Structure and kinetics of formation of APTS/GPTS-derived organic/inorganic hybrids

The structure and the kinetics of formation of APTS/GPTS-derived organic/inorganic hybrids were studied in situ by small-angle-X-ray scattering. The data were interpreted in terms of a process of primary particles formation and growth of mass-fractal clusters. At the very early stage, the population of the nonfractal primary particles (D = 3) increases with time. As the mass-fractal clusters appear (D < 3) as a result of the aggregation process, the radius of gyration, Rg, of the clusters increases on average. At advanced stages of aggregation, the clusters grow in a mechanism in which the number of particles per clusters increases while the number of clusters diminishes with time, in such a way that the correlation volume of the clusters, Vc, fulfills the relationship Vc â̂ R g D, in agreement with a mass-fractal character of the clusters. These results supporting a cluster-cluster aggregation process, together with the typically very low value found for the mass-fractal dimension D, are in favor of a diffusion-controlled cluster aggregation mechanism. © 2013 American Chemical Society.

Propriedades estruturais de géis obtidos a partir de sono-hidrólise de TEOS e troca de fase líquida por acetona

Pós-graduação em Física - IGCE

Estudo da interação de prótons com alvos não homogêneos, aplicados a tomografia com feixes de prótons

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Mass and surface fractal in supercritical dried silica aerogels prepared with additions of sodium dodecyl sulfate

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

Características estruturais de aerogéis hidrofílicos e hidrofóbicos de sílica modificados com Dodecil Sulfato de Sódio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Trägerkatalysatoren auf Polymerbasis für industrielle Olefinpolymerisationsprozesse

Im Rahmen dieser Arbeit werden Trägersysteme auf Basis von Polystyrol nach unterschiedlichen Konzepten hergestellt und in Propen-, Ethen- sowie Ethen-Hexen-Polymerisationengetestet. Eine universelle Einsetzbarkeit wird durch das Konzept der nichtkovalenten Metallocenbindung erreicht.Mit partiell reversibel vernetzten Trägern, die nicht mehr vollständig fragmentieren können, wird es möglich, harte, gleichmäßige Produktteilchen mit Schüttdichten über 400g/l zu erhalten. Diese Systeme erreichen bei Ethen-Hexen-Copolymerisationen Produktivitäten über 2500 Gramm Produkt pro Gramm Katalysator und Stunde bei einem sehr gleichmäßigen Aktivitätsverlauf.

Synthese von modifizierten anorganischen Nanopartikeln für polymere Nanokomposite

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Hydrophobisierung anorganischer Nanopartikel für die Herstellung von Nanokompositen. Aufgrund der großen, reaktiven Oberfläche neigen Nanopartikel zur Aggregation, besonders in hydrophoben Medien. Literaturbekannte Verfahren der nachträglichen Modifizierung bereits existierender Partikeln führen nur teilweise zu gut redispergierbaren Partikeln in hydrophoben Medien. Da die Hülle erst nach der Partikelbildung erzeugt wird, läßt sich die Entstehung von Primäraggregaten nicht vermeiden. Die Neuheit der in dieser Arbeit angewandten Methode ist die Bildung der Partikelhülle vor der Entstehung der Partikel. Die Fällung der Nanopartikel innerhalb wäßriger Emulsionströpfchen schließt eine vorzeitige Aggregation der Partikel aus. Eine große Anzahl unterschiedlicher anorganischer Nanopartikel wurde hergestellt, deren Größe durch Variation der Syntheseparameter beeinflußt werden konnte. Ferner war es möglich, eine breite Variationsmöglichkeit der Art der Partikelhülle darzustellen, die sich als maßgeblich für die Kompatibilität zu einer Polymermatrix herausstellte. Die Kompatibilität zur Matrix ermöglichte eine einwandfreie Dispergierung von unterschiedlichen anorganischen Nanopartikeln im Kompositmaterial. Je nach Auswahl des anorganischen Materials können verschiedene Kompositeigenschaften, wie beispielsweise optische, elektrische, magnetische oder mechanische, beeinflußt werden. In dieser Arbeit wurde der Schwerpunkt auf eine erhöhte UV-Absorption gelegt, wobei sich auch eine verbesserte Schlagzähigkeit der Nanokomposite zeigte. Durch die hervorragende Dispergierung der Nanopartikel in der Matrix waren diese Nanokomposite hochtransparent.

Entwicklung von chiralen- sowie RP-HPLC-Methoden in Verbindung mit hochauflösender MS und deren Anwendung zur Analyse sekundärer organischer Aerosole in der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Edelga¬sen. Obwohl Partikel weniger als 0,1% ausmachen, spielen sie eine entscheidende Rolle in der Chemie und Physik der Atmosphäre, da sie das Klima der Erde sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen. Je nach Art der Bildung unterscheidet man zwischen primären und sekundären Partikeln, wobei primäre Partikel direkt in die Atmosphäre eingetragen werden. Sekundäre Partikel hingegen entstehen durch Kondensation von schwerflüchtigen Verbindungen aus der Gasphase, welche durch Reaktionen von gasförmigen Vorläufersubstanzen (volatile organic compounds, VOCs) mit atmosphärischen Oxidantien wie Ozon oder OH-Radikalen gebildet werden. Da die meisten Vorläufersubstanzen organischer Natur sind, wird das daraus gebil¬dete Aerosol als sekundäres organisches Aerosol (SOA) bezeichnet. Anders als die meisten primären Partikel stammen die VOCs überwiegend aus biogenen Quellen. Es handelt sich da¬bei um ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die bei intensiver Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen von Pflanzen emittiert werden. Viele der leichtflüchtigen Vorläufersubstanzen sind chiral, sowohl die Vorläufer als auch die daraus gebildeten Partikel werden aber in den meisten Studien als eine Verbindung betrachtet und gemeinsam analysiert. Die mit Modellen berechneten SOA-Konzentrationen, welche auf dieser traditionellen Vorstellung der SOA-Bil¬dung beruhen, liegen deutlich unterhalb der in der Atmosphäre gefundenen, so dass neben diesem Bildungsweg auch noch andere SOA-Bildungsarten existieren müssen. Aus diesem Grund wird der Fokus der heutigen Forschung vermehrt auf die heterogene Chemie in der Partikelphase gerichtet. Glyoxal als Modellsubstanz kommt hierbei eine wichtige Rolle zu. Es handelt sich bei dieser Verbindung um ein Molekül mit einem hohen Dampfdruck, das auf Grund dieser Eigenschaft nur in der Gasphase zu finden sein sollte. Da es aber über zwei Alde¬hydgruppen verfügt, ist es sehr gut wasserlöslich und kann dadurch in die Partikelphase über¬gehen, wo es heterogenen chemischen Prozessen unterliegt. Unter anderem werden in An¬wesenheit von Ammoniumionen Imidazole gebildet, welche wegen der beiden Stickstoff-He¬teroatome lichtabsorbierende Eigenschaften besitzen. Die Verteilung von Glyoxal zwischen der Gas- und der Partikelphase wird durch das Henrysche Gesetz beschrieben, wobei die Gleichgewichtskonstante die sogenannte Henry-Konstante ist. Diese ist abhängig von der un¬tersuchten organischen Verbindung und den im Partikel vorhandenen anorganischen Salzen. Für die Untersuchung chiraler Verbindungen im SOA wurde zunächst eine Filterextraktions¬methode entwickelt und die erhaltenen Proben anschließend mittels chiraler Hochleistungs-Flüssigchromatographie, welche an ein Elektrospray-Massenspektrometer gekoppelt war, analysiert. Der Fokus lag hierbei auf dem am häufigsten emittierten Monoterpen α-Pinen und seinem Hauptprodukt, der Pinsäure. Da bei der Ozonolyse des α-Pinens das cyclische Grund¬gerüst erhalten bleibt, können trotz der beiden im Molekül vorhanden chiralen Zentren nur zwei Pinsäure Enantiomere gebildet werden. Als Extraktionsmittel wurde eine Mischung aus Methanol/Wasser 9/1 gewählt, mit welcher Extraktionseffizienzen von 65% für Pinsäure Enan¬tiomer 1 und 68% für Pinsäure Enantiomer 2 erreicht werden konnten. Des Weiteren wurden Experimente in einer Atmosphärensimulationskammer durchgeführt, um die Produkte der α-Pinen Ozonolyse eindeutig zu charakterisieren. Enantiomer 1 wurde demnach aus (+)-α-Pinen gebildet und Enantiomer 2 entstand aus (-)-α-Pinen. Auf Filterproben aus dem brasilianischen Regenwald konnte ausschließlich Pinsäure Enantiomer 2 gefunden werden. Enantiomer 1 lag dauerhaft unterhalb der Nachweisgrenze von 18,27 ng/mL. Im borealen Nadelwald war das Verhältnis umgekehrt und Pinsäure Enantiomer 1 überwog vor Pinsäure Enantiomer 2. Das Verhältnis betrug 56% Enantiomer 1 zu 44% Enantiomer 2. Saisonale Verläufe im tropischen Regenwald zeigten, dass die Konzentrationen zur Trockenzeit im August höher waren als wäh¬rend der Regenzeit im Februar. Auch im borealen Nadelwald wurden im Sommer höhere Kon¬zentrationen gemessen als im Winter. Die Verhältnisse der Enantiomere änderten sich nicht im jahreszeitlichen Verlauf. Die Bestimmung der Henry-Konstanten von Glyoxal bei verschiedenen Saataerosolen, nämlich Ammoniumsulfat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid und Ammoniumnitrat sowie die irreversible Produktbildung aus Glyoxal in Anwesenheit von Ammoniak waren Forschungs¬gegenstand einer Atmosphärensimulationskammer-Kampagne am Paul-Scherrer-Institut in Villigen, Schweiz. Hierzu wurde zunächst das zu untersuchende Saataerosol in der Kammer vorgelegt und dann aus photochemisch erzeugten OH-Radikalen und Acetylen Glyoxal er¬zeugt. Für die Bestimmung der Glyoxalkonzentration im Kammeraerosol wurde zunächst eine beste¬hende Filterextraktionsmethode modifiziert und die Analyse mittels hochauflösender Mas¬senspektrometrie realisiert. Als Extraktionsmittel kam 100% Acetonitril, ACN zum Einsatz wo¬bei die Extraktionseffizienz bei 85% lag. Für die anschließende Derivatisierung wurde 2,4-Di¬nitrophenylhydrazin, DNPH verwendet. Dieses musste zuvor drei Mal mittels Festphasenex¬traktion gereinigt werden um störende Blindwerte ausreichend zu minimieren. Die gefunde¬nen Henry-Konstanten für Ammoniumsulfat als Saataerosol stimmten gut mit in der Literatur gefundenen Werten überein. Die Werte für Natriumnitrat und Natriumchlorid als Saataerosol waren kleiner als die von Ammoniumsulfat aber größer als der Wert von reinem Wasser. Für Ammoniumnitrat und Kaliumsulfat konnten keine Konstanten berechnet werden. Alle drei Saataerosole führten zu einem „Salting-in“. Das bedeutet, dass bei Erhöhung der Salzmolalität auch die Glyoxalkonzentration im Partikel stieg. Diese Beobachtungen sind auch in der Litera¬tur beschrieben, wobei die Ergebnisse dort nicht auf der Durchführung von Kammerexperi¬menten beruhen, sondern mittels bulk-Experimenten generiert wurden. Für die Trennung der Imidazole wurde eine neue Filterextraktionsmethode entwickelt, wobei sich ein Gemisch aus mit HCl angesäuertem ACN/H2O im Verhältnis 9/1 als optimales Extrak¬tionsmittel herausstellte. Drei verschiedenen Imidazole konnten mit dieser Methode quanti¬fiziert werden, nämlich 1-H-Imidazol-4-carbaldehyd (IC), Imidazol (IM) und 2,2‘-Biimidazol (BI). Die Effizienzen lagen für BI bei 95%, für IC bei 58% und für IM bei 75%. Kammerexperimente unter Zugabe von Ammoniak zeigten höhere Imidazolkonzentrationen als solche ohne. Wurden die Experimente ohne Ammoniak in Anwesenheit von Ammoni¬umsulfat durchgeführt, wurden höhere Imidazol-Konzentrationen gefunden als ohne Ammo¬niumionen. Auch die relative Luftfeuchtigkeit spielte eine wichtige Rolle, da sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige relative Luftfeuchtigkeit zu einer verminderten Imidazolbildung führte. Durch mit 13C-markiertem Kohlenstoff durchgeführte Experimente konnte eindeutig gezeigt werden, dass es sich bei den gebildeten Imidazolen und Glyoxalprodukte handelte. Außerdem konnte der in der Literatur beschriebene Bildungsmechanismus erfolgreich weiter¬entwickelt werden. Während der CYPHEX Kampagne in Zypern konnten erstmalig Imidazole in Feldproben nach¬gewiesen werden. Das Hauptprodukt IC zeigte einen tageszeitlichen Verlauf mit höheren Kon¬zentrationen während der Nacht und korrelierte signifikant aber schwach mit der Acidität und Ammoniumionenkonzentration des gefundenen Aerosols.

Generation and characterization of stable, highly concentrated titanium dioxide nanoparticle aerosols for rodent inhalation studies

The intensive use of nano-sized titanium dioxide (TiO2) particles in many different applications necessitates studies on their risk assessment as there are still open questions on their safe handling and utilization. For reliable risk assessment, the interaction of TiO2 nanoparticles (NP) with biological systems ideally needs to be investigated using physico-chemically uniform and well-characterized NP. In this article, we describe the reproducible production of TiO2 NP aerosols using spark ignition technology. Because currently no data are available on inhaled NP in the 10–50 nm diameter range, the emphasis was to generate NP as small as 20 nm for inhalation studies in rodents. For anticipated in vivo dosimetry analyses, TiO2 NP were radiolabeled with 48V by proton irradiation of the titanium electrodes of the spark generator. The dissolution rate of the 48V label was about 1% within the first day. The highly concentrated, polydisperse TiO2 NP aerosol (3–6 × 106 cm−3) proved to be constant over several hours in terms of its count median mobility diameter, its geometric standard deviation, and number concentration. Extensive characterization of NP chemical composition, physical structure, morphology, and specific surface area was performed. The originally generated amorphous TiO2 NP were converted into crystalline anatase TiO2 NP by thermal annealing at 950 °C. Both crystalline and amorphous 20-nm TiO2 NP were chain agglomerated/aggregated, consisting of primary particles in the range of 5 nm. Disintegration of the deposited TiO2 NP in lung tissue was not detectable within 24 h.

Petrography and geochemistry of organic matter at DSDP Holes 80-549 and 80-550B

Three lower Barremian to middle/upper Cenomanian samples from DSDP Hole 549 and three lower Cenomanian to lower Maestrichtian samples from DSDP Hole 550B were investigated by organic geochemical and organic petrographic methods. The samples came from wells drilled in the area of the Goban Spur in the northeastern Atlantic; they represent gray to greenish gray carbonaceous mud or siltstones from the deeper parts of the Cretaceous sequences penetrated and light-colored chalks from the shallower ones. The total amount of organic carbon is below 1% in all samples; it is especially low in the Cenomanian to Maestrichtian chalks. Terrigenous organic matter predominates; only the Barremian sample shows a moderate number of marine phytoclasts. As indicated by several parameters, the maturity of the organic matter is low, corresponding to about 0.4% vitrinite reflectance.

Particle formation during soy protein precipitation

The current success of soy foods is driving soy ingredient manufacturers to develop innovative products for food manufacturers. One such innovation is separating the soy proteins glycinin and beta-conglycinin to take advantage of their individual functional and nutritional properties. Precipitation by acidification is a low-cost method for separating these two proteins. Separation is achieved by preferentially precipitating glycinin at pH ~ 6 while beta-conglycinin remains in solution. Understanding the particle formation during protein precipitation is important as it can influence the efficiency of the precipitation process as well as subsequent downstream processes such as the particle-liquid separation step, usually achieved by centrifugation. Most of the previous soy protein precipitation studies are limited to precipitation at pH 4 as this is the pH range most commonly used in the commercial manufacturing of soy protein isolates. To date, there have been no studies on the particle formation during precipitation at pH > 5.Precipitation of soy protein is generally thought to occur by the rapid formation of primary particles in the size range of 0.1 - 0.3 microns followed by aggregation of these particles via collision to aggregates of size about 1 - 50 microns. The formation of the primary particles occurs on a time scale much shorter than that of the overall precipitation process (Nelson and Glatz, 1985). This study shows that precipitation of soy protein is indeed rapid. At high pH levels, binary liquid-liquid separation occurs forming a protein-rich heavy phase. The protein-rich phase appears as droplets which can be coalesced to form a uniform bulk layer under centrifugation forces. Upon lowering the pH level by the addition of acid, further protein is precipitated as amorphous material which binds the droplets together to form aggregates of amorphous precipitates. Liquid-liquid separation has been observed in many protein solutions but this phenomenon has only scarcely been reported in the literature for soy proteins. It presents an exciting opportunity for an innovative product. Features of the liquid-phase protein such as protein yield and purity will be characterized.

The creep properties of a series of zinc-rich zinc-aluminium alloys

The compressive creep behaviour of six sand cast zinc-rich alloys: No3 and No5, corresponding to BS 1004A and BS 1004B, respectively, alloy No2, ILZRO,.16 and two newer alloys ACuZinc5 and ACuZinc10 was investigated. The total creep contraction of the alloys was found to be well correlated using an empirical equation. On the basis of this equation, a parametrical relationship was derived which allowed the total creep contraction to be related to the applied stress, the temperature and the time of test, so that a quantitative assessment of compressive creep of the alloys could be made under different testing conditions. The primary creep and secondary creep rates were found for the alloys at different temperatures and stresses. Generally, the primary creep contraction was found to increase with copper content, whereas secondary creep rates decreased in the order No3, ACuZinc10, ACuZinc5 and No2. ILZRO.16 was tested only at the highest stress and two higher temperatures. The results showed that ILZRO.16 had higher creep resistance than all the other alloys. Thus, based on the above empirical equation, alloy No2 was found to have a substantially better total creep resistance than alloys No3 and No5, and slightly better than ACuZinc5 and ACuZinc10 for strains up to 1%. Both ACuZinc alloys had higher creep strength than commercial alloys No3 and No5. Alloy No5 had much higher creep resistance than alloy No3 under all conditions. The superior creep resistance of alloy No2 was considered to be due to the presence of small precipitates of -phase in the zinc matrix and a regular eutectic morphology. The stress exponents and activation energies for creep under different testing conditions were found to be consistent with some established creep-controlling mechanisms; i.e. dislocation climb for alloy No3, dislocation climb over second phase particles for alloys No5, No2, ACuZinc10, controlled by lattice diffusion in the zinc-rich phase. The lower creep resistance of alloy No3 was mainly due to the lower creep strength of copper-free primary particles having greater volume than eutectic in the microstructure. Alloys No5, ACuZinc5 and ACuZinc10 showed much better creep resistance than alloy No3, based on the precipitation-hardening due to the presence of small -phase precipitates. The primary dendrites in both ACuZinc alloys however were not of much benefit in improving the creep resistance of the alloys.

Condensation-enhanced self-assembly as a route to high surface area α-aluminas

High surface area nanosized α-alumina has been obtained by thermally treating a sol-gel-derived mesophase at 1200 C; the mesophase was synthesized by a sol-gel route involving evaporation induced self-assembly (EISA) of a hydrolyzed gel from Al-tri-sec-butoxide in s-BuOH in the presence of a nonionic surfactant (EO20PO70EO20), HCl as catalyst, and water (H2O/Al = 6). The activated material renders moderate surface areas of about 8.4-10 m2 g-1, associated with significant crystallite coarsening. The key aspect to produce smaller crystallites is making the mesophase more resistant to coarsening. This was achieved by enhancing the condensation step by treating the hydrolyzed gel with tetrabutyl ammonium hydroxide (TBAOH) before evaporation. The characteristics of the mesophase indicate condensation of the primary particles with less AlO5 unsaturated sites, at the expense of a lower solid yield due to small crystallites dissolution. The activated TBAOH condensed EISA material is composed of α-alumina aggregated crystallites of about 60-100 nm, and the material possesses surface areas ranging from 16 to 24 m2 g -1 due to the improved resistance to coarsening. At least two aspects are suggested to play a role in this. The worm-hole morphology of the mesophase aggregates yields high particle coordination, which favors densification rather than coarsening. Furthermore, the decrease of the AlO5 defect sites by the TBAOH condensation makes the mesophase less reactive and consequently more resistant to coarsening. © 2013 American Chemical Society.

Removal of organic content from diesel exhaust particles alters cellular responses of primary human bronchial epithelial cells cultured at an air-liquid interface

Background Exposure to air pollutants, including diesel particulate matter, has been linked to adverse respiratory health effects. Inhaled diesel particulate matter contains adsorbed organic compounds. It is not clear whether the adsorbed organics or the residual components are more deleterious to airway cells. Using a physiologically relevant model, we investigated the role of diesel organic content on mediating cellular responses of primary human bronchial epithelial cells (HBECs) cultured at an air-liquid interface (ALI). Methods Primary HBECs were cultured and differentiated at ALI for at least 28 days. To determine which component is most harmful, we compared primary HBEC responses elicited by residual (with organics removed) diesel emissions (DE) to those elicited by neat (unmodified) DE for 30 and 60 minutes at ALI, with cigarette smoke condensate (CSC) as the positive control, and filtered air as negative control. Cell viability (WST-1 cell proliferation assay), inflammation (TNF-α, IL-6 and IL-8 ELISA) and changes in gene expression (qRT-PCR for HO-1, CYP1A1, TNF-α and IL-8 mRNA) were measured. Results Immunofluorescence and cytological staining confirmed the mucociliary phenotype of primary HBECs differentiated at ALI. Neat DE caused a comparable reduction in cell viability at 30 or 60 min exposures, whereas residual DE caused a greater reduction at 60 min. When corrected for cell viability, cytokine protein secretion for TNF-α, IL-6 and IL-8 were maximal with residual DE at 60 min. mRNA expression for HO-1, CYP1A1, TNF-α and IL-8 was not significantly different between exposures. Conclusion This study provides new insights into epithelial cell responses to diesel emissions using a physiologically relevant aerosol exposure model. Both the organic content and residual components of diesel emissions play an important role in determining bronchial epithelial cell response in vitro. Future studies should be directed at testing potentially useful interventions against the adverse health effects of air pollution exposure.

Alpha particles induce pan-nuclear phosphorylation of H2AX in primary human lymphocytes mediated through ATM

The use of high linear energy transfer radiations in the form of carbon ions in heavy ion beam lines or alpha particles in new radionuclide treatments has increased substantially over the past decade and will continue to do so due to the favourable dose distributions they can offer versus conventional therapies. Previously it has been shown that exposure to heavy ions induces pan-nuclear phosphorylation of several DNA repair proteins such as H2AX and ATM in vitro. Here we describe similar effects of alpha particles on ex vivo irradiated primary human peripheral blood lymphocytes. Following alpha particle irradiation pan-nuclear phosphorylation of H2AX and ATM, but not DNA-PK and 53BP1, was observed throughout the nucleus. Inhibition of ATM, but not DNA-PK, resulted in the loss of pan-nuclear phosphorylation of H2AX in alpha particle irradiated lymphocytes. Pan-nuclear gamma-H2AX signal was rapidly lost over 24h at a much greater rate than foci loss. Surprisingly, pan-nuclear gamma-H2AX intensity was not dependent on the number of alpha particle induced double strand breaks, rather the number of alpha particles which had traversed the cell nucleus. This distinct fluence dependent damage signature of particle radiation is important in both the fields of radioprotection and clinical oncology in determining radionuclide biological dosimetry and may be indicative of patient response to new radionuclide cancer therapies.