Análises físico-químicas e biológicas de diferentes scaffolds à base de polihidroxibutirato e polihidroxibutirato-co-valerato

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

Spermatophoric reaction reappraised: Novel insights into the functioning of the loliginid spermatophore based on Doryteuthis plei (Mollusca: Cephalopoda)

During copulation, spermatophores produced by male coleoid cephalopods undergo the spermatophoric reaction, a complex process of evagination that culminates in the attachment of the spermatangium (everted spermatophore containing the sperm mass) on the female's body. To better understand this complicated phenomenon, the present study investigated the functional morphology of the spermatophore of the squid Doryteuthis plei applying in vitro analysis of the reaction, as well as light and electron microscopy investigation of spermatangia obtained either in vitro, or naturally attached on females. Hitherto unnoticed functional features of the loliginid spermatophore require a reappraisal of some important processes involved in the spermatophoric reaction. The most striking findings concern the attachment mechanism, which is not carried out solely by cement adhesive material, as previously believed, but rather by an autonomous, complex process performed by multiple structures during the spermatophoric reaction. During evagination, the ejaculatory apparatus provides anchorage on the targeted tissue, presumably due to the minute stellate particles present in the exposed spiral filament. Consequently, the ejaculatory apparatus maintains the attachment of the tip of the evaginating spermatophore until the cement body is extruded. Subsequently, the cement body passes through a complex structural rearrangement, which leads to the injection of both its viscid contents and pointed oral region onto the targeted tissue. The inner membrane at the oral region of the cement body contains numerous stellate particles attached at its inner side; eversion of this membrane exposes these sharp structures, which presumably adhere to the tissue and augment attachment. Several naturally attached spermatangia were found with their bases implanted at the deposition sites, and the possible mechanisms of perforation are discussed based on present evidence. The function of the complex squid spermatophore and its spermatophoric reaction is revisited in light of these findings. J. Morphol. 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Unraveling the structure of squids' spermatophores: a combined approach based on Doryteuthis plei (Blainville, 1823) (Cephalopoda: Loliginidae)

Marian, J.E.A.R. and Domaneschi, O. 2012. Unraveling the structure of squids spermatophores: a combined approach based on Doryteuthis plei (Blainville, 1823) (Cephalopoda: Loliginidae). Acta Zoologica (Stockholm) 93: 281307. Male coleoid cephalopods produce elaborate spermatophores, which function autonomously outside the male body during copulation, undergoing a complicated process of evagination. In order to contribute to the understanding of this unique structure, this study investigated the morphology of the spermatophore of Doryteuthis plei applying several microscopy techniques. A hitherto unreported, much more complex structural arrangement was revealed for the loliginid spermatophore, the most striking findings being: (1) the complex, layered structure of the middle membrane, which bears an additional, chemically distinct segment surrounding part of the cement body; (2) the presence of a space between the inner tunic and middle membrane filled with a fine reticulated material; (3) the presence of stellate particles not only embedded in the spiral filament, but also closely applied to the inner membrane at the level of the cement body; (4) the presence of a pre-oral chamber in the cap region; and (5) the complex organization of the cement body, formed by two distinct layers encompassing contents of different chemical and textural properties. Careful literature reassessment suggests several of these features are common to loliginids, and to some extent to other squids. Their possible functional implications are discussed in light of our knowledge of the spermatophoric reaction mechanics.

A model to explain spermatophore implantation in cephalopods (Mollusca: Cephalopoda) and a discussion on its evolutionary origins and significance

Male coleoid cephalopods produce spermatophores that can attach autonomously on the female's body during a complex process of evagination called the spermatophoric reaction, during which the ejaculatory apparatus and spiral filament of the spermatophore are everted and exposed to the external milieu. In some deepwater cephalopods, the reaction leads to the intradermal implantation of the spermatophore, a hitherto enigmatic phenomenon. The present study builds upon several lines of evidence to propose that spermatophore implantation is probably achieved through the combination of (1) an evaginating-tube mechanism performed by the everting ejaculatory apparatus and (2) the anchorage provided by the spiral filament's stellate particles. The proposed theoretical model assumes that, as it is exposed to the external milieu, each whorl of the spiral filament anchors to the surrounding tissue by means of its sharp stellate particles. As the ejaculatory apparatus tip continues evaginating, it grows in diameter and stretches lengthwise, enlarging the diameter of the whorl and propelling it, consequently tearing and pushing the anchored tissue outward and backward, and opening space for the next whorl to attach. After the ejaculatory apparatus has been everted and has perforated tissue, the cement body is extruded, possibly aiding in final attachment, and the sperm mass comes to lie inside the female tissue, encompassed by the everted ejaculatory apparatus tube. It is proposed that this unique, efficient spermatophore attachment mechanism possibly evolved in intimate relationship with the adoption of an active mode of life by coleoids. The possible roles of predation pressure and sperm competition in the evolution of this mechanism are also discussed. (c) 2012 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2012, 105, 711726.

A non-cross-bridge, static tension is present in permeabilized skeletal muscle fibers after active force inhibition or actin extraction

Cornachione AS, Rassier DE. A non-cross-bridge, static tension is present in permeabilized skeletal muscle fibers after active force inhibition or actin extraction. Am J Physiol Cell Physiol 302: C566-C574, 2012. First published November 16, 2011; doi: 10.1152/ajpcell.00355.2011.-When activated muscle fibers are stretched, there is a long-lasting increase in the force. This phenomenon, referred to as "residual force enhancement," has characteristics similar to those of the " static tension," a long-lasting increase in force observed when muscles are stretched in the presence of Ca2+ but in the absence of myosin-actin interaction. Independent studies have suggested that these two phenomena have a common mechanism and are caused either by 1) a Ca2+-induced stiffening of titin or by 2) promoting titin binding to actin. In this study, we performed two sets of experiments in which activated fibers (pCa(2+) 4.5) treated with the myosin inhibitor blebbistatin were stretched from 2.7 to 2.8 mu m at a speed of 40 L-o/s, first, after partial extraction of TnC, which inhibits myosin-actin interactions, or, second, after treatment with gelsolin, which leads to the depletion of thin (actin) filaments. We observed that the static tension, directly related with the residual force enhancement, was not changed after treatments that inhibit myosin-actin interactions or that deplete fibers from troponin C and actin filaments. The results suggest that the residual force enhancement is caused by a stiffening of titin upon muscle activation but not with titin binding to actin. This finding indicates the existence of a Ca2+-regulated, titin-based stiffness in skeletal muscles.

Chromatin Remodeling by BRG1 and SNF2H : Biochemistry and Function

Chromatin is a highly dynamic, regulatory component in the process of transcription, repair, recombination and replication. The BRG1 and SNF2H proteins are ATP-dependent chromatin remodeling proteins that modulate chromatin structure to regulate DNA accessibility for DNA-binding proteins involved in these processes. The BRG1 protein is a central ATPase of the SWI/SNF complexes involved in chromatin remodeling associated with regulation of transcription. SWI/SNF complexes are biochemically hetero-geneous but little is known about the unique functional characteristics of the various forms. We have shown that SWI/SNF activity in SW13 cells affects actin filament organization dependent on the RhoA signaling pathway. We have further shown that the biochemical composition of SWI/SNF complexes qualitatively affects the remodeling activity and that the composition of biochemically purified SWI/SNF complexes does not reflect the patterns of chromatin binding of individual subunits. Chromatin binding assays (ChIP) reveal variations among subunits believed to be constitutive, suggesting that the plasticity in SWI/SNF complex composition is greater than suspected. We have also discovered an interaction between BRG1 and the splicing factor Prp8, linking SWI/SNF activity to mRNA processing. We propose a model whereby parts of the biochemical heterogeneity is a result of function and that the local chromatin environment to which the complex is recruited affect SWI/SNF composition. We have also isolated the novel B-WICH complex that contains WSTF, SNF2H, the splicing factor SAP155, the RNA helicase II/Guα, the transcription factor Myb-binding protein 1a, the transcription factor/DNA repair protein CSB and the RNA processing factor DEK. The formation of this complex is dependent on active transcription and links chromatin remodeling by SNF2H to RNA processing. By linking chromatin remodeling complexes with RNA processing proteins our work has begun to build a bridge between chromatin and RNA, suggesting that factors in chromatin associated assemblies translocate onto the growing nascent RNA.

Horizontal distribution of invertebrate larvae around the oceanic island of Gran Canaria: the effect of mesoscale variability

In October 1991, the horizontal distribution of invertebrate larvae was studied in the waters surrounding the island of Gran Canaria (Canary Islands). The cruise was typified by the presence of three recurrent mesoscale hydrographic structures: a cyclonic eddy southwest of the island, a warm lee region downstream of the island and the offshore boundary of an upwelling filament from the African coast reaching the southeast of the island. Decapod larvae were the most abundant group. In general, a rather high spatial variability was found. The horizontal distribution of the invertebrate larvae groups showed that the highest values of abundance occurred in an elongated zone around the island oriented in the overall direction of flow, leeward and windward of the island, while the lowest values occurred off the eastern and western flanks of the islands. On the other hand, Stomatopoda and Mollusca larvae showed a distribution associated with the boundary of the upwelling filament and decapod larvae of pelagic species were distributed around the eddy structure. Our results suggest specific retention mechanisms for the larvae of neritic invertebrate populations that are related to the particular physical oceanography around Gran Canaria. Se estudió la distribución horizontal de las larvas de invertebrados alrededor de la isla de Gran Canaria (Islas Canarias) en octubre de 1991. La campaña se caracterizó por la presencia de tres fenómenos oceanográficos de mesoescala recurrentes: un remolino ciclónico al suroeste de la isla, la estela cálida a sotavento de la misma y el borde de un filamento proveniente del afloramiento africano situado al sureste de Gran Canaria. Las larvas de crustáceos decápodos fueron las más abundantes. En general, las larvas de los diferentes taxa estudiados mostraron una gran variabilidad en cuanto a su distribución espacial. La distribución horizontal de las larvas de los diferentes grupos de invertebrados mostró que las densidades más altas se registraban alrededor de la isla en la banda cercana y orientada hacia el suroeste, en la dirección del flujo, mientras que los valores más bajos se encontraron en el norte y en los flancos este y oeste de la isla. Por otro lado, las larvas de estomatópodos y moluscos presentaron una distribución asociada al frente del filamento, mientras que las larvas de decápodos pelágicos se distribuyeron en torno al remolino ciclónico. Los resultados obtenidos sugieren la existencia de mecanismos de retención específicos para el mantenimiento de las poblaciones insulares, relacionados con los procesos físicos de mesoescala predominantes

Diazotrophic activity of Trichodesmium and unicellular cyanobacteria in the subtropical NE Atlantic

Programa de Doctorado en Oceanografía

The structure of planktonic communities under variable coastal upwelling conditions off Cape Ghir (31ºN), in the Canary Current System (NW Africa)

Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Facultad de Ciencias del Mar. Programa de doctorado en Oceanografía. Diploma de Estudios Avanzados

Bestimmung der Ionisationsenergie von Actinium und Ultraspurenanalyse von Plutonium mit resonanter Ionisationsmassenspektrometrie (RIMS)

ZusammenfassungDie Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) verbindet hohe Elementselektivität mit guter Nachweiseffizienz. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Methode für Ultraspurenanalyse und Untersuchungen an seltenen oder schwer handhabbaren Elementen gut geeignet. Für RIMS werden neutrale Atome mit monochromatischem Laserlicht ein- oder mehrfach resonant auf energetisch hoch liegende Niveaus angeregt und anschließend durch einen weiteren Laserstrahl oder durch ein elektrisches Feld ionisiert. Die Photoionen werden in einem Massenspektrometer massenselektiv registriert.Ein Beispiel für die Anwendung von RIMS ist die präzise Bestimmung der Ionisationsenergie als fundamentale physikalisch-chemische Eigenschaft eines bestimmten Elements; insbesondere bei den Actinoiden ist die Kenntnis der Ionisationsenergie von Interesse, da es dort bis zur Anwendung der laser-massenspektroskopischer Methode nur wenige experimentelle Daten gab. Die Bestimmung der Ionisationsenergie erfolgt durch die Methode der Photoionisation im elektrischen Feld gemäß dem klassischen Sattelpunktsmodell. Im Experiment werden neutrale Atome in einem Atomstrahl mittels Laserlicht zunächst resonant angeregt. Die angeregten Atome befinden sich in einem äußeren, statischen elektrischen Feld und werden durch einen weiteren Laserstrahl, dessen Wellenlänge durchgestimmt wird, ionisiert. Das Überschreiten der Laserschwelle macht sich durch einen starken Anstieg im Ionensignal bemerkbar. Man führt diese Messung bei verschiedenen elektrischen Feldstärken durch und erhält bei Auftragen der Ionisationsschwellen gegen die Wurzel der elektrischen Feldstärke durch Extrapolation auf die Feldstärke Null die Ionisationsenergie.Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Ionisationsenergie von Actinium erstmalig zu 43398(3) cm-1 º 5,3807(4) eV experimentell bestimmt. Dazu wurden Actiniumatome zunächst einstufig resonant mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 388,67 nm auf einen Zustand bei 25729,03 cm-1 angeregt und anschließend mit Laserlicht mit einer Wellenlänge von ca. 568 nm ionisiert. Damit sind die Ionisationsenergien aller Actinoiden bis einschließlich Einsteinium mit Ausnahme von Protactinium bekannt. Als Atomstrahlquelle wird ein spezielles 'Sandwichfilament' benutzt, bei dem das Actinoid als Hydroxid auf eine Tantalfolie aufgebracht und mit einer reduzierenden Deckschicht überzogen wird. Das Actinoid dampft bei Heizen dieser Anordnung atomar ab. Bei den schwereren Actinoiden wurde Titan als Deckschicht verwendet. Um einen Actiniumatomstrahl zu erzeugen, wurde aufgrund der hohen Abdampftemperaturen statt Titan erstmals Zirkonium eingesetzt. Bei Protactinium wurde Thorium, welches noch stärkere Reduktionseigenschaften aufweist, als Deckmaterial eingesetzt. Trotzdem gelang es mit der 'Sandwichtechnik' nicht, einen Protactiniumatomstrahl zu erzeugen. In der Flugzeitapparatur wurde lediglich ein Protactinium-monoxidionensignal detektiert. Um ein erst seit kurzem verfügbares Fest-körperlasersystem zu explorieren, wurden zusätzlich noch die bekannten Ionisations-ener-gien von Gadolinium und Plutonium erneut bestimmt. Die gemessenen Werte stimmen mit Literaturdaten gut überein.Ferner wurde noch ein bestehender Trennungsgang für Plutonium aus Umweltproben auf die Matrices Meerwasser und Hausstaub angepasst und für die Bestimmung von Plutonium und dessen Isotopenzusammensetzung in verschiedenen Probenreihen mittels RIMS eingesetzt. Der modifizierte Trennungsgang ermöglicht das schnelle Aufarbeiten von großen Probenmengen für Reihenuntersuchungen von Plutoniumkontaminationen. Die ermittelten Gehalten an 239Pu lagen zwischen 8,2*107 Atome pro 10 l Meerwasserprobe und 1,7*109Atome pro Gramm Staubprobe.

Molekulare Evolution der Intermediärfilament-Proteine des Flussneunauges Lampetra fluviatilis

Über cDNA-Banken und RT-PCR wurden erstmals 15 Intermediärfilament-Proteine (IF-Proteine) des Flussneunauges Lampetra fluviatilis (Agnatha, kieferlose Wirbeltiere) kloniert und sequenziert: drei Typ I-Keratine, vier Typ II-Keratine, fünf keratinartige IF-Proteine (drei Kγ, zwei Kα), die Typ III-Proteine Vimentin und Desmin sowie ein Typ IV-Neurofilament-Protein (NF).Die IF-Proteine wurden aus verschiedenen Organen isoliert und durch zweidimensionale Polyacrylamid-Gelelektrophorese (2D-PAGE) aufgetrennt. Biochemische sowie massenspektrometrische Analysen anhand der 2D-PAGE ermöglichten in Kombination mit den Sequenzdaten die Identifizierung von Vimentin, Desmin sowie aller sequenzierten Keratine bis auf zwei der fünf Kα/Kγ-Proteine. Die meisten Keratine ließen sich darüber hinaus in die Kategorien „E“ (von „epidermal“) und „S“ (von „simple epithelial“) einteilen.Von den sequenzierten Keratinen ist das IIS-Keratin K8 wahrscheinlich ortholog zu den bekannten K8-Sequenzen höherer Vertebraten. Die Bezeichnung K18 für das einzige IS-Keratin des Neunauges in Anlehnung an das IS-Keratin K18 des Menschen basiert auf der stets beobachteten Koexpression mit K8 in einfachen Epithelien.Die Sequenz des Neunaugen-Vimentins zeigt große Übereinstimmungen mit den bekannten Desminsequenzen der Vertebraten. Die keratinartigen Proteine Kα und Kγ sind bis jetzt nur von Agnathen (Neunaugen und Schleimaale) bekannt.In molekularen Stammbäumen können K8, K18, Vimentin, Desmin und das NF_L des Neunauges gut als Außengruppe definiert werden.

Zur Evolution des Cytoskeletts beim Sibirischen Stör Acipenser baeri

Im Rahmen meiner Arbeit wurden erstmals die Intermediärfilament-Proteine (IF-Proteine) des Sibirischen Störs Acipenser baeri (Strahlenflosser, Knorpelganoid) kloniert und sequenziert. Aus einer cDNA-Bank konnten die Sequenzen von 13 IF-Proteine gewonnen werden. Von insgesamt zehn Keratinen codieren sieben für Typ I-Keratine und drei für Typ II. Zusätzlich konnten noch Desmin, Vimentin und ein Lamin identifiziert werden. Je einem Typ I- (K13) und einem Typ-II-Keratin (K2) fehlen wenige Aminosäuren in der Head-Domäne.Cytoskelett-Präparationen aus Epidermis, Mitteldarm, Magen und Kieme wurden mittels 2D-PAGE aufgetrennt. Durch Einsatz des CKBB-Test und Immunoblots wurden die verschiedenen Typ I und II-Keratine sowie Desmin und Vimentin identifiziert. Die gewebsspezifische Expression der Keratine ermöglichte zumeist ihre Einteilung in 'E' (epidermal) und 'S' ('simple epithelial').Die MALDI-MS-Analyse einer 2D-PAGE-Koelektrophorese von Seitenflosse und Mitteldarm zeigte, daß die 34 vorhandenen Proteinflecke auf nur 13 verschiedene IF-Proteine zurückgehen. Neun dieser Flecke konnten Sequenzen zugewiesen werden. Zusammen mit den verbleibenden vier Proteinflecken ergeben sich für den Stör nunmehr insgesamt 17 bekannte IF-Proteine. Von drei biochemisch identifizierten IS-Keratinen kommt eines nur im Mitteldarm vor und nur einem konnte eine Sequenz zugeordnet werden (K18). Dem einzigen Typ IIS-Keratin konnte keine Sequenz zugeordnet werden, wahrscheinlich handelt es sich um dabei um das K8-Orthologe. Jedem der fünf Typ IE-Proteine konnte eine Sequenz zugeordnet werden (K10 bis K14), ebenso wie dem einzigen identifizierten Typ IIE-Keratin (K2). Von den Typ III-Proteinen wurden Desmin und Vimentin ihren Proteinflecken zugeordnet. Die nicht zugeordnete Sequenz aba-k1 codiert möglicherweise für ein IIE-Keratin, während aba-k15 vermutlich die Sequenz für ein IE-Keratin enthält. Bei den Proteinflecken, denen eine Sequenz zugeordnet werden konnten, kann für Aba-K2 die Zugehörigkeit zum IIE-Typ angenommen werden, während es sich bei Aba-K10 wahrscheinlich um ein IE-Keratin handelt.Durch Datenbankvergleiche und molekulare Stammbäume konnte die Zugehörigkeit der identifizierten Lamin-Sequenz zum B3-Subtyp der Vertebraten gezeigt werden.Die Daten der Biochemie und indirekten Immunfluoreszenzmikroskopie zeigen, daß Keratine in Epithelien und Vimentin in mesenchymalen Geweben vorkommen. Es existieren starke Hinweise, daß im letzten Gewebetyp Keratine auch koexprimiert werden. Desmin kommt in großen Mengen im Magen und im Mitteldarm vor und stellt dort das prominenteste Protein.Mit den gewonnenen Sequenzdaten wurden molekulare Stammbäume und Sequenzidentitäten berechnet. Die daraus resultierenden Konsequenzen für die Verwandtschaftsverhältnisse der verschiedenen IF-Proteine sowie der Wirbeltiere werden diskutiert.

Optische Spektroskopie an Fermium (Z=100)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmals Laser-Atomspektroskopie an einem Element durchgeführt, für das bisher keine atomaren Niveaus bekannt waren. Die Experimente wurden am Element Fermium mit der Ordnungszahl Z=100 mit der Resonanzionisationsspektroskopie (RIS) in einer Puffergaszelle durchgeführt. Verwendet wurde das Isotop 255Fm mit einer Halbwertszeit von 20.1 h, das im Hochflusskernreaktor des ORNL, Oak Ridge, USA, hergestellt wurde. Die von einem elektrochemischen Filament in das Argon-Puffergas bei einer Temperatur von 960(20)°C abgedampften Fm-Atome wurden mit Lasern in einem Zweistufenprozess resonant ionisiert. Dazu wurde das Licht eines Excimerlaser gepumpten Farbstofflasers für den ersten Anregungsschritt um die Wellenlänge 400 nm durchgestimmt. Ein Teil des Excimer (XeF) Laser Pumplichtes mit den Wellenlänge 351/353 nm wurde für die nicht-resonante Ionisation verwendet. Die Ionen wurden mit Hilfe elektrischer Felder aus der optischen Zelle extrahiert und nach einem Quadrupol Massenfilter mit einem Channeltron-Detektor massenselektiv nachgewiesen. Trotz der geringen Probenmenge von 2.7 x 10^10 eingesetzten Atomen wurden zwei atomare Resonanzen bei Energien von 25099.8(2) cm-1 und 25111.8(2) cm-1 gefunden und das Sättigungsverhalten dieser Linien gemessen. Es wurde ein theoretisches Modell entwickelt, dass sowohl das spektrale Profil der sättigungsverbreiterten Linien als auch die Sättigungskurven beschreibt. Durch Anpassung an die Messdaten konnten die partiellen Übergangsraten in den 3H6 Grundzustand Aki=3.6(7) x 10^6/s und Aki=3.6(6) x 10^6/s bestimmt werden. Der Vergleich der Niveauenergien und Übergangsraten mit Multikonfigurations Dirac-Fock Rechnungen legt die spektroskopische Klassifizierung der beobachteten Niveaus als 5f12 7s7p 5I6 und 5G6 Terme nahe. Weiterhin wurde ein Übergang bei 25740 cm-1 gefunden, der aufgrund der beobachteten Linienbreite von 1000 GHz als Rydbergzustand Zustand mit der Niveauenergie 51480 cm-1 interpretiert wurde und über einen Zweiphotonen Prozess angeregt werden kann. Basierend auf dieser Annahme wurde die Obergrenze für die Ionisationsenergie IP = 52140 cm-1 = 6.5 eV abgeschätzt. In den Messungen wurden Verschiebungen in den Zeitverteilungsspektren zwischen den mono-atomaren Ionen Fm+ und Cf+ und dem Molekül-Ion UO+ festgestellt und auf Driftzeitunterschiede im elektrischen Feld der gasgefüllten optischen Zelle zurückgeführt. Unter einfachen Modellannahmen wurde daraus auf die relativen Unterschiede Delta_r(Fm+,Cf+)/r(Cf+) ˜ -0.2 % und Delta_r(UO+,Cf+)/r(Cf+) ˜ 20 % in den Ionenradien geschlossen. Über die Bestimmung der Abnahme der Fm-a Aktivität des Filamentes auf der einen Seite und die Messung der Resonanzzählrate auf der anderen Seite, wurde die Nachweiseffizienz der Apparatur zu 4.5(3) x 10^-4 bestimmt. Die Nachweisapparatur wurde mit dem Ziel weiterentwickelt, Laserspektroskopie am Isotop 251Fm durchzuführen, das über die Reaktion 249Cf(a,2n)251Fm direkt in der optischen Zelle erzeugt werden soll. Das Verfahren wurde am chemischen Homolog Erbium getestet. Dabei wurde das Isotop 163Er über die Reaktion 161Dy(a,2n)163Er erzeugt und nach Resonanzionisation nachgewiesen. Die Nachweiseffizienz der Methode wurde zu 1 x 10^-4 bestimmt.

Spurenanalyse von Uran und Plutonium sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden

Die Elemente Uran und Plutonium besitzen seit Entdeckung der Kernspaltung und der technischen Nutzung der Kernenergie eine globale Bedeutung. So trägt Pu hauptsächlich zur Radiotoxizität von abgebrannten Brennelementen bei und erfordert im Falle einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation einen sicheren Verschluss für bis zu einer Million Jahre. Das Wissen über die vorliegenden chemischen Spezies ist dabei entscheidend für das Verständnis der chemisch-physikalischen Wechselwirkungen im jeweiligen geochemischen System, insbesondere mit dem Wirtsgestein (hier Ton) und den allgegenwärtigen Huminstoffen (hier Fulvinsäure). Längerfristig sind so Vorhersagen über einen Transport des hochradioaktiven Abfalls nach Auslaugung und Austritt aus einem Endlager bis in die Biosphäre möglich. Gerade der Ultraspurenbereich, im Fernfeld eines Endlagers zu erwarten, ist dabei von besonderem Interesse. Darüber hinaus machen nuklearforensische Untersuchungen – in Hinblick auf illegal benutztes Nuklearmaterial, Schmuggel oder Nuklearterrorismus – zur Bestimmung der Herkunft, des Alters oder der Radiotoxizität isotopenselektive Nachweismethoden im Ultraspurenbereich notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfür die Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) zur isotopenselektiven Spuren- und Ultraspurenanalyse von U und Pu sowie die Kapillarelektrophorese (CE) gekoppelt an die induktiv gekoppelte Plasma (ICP)-Massenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Speziation von Pu eingesetzt. Für den isotopenselektiven Nachweis von Ultraspurenmengen von Uran mittels RIMS wurden vorbereitende Studien durchgeführt und mehrere zweifach resonante Anregungsleitern mit nicht-resonanter Ionisation untersucht. Eine Effizienz von ca. 10^-10 bei einer Nachweisgrenze von 10^12 Atomen U-238 konnte erzielt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie, TU München, wurde mittels RIMS die Isotopenzusammensetzung von Plutonium, abgetrennt aus einem panzerbrechenden Urangeschoss aus dem Kosovokonflikt, bestimmt und dieses als Waffenplutonium mit einem Gehalt von 15 pg Pu-239/g Uran identifiziert. Rückschlüsse über Herkunft und Alter des Plutoniums konnten daraus gewonnen werden. Für Studien zur Umweltüberwachung von Plutonium in Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Klärwasserproben mittels RIMS untersucht. Oberhalb der Nachweisgrenze von ca. 10^7 Atomen Pu-239/500 mL konnte kein signifikanter Gehalt bestimmt werden. Zusätzlich wurden Klärschlammproben untersucht, wobei in einer Probe 5,1*10^7 Atome Pu-239/g gemessen wurde, was auf eine Anreicherung von Pu im Klärschlamm aus großen Wasservolumina hindeuten könnte. Speziationsuntersuchungen von Plutonium in Kontakt mit Fulvinsäure und dem Tonmineral Kaolinit wurden in Hinblick auf die Wechselwirkungen im Umfeld eines nuklearen Endlagers durchgeführt. Die Redoxkinetik von Pu(VI) in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure zeigt eine mit steigendem pH zunehmend schnellere und vollständige Reduktion und ein vergleichbares Verhalten zur Huminsäure. Für ein Plutoniumgemisch aus allen vier umweltrelevanten Oxidationsstufen in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure konnte nach ca. 1 Monat Kontaktzeit eine fasst vollständige Reduktion zum tri- und tetravalenten Pu beobachtet werden. Sorptionsuntersuchungen der stabilsten Oxidationsstufe, Pu(IV), in Kontakt mit Kaolinit bei pH = 0 bis 13 im Konzentrationsbereich 10^-7 bis 10^-9 mol/L verdeutlichen das ausgeprägte Sorptionsverhalten von Pu(IV) (ca. 60% bis 90% Sorption) im umweltrelevanten pH-Bereich bei einem Einsetzen der Sorption bei pH = 0 bis 2. Im Rahmen des "Colloid and Radionuclide Retardation" (CRR) Experiments im Felslabor Grimsel, Schweizer Alpen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung, Karlsruhe, die kolloidgetragene Migration von Pu(IV) in einem Grundwasserstrom durch Scherzonen im Granitgestein unter umweltrelevanten Bedingungen untersucht. Bei Zugabe von im Grundwasser stabilen Bentonitkolloiden – Bentonit wird als ein geeignetes Verschlussmaterial für nukleare Abfälle erforscht – konnte ein erhöhter Transport des Pu(IV) beobachtet werden, der durch Sorption des Pu an die mobilen Kolloide hervorgerufen wird. Zur Speziation von Plutonium im Ultraspurenbereich wurde im Rahmen dieser Arbeit an der Entwicklung der Kopplung der CE mit der sehr sensitiven RIMS gearbeitet. Das Prinzip der offline-Kopplung basiert auf dem Sammeln der zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Kapillare eluierten Oxidationsstufen in einzelnen Fraktionen. Aus jeder Fraktion wird ein eigenes Filament hergestellt und mit RIMS auf seinen Plutoniumgehalt untersucht. Eine erste Validierung der Methode konnte durch Bestimmung der Oxidationsstufenzusammensetzung eines bekannten Gemischs erfolgreich für einen Gehalt von ca. 6*10^9 Atome Pu-239 durchgeführt werden. Dies stellt einen möglichen Zugang zu dem erwarteten Konzentrationsbereich im Fernfeld eines Endlagers dar.

Studio di catalisi termoattivate per compositi poliuretanici

One of the key processing parameters in thermoset composites manufacturing is to have an optimum balance between open time and cure time. Long open times followed with a fast cure profile (also referred as snap cure or “hockey stick” shaped profiles) are required on applications like Pultrusion, Filament Winding, Resin Transfer Molding (RTM) and Infusion. In this work, several factors affecting the reactivity of a base line polyurethane formulation were studied. The addition of different components such as internal mold release agents, cross-linker, polyols having different molecular structure and isocyanates having different functionality were studied. A literature search was conducted to identify the main catalyst packages existing in the market. The reactivity of catalyst based on tertiary amines, orgamometallic salts, and co-catalyst of amine-organometallic complexes was characterized. Addition of quelants agents such as thioglycerol and acetyl acetone to delay the catalyst activity were also considered. As a consequence of this work a vast reactivity map was generated. This should guide the formulation designer in future product generations for the further development of the mentioned applications. Recommendations on measurements systems and further areas of exploration are also given.