Novel SrTi1-xFexO3 nanocubes synthesized by microwave-assisted hydrothermal method

We report herein for the first time a facile synthesis method to obtain SrTi1-xFexO3 nanocubes by means by a microwave-assisted hydrothermal (MAH) method at 140 degrees C. The effect of iron addition on the structural and morphological properties of SrTiO3 was investigated. X-ray diffraction measurements show that all STFO samples present a cubic perovskite structure. X-ray absorption spectroscopy at Fe absorption K-edge measurements revealed that iron ions are in a mixed Fe2+/Fe3+ oxidation state and preferentially occupy the Ti4+-site. UV-visible spectra reveal a reduction in the optical gap (E-gap) of STFO samples as the amount of iron is increased. An analysis of the data obtained by field emission scanning electron microscopy points out that the nanoparticles present a cubic morphology independently of iron content. According to high-resolution transmission electron microscopy results, these nanocubes are formed by a self-assembly process of small primary nanocrystals.

Gamma Irradiation of in-Shell and Blanched Peanuts Protects against Mycotoxic Fungi and Retains Their Nutraceutical Components during Long-Term Storage

Peanut samples were irradiated (0.0, 5.2, 7.2 or 10.0 kGy), stored for a year (room temperature) and examined every three months. Mycotoxic fungi (MF) were detected in non-irradiated blanched peanuts. A dose of 5.2 kGy was found suitable to prevent MF growth in blanched samples. No MF was detected in in-shell peanuts, with or without irradiation. The colors of the control in-shell and blanched samples were, respectively, 44.72 and 60.21 (L *); 25.20 and 20.38 (Chroma); 53.05 and 86.46 (degrees Hue). The water activities (Aw) were 0.673 and 0.425. The corresponding fatty acids were 13.33% and 12.14% (C16:0), 44.94% and 44.92% (C18:1,omega 9) and 37.10% and 37.63% (C18: 2,omega 6). The total phenolics (TP) were 4.62 and 2.52 mg GAE/g, with antioxidant activities (AA) of 16.97 and 10.36 mu mol TEAC/g. Storage time negatively correlated with Aw (in-shell peanuts) or L *, linoleic acid, TP and AA (in-shell and blanched peanuts) but positively correlated with Aw (blanched peanuts), and with oleic acid (in-shell and blanched peanuts). Irradiation positively correlated with antioxidant activity (blanched peanuts). No correlation was found between irradiation and AA (in-shell samples) or fatty acids and TP (in-shell and blanched peanuts). Irradiation protected against MF and retained both the polyunsaturated fatty acids and polyphenols in the samples.

Structural refinement, growth process, photoluminescence and photocatalytic properties of (Ba1-xPr2x/3)WO4 crystals synthesized by the coprecipitation method

Barium praseodymium tungstate (Ba1-xPr2x/3)WO4 crystals with (x = 0, 0.01, and 0.02) were prepared by the coprecipitation method. These crystals were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinements, Fourier-transform Raman (FT-Raman) and Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopies. The shape and size of these crystals were observed by field emission scanning electron microcopy (FE-SEM). Their optical properties were investigated by ultraviolet visible (UV-vis) absorption and photoluminescence (PL) measurements. Moreover, we have studied the photocatalytic (PC) activity of crystals for degradation of rhodamine B (RhB) dye. XRD patterns, Rietveld refinements data, FT-Raman and FT-IR spectroscopies indicate that all crystals exhibit a tetragonal structure without deleterious phases. FT-Raman spectra exhibited 13 Raman-active modes in a range from 50 to 1000 cm(-1), while FT-IR spectra have 8 infrared active modes in a range from 200 to 1050 cm(-1). FE-SEM images showed different shapes (bonbon-, spindle-, rice-and flake-like) as well as a reduction in the crystal size with an increase in Pr3+ ions. A possible growth process was proposed for these crystals. UV-vis absorption measurements revealed a decrease in optical band gap values with an increase of Pr3+ into the matrix. An intense green PL emission was noted for (Ba1-xPr2x/3)WO4 crystals (x = 0), while crystals with (x = 0.01 and 0.02) produced a reduction in the wide band PL emission and the narrow band PL emission which is related to f-f transitions from Pr3+ ions. High photocatalytic efficiency was verified for the bonbon-like BaWO4 crystals as a catalyst in the degradation of the RhB dye after 25 min under UV-light. Finally, we discuss possible mechanisms for PL and PC properties of these crystals.

CeO2 nanoparticles synthesized by a microwave-assisted hydrothermal method: evolution from nanospheres to nanorods

Ceria (CeO2) plays a vital role in emerging technologies for environmental and energy-related applications. The catalytic efficiency of ceria nanoparticles depends on its morphology. In this study, CeO2 nanoparticles were synthesized by a microwave-assisted hydrothermal method under different synthesis temperatures. The samples were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, Raman scattering spectroscopy, electron paramagnetic resonance spectroscopy and by the Brunauer-Emmett-Teller method. The X-ray diffraction and Raman scattering results indicated that all the synthesized samples had a pure cubic CeO2 structure. Rietveld analysis and Raman scattering also revealed the presence of structural defects due to an associated reduction in the valence of the Ce4+ ions to Ce3+ ions caused by an increasing molar fraction of oxygen vacancies. The morphology of the samples was controlled by varying the synthesis temperature. The TEM images show that samples synthesized at 80 degrees C consisted of spherical particles of about 5 nm, while those synthesized at 120 degrees C presented a mix of spherical and rod-like nanoparticles and the sample synthesized at 160 degrees C consisted of nanorods with 10 nm average diameter and 70 nm length. The microwave-assisted method proved to be highly efficient for the synthesis of CeO2 nanoparticles with different morphologies.

SnO2 nanocrystals synthesized by microwave-assisted hydrothermal method: towards a relationship between structural and optical properties

The exploration of novel synthetic methodologies that control both size and shape of functional nanostructure opens new avenues for the functional application of nanomaterials. Here, we report a new and versatile approach to synthesize SnO2 nanocrystals (rutile-type structure) using microwave-assisted hydrothermal method. Broad peaks in the X-ray diffraction spectra indicate the nanosized nature of the samples which were indexed as a pure cassiterite tetragonal phase. Chemically and physically adsorbed water was estimated by TGA data and FT-Raman spectra to account for a new broad peak around 560 cm(-1) which is related to defective surface modes. In addition, the spherical-like morphology and low dispersed distribution size around 3-5 nm were investigated by HR-TEM and FE-SEM microscopies. Room temperature PL emission presents two broad bands at 438 and 764 nm, indicating the existence of different recombination centers. When the size of the nanospheres decreases, the relative intensity of 513 nm emission increases and the 393 nm one decreases. UV-Visible spectra show substantial changes in the optical absorbance of crystalline SnO2 nanoparticles while the existence of a small tail points out the presence of localized levels inside the forbidden band gap and supplies the necessary condition for the PL emission.

Linking origin of the electric field-assisted beta-PbF2 crystallization in lead oxyfluoroborate glasses below T (g) to simultaneous cathode/anode-compensated electrochemical reactions

Full validation of the electrochemical mechanisms so far postulated as driving force of electric field-assisted non-spontaneous crystallization development in given glasses has suffered experimental restrictions. In this work, we looked into origin of this phenomenon in lead oxyfluoroborate glasses, resulting in beta-PbF2 growth even below the corresponding glass transition temperatures, through achieving a systematic study of not only Pt,Ag/Glass/Ag,Pt- but also Pt,Ag/Glass/YSZ:PbF2/Ag,Pt-type cells, where YSZ:PbF2 represents a two-phase system (formed by Y2O3-doped ZrO2 and PbF2). It is demonstrated that crystallization induction in these glasses involves Pb2+ ions reduction at the cathode, the phenomenon being, however, confirmed only when the F- ions were simultaneously also able to reach the anode for oxidation, after assuring either a direct glass-anode contact or percolation pathways for free fluoride migration across the YSZ:PbF2 mixtures. A further support of this account is that the electrochemically induced beta-PbF2 phase crystallizes showing ramified-like microstructure morphology that arises, accordingly, from development of electroconvective diffusion processes under electric field action.

Modulation of epidermial growth factor receptor signaling in colon adenocarcinoma

The use of agents targeting EGFR represents a new frontier in colon cancer therapy. Among these, monoclonal antibodies (mAbs) and EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKIs) seemed to be the most promising. However they have demonstrated low utility in therapy, the former being effective at toxic doses, the latter resulting inefficient in colon cancer. This thesis work presents studies on a new EGFR inhibitor, FR18, a molecule containing the same naphtoquinone core as shikonin, an agent with great anti-tumor potential. In HT-29, a human colon carcinoma cell line, flow cytometry, immunoprecipitation, and Western blot analysis, confocal spectral microscopy have demonstrated that FR18 is active at concentrations as low as 10 nM, inhibits EGF binding to EGFR while leaving unperturbed the receptor kinase activity. At concentration ranging from 30 nM to 5 μM, it activates apoptosis. FR18 seems therefore to have possible therapeutic applications in colon cancer. In addition, surface plasmon resonance (SPR) investigation of the direct EGF/EGFR complex interaction using different experimental approaches is presented. A commercially available purified EGFR was immobilised by amine coupling chemistry on SPR sensor chip and its interaction to EGF resulted to have a KD = 368 ± 0.65 nM. SPR technology allows the study of biomolecular interactions in real-time and label-free with a high degree of sensitivity and specificity and thus represents an important tool for drug discovery studies. On the other hand EGF/EGFR complex interaction represents a challenging but important system that can lead to significant general knowledge about receptor-ligand interactions, and the design of new drugs intended to interfere with EGFR binding activity.

Funzioni della subunità θ e del dominio PHP della subunità α nel core catalitico della DNA polimerasi III di Escherichia coli

Il core catalitico della DNA polimerasi III, composto dalle tre subunità α, ε e θ, è il complesso minimo responsabile della replicazione del DNA cromosomiale in Escherichia coli. Nell'oloenzima, α ed ε possiedono rispettivamente un'attività 5'-3' polimerasica ed un'attività 3'-5' esonucleasica, mentre θ non ha funzioni enzimatiche. Il presente studio si è concentrato sulle regioni del core che interagiscono direttamente con ε, ovvero θ (interagente all'estremità N-terminale di ε) e il dominio PHP di α (interagente all'estremità C-terminale di ε), delle quali non è stato sinora identificato il ruolo. Al fine di assegnare loro una funzione sono state seguite tre linee di ricerca parallele. Innanzitutto il ruolo di θ è stato studiato utilizzando approcci ex-vivo ed in vivo. I risultati presentati in questo studio mostrano che θ incrementa significativamente la stabilità della subunità ε, intrinsecamente labile. Durante gli esperimenti condotti è stata anche identificata una nuova forma dimerica di ε. Per quanto la funzione del dimero non sia definita, si è dimostrato che esso è attivamente dissociato da θ, che potrebbe quindi fungere da suo regolatore. Inoltre, è stato ritrovato e caratterizzato il primo fenotipo di θ associato alla crescita. Per quanto concerne il dominio PHP, si è dimostrato che esso possiede un'attività pirofosfatasica utilizzando un nuovo saggio, progettato per seguire le cinetiche di reazione catalizzate da enzimi rilascianti fosfato o pirofosfato. L'idrolisi del pirofosfato catalizzata dal PHP è stata dimostrata in grado di sostenere l'attività polimerasica di α in vitro, il che suggerisce il suo possibile ruolo in vivo durante la replicazione del DNA. Infine, è stata messa a punto una nuova procedura per la coespressione e purificazione del complesso α-ε-θ

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Plasmonic nanorods and nanoparticle-assemblies

Die vorliegenden Dissertation beschäftigt sich mit plasmonischen Nanopartikeln, deren Wechselwirkung mit Licht in einer Plasmonenschwingung resultiert. Suspensionen dieser Partikel zeigen kräftige Farben, da sich die Resonanzfrequenz der Plasmonenschwingung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrum befindet. Durch die Veränderung interner (Material, Größe, Form) oder externer Parameter (Brechungsindex der Umgebung, Abstand zu anderen plasmonischen Partikeln) lässt sich die Farbe der Partikel verändern, eine Verschiebung der Resonanzfrequenz kann beobachtet werden. Ihre Sensitivität gegenüber äußeren Bedingungen ist der Grund, weshalb plasmonische Nanopartikel als Sensoren eingesetzt werden können. Wichtig ist hierbei nicht nur, dass die Partikel eine hohe Sensitivität zeigen, sondern auch die Möglichkeit, reproduzierbar Partikel zu synthetisieren, die experimentellen Anforderungen entsprechen. In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum von reinen Gold- und mit Silber beschichteten Goldnanostäbchen untersucht. Des Weiteren werden plasmonische Nanopartikel als Orientierungs-, Brechungsindex- und Abstandssensoren verwendet. Die Synthese von Goldnanostäbchen erfolgt auf nasschemischen Weg, ihr anisotropes Wachstum aus isotropen Keimen wird durch zahlreiche Faktoren beeinflusst. In diesem Zusammenhang wurde ein Wachstumsmodell entwickelt, das neben dem Vorhandensein eines Stabilisators auch die Rolle von Bromid- und Silberionen herausstellt, die durch selektive Adsorption das Wachstum bestimmter Kristallflächen inhibieren. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Potentialdifferenz zwischen Reduktions- und Oxidationsmittel klein sein muss, um ein langsames selektives Wachstum zu gewährleisten. rnDurch das Aufwachsen einer dünnen Silberschicht auf Goldnanostäbchen verbessert sich deren Qualität im Bezug auf die heterogene Linienbreite. Der “Plasmonic Focusing Effect”, die Änderung der Steigung des linearen Zusammenhangs von Plasmonenresonanz und Aspektverhältnis, konnte theoretisch berechnet und experimentell verifiziert werden. Durch die Aufnahme zeitaufgelöster Spektren und die Untersuchung des Verlaufs der Reaktion wurden sowohl Reaktionsordnung, als auch Aktivierungsenergie ermittelt. Das so gefundene kinetische Model erlaubt zudem die Vorhersage des Reaktionsprodukts zu verschiedenen Zeiten. rnEinzelne Goldnanostäbchen wurden in einer Gelmatrix bei verschiedenen Temperaturen untersucht, die Aufnahme der zeitlichen Variation der polarisationsabhängigen Streuintensität konnte genutzt werden, um den Kollaps des Gels zu charakterisieren. Neben der Verwendung einzelner plasmonischer Nanopartikel wurden auch Dimere, bestehend aus zwei Goldnanokugeln, untersucht. Nach der Kalibrierung der Resonanzfrequenz gegenüber des Abstandes der beiden Partikel durch externe Methoden (Lichtstreuung, Cryo- Elektronenmikroskopie) wurde der so gefundene exponentielle Zusammenhang verwendet, um sowohl den Brechungsindex der Umgebung, als auch den Abstand der beiden Goldnanokugeln zu bestimmen. Des Weiteren wurden Goldnanopartikeldimere benutzt, um ein als Linker verwendetes thermoresponsives Elastin-Polymer bei verschiedenen Temperaturen zu charakterisieren. Neben Aggregaten aus zwei Goldnanokugeln wurden auch so genannte “core-satellite” Strukturen synthetisiert, die um einen großen Goldnanopartikelkern viele kleine Goldnanopartikel tragen. Diese Partikel haben eine theoretisch vorhergesagte höhere Sensitivität gegenüber Brechungsindexänderungen, was in ersten Experimenten gezeigt werden konnte.

Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen : Synthese von Polymer-Hydroxylapatit-Nanopartikeln, bio-inspirierten Nanokapseln und Polymer-Einzelkettenpartikeln

In der vorliegenden Arbeit wurden Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen für die Synthese von unterschiedlichen funktionellen Materialien mit neuartigen Eigenschaften verwendet. Das erste Themengebiet umfasst die Herstellung von Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikeln und –Hybridkapseln über die templatgesteuerte Mineralisation von Calciumphosphat. Die funktionalisierte Oberfläche von Polymernanopartikeln, welche über die Miniemulsionspolymerisation hergestellt wurden, diente als Templat für die Kristallisation von Calciumphosphat auf den Partikeln. Der Einfluss der funktionellen Carboxylat- und Phosphonat-Oberflächengruppen auf die Komplexierung von Calcium-Ionen sowie die Mineralisation von Calciumphosphat auf der Oberfläche der Nanopartikel wurde mit mehreren Methoden (ionenselektive Elektroden, REM, TEM und XRD) detailliert analysiert. Es wurde herausgefunden, dass die Mineralisation bei verschiedenen pH-Werten zu vollkommen unterschiedlichen Kristallmorphologien (nadel- und plättchenförmige Kristalle) auf der Oberfläche der Partikel führt. Untersuchungen der Mineralisationskinetik zeigten, dass die Morphologie der Hydroxylapatit-Kristalle auf der Partikeloberfläche mit der Änderung der Kristallisationsgeschwindigkeit durch eine sorgfältige Wahl des pH-Wertes gezielt kontrolliert werden kann. Sowohl die Eigenschaften der als Templat verwendeten Polymernanopartikel (z. B. Größe, Form und Funktionalisierung), als auch die Oberflächentopografie der entstandenen Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikel wurden gezielt verändert, um die Eigenschaften der erhaltenen Kompositmaterialien zu steuern. rnEine ähnliche bio-inspirierte Methode wurde zur in situ-Herstellung von organisch/anorganischen Nanokapseln entwickelt. Hierbei wurde die flexible Grenzfläche von flüssigen Miniemulsionströpfchen zur Mineralisation von Calciumphosphat an der Grenzfläche eingesetzt, um Gelatine/Calciumphosphat-Hybridkapseln mit flüssigem Kern herzustellen. Der flüssige Kern der Nanokapseln ermöglicht dabei die Verkapselung unterschiedlicher hydrophiler Substanzen, was in dieser Arbeit durch die erfolgreiche Verkapselung sehr kleiner Hydroxylapatit-Kristalle sowie eines Fluoreszenzfarbstoffes (Rhodamin 6G) demonstriert wurde. Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften der Gelatine/Calciumphosphat-Kapseln konnten abhängig vom pH-Wert der Umgebung unterschiedliche Mengen des verkapselten Fluoreszenzfarbstoffes aus den Kapseln freigesetzt werden. Eine mögliche Anwendung der Polymer/Calciumphosphat-Partikel und –Kapseln ist die Implantatbeschichtung, wobei diese als Bindeglied zwischen künstlichem Implantat und natürlichem Knochengewebe dienen. rnIm zweiten Themengebiet dieser Arbeit wurde die Grenzfläche von Nanometer-großen Miniemulsionströpfchen eingesetzt, um einzelne in der dispersen Phase gelöste Polymerketten zu separieren. Nach der Verdampfung des in den Tröpfchen vorhandenen Lösungsmittels wurden stabile Dispersionen sehr kleiner Polymer-Nanopartikel (<10 nm Durchmesser) erhalten, die aus nur wenigen oder einer einzigen Polymerkette bestehen. Die kolloidale Stabilität der Partikel nach der Synthese, gewährleistet durch die Anwesenheit von SDS in der wässrigen Phase der Dispersionen, ist vorteilhaft für die anschließende Charakterisierung der Polymer-Nanopartikel. Die Partikelgröße der Nanopartikel wurde mittels DLS und TEM bestimmt und mit Hilfe der Dichte und des Molekulargewichts der verwendeten Polymere die Anzahl an Polymerketten pro Partikel bestimmt. Wie es für Partikel, die aus nur einer Polymerkette bestehen, erwartet wird, stieg die mittels DLS bestimmte Partikelgröße mit steigendem Molekulargewicht des in der Synthese der Partikel eingesetzten Polymers deutlich an. Die Quantifizierung der Kettenzahl pro Partikel mit Hilfe von Fluoreszenzanisotropie-Messungen ergab, dass Polymer-Einzelkettenpartikel hoher Einheitlichkeit hergestellt wurden. Durch die Verwendung eines Hochdruckhomogenisators zur Herstellung der Einzelkettendispersionen war es möglich, größere Mengen der Einzelkettenpartikel herzustellen, deren Materialeigenschaften zurzeit näher untersucht werden.rn

Many-Core Architectures: Hardware-Software Optimization and Modeling Techniques

During the last few decades an unprecedented technological growth has been at the center of the embedded systems design paramount, with Moore’s Law being the leading factor of this trend. Today in fact an ever increasing number of cores can be integrated on the same die, marking the transition from state-of-the-art multi-core chips to the new many-core design paradigm. Despite the extraordinarily high computing power, the complexity of many-core chips opens the door to several challenges. As a result of the increased silicon density of modern Systems-on-a-Chip (SoC), the design space exploration needed to find the best design has exploded and hardware designers are in fact facing the problem of a huge design space. Virtual Platforms have always been used to enable hardware-software co-design, but today they are facing with the huge complexity of both hardware and software systems. In this thesis two different research works on Virtual Platforms are presented: the first one is intended for the hardware developer, to easily allow complex cycle accurate simulations of many-core SoCs. The second work exploits the parallel computing power of off-the-shelf General Purpose Graphics Processing Units (GPGPUs), with the goal of an increased simulation speed. The term Virtualization can be used in the context of many-core systems not only to refer to the aforementioned hardware emulation tools (Virtual Platforms), but also for two other main purposes: 1) to help the programmer to achieve the maximum possible performance of an application, by hiding the complexity of the underlying hardware. 2) to efficiently exploit the high parallel hardware of many-core chips in environments with multiple active Virtual Machines. This thesis is focused on virtualization techniques with the goal to mitigate, and overtake when possible, some of the challenges introduced by the many-core design paradigm.

Biomimetic Scaffolds for the Controlled Release of Bioactive Molecules for Tissue Engineering Applications

The temporospatial controlled delivery of growth factors is crucial to trigger the desired healing mechanisms in target tissues. The uncontrolled release of growth factors has been demonstrated to cause severe side effects in its surrounding tissues. Thus, the first working hypothesis was to tune and optimize a newly developed multiscale delivery platform based on a nanostructured silicon particle core (pSi) and a poly (dl-lactide-co-glycolide) acid (PLGA) outer shell. In a murine subcutaneous model, the platform was demonstrated to be fully tunable for the temporal and spatial control release of the payload. Secondly, a multiscale approach was followed in a multicompartment collagen scaffold, to selectively integrate different sets of PLGA-pSi loaded with different reporter proteins. The spatial confinement of the microspheres allowed the release of the reporter proteins in each of the layers of the scaffold. Finally, the staged and zero-order release kinetics enabled the temporal biochemical patterning of the scaffold. The last step of this PhD project was to test if by fully embedding PLGA microspheres in a highly structured and fibrous collagen-based scaffold (camouflaging), it was possible to prevent their early detection and clearance by macrophages. It was further studied whether such a camouflaging strategy was efficient in reducing the production of key inflammatory molecules, while preserving the release kinetics of the payload of the PLGA microspheres. Results demonstrated that the camouflaging allowed for a 10-fold decrease in the number of PLGA microspheres internalized by macrophages, suggesting that the 3D scaffold operated by cloaking the PLGA microspheres. When the production of key inflammatory cytokines induced by the scaffold was assessed, macrophages' response to the PLGA microspheres-integrated scaffolds resulted in a response similar to that observed in the control (not functionalized scaffold) and the release kinetic of a reporter protein was preserved.

Annual layering in the NGRIP ice core during the Eemian

The Greenland NGRIP ice core continuously covers the period from present day back to 123 ka before present, which includes several thousand years of ice from the previous interglacial period, MIS 5e or the Eemian. In the glacial part of the core, annual layers can be identified from impurity records and visual stratigraphy, and stratigraphic layer counting has been performed back to 60 ka. In the deepest part of the core, however, the ice is close to the pressure melting point, the visual stratigraphy is dominated by crystal boundaries, and annual layering is not visible to the naked eye. In this study, we apply a newly developed setup for high-resolution ice core impurity analysis to produce continuous records of dust, sodium and ammonium concentrations as well as conductivity of melt water. We analyzed three 2.2 m sections of ice from the Eemian and the glacial inception. In all of the analyzed ice, annual layers can clearly be recognized, most prominently in the dust and conductivity profiles. Part of the samples is, however, contaminated in dust, most likely from drill liquid. It is interesting that the annual layering is preserved despite a very active crystal growth and grain boundary migration in the deep and warm NGRIP ice. Based on annual layer counting of the new records, we determine a mean annual layer thickness close to 11 mm for all three sections, which, to first order, confirms the modeled NGRIP time scale (ss09sea). The counting does, however, suggest a longer duration of the climatically warmest part of the NGRIP record (MIS5e) of up to 1 ka as compared to the model estimate. Our results suggest that stratigraphic layer counting is possible basically throughout the entire NGRIP ice core, provided sufficiently highly-resolved profiles become available.

Scale Up of PLA Nanoparticle Synthesis by Solvent Displacement and Functionalization of the Particles with a Silica Shell for Targeted Drug Delivery Applications

Biodegradable polymer nanoparticles have the properties necessary to address many of the issues associated with current drug delivery techniques including targeted and controlled delivery. A novel drug delivery vehicle is proposed consisting of a poly(lactic acid) nanoparticle core, with a functionalized, mesoporous silica shell. In this study, the production of PLA nanoparticles is investigated using solvent displacement in both a batch and continuous manner, and the effects of various system parameters are examined. Using Pluronic F-127 as the stabilization agent throughout the study, PLA nanoparticles are produced through solvent displacement with diameters ranging from 200 to 250 nm using two different methods: dropwise addition and in an impinging jet mixer. The impinging jet mixer allows for easy scale-up of particle production. The concentration of surfactant and volume of quench solution is found to have minimal impact on particle diameter; however, the concentration of PLA is found to significantly impact the diameter mean and polydispersity. In addition, the stability of the PLA nanoparticles is observed to increase as residual THF is evaporated. Lastly, the isolated PLA nanoparticles are coated with a silica shell using the Stöber Process. It is found that functionalizing the silica with a phosphonic silane in the presence of excess Pluronic F-127 decreases coalescence of the particles during the coating process. Future work should be conducted to fine-tune the PLA nanoparticle synthesis process by understanding the effect of other system parameters and in synthesizing mesoporous silica shells.