Fase de transporte da radiação desde a fonte até um ou mais detectores, através da formação. • Fase de detecção, que consiste na coleção da radiação, sua transformação em pulsos de corrente e, finalmente, na distribuição espectral destes pulsos. Visto que a presença do detector não afeta fortemente o resultado do transporte da radiação, cada fase pode ser simulada independentemente uma da outra, o que permite introduzir um novo tipo de modelamento que desacopla as duas fases. Neste trabalho, a resposta final é simulada combinando soluções numéricas do transporte com uma biblioteca de funções resposta do detector, para diferentes energias incidentes e para cada arranjo específico de fontes e detectores. O transporte da radiação é calculado através do algoritmo de elementos finitos (FEM), na forma de fluxo escalar 2½-D, proveniente da solução numérica da aproximação de difusão para multigrupos da equação de transporte de Boltzmann, no espaço de fase, dita aproximação P₁, onde a variável direção é expandida em termos dos polinômios ortogonais de Legendre. Isto determina a redução da dimensionalidade do problema, tornando-o mais compatível com o algoritmo FEM, onde o fluxo dependa exclusivamente da variável espacial e das propriedades físicas da formação. A função resposta do detector NaI(Tl) é obtida independentemente pelo método Monte Carlo (MC) em que a reconstrução da vida de uma partícula dentro do cristal cintilador é feita simulando, interação por interação, a posição, direção e energia das diferentes partículas, com a ajuda de números aleatórios aos quais estão associados leis de probabilidades adequadas. Os possíveis tipos de interação (Rayleigh, Efeito fotoelétrico, Compton e Produção de pares) são determinados similarmente. Completa-se a simulação quando as funções resposta do detector são convolvidas com o fluxo escalar, produzindo como resposta final, o espectro de altura de pulso do sistema modelado. Neste espectro serão selecionados conjuntos de canais denominados janelas de detecção. As taxas de contagens em cada janela apresentam dependências diferenciadas sobre a densidade eletrônica e a fitologia. Isto permite utilizar a combinação dessas janelas na determinação da densidade e do fator de absorção fotoelétrico das formações. De acordo com a metodologia desenvolvida, os perfis, tanto em modelos de camadas espessas quanto finas, puderam ser simulados. O desempenho do método foi testado em formações complexas, principalmente naquelas em que a presença de minerais de argila, feldspato e mica, produziram efeitos consideráveis capazes de perturbar a resposta final das ferramentas. Os resultados mostraram que as formações com densidade entre 1.8 e 4.0 g/cm³ e fatores de absorção fotoelétrico no intervalo de 1.5 a 5 barns/e^-, tiveram seus caracteres físicos e litológicos perfeitamente identificados. As concentrações de Potássio, Urânio e Tório, puderam ser obtidas com a introdução de um novo sistema de calibração, capaz de corrigir os efeitos devidos à influência de altas variâncias e de correlações negativas, observadas principalmente no cálculo das concentrações em massa de Urânio e Potássio. Na simulação da resposta da sonda CNL, utilizando o algoritmo de regressão polinomial de Tittle, foi verificado que, devido à resolução vertical limitada por ela apresentada, as camadas com espessuras inferiores ao espaçamento fonte - detector mais distante tiveram os valores de porosidade aparente medidos erroneamente. Isto deve-se ao fato do algoritmo de Tittle aplicar-se exclusivamente a camadas espessas. Em virtude desse erro, foi desenvolvido um método que leva em conta um fator de contribuição determinado pela área relativa de cada camada dentro da zona de máxima informação. Assim, a porosidade de cada ponto em subsuperfície pôde ser determinada convolvendo estes fatores com os índices de porosidade locais, porém supondo cada camada suficientemente espessa a fim de adequar-se ao algoritmo de Tittle. Por fim, as limitações adicionais impostas pela presença de minerais perturbadores, foram resolvidas supondo a formação como que composta por um mineral base totalmente saturada com água, sendo os componentes restantes considerados perturbações sobre este caso base. Estes resultados permitem calcular perfis sintéticos de poço, que poderão ser utilizados em esquemas de inversão com o objetivo de obter uma avaliação quantitativa mais detalhada de formações complexas.

Neue Materialien für die Magnetoelektronik: Heusler- und Halb-Heusler-Phasen

Heusler- und Halb-Heusler-Phasen konnten als Verbindungsklasse identifiziert werden, neue Materialien für die Magnetoelektronik bereitzustellen. Auf Basis eines theoretischen Modells konnte das Auftreten eines hohen MR-Effekts auf bestimmte Valenzelektronenzahlen (VEK) präzisiert werden. Dazu muß ein dreiteiliger 'Fingerabdruck' in der Bandstruktur (Sattelpunkt, Spindichtewelle, lokales magnetisches Moment) vorliegen. Es existieren eine Vielzahl von halbmetallischen Ferromagneten in dieser Verbindungsklasse. Die variable Valenzelektronenkonzentrationen, die sich auch aus den hochsymmetrischen Strukturen ergeben, erlauben eine gute Dotierbarkeit der Phasen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Phase exakt mit der geforderten VEK zu synthetisieren. Curietemperaturen > 500 K sind in Hinblick auf die technische Anwendbarkeit notwendig. PdMnTe hat nicht die Voraussetzungen für einen PMR-Effekt in der Bandstrukturrechnung, doch die Nähe zu einer halbmetallischen Zustandsdichte resultiert in einen negativen CMR-Effekt unterhalb des magnetischen Übergangs von MR0 = 18 % bei 4 K. Die Zusammenhänge von Probenpräparation zum magnetischen Sättigungsmoment konnten an Co2CrAl aufgedeckt werden. Die unter Anwendung des vorgestellten Modells synthetisierte Heusler-Phase Co2Cr0.6Fe0.4Al (VEK = 27.8) weisen den erwarteten MR-Effekt auf. Der gemessene PMR-Effekt ist größer als bei den GMR-Systemen (bei geringerer Feldempfindlichkeit) und anderen granularen Materialien wie CrO2 bei 295 K. Co2Cr0.6Fe0.4Al zeigt bei 295 K einen hohen negativen Magnetowiderstand von 30 % bei einem Sättigungsfeld von 0.2 Tesla. Durch die Beimischung von Oxiden und Polymeren sind Komposit-Materialien entwickelt worden, die MR0-Effekte von bis zu 88% mit einer verbesserten Feldempfindlichkeit von 0.1 Tesla bei Al2O3 und 0.05 Tesla bei den Oberflächenbeschichtungen zeigen.

Multilayer thin films by layer-by-layer (LBL) assembly of functional polyelectrolytes

Nanoscience aims at manipulating atoms, molecules and nano-size particles in a precise and controlled manner. Nano-scale control of the thin film structures of organic/polymeric materials is a prerequisite to the fabrication of sophisticated functional devices. The work presented in this thesis is a compilation of various polymer thin films with newly synthesized functional polymers. Cationic and anionic LC amphotropic polymers, p-type and n-type semiconducting polymers with triarylamine, oxadiazole, thiadiazole and triazine moieties are suitable materials to fabricate multilayers by layer-by-layer (LBL) self-assembly with a well defined internal structure. The LBL assembly is the ideal processing technique to prepare thin polymer film composites with fine control over morphology and composition at nano-scale thickness, which may have applications in photo-detectors, light-emitting diodes (LEDs), displays and sensors, as well as in solar cells. The multilayer build-up was investigated with amphotropic LC polymers individually by solution-dipping and spin-coating methods; they showed different internal orders with respect to layering and orientation of the mesogens, as a result of the liquid crystalline phase. The synthesized p-type and n-type semiconducting polymers were examined optically and electrochemically, suggesting that they are favorably promising as hole-(p-type) or electron-(n-type) transport materials in electronic and optoelectronic devices. In addition, we report a successful film deposition of polymers by the vacuum deposition method. The vapor deposition method provides a clean environment; it is solvent free and well suited to sequential depositions in hetero-structured multilayer system. As the potential applications, the fabricated polymer thin films were used as simple electrochromic films and also used as hole transporting layers in LEDs. Electrochemical and electrochromic characterizations of assembled films reveal that the newly synthesized polymers give rise to high contrast ratio and fast switching electrochromic films. The LEDs with vacuum deposited films show dramatic improvements in device characteristics, indicating that the films are promising as hole transporting layers. These are the result of not only the thin nano-scale film structures but also the combination with the high charge carrier mobility of synthesized semiconducting polymers.

In-vivo-Tumorbiologie mittels 68 Ga-PET: Beurteilung der p-Glykoprotein-Aktivität in Weichgewebe-Tumoren sowie Diagnose und Therapie von Knochenmetastasen

Krebs ist eine der häufigsten Krankheiten und stellt eine der wichtigsten medizinischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Eine frühzeitige Diagnose ist dabei essentiell für eine individuell angepasste Therapie zur Verbesserung der Lebensqualität und -erwartung der Patienten. Hierbei kommen der 68Ge/68Ga-Generator und das daraus resultierende PET-Nuklid 68Ga immer stärker in den Fokus von Wissenschaft und Medizin. rnrnFür eine erfolgreiche Therapie stellt die Chemoresistenz (Multi-Drug-Resistance) zahlreicher Tumore eine schwerwiegende Komplikation dar. Für das Therapieversagen ist die Aktivierung des Transportproteins p-Glykoprotein (pGP) maßgeblich mit verantwortlich. Mit Hilfe der Schiff’schen Base [68Ga]MFL6.MZ konnte die Aktivitätsänderung von pGP unter verschiedener Beeinflussung erstmals in vivo beobachtet werden. So zeigte sich, dass sich unter azidotischen Bedingungen in Tumoren die Aktivität des pGP erhöht und somit vermehrt auch Zytostatika, die pGP-Substrate sind, aus den Tumoren transportiert werden. Durch Aufklärung der Abhängigkeit der pGP-Aktivität von dessen Signalkaskade konnte gezeigt werden, dass durch eine Blockade der MAP-Kinase p38 eine Erniedrigung der pGP-Aktivität zu verzeichnen ist. Die ebenfalls in der Signalkaskade eingebundene MAP-Kinase ERK1/2 hingegen spielt hier nur eine untergeordnete Rolle.rnrnNeben dem Versagen der Chemotherapie stellt auch die Metastasierung eines Malignoms massive Einschnitte in die Lebensqualität von Erkrankten dar. Befallen die Metastasen das Skelett eines Menschen, wird dies zumeist erst spät registriert. 68Ga-markierte Bisphosphonate bieten nun die Möglichkeit, Patienten quantitativ auf Knochenmetastasen hin untersuchen zu können. So konnten zu Beginn einfache Phosphonate wie EDTMP und DOTP nicht die nötige in vivo Stabilität bzw. hohe radiochemische Ausbeuten liefern und sind damit für die Anwendung am Menschen uninteressant. Jedoch die DOTA-basierten Bisphosphonate allen voran der Ligand BPAMD zeigen ein großes Potential. In vivo-Versuche an Ratten mit Knochenmetastasen zeigten, dass sich [68Ga]BPAMD an den Metastasen anreichert und einen sehr guten Kontrast zum gesunden Knochen darstellt. Der Tracer konnte erstmals am Menschen angewendet werden und zeigte in ausgewählten Regionen eine höhere Anreicherung als eine zuvor durchgeführte PET-Aufnahme mit [18F]Fluorid. Der Ligand BPAMD bietet außerdem den Vorteil, neben 68Ga auch andere dreiwertige Radionuklide wie das therapeutische 177Lu komplexieren zu können. Durch Studien zur Komplexbildung und Stabilität konnte auch [177Lu]BPAMD in der klinischen Anwendung erprobt werden und zeigte eine Anreicherung an den Knochenmetastasen. So ist es nun möglich, Knochenmetastasen mittels 68Ga-PET zu diagnostizieren, eine entsprechende Dosisberechnung anzustellen und anschließend mit dem gleichen Liganden eine Therapie mit [177Lu]BPAMD durchzuführen.

Thermoelectric properties of TiNiSn and Zr 0.5 Hf 0.5 NiSn thin films and superlattices with reduced thermal conductivities

Durch steigende Energiekosten und erhöhte CO2 Emission ist die Forschung an thermoelektrischen (TE) Materialien in den Fokus gerückt. Die Eignung eines Materials für die Verwendung in einem TE Modul ist verknüpft mit der Gütezahl ZT und entspricht α2σTκ-1 (Seebeck Koeffizient α, Leitfähigkeit σ, Temperatur T und thermische Leitfähigkeit κ). Ohne den Leistungsfaktor α2σ zu verändern, soll ZT durch Senkung der thermischen Leitfähigkeit mittels Nanostrukturierung angehoben werden.rnBis heute sind die TE Eigenschaften von den makroskopischen halb-Heusler Materialen TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn ausgiebig erforscht worden. Mit Hilfe von dc Magnetron-Sputterdeposition wurden nun erstmals halbleitende TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn Schichten hergestellt. Auf MgO (100) Substraten sind stark texturierte polykristalline Schichten bei Substrattemperaturen von 450°C abgeschieden worden. Senkrecht zur Oberfläche haben sich Korngrößen von 55 nm feststellen lassen. Diese haben Halbwertsbreiten bei Rockingkurven von unter 1° aufgewiesen. Strukturanalysen sind mit Hilfe von Röntgenbeugungsexperimenten (XRD) durchgeführt worden. Durch Wachstumsraten von 1 nms 1 konnten in kürzester Zeit Filmdicken von mehr als einem µm hergestellt werden. TiNiSn zeigte den höchsten Leistungsfaktor von 0.4 mWK 2m 1 (550 K). Zusätzlich wurde bei Raumtemperatur mit Hilfe der differentiellen 3ω Methode eine thermische Leitfähigkeit von 2.8 Wm 1K 1 bestimmt. Es ist bekannt, dass die thermische Leitfähigkeit mit der Variation von Massen abnimmt. Weil zudem angenommen wird, dass sie durch Grenzflächenstreuung von Phononen ebenfalls reduziert wird, wurden Übergitter hergestellt. Dabei wurden TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn nacheinander abgeschieden. Die sehr hohe Kristallqualität der Übergitter mit ihren scharfen Grenzflächen konnte durch Satellitenpeaks und Transmissionsmikroskopie (STEM) nachgewiesen werden. Für ein Übergitter mit einer Periodizität von 21 nm (TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn jeweils 10.5 nm) ist bei einer Temperatur von 550 K ein Leistungsfaktor von 0.77 mWK 2m 1 nachgewiesen worden (α = 80 µVK 1; σ = 8.2 µΩm). Ein Übergitter mit der Periodizität von 8 nm hat senkrecht zu den Grenzflächen eine thermische Leitfähigkeit von 1 Wm 1K 1 aufgewiesen. Damit hat sich die Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit durch die halb-Heusler Übergitter bestätigt. Durch die isoelektronischen Eigenschaften von Titan, Zirkonium und Hafnium wird angenommen, dass die elektrische Bandstruktur und damit der Leistungsfaktor senkrecht zu den Grenzflächen nur schwach beeinflusst wird.rn

Gestor de importaciones, transportes y previsiones

El objetivo del proyecto es crear un sistema que permita gestionar las importaciones realizadas por una empresa, extraer previsiones para la planificación de la plantilla en el almacén de entrega y analizar la calidad del transporte. Más concretamente, como función principal el aplicativo diseñado debe permitir el almacenamiento en base de datos de los artículos, pedidos (conjunto de artículos) y envíos (conjunto de pedidos) que la empresa importa así como proveer las herramientas necesarias para su creación, edición, actualización y seguimiento en tiempo real. La obtención de previsiones para los almacenes de entrega y el análisis del transporte son funciones secundarias pero no por ello menos importantes ya que permitirán a las empresas usuarias planificar la plantilla necesaria para la recepción de la mercancía y proporcionarán información muy valiosa a la hora de negociar con las empresas de transporte.

Tissue oxygenation and hemodynamic response to NO synthase inhibition in septic shock.

The objective of the study was to evaluate the tissue oxygenation and hemodynamic effects of NOS inhibition in clinical severe septic shock. Eight patients with septic shock refractory to volume loading and high level of adrenergic support were prospectively enrolled in the study. Increasing doses of NOS inhibitors [N(G)-nitro-L-arginine-methyl ester (L-NAME) or N(G)-monomethyl-L-arginine (L-NMMA)] were administered as i.v. bolus until a peak effect = 10 mmHg on mean blood pressure was obtained or until side effects occurred. If deemed clinically appropriate, a continuous infusion of L-NAME was instituted and adrenergic support weaning attempted. The bolus administration of NOS inhibitors transiently increased mean blood pressure by 10 mm Hg in all patients. Seven out of eight patients received an L-NAME infusion, associated over 24 h with a progressive decline in cardiac index (P < 0.001) and an increase in systemic vascular resistance (P < 0.01). Partial or total adrenergic support weaning was rapidly possible in 6/8 patients. Oxygen transport decreased (P < 0.001), but oxygen consumption remained unchanged in those patients in whom it could be measured by indirect calorimetry (5/8). Blood lactate and the difference between tonometric gastric and arterial PCO2 remained unchanged. There were 4/8 ICU survivors. We conclude that nitric oxide synthase inhibition in severe septic shock was followed with a progressive correction of the vasoplegic hemodynamic disturbances with finally normalization of cardiac output and systemic vascular resistances without any demonstrable deterioration in tissue oxygenation.

Relationship between the actions of atrial natriuretic peptide (ANP), guanylin and uroguanylin on the isolated kidney

Guanylin and uroguanylin are peptides that bind to and activate guanylate cyclase C and control salt and water transport in many epithelia in vertebrates, mimicking the action of several heat-stable bacteria enterotoxins. In the kidney, both of them have well-documented natriuretic and kaliuretic effects. Since atrial natriuretic peptide (ANP) also has a natriuretic effect mediated by cGMP, experiments were designed in the isolated perfused rat kidney to identify possible synergisms between ANP, guanylin and uroguanylin. Inulin was added to the perfusate and glomerular filtration rate (GFR) was determined at 10-min intervals. Sodium was also determined. Electrolyte dynamics were measured by the clearance formula. Guanylin (0.5 µg/ml, N = 12) or uroguanylin (0.5 µg/ml, N = 9) was added to the system after 30 min of perfusion with ANP (0.1 ng/ml). The data were compared at 30-min intervals to a control (N = 12) perfused with modified Krebs-Hanseleit solution and to experiments using guanylin and uroguanylin at the same dose (0.5 µg/ml). After previous introduction of ANP in the system, guanylin promoted a reduction in fractional sodium transport (%TNa+, P<0.05) (from 78.46 ± 0.86 to 64.62 ± 1.92, 120 min). In contrast, ANP blocked uroguanylin-induced increase in urine flow (from 0.21 ± 0.01 to 0.15 ± 0.007 ml g-1 min-1, 120 min, P<0.05) and the reduction in fractional sodium transport (from 72.04 ± 0.86 to 85.19 ± 1.48, %TNa+, at 120 min of perfusion, P<0.05). Thus, the synergism between ANP + guanylin and the antagonism between ANP + uroguanylin indicate the existence of different subtypes of receptors mediating the renal actions of guanylins.

Piezoresistive cantilevers with an integrated bimorph actuator

Scanning Probe Microscopy (SPM) has become of fundamental importance for research in area of micro and nano-technology. The continuous progress in these fields requires ultra sensitive measurements at high speed. The imaging speed limitation of the conventional Tapping Mode SPM is due to the actuation time constant of piezotube feedback loop that keeps the tapping amplitude constant. In order to avoid this limit a deflection sensor and an actuator have to be integrated into the cantilever. In this work has been demonstrated the possibility of realisation of piezoresistive cantilever with an embedded actuator. Piezoresistive detection provides a good alternative to the usual optical laser beam deflection technique. In frames of this thesis has been investigated and modelled the piezoresistive effect in bulk silicon (3D case) for both n- and p-type silicon. Moving towards ultra-sensitive measurements it is necessary to realize ultra-thin piezoresistors, which are well localized to the surface, where the stress magnitude is maximal. New physical effects such as quantum confinement which arise due to the scaling of the piezoresistor thickness was taken into account in order to model the piezoresistive effect and its modification in case of ultra-thin piezoresistor (2D case). The two-dimension character of the electron gas in n-type piezoresistors lead up to decreasing of the piezoresistive coefficients with increasing the degree of electron localisation. Moreover for p-type piezoresistors the predicted values of the piezoresistive coefficients are higher in case of localised holes. Additionally, to the integration of the piezoresistive sensor, actuator integrated into the cantilever is considered as fundamental for realisation of fast SPM imaging. Actuation of the beam is achieved thermally by relying on differences in the coefficients of thermal expansion between aluminum and silicon. In addition the aluminum layer forms the heating micro-resistor, which is able to accept heating impulses with frequency up to one megahertz. Such direct oscillating thermally driven bimorph actuator was studied also with respect to the bimorph actuator efficiency. Higher eigenmodes of the cantilever are used in order to increase the operating frequencies. As a result the scanning speed has been increased due to the decreasing of the actuation time constant. The fundamental limits to force sensitivity that are imposed by piezoresistive deflection sensing technique have been discussed. For imaging in ambient conditions the force sensitivity is limited by the thermo-mechanical cantilever noise. Additional noise sources, connected with the piezoresistive detection are negligible.

Vergleichende Untersuchungen Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus des Klinikums Kassel der Jahre 1999 bis 2004

Die vorliegende Arbeit liefert erstmals einen umfassenden Überblick über die molekulare Epidemiologie von Methicillin resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) eines nordhessischen Krankenhauses inklusive seines Umfeldes und deren Entwicklung in einem Zeitraum von fünf Jahren. Von besonderer Bedeutung ist, dass die MRSA-Stämme hierfür nicht nur anhand ihrer SCCmec-Region (staphylococcal cassette chromosome) typisiert wurden, sondern eine weitergehende Charakterisierung auf Grund der Bestimmung des Vorkommens von Antibiotikaresistenz- und Toxingenen, sowie Plasmiden erfolgte. Dabei wurde ein neuer SCCmec-Typ entdeckt und charakterisiert und weitere noch unbekannte SCCmec-Elemente beschrieben. Bei der Charakterisierung der MRSA-Kollektive konnten bzgl. aller untersuchten Eigenschaften im Laufe der Zeit signifikante Veränderungen beobachtet werden. Am deutlichsten waren diese Unterschiede zwischen dem ältesten Kollektiv aus 1999 und allen nachfolgenden Kollektiven. Die Kollektive aus 2001, 2002, 2003 und 2004 zeigten untereinander größere Ähnlichkeiten, aber dennoch gleichzeitig eine tendenziell divergente Entwicklung einzelner Eigenschaften. Besonders auffallend war das dominante Auftreten von SCCmecIV mit 63-87% der Isolate eines Kollektivs ab 2001, gegenüber 16% in 1999. Weiterhin erfolgte eine markante Veränderung im Vorkommen einzelner Antibiotikaresistenzgene von 1999 bis 2004. So waren aacA-aphD und ermA bei MRSA aus 1999 mit 84% bzw. 90% deutlich häufiger als in allen Kollektiven der folgenden Jahre (aacA-aphD: max. 32%, ermA: max. 40%). Wohingegen ermC ein stets zunehmendes Vorkommen von 3% auf 67% über den Untersuchungszeitraum zeigte. Unkontinuierliches aber statistisch relevant vermehrtes Auftreten von tetM konnte bei Isolaten aus 1999 (40%) und 2004 (74%) nachgewiesen werden. Auch bei Toxingenen zeigten sich deutliche Unterschiede in der zeitlichen Verteilung. Ab 2001 zeigten alle Isolate wesentlich höhere Anteile an sec, seg und sei verglichen mit den MRSA aus 1999. So konnte sec im Kollektiv aus 1999 gar nicht nachgewiesen werden, in denen der Folgejahre mit 54-77%. Die Werte für seg und sei stiegen von 48% bzw. 41% in 1999 kontinuierlich auf über 90% in 2004. Die Häufigkeit von MRSA sowohl mit mehreren Resistenzgenen als auch die mit mehreren Toxingenen nahm im Laufe der Zeit zu und korrelierte mit dem Vorkommen von Plasmiden. Bezüglich seiner Korrelation mit den vorkommenden Plasmiden zeigte SCCmecIV im Erhebungszeitraum besonders deutlich eine Veränderung. So nahm über den Zeitraum der Beobachtung die Anzahl der Stämme die zusätzlich zu einem großen Plasmid ein weiteres kleines Plasmid besaßen signifikant zu. Auch beim Vergleich der SCCmec-Typen der MRSA-Isolate konnten Unterschiede bzgl. aller weiteren untersuchten Eigenschaften dargestellt werden. So zeigten z.B. alle SCCmecIIIA das sea-Gen, während dies bei allen anderen in der vorliegenden Arbeit untersuchten SCCmec-Typen nur vereinzelt vorkam. SCCmecII-Stämme wiesen sowohl die meisten Antibiotikaresistenz- als auch Toxingene auf. Es wurde ferner gezeigt, dass Stämme mit vielen Resistenzgenen auch eine hohe Anzahl Toxingene besaßen und dies im Zusammenhang mit einem erhöhten Plasmidgehalt stehen könnte. Aus den MRSA-Kollektiven isolierte Plasmide konnten aufgrund von Restriktionsanalysen als verwandt zu β-Laktamase-Plasmiden des Grundtyps pI524 und pI258 beschrieben werden. Der in vorliegender Arbeit gezeigte Zusammenhang zwischen der Anzahl von direct repeat units (dru) in der Hypervariablen Region (HVR) und dem SCCmec-Typ half den Unterschied zwischen SCCmecIV und SCCmecIVA, sowie die Sonderstellung des in vorliegender Arbeit erstmalig beschriebenen SCCmecIA/II darzustellen. Nicht alle Isolate konnten einem bekannten SCCmec-Typ zugeordnet werden, es handelt sich bei diesen Ausnahmen um weitere noch unbekannte und hier erstmalig beschriebene SCCmec-Typen. Aufgrund der vorliegenden Arbeit konnte ein neuer SCCmec-Typ definiert werden, namentlich der Typ SCCmecIA/II, der seit 1999 in der Region gehäuft vorkommt Die vorliegenden Untersuchungen zeigten somit, dass die Epidemiologie von MRSA der Region Nordhessen trotz bestehender Gemeinsamkeiten zur MRSA-Situation in ganz Deutschland auch Besonderheiten aufweist. Diese nun zu kennen kann einen Beitrag zur gezielten Verbesserung bisheriger Maßnahmen zur Ausbreitungskontrolle von MRSA in der nordhessischen Region leisten.

The effect of soil phosphorus on particulate phosphorus in land runoff

Accumulation of surplus phosphorus (P) in the soil and the resulting increased transport of P in land runoff contribute to freshwater eutrophication. The effects of increasing soil P (19–194 mg Olsen-P (OP) kg−1) on the concentrations of particulate P (PP), and sorption properties (Qmax, k and EPCo) of suspended solids (SS) in overland flow from 15 unreplicated field plots established on a dispersive arable soil were measured over three monitoring periods under natural rainfall. Concentrations of PP in plot runoff increased linearly at a rate of 2.6 μg litre−1 per mg OP kg−1 of soil, but this rate was approximately 50% of the rate of increase in dissolved P (< 0.45 μm). Concentrations of SS in runoff were similar across all plots and contained a greater P sorption capacity (mean + 57%) than the soil because of enrichment with fine silt and clay (0.45–20 μm). As soil P increased, the P enrichment ratio of the SS declined exponentially, and the values of P saturation (Psat; 15–42%) and equilibrium P concentration (EPCo; 0.7–5.5 mg litre−1) in the SS fell within narrower ranges compared with the soils (6–74% and 0.1–10 mg litre−1, respectively). When OP was < 100 mg kg−1, Psat and EPCo values in the SS were smaller than those in the soil and vice-versa, suggesting that eroding particles from soils with both average and high P fertility would release P on entering the local (Rosemaund) stream. Increasing soil OP from average to high P fertility increased the P content of the SS by approximately 10%, but had no significant (P > 0.05) effect on the Psat, or EPCo, of the SS. Management options to reduce soil P status as a means of reducing P losses in land runoff and minimizing eutrophication risk may therefore have more limited effect than is currently assumed in catchment management.

NOx and O3 above a tropical rainforest: an analysis with a global and box model

A cross-platform field campaign, OP3, was conducted in the state of Sabah in Malaysian Borneo between April and July of 2008. Among the suite of observations recorded, the campaign included measurements of NOx and O3 – crucial outputs of any model chemistry mechanism. We describe the measurements of these species made from both the ground site and aircraft. We then use the output from two resolutions of the chemistry transport model p-TOMCAT to illustrate the ability of a global model chemical mechanism to capture the chemistry at the rainforest site. The basic model performance is good for NOx and poor for ozone. A box model containing the same chemical mechanism is used to explore the results of the global model in more depth and make comparisons between the two. Without some parameterization of the nighttime boundary layer – free troposphere mixing (i.e. the use of a dilution parameter), the box model does not reproduce the observations, pointing to the importance of adequately representing physical processes for comparisons with surface measurements. We conclude with a discussion of box model budget calculations of chemical reaction fluxes, deposition and mixing, and compare these results to output from p-TOMCAT. These show the same chemical mechanism behaves similarly in both models, but that emissions and advection play particularly strong roles in influencing the comparison to surface measurements.