Compact and autonomous multiwavelength microanalyzer for in-line and in situ colorimetric determinations

Nowadays, the attainment of microsystems that integrate most of the stages involved in an analytical process has raised an enormous interest in several research fields. This approach provides experimental set-ups of increased robustness and reliability, which simplify their application to in-line and continuous biomedical and environmental monitoring. In this work, a novel, compact and autonomous microanalyzer aimed at multiwavelength colorimetric determinations is presented. It integrates the microfluidics (a three-dimensional mixer and a 25 mm length "Z-shape" optical flow-cell), a highly versatile multiwavelength optical detection system and the associated electronics for signal processing and drive, all in the same device. The flexibility provided by its design allows the microanalyzer to be operated either in single fixed mode to provide a dedicated photometer or in multiple wavelength mode to obtain discrete pseudospectra. To increase its reliability, automate its operation and allow it to work under unattended conditions, a multicommutation sub-system was developed and integrated with the experimental set-up. The device was initially evaluated in the absence of chemical reactions using four acidochromic dyes and later applied to determine some key environmental parameters such as phenol index, chromium(VI) and nitrite ions. Results were comparable with those obtained with commercial instrumentation and allowed to demonstrate the versatility of the proposed microanalyzer as an autonomous and portable device able to be applied to other analytical methodologies based on colorimetric determinations.

Pain in photodynamic therapy: mechanism of action and management strategies

Photodynamic therapy involves administration of a photosensitizing drug and its subsequent activation by irradiation with a light source at wavelengths matching the absorption spectrum of the photosensitizer. In many countries around the world, topical photodynamic therapy has been approved for treatment of cutaneous oncologic conditions such as actinic keratosis, Bowen's disease, and superficial basal cell carcinoma. Multicenter, randomized, controlled studies have confirmed its efficacy and superior cosmetic outcomes compared to conventional therapies. Nevertheless, this therapeutic method presents some adverse effects, such as erythema, edema, pigmentation, pustules, and pain. There is no doubt that pain is the most severe of the adverse effects, being sometimes responsible for definitive treatment interruption. The pain mechanism has not yet been fully understood, which makes complete pain control a challenge to be conquered. In spite of that, this literature review presents some useful pain management strategies as well as the most important pain-related factors in photodynamic therapy.

Photo- and electroluminescence in a series of PPV type terpolymers containing fluorene, thiophene and phenylene units

The emissive properties of terpolymers with fluorene, thiophene and phenylene groups, forming alternating PPV type structures, are discussed in terms of their composition, photo- and electroluminescence properties. The fluorene groups were inserted in each phenylene-vinylene and thiophene-vinylene units, and their concentration did not vary, representing 50% of the molar composition. The ratio of thiophene-vinylene/phenylene-vinylene varied in the range 25,50 and 75%. Photo- and electroluminescence properties were strongly dependent on the thiophene-vinylene content and were compared with the fluorene-vinylene-thiophene and fluorene-vinylene-phenylene parent copolymers. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Photophysical and photovoltaic properties of a PPV type copolymer containing alternated fluorene and thiophene units

The synthesis and photophysical characterization of a PPV-type copolymer containing a fluorene derivative alternated with thiophene units is presented: poly(9,9'-dioctylfluorene-thiophene) (LAPPS29). Photophysical studies demonstrated that in the solid state only preformed ground state aggregates are responsible for exciton formation. These aggregates are formed with a wide range of size distribution. The emission from isolated segments is quenched either by resonant energy transfer, or by migration processes. Also, the main photovoltaic parameters are discussed in connection with the photophysical behavior.

Photodynamic therapy for the treatment of induced mammary tumor in rats

The objective of this work was to evaluate photodynamic therapy (PDT) by using a hematoporphyrin derivative as a photosensitizer and light-emitting diodes (LEDs) as light source in induced mammary tumors of Sprague–Dawley (SD) rats. Twenty SD rats with mammary tumors induced by DMBAwere used. Animals were divided into four groups: control (G1), PDT only (G2), surgical removal of tumor (G3), and submitted to PDT immediately after surgical removal of tumor (G4). Tumors were measured over 6 weeks. Lesions and surgical were LEDs lighted up (200 J/cm2 dose). The light distribution in vivo study used two additional animals without mammary tumors. In the control group, the average growth of tumor diameter was approximately 0.40 cm/week. While for PDT group, a growth of less than 0.15 cm/week was observed, suggesting significant delay in tumor growth. Therefore, only partial irradiation of the tumors occurred with a reduction in development, but without elimination. Animals in G4 had no tumor recurrence during the 12 weeks, after chemical induction, when compared with G3 animals that showed 60 % recurrence rate after 12 weeks of chemical induction. PDT used in the experimental model of mammary tumor as a single therapy was effective in reducing tumor development, so the surgery associated with PDT is a safe and efficient destruction of residual tumor, preventing recurrence of the tumor.

Paralelización de un algoritmo de ray tracing para arrays de mililentes

Máster Universitario en Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Numéricas en Ingeniería (SIANI)

Synthese und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Oligo- und Poly(2,5-dipropoxy-1,4-phenylenethinylen)en

Oligomere mit konjugierten pi-Elektronensystemen sind für die Materialwissenschaften von großer Bedeutung. Die vielfältigen und umfangreichen Forschungen auf diesem Gebiet gründen im Potenzial dieser Substanzklassen, das im Bereich der Laserfarbstoffe, Leuchtdioden, Photoleiter, optische Schalter oder auch der molekularen Elektronik angesiedelt ist. Zu diesen gehören auch die in dieser Arbeit synthetisierten und untersuchten Phenylenethinylene. Die Herstellung der Oligomere erfolgt nach der Methode von Sonogashira und Hagihara. Dabei wird ein Halogenaren mit einer Alkinkomponente zur Reaktion gebracht. Als Katalysator dient dabei ein Gemisch aus Bis(triphenylphosphin-palladiumdichlorid), Kupfer-(I)-iodid und Triphenylphosphin. Verwendung fanden bei der Synthese zwei Arten von Schutzgruppen. Es handelt sich dabei einerseits um die Trimethylsilyl- und die Triisopropylsilyl-Funktion, die unabhängig voneinander in ein System eingeführt werden und selektiv wieder entfernt werden können. Die zweite Art sind die Halogene Brom und Iod, die aufgrund ihrer Eigenschaft vielmehr als 'dormant group' bezeichnet werden müssen. Eine Ethinylierung führt zunächst zur Substitution des Iod- und anschließend des Bromatoms. Die so erhaltenen Oligomere werden mit verschiedenen spektroskopischen Methoden untersucht. Besonderes Interesse liegt dabei auf der Bestimmung der effektiven Konjugationslänge (EKL). Damit ist es möglich, die Länge des konjugierten Systems zu bestimmen, das für die betreffenden Eigenschaften des entsprechenden Polymers maßgeblich ist. Das nichtlineare optische Verhalten der Oligomere wird mittels der Third-Harmonic-Generation-Methode (THG) gemessen. Die resultierende Größe, die Suszeptibilität 3. Ordnung, gibt Aufschluß über mögliche industrielle Anwendungen.

Synthese und Reaktivität styrylsubstituierter p-Benzochinone

Synthese und Reaktivität styrylsubstituierter p-Benzochinone Oligo- und Poly(1,4-phenylenvinylene) (OPV, PPV) stellen eine für die Materialwissenschaft äußerst interessante Verbindungsklasse dar, die in Form von Halbleitern, Photoleitern, elektrolumineszierenden Systemen und negativen Photoresists breitgefächerte Anwendung findet. Allerdings stellt die Alterung dieser Materialien in Gegenwart von Sauerstoff und anderen Oxidationsmitteln ein signifikantes Problem dar. So wird z. B. die technische Anwendung von Leuchtdioden auf Polymerbasis durch ihre geringe Betriebsdauer eingeschränkt. Als Beitrag zur Untersuchung des oxidativen Abbaus von Poly- bzw. Oligo(p-phenylenvinylenen) [PPV, OPV] wurden verschiedene 2-Styryl-1,4-benzochinone - sowie höhere Oligomere - synthetisiert, die das Strukturelement einer hoch oxidierten Form von OPV's aufweisen. Durch Einführung einer Cyanogruppe an der olefinischen Doppelbindung wurde die Reaktivität der Modellsysteme gezielt beeinflußt. Die 2-Styryl-1,4-benzochinone mit unsubstituierter Doppelbindung dimerisieren in Lösung quantitativ im Sinne von Diels-Alder-Reaktionen zu den entsprechenden Cycloaddukten. Die Dimerisierungen verlaufen chemo-, regio- und stereoselektiv, was sich anhand von Grenzorbital-Betrachtungen erklären läßt.An der Oberfläche von Kieselgel erfolgt eine vollständige Umwandlung der Dimere, deren zwei Hauptprodukte identifiziert werden konnten: Neben Verbindungen, die durch eine intramolekulare [4+2]-Cycloaddition nach erfolgter Dehydrierung / Oxidation gebildet werden, entstehen verschiedene Additionsprodukte der Dimere mit Nucleophilen (Wasser, Ethanol). Cyanosubstitution führt bereits bei den als Vorstufe dienenden Stilbenen zu einer erleichterten (E/Z)-Photoisomerisierung in Lösung, die zu einem photostationären Gleichgewicht führt, welches sich durch einen hohen Anteil der (E)-Konfiguration auszeichnet. Nach erfolgter Oxidation kann ebenfalls eine Dimerisierung beobachtet werden. Bei direkter Nachbarschaft der Cyanogruppe zum Chinonring erfolgt stattdessen ein intramolekularer Ringschluß unter Ausbildung eines Benzofuranderivats.Die beobachtete Reaktivität der synthetisierten Chinonsysteme steht in Einklang mit einem möglichen sekundären Abbaumechanismus, der nach primärer Oxidation zu der Alterung von PPV's beitragen kann.

Nanoscale-electrical and optical properties of iii-nitrides

III-nitrides are wide-band gap materials that have applications in both electronics and optoelectronic devices. Because to their inherent strong polarization properties, thermal stability and higher breakdown voltage in Al(Ga,In)N/GaN heterostructures, they have emerged as strong candidates for high power high frequency transistors. Nonetheless, the use of (Al,In)GaN/GaN in solid state lighting has already proved its success by the commercialization of light-emitting diodes and lasers in blue to UV-range. However, devices based on these heterostructures suffer problems associated to structural defects. This thesis primarily focuses on the nanoscale electrical characterization and the identification of these defects, their physical origin and their effect on the electrical and optical properties of the material. Since, these defects are nano-sized, the thesis deals with the understanding of the results obtained by nano and micro-characterization techniques such as atomic force microscopy(AFM), current-AFM, scanning kelvin probe microscopy (SKPM), electron beam induced current (EBIC) and scanning tunneling microscopy (STM). This allowed us to probe individual defects (dislocations and cracks) and unveil their electrical properties. Taking further advantage of these techniques,conduction mechanism in two-dimensional electron gas heterostructures was well understood and modeled. Secondarily, origin of photoluminescence was deeply investigated. Radiative transition related to confined electrons and photoexcited holes in 2DEG heterostructures was identified and many body effects in nitrides under strong optical excitations were comprehended.

Klonierung und Charakterisierung der Luziferase und des Luziferin regenerierenden Enzyms aus dem marinen Schwamm Suberites domuncula

Bereits 1971 erkannte Reiswig bei einigen Schwämmen in der Kontraktion des Osculums eine Reaktion auf Licht. Nachfolgend konnte für eine Reihe von Schwämmen die Existenz von Lichtreaktionen beobachtet werden (Wapstra & van Soest, 1987). In dieser Arbeit sollten Gene eines Luziferin/Luziferase Systems im marinen Schwamm Suberites domuncula identifiziert werden, die eine Rolle bei der Bio¬lumineszenz spielen. Mit Hilfe der PCR-Technik konnten die in der cDNA-Bank identifizierten Fragmente einer Luziferase und eines Luziferin regenerierenden Enzyms erfolgreich vervollständigt, kloniert und analysiert werden. Datenbank¬analysen der abgeleiteten Aminosäuresequenzen ergeben sowohl für die Luziferase als auch für das Luziferin regenerierende Enzym Ähnlichkeiten zu den entsprechenden Proteinen aus Leuchtkäfern, wie z. B. Photinus pyralis. Ausgehend von der cDNA wurden zunächst beide Enzyme in E. coli rekombinant exprimiert und affinitätschromatographisch aufgereinigt. Für die Luziferase gelang es, spezifische Antikörper herzustellen, die im Anschluss an den im Western Blot durchgeführten Nachweis eine Identifizierung in histologischen Schwamm¬schnitten ermöglichte. Weitere Analysen konnten für Suberites domuncula sowohl im Schwammgewebe, im Proteinextrakt als auch für das rekombinante Protein die Licht-generierende Fähigkeit nachweisen. Das ermittelte in vitro Biolumineszenz-Emissionsspektrum der rekombinanten Luziferase weist eine Lichtemission im gelb-grünen Bereich des Spektrums mit einem Maximum bei 548 nm und einer Schulter bei 590 nm auf. Ausserdem bestätigte die Funktionanalyse des rekombinanten Enzyms die für Luziferasen bekannte ATP- und Temperatur¬abhängigkeit sowie den stimulierenden Effekt von Coenzym A. Die Existenz einer bioaktiven Luziferase in einem der ältesten, rezent vertretenen Metazoa deutet darauf hin, dass sich die Oxygenasefunktion der Luziferasen bereits früher entwickelte, als bisher von Viviani* vermutet. Die bisherigen Daten über die optischen Eigenschaften der Spiculae liefern gemeinsam mit den Ergebnissen dieser Arbeit – einer Licht-emittierenden Luziferase in S. domuncula – die Voraussetzungen für die mögliche Existenz eines Photorezeptionssystems in Schwämmen.

Fluorenbasierende amphiphile Kammpolymere zur Ausbildung definierter Strukturen an Oberflächen und in Lösungen

Die Dissertation beschreibt die Darstellung und Charakterisierung von neuartigen, amphiphilen Carbazol- und Fluoren-(co)-polymeren, die infolge ihres strukturellen Aufbaus sowohl selbstorganisierende als auch optoelektronische Eigenschaften kombinierten. Zum einen wurden Kammpolymere mit konjugierten, steifen Rückgraten und flexiblen sowie konformativ schaltbaren Polyelektrolytseitenketten dargestellt und auf eine pH-abhängige Selbstorganisation in Lösung und an Oberflächen untersucht. Des Weiteren wurden neutrale, methanollösliche Polyfluorene synthetisiert, die in Kombination mit einem unpolaren Polyindenofluorenderivat zum Aufbau mehrschichtiger PLEDs mittels nasschemischer Verfahren eingesetzt wurden. Zum anderen fand die Synthese von amphiphilen Polyfluorenen statt, die als Emulgatoren zur Stabilisierung von inversen Emulsionen eingesetzt wurden. Dabei konnten mit Hilfe eines bereits für die Darstellung von anorganisch-organischen Kern-Schale-Partikeln etablierten in situ-Verfahrens formanisotrope, kristalline Zinkoxidkerne mit konjugierter Polymerhülle erhalten werden.

Novel porphyrin amino acids as building blocks for artificial photosynthetic reaction centers : photoinduced energy and electron transfer

This thesis reports on the synthesis and characterisation of trans-(M)AB2C meso-substituted porphyrin amino acid esters (PAr) (M = 2H or Zn) with tunable electron donating and electron withdrawing Ar substituents at B positions (Ar = 4-C6H4OnBu, 4-C6H4OMe, 2,4,6-C6H2Me3, 4-C6H4Me, C6H5, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5). These porphyrins were used as key building blocks for photosynthetic LHC (LHC = light-harvesting antenna complex) and RC (RC = reaction center) model compounds.rnBased on free-base or zinc(II) porphyrin amino acid esters and porphyrin acids several amide linked free-base bis(porphyrins) PAr1-PAr2 (Ar1 = 2,4,6-C6H2Me3, C6F5 and Ar2 = 2,4,6-C6H2Me3, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5), mono metallated bis(porphyrin) PAr1-(Zn)PAr2 (Ar1 = 2,4,6-C6H2Me3 and Ar2 =4-C6H4F) and its doubly zincated complexes (Zn)PAr1-(Zn)PAr2 were prepared. In the fluorescence spectra of free-base bis(porphyrins) the porphyrin with the strongest electron donating power of Ar substituents at B positions is the light emitting unity. The emission of mono metallated bis(porphyrin) occurs only from the free-base porphyrin building block. This phenomenon is caused by an efficient energy transfer likely via the Dexter through-bond mechanism.rnLinking of anthraquinone (Q) as electron acceptor (A) to the N-terminus of porphyrin amino acid esters ((M)PAr) and aminoferrocene (Fc) as electron donor (D) to the C-terminus of the porphyrin resulting in Q-(M)PAr-Fc triads (M = 2H or Zn, Ar = 4-C6H4OnBu, 4-C6H4OMe, 2,4,6-C6H2Me3, 4-C6H4Me, C6H5, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5) with tunable electron density at the porphyrin chromophore. In these triads initial oxidative PET (Q←(M)PAr) and reductive PET ((M)PAr→Fc) (PET = photoinduced electron transfer) are possible. Both processes leads to an emission quenching of (M)PAr. The efficiency of the PET pathways occurring in the Marcus normal region is controlled by the specific porphyrin electron density.rnAmide-linked conjugates PAr-Fc (Ar = 2,4,6-C6H2Me3, C6F5) and Fmoc-Fc-PAr1 (N-Fmoc-Fc = N-Fmoc protected 1,1’-ferrocene amino acid; Ar1 = C6H5, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5) as well as hinges PAr2-Fc-PAr1 (Ar1 = C6H5, 4-C6H4F and Ar2 = 2,4,6-C6H2Me3) were studied with respect to the reductive PET. The PET driving force (−GET) in dyads increases with the increasing electron withdrawing character of Ar substituents. Additionally, intramolecular energy transfer between porphyrins PAr1 and PAr2 is feasible in the hinges via the Förster mechanism.rn

Dotierte Nanographenstreifen mit definierten Randstrukturen

Die in der vorliegenden Dissertation entwickelten organochemischen Protokolle und Konzepte erweitern die Bottom-Up-Synthese von atompräzisen Nanographenstreifen (GNR) um zwei fundamentale Bereiche. Zum einen die Dotierung der halbleitenden GNR mit Schwefel oder Stickstoffatomen und zum anderen ein Protokoll für eine lösungsbasierte Synthese von stickstoffdotierten Zickzack-Streifen.rnDie Dotierung von GNR beinhaltet die Synthese von monomeren Bausteinen bei denen, im Gegensatz zu ihren reinen Kohlenstoffhomologen, definierte Positionen am Rand mit zwei oder vier Stickstoff- beziehungsweise zwei Schwefelatomen ersetzt wurden. Die Synthese atompräziser GNR konnte mit verschiedenen experimentellen Methoden analysiert und anschaulich über STM visualisiert werden. Neben einer n-Dotierung gelang so auch erstmals eine Bottom-Up-Synthese von schwefeldotierten GNR. Eine mögliche Anwendung in der Nanoelektronik aufbauend auf dotierten GNR wurde bestätigt, indem durch Co-Polymerisation von stickstoffhaltigen mit reinen Kohlenstoffmonomeren Heteroschnittstellen zwischen dotierten und undotierten Bereichen hergestellt werden konnten. Solche Heteroschnittstellen sind fundamentale Grundlage von Dioden und damit Basis einer Vielzahl elektronischer Elemente wie Solarzellen oder Leuchtdioden.rnWährend für halbleitende GNR mit einer Armlehnen-Form ein breites Spektrum an organischen Syntheseprotokollen zur Verfügung stand, existierte zu Beginn dieser Arbeit keines für GNR mit Zickzack-Struktur. Innerhalb dieser Arbeit konnte eine Bottom-Up-Synthese zur Erschließung stickstoffdotierter GNR mit Zickzack-Randstruktur erarbeitet werden. Durch die Verwendung eines (2-Hydroxymethyl)phenylboronsäureesters werden Hydroxymethylsubsituenten entlang eines Polyphenylenrückgrats eingebaut, die nach Kondensation mit dem Stickstoffatom eine Zickzack-Kante ergeben. Innerhalb der synthetisierten Zielstrukturen kann das 9a-Azaphenalen als letztes, bislang nicht erschlossenes Isomer der Azaphenalene, als wiederkehrende Struktur, gefunden werden. Die Reaktivität der Zickzackkante konnte zudem zum Aufbau einer Vielzahl bislang unzugänglicher, polycyclischer Heteroaromaten über 1,3-dipolare Addition dieses polycyclischen Azomethin Ylides (PAMY) genutzt werden.rn

Curing lights for orthodontic bonding: a systematic review and meta-analysis

INTRODUCTION Light cure of resin-based adhesives is the mainstay of orthodontic bonding. In recent years, alternatives to conventional halogen lights offering reduced curing time and the potential for lower attachment failure rates have emerged. The relative merits of curing lights in current use, including halogen-based lamps, light-emitting diodes (LEDs), and plasma arc lights, have not been analyzed systematically. In this study, we reviewed randomized controlled trials and controlled clinical trials to assess the risks of attachment failure and bonding time in orthodontic patients in whom brackets were cured with halogen lights, LEDs, or plasma arc systems. METHODS Multiple electronic database searches were undertaken, including MEDLINE, EMBASE, and the Cochrane Oral Health Group's Trials Register, CENTRAL. Language restrictions were not applied. Unpublished literature was searched on ClinicalTrials.gov, the National Research Register, Pro-Quest Dissertation Abstracts, and Thesis database. Search terms included randomized controlled trial, controlled clinical trial, random allocation, double blind method, single blind method, orthodontics, LED, halogen, bond, and bracket. Authors of primary studies were contacted as required, and reference lists of the included studies were screened. RESULTS Randomized controlled trials and clinical controlled trials directly comparing conventional halogen lights, LEDs, or plasma arc systems involving patients with full arch, fixed, or bonded orthodontic appliances (not banded) with follow-up periods of a minimum of 6 months were included. Using predefined forms, 2 authors undertook independent extraction of articles; disagreements were resolved by discussion. The assessment of the risk of bias of the randomized controlled trials was based on the Cochrane Risk of Bias tool. Ten studies met the inclusion criteria; 2 were excluded because of high risk of bias. In the comparison of bond failure risk with halogen lights and plasma arc lights, 1851 brackets were included in both groups. Little statistical heterogeneity was observed in this analysis (I(2) = 4.8%; P = 0.379). There was no statistical difference in bond failure risk between the groups (OR, 0.92; 95% CI, 0.68-1.23; prediction intervals, 0.54, 1.56). Similarly, no statistical difference in bond failure risk was observed in the meta-analysis comparing halogen lights and LEDs (OR, 0.96; 95% CI, 0.64-1.44; prediction intervals, 0.07, 13.32). The pooled estimates from both comparisons were OR, 0.93; 95% CI, 0.74-1.17; and prediction intervals, 0.69, 1.17. CONCLUSIONS There is no evidence to support the use of 1 light cure type over another based on risk of attachment failure.

Establishing a fiber-optic-based optical neural interface.

Selective expression of opsins in genetically defined neurons makes it possible to control a subset of neurons without affecting nearby cells and processes in the intact brain, but light must still be delivered to the target brain structure. Light scattering limits the delivery of light from the surface of the brain. For this reason, we have developed a fiber-optic-based optical neural interface (ONI), which allows optical access to any brain structure in freely moving mammals. The ONI system is constructed by modifying the small animal cannula system from PlasticsOne. The system for bilateral stimulation consists of a bilateral cannula guide that has been stereotactically implanted over the target brain region, a screw cap for securing the optical fiber to the animal's head, a fiber guard modified from the internal cannula adapter, and a bare fiber whose length is customized based on the depth of the target region. For unilateral stimulation, a single-fiber system can be constructed using unilateral cannula parts from PlasticsOne. We describe here the preparation of the bilateral ONI system and its use in optical stimulation of the mouse or rat brain. Delivery of opsin-expressing virus and implantation of the ONI may be conducted in the same surgical session; alternatively, with a transgenic animal no opsin virus is delivered during the surgery. Similar procedures are useful for deep or superficial injections (even for neocortical targets, although in some cases surface light-emitting diodes or cortex-apposed fibers can be used for the most superficial cortical targets).