Tracer diffusion at water-oil interfaces studied by fluorescence correlation spectroscopy

The adsorption of particles and surfactants at water-oil interfaces has attracted continuous attention because of its emulsion stabilizing effect and the possibility to form two-dimensional materials. Herein, I studied the interfacial diffusion of single molecules and nanoparticles at water-oil interfaces using fluorescence correlation spectroscopy. rnrnFluorescence correlation spectroscopy (FCS) is a promising technique to study diffusion of fluorescent tracers in diverse conditions. This technique monitors and analyzes the fluorescence fluctuation caused by single fluorescent tracers coming in and out of a diffraction-limited observation volume “one at a time”. Thus, this technique allows a combination of high precision, high spatial resolution and low tracer concentration. rnrnIn chapter 1, I discussed some controversial questions regarding the properties of water-hydrophobic interfaces and also introduced the current progress on the stability and dynamic of single nanoparticles at water-oil interfaces. The materials and setups I used in this thesis were summarized in chapter 2. rnrnIn chapter 3, I presented a new strategy to study the properties of water-oil interfaces. The two-dimensional diffusion of isolated molecular tracers at water/n-alkane interfaces was measured using fluorescence correlation spectroscopy. The diffusion coefficients of larger tracers with a hydrodynamic radius of 4.0 nm agreed well with the values calculated from the macroscopic viscosities of the two bulk phases. However, for small molecule tracers with hydrodynamic radii of only 1.0 and 0.6 nm, notable deviations were observed, indicating the existence of an interfacial region with a reduced effective viscosity. rnrnIn chapter 4, the interfacial diffusion of nanoparticles at water-oil interfaces was investigated using FCS. In stark contrast to the interfacial diffusion of molecular tracers, that of nanoparticles at any conditions is slower than the values calculated in accordance to the surrounding viscosity. The diffusion of nanoparticles at water-oil interfaces depended on the interfacial tension of liquid-liquid interfaces, the surface properties of nanoparticles, the particle sizes and the viscosities of surrounding liquid phases. In addition, the interfacial diffusion of nanoparticles with Janus motif is even slower than that of their symmetric counterparts. Based on the experimental results I obtained, I drew some possibilities to describe the origin of nanoparticle slowdown at water-oil interfaces.

Mappatura dell'impervious e consumo di suolo tramite analisi di change detection in telerilevamento

Il telerilevamento rappresenta un efficace strumento per il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, grazie alla disponibilità di sensori che riprendono con cadenza temporale fissa porzioni della superficie terrestre. Le immagini multi/iperspettrali acquisite sono in grado di fornire informazioni per differenti campi di applicazione. In questo studio è stato affrontato il tema del consumo di suolo che rappresenta un’importante sfida per una corretta gestione del territorio, poiché direttamente connesso con i fenomeni del runoff urbano, della frammentazione ecosistemica e con la sottrazione di importanti territori agricoli. Ancora non esiste una definizione unica, ed anche una metodologia di misura, del consumo di suolo; in questo studio è stato definito come tale quello che provoca impermeabilizzazione del terreno. L’area scelta è quella della Provincia di Bologna che si estende per 3.702 km2 ed è caratterizzata a nord dalla Pianura Padana e a sud dalla catena appenninica; secondo i dati forniti dall’ISTAT, nel periodo 2001-2011 è stata la quarta provincia in Italia con più consumo di suolo. Tramite classificazione pixel-based è stata fatta una mappatura del fenomeno per cinque immagini Landsat. Anche se a media risoluzione, e quindi non in grado di mappare tutti i dettagli, esse sono particolarmente idonee per aree estese come quella scelta ed inoltre garantiscono una più ampia copertura temporale. Il periodo considerato va dal 1987 al 2013 e, tramite procedure di change detection applicate alle mappe prodotte, si è cercato di quantificare il fenomeno, confrontarlo con i dati esistenti e analizzare la sua distribuzione spaziale.

Kinematics of local and high-z galaxies through 3D modeling of emission-line datacubes

The kinematics is a fundamental tool to infer the dynamical structure of galaxies and to understand their formation and evolution. Spectroscopic observations of gas emission lines are often used to derive rotation curves and velocity dispersions. It is however difficult to disentangle these two quantities in low spatial-resolution data because of beam smearing. In this thesis, we present 3D-Barolo, a new software to derive the gas kinematics of disk galaxies from emission-line data-cubes. The code builds tilted-ring models in the 3D observational space and compares them with the actual data-cubes. 3D-Barolo works with data at a wide range of spatial resolutions without being affected by instrumental biases. We use 3D-Barolo to derive rotation curves and velocity dispersions of several galaxies in both the local and the high-redshift Universe. We run our code on HI observations of nearby galaxies and we compare our results with 2D traditional approaches. We show that a 3D approach to the derivation of the gas kinematics has to be preferred to a 2D approach whenever a galaxy is resolved with less than about 20 elements across the disk. We moreover analyze a sample of galaxies at z~1, observed in the H-alpha line with the KMOS/VLT spectrograph. Our 3D modeling reveals that the kinematics of these high-z systems is comparable to that of local disk galaxies, with steeply-rising rotation curves followed by a flat part and H-alpha velocity dispersions of 15-40 km/s over the whole disks. This evidence suggests that disk galaxies were already fully settled about 7-8 billion years ago. In summary, 3D-Barolo is a powerful and robust tool to separate physical and instrumental effects and to derive a reliable kinematics. The analysis of large samples of galaxies at different redshifts with 3D-Barolo will provide new insights on how galaxies assemble and evolve throughout cosmic time.

Topological mass of magnetic Skyrmions probed by ultrafast dynamic imaging

In dieser Arbeit untersuchen wir mittels zeitaufgelöster Abbildungen die Gigahertz-Dynamik von magnetischen Skyrmionen, um die Bewegungsgleichungen für diese Quasiteilchen zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen haben wir zunächst ein CoB/Pt Schichtsystem entwickelt, das starke senkrechte magnetische Anisotropie mit einer besonders geringen Rauigkeit der Energielandschaft verbindet. Diese Eigenschaften sind für das repetitive dynamische Abbildungsverfahren unerlässlich. In einem zweiten Schritt haben wir das Probendesign optimiert und so weiterentwickelt, dass eine Beobachtung der Skyrmionenbewegung mit einer Auflösung von besser als 3 nm möglich wurde. Aufgrund dieser Verbesserungen ist es uns gelungen, die Trajektorie eines Skyrmionen aufzuzeichnen. Diese Bewegung ist eine Superposition von zwei Drehbewegungen, einer im Uhrzeigersinn und einer gegen läufigen. Aus der Existenz dieser zwei Moden lässt sich schließen, dass Skyrmionen träge Quasiteilchen sind, und aus den Frequenzen können wir einen Wert für die träge Masse ableiten. Es stellt sich heraus, dass die Masse von Skyrmion fünfmal größer ist als von existierenden Theorien vorhergesagt. Die Masse wird folglich durch einen neuartigen Mechanismus bestimmt, der sich aus der räumlichen Beschränkung der Skyrmionen ergibt, welche sich direkt aus der Topologie bleitenrnlässt.

Massenspektrometrische Wasserdampfmessung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung des flugzeuggetragenen Atmosphärischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS-H2O zur Messung von Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) und erste Flugzeugmessungen mit dem Instrument. Wasserdampf beeinflusst das Klima in der UTLS aufgrund seiner Strahlungseigenschaften und agiert als wichtiger Parameter bei der Bildung von Zirruswolken und Kondensstreifen. Deshalb sind genaue Wasserdampfmessungen für das Verständnis vieler atmosphärischer Prozesse unerlässlich. Instrumentenvergleiche wie sie im SPARC Report No. 2 und dem Bericht der AUQAVIT Kampagne zusammengefasst sind, haben gezeigt, dass große Abweichungen zwischen einzelnen Methoden und Instrumenten bestehen. Diese Unsicherheiten limitieren das Verständnis des Einflusses von Wasserdampf auf die Dynamik und die Strahlungseigenschaften in der UTLS. Die in dieser Arbeit vorgestellte Entwicklung einer neuen Messmethode für Wasserdampf mit dem Massenspektrometer AIMS-H2O ist deshalb auf die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen in der UTLS fokussiert. Mit AIMS H2O wird Umgebungsluft in einer neu entwickelten Gasentladungsquelle ionisiert. Durch eine Reihe von Ionen-Molekül-Reaktionen entstehen H3O+(H2O) und H3O+(H2O)2 Ionen. Diese Ionen werden genutzt, um die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre zu bestimmen. Um die erforderliche hohe Genauigkeit zu erzielen, wird AIMS H2O im Flug kalibriert. In dem zu diesem Zweck aufgebauten Kalibrationsmodul wird die katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auf einer Platinoberfläche genutzt, um definierte Wasserdampfkonzentrationen für die Kalibration im Flug zu erzeugen. Bei ersten Messungen auf der Falcon während der Kampagne CONCERT 2011 konnte dabei eine Genauigkeit von 8 bis 15% für die Messung der Wasserdampfkonzentration in einem Messbereich von 0,5 bis 250 ppmv erreicht werden. Die Messfrequenz betrug 4 Hz, was einer räumlichen Auflösung von etwa 50 m entspricht. Der Vergleich der Messung des Massenspektrometers mit dem Laserhygrometer Waran zeigt eine sehr gute Übereinstimmung im Rahmen der Unsicherheiten. Anhand zweier Fallstudien werden die Messungen von AIMS H2O während CONCERT 2011 detailliert analysiert. In der ersten Studie werden zwei Flüge in eine stratosphärische Intrusion über Nordeuropa untersucht. In dieser Situation wurde stratosphärische Luft bis hinunter auf 6 km Höhe transportiert und war dadurch mit der Falcon erreichbar. Es konnte gezeigt werden, dass AIMS-H2O sehr gut für die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen, in diesem Fall bis etwa 3,5 ppmv, geeignet ist. Der Vergleich der Messung mit Analysen des ECMWF Integrated Forecast Systems zeigt eine gute Übereinstimmung der gemessenen Wasserdampfstrukturen mit der dynamischen Tropopause. Unterschiede tauchen dagegen beim Vergleich der Wasserdampfkonzentrationen in der unteren Stratosphäre auf. Hier prognostiziert das Modell deutlich höhere Feuchten. Die zweite Fallstudie beschäftigt sich mit der Verteilung der relativen Feuchte in jungen Kondensstreifen im Vergleich zu ihrer direkten Umgebung. Dabei wurde für drei Messsequenzen im Abgasstrahl von Flugzeugen beobachtet, dass die relative Feuchte innerhalb des Kondensstreifens im Vergleich zur Umgebung sowohl bei unter- als auch übersättigten Umgebungsbedingungen in Richtung Sättigung verschoben ist. Die hohe Anzahl an Eispartikeln und die damit verbundene große Eisoberfläche in jungen Kondensstreifen führt also zu einer schnellen Relaxation von Gasphase und Eis in Richtung Gleichgewicht. In der Zukunft soll AIMS-H2O auch auf HALO für die genaue Messung von Wasserdampf bei ML-CIRRUS und weiteren Kampagnen eingesetzt werden.

Development and optimisation of novel 68 Ga-folates - towards early diagnosis of ovarian cancer

Der Folsäure-basierte Radiotracer Etarfolatide (99mTc-EC 20) hat in der Vergangenheit sehr vielversprechende Ergebnisse im Bereich der frühzeitigen Diagnostik von Ovarialkarzinomen gezeigt. Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT) erlaubt dabei eine Visualisierung der Krankheit in einem sehr frühen Stadium – ermöglicht wird dies durch Folsäure, welche als Target Vektor dient. Um das erfolgreiche Prinzip der Radiofolate auf die Positronen-Emissionstomographie (PET) zu übertragen, welche eine noch höhere räumliche Auflösung ermöglicht, wurden in den letzten fünf Jahren bereits 18F-folate entwickelt. Deren hepatobiliären Exkretionsmuster, verursacht durch die relativ hohe Lipophilie der Strukturen, entsprachen jedoch nicht den Anforderungen. Eine optimierte Bioverteilung der Tracer in vivo kann durch eine generelle Erhöhung der Polarität erfolgen. Die Kombination aus einem polaren 68Ga-Komplex mit Folsäure als Target Vektor stellte den Fokus dieses Projektes dar. Ziel war die Entwicklung eines Radiofolates mit der Tendenz einer raschen renalen Ausscheidung und verringerter hepatobiliärer Anreicherung. Dazu wurde Folsäure regiospezifisch über ihre y-Säure an verschiedene bifunktionelle Chelatoren (BFCs) gekoppelt. Vier verschiedene Reaktionstypen wurden gewählt und durchgeführt: Cu-katalysierte sowie Cu-freie Click Reaktion, Amindbindung und Thioharnstoff Bildung. Es wurden sechs verschiedene Derivate erhalten und mit 68Ga radiomarkiert.

Species specific nitrogen isotope analysis by NanoSIMS

Der atmosphärische Kreislauf reaktiver Stickstoffverbindungen beschäftigt sowohl die Naturwissenschaftler als auch die Politik. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass reaktive Stickoxide die Bildung von bodennahem Ozon kontrollieren. Reaktive Stickstoffverbindungen spielen darüber hinaus als gasförmige Vorläufer von Feinstaubpartikeln eine wichtige Rolle und der Transport von reaktivem Stickstoff über lange Distanzen verändert den biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf des Planeten, indem er entlegene Ökosysteme mit Stickstoff düngt. Die Messungen von stabilen Stickstoffisotopenverhältnissen (15N/14N) bietet ein Hilfsmittel, welches es erlaubt, die Quellen von reaktiven Stickstoffverbindungen zu identifizieren und die am Stickstoffkeislauf beteiligten Reaktionen mithilfe ihrer reaktionsspezifischen Isotopenfraktionierung genauer zu untersuchen. rnIn dieser Doktorarbeit demonstriere ich, dass es möglich ist, mit Hilfe von Nano-Sekundärionenmassenspektrometrie (NanoSIMS) verschiedene stickstoffhaltige Verbindungen, die üblicherweise in atmosphärischen Feinstaubpartikeln vorkommen, mit einer räumlichen Auflösung von weniger als einem Mikrometer zu analysieren und zu identifizieren. Die Unterscheidung verschiedener stickstoffhaltiger Verbindungen erfolgt anhand der relativen Signalintensitäten der positiven und negativen Sekundärionensignale, die beobachtet werden, wenn die Feinstaubproben mit einem Cs+ oder O- Primärionenstrahl beschossen werden. Die Feinstaubproben können direkt auf dem Probenahmesubstrat in das Massenspektrometer eingeführt werden, ohne chemisch oder physikalisch aufbereited zu werden. Die Methode wurde Mithilfe von Nitrat, Nitrit, Ammoniumsulfat, Harnstoff, Aminosären, biologischen Feinstaubproben (Pilzsporen) und Imidazol getestet. Ich habe gezeigt, dass NO2 Sekundärionen nur beim Beschuss von Nitrat und Nitrit (Salzen) mit positiven Primärionen entstehen, während NH4+ Sekundärionen nur beim Beschuss von Aminosäuren, Harnstoff und Ammoniumsalzen mit positiven Primärionen freigesetzt werden, nicht aber beim Beschuss biologischer Proben wie z.B. Pilzsporen. CN- Sekundärionen werden beim Beschuss aller stickstoffhaltigen Verbindungen mit positiven Primärionen beobachtet, da fast alle Proben oberflächennah mit Kohlenstoffspuren kontaminiert sind. Die relative Signalintensität der CN- Sekundärionen ist bei kohlenstoffhaltigen organischen Stickstoffverbindungen am höchsten.rnDarüber hinaus habe ich gezeigt, dass an reinen Nitratsalzproben (NaNO3 und KNO3), welche auf Goldfolien aufgebracht wurden speziesspezifische stabile Stickstoffisotopenverhältnisse mithilfe des 15N16O2- / 14N16O2- - Sekundärionenverhältnisses genau und richtig gemessen werden können. Die Messgenauigkeit auf Feldern mit einer Rastergröße von 5×5 µm2 wurde anhand von Langzeitmessungen an einem hausinternen NaNO3 Standard als ± 0.6 ‰ bestimmt. Die Differenz der matrixspezifischen instrumentellen Massenfraktionierung zwischen NaNO3 und KNO3 betrug 7.1 ± 0.9 ‰. 23Na12C2- Sekundärionen können eine ernst zu nehmende Interferenz darstellen wenn 15N16O2- Sekundärionen zur Messung des nitratspezifischen schweren Stickstoffs eingesetzt werden sollen und Natrium und Kohlenstoff im selben Feinstaubpartikel als interne Mischung vorliegt oder die natriumhaltige Probe auf einem kohlenstoffhaltigen Substrat abgelegt wurde. Selbst wenn, wie im Fall von KNO3, keine derartige Interferenz vorliegt, führt eine interne Mischung mit Kohlenstoff im selben Feinstaubpartikel zu einer matrixspezifischen instrumentellen Massenfraktionierung die mit der folgenden Gleichung beschrieben werden kann: 15Nbias = (101 ± 4) ∙ f − (101 ± 3) ‰, mit f = 14N16O2- / (14N16O2- + 12C14N-). rnWird das 12C15N- / 12C14N- Sekundärionenverhältnis zur Messung der stabilen Stickstoffisotopenzusammensetzung verwendet, beeinflusst die Probematrix die Messungsergebnisse nicht, auch wenn Stickstoff und Kohlenstoff in den Feinstaubpartikeln in variablen N/C–Verhältnissen vorliegen. Auch Interferenzen spielen keine Rolle. Um sicherzustellen, dass die Messung weiterhin spezifisch auf Nitratspezies eingeschränkt bleibt, kann eine 14N16O2- Maske bei der Datenauswertung verwendet werden. Werden die Proben auf einem kohlenstoffhaltigen, stickstofffreien Probennahmesubstrat gesammelt, erhöht dies die Signalintensität für reine Nitrat-Feinstaubpartikel.

Reading strategies in Stargardt's disease with foveal sparing

ABSTRACT: BACKGROUND: Subjects with a ring scotoma can use two retinal loci, a foveal and a peripheral, for reading. Our aim was to investigate the relative use of both retinal loci as a function of the spared foveal area size and the spatial resolution at both retinal loci. FINDINGS: Two patients with Stargardt's disease and ring scotomas read through a scanning laser ophthalmoscope a series of letters and words at various character sizes. The number of fixations made using each retinal locus was quantified. The relative use of each retinal locus depended on character size of the stimulus. Both patients used exclusively the eccentric retinal locus to read words of large character sizes. At small character sizes, the central retinal locus was predominantly used. For reading letters or words, once foveal fixation was used, patients did not shift back to the eccentric retinal locus. When spatial resolution allowed deciphering at both the eccentric and the central areas, patients consistently fixated with the eccentric retinal locus. CONCLUSIONS: Spatial resolution at the eccentric locus appears as a determinant factor to select the retinal area for reading. Reading strategies in patients with Stargardt's disease and a ring scotoma demonstrate a pattern of coordination of both eccentric and central retinal loci, reflecting a high degree of adaptation.

Susceptibility-Weighted MR Imaging for Diagnosis of Capillary Telangiectasia of the Brain

BCT is a benign entity, whose appearance on conventional MR imaging makes its differentiation from neoplastic, inflammatory, or subacute ischemic disease challenging. SWI is sensitive to susceptibility effects from deoxyhemoglobin with excellent spatial resolution. Only scarce case reports have described the utility of SWI in cases of BCT. Our aim was to show the diagnostic value of SWI applied to a larger series of cases.

PM(10) remote sensing from geostationary SEVIRI and polar-orbiting MODIS sensors over the complex terrain of the European Alpine region

The subject of this study is to investigate the capability of spaceborne remote sensing data to predict ground concentrations of PM10 over the European Alpine region using satellite derived Aerosol Optical Depth (AOD) from the geostationary Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager (SEVIRI) and the polar-orbiting MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). The spatial and temporal resolutions of these aerosol products (10 km and 2 measurements per day for MODIS, ∼ 25 km and observation intervals of 15 min for SEVIRI) permit an evaluation of PM estimation from space at different spatial and temporal scales. Different empirical linear relationships between coincident AOD and PM10 observations are evaluated at 13 ground-based PM measurement sites, with the assumption that aerosols are vertically homogeneously distributed below the planetary Boundary Layer Height (BLH). The BLH and Relative Humidity (RH) variability are assessed, as well as their impact on the parameterization. The BLH has a strong influence on the correlation of daily and hourly time series, whilst RH effects are less clear and smaller in magnitude. Despite its lower spatial resolution and AOD accuracy, SEVIRI shows higher correlations than MODIS (rSEV∼ 0.7, rMOD∼ 0.6) with regard to daily averaged PM10. Advantages from MODIS arise only at hourly time scales in mountainous locations but lower correlations were found for both sensors at this time scale (r∼ 0.45). Moreover, the fraction of days in 2008 with at least one satellite observation was 27% for SEVIRI and 17% for MODIS. These results suggest that the frequency of observations plays an important role in PM monitoring, while higher spatial resolution does not generally improve the PM estimation. Ground-based Sun Photometer (SP) measurements are used to validate the satellite-based AOD in the study region and to discuss the impact of aerosols' micro-physical properties in the empirical models. A lower error limit of 30 to 60% in the PM10 assessment from space is estimated in the study area as a result of AOD uncertainties, variability of aerosols properties and the heterogeneity of ground measurement sites. It is concluded that SEVIRI has a similar capacity to map PM as sensors on board polar-orbiting platforms, with the advantage of a higher number of observations. However, the accuracy represents a serious limitation to the applicability of satellites for ground PM mapping, especially in mountainous areas.

Perennial Snow and Ice Variations (2000-2008) in the Arctic Circumpolar Land Area from Satellite Observations

Perennial snow and ice (PSI) extent is an important parameter of mountain environments with regard to its involvement in the hydrological cycle and the surface energy budget. We investigated interannual variations of PSI in nine mountain regions of interest (ROI) between 2000 and 2008. For that purpose, a novel MODIS data set processed at the Canada Centre for Remote Sensing at 250 m spatial resolution was utilized. The extent of PSI exhibited significant interannual variations, with coefficients of variation ranging from 5% to 81% depending on the ROI. A strong negative relationship was found between PSI and positive degree-days (threshold 0°C) during the summer months in most ROIs, with linear correlation coefficients (r) being as low as r = −0.90. In the European Alps and Scandinavia, PSI extent was significantly correlated with annual net glacier mass balances, with r = 0.91 and r = 0.85, respectively, suggesting that MODIS-derived PSI extent may be used as an indicator of net glacier mass balances. Validation of PSI extent in two land surface classifications for the years 2000 and 2005, GLC-2000 and Globcover, revealed significant discrepancies of up to 129% for both classifications. With regard to the importance of such classifications for land surface parameterizations in climate and land surface process models, this is a potential source of error to be investigated in future studies. The results presented here provide an interesting insight into variations of PSI in several ROIs and are instrumental for our understanding of sensitive mountain regions in the context of global climate change assessment.

Detection of gelatinolytic activity in developing basement membranes of the mouse embryo head by combining sensitive in situ zymography with immunolabeling

Genetic evidence indicates that the major gelatinases MMP-2 and MMP-9 are involved in mammalian craniofacial development. Since these matrix metalloproteinases are secreted as proenzymes that require activation, their tissue distribution does not necessarily reflect the sites of enzymatic activity. Information regarding the spatial and temporal expression of gelatinolytic activity in the head of the mammalian embryo is sparse. Sensitive in situ zymography with dye-quenched gelatin (DQ-gelatin) has been introduced recently; gelatinolytic activity results in a local increase in fluorescence. Using frontal sections of wild-type mouse embryo heads from embryonic day 14.5-15.5, we optimized and validated a simple double-labeling in situ technique for combining DQ-gelatin zymography with immunofluorescence staining. MMP inhibitors were tested to confirm the specificity of the reaction in situ, and results were compared to standard SDS-gel zymography of tissue extracts. Double-labeling was used to show the spatial relationship in situ between gelatinolytic activity and immunostaining for gelatinases MMP-2 and MMP-9, collagenase 3 (MMP-13) and MT1-MMP (MMP-14), a major activator of pro-gelatinases. Strong gelatinolytic activity, which partially overlapped with MMP proteins, was confirmed for Meckel's cartilage and developing mandibular bone. In addition, we combined in situ zymography with immunostaining for extracellular matrix proteins that are potential gelatinase substrates. Interestingly, gelatinolytic activity colocalized precisely with laminin-positive basement membranes at specific sites around growing epithelia in the developing mouse head, such as the ducts of salivary glands or the epithelial fold between tongue and lower jaw region. Thus, this sensitive method allows to associate, with high spatial resolution, gelatinolytic activity with epithelial morphogenesis in the embryo.

Comparison of contrast-enhanced multi-station MR angiography and digital subtraction angiography of the lower extremity arterial disease

PURPOSE: To compare diagnostic accuracy of multi-station, high-spatial resolution contrast-enhanced MR angiography (CE-MRA) of the lower extremities with digital subtraction angiography (DSA) as the reference standard in patients with symptomatic peripheral arterial occlusive disease. MATERIALS AND METHODS: Of 485 consecutive patients undergoing a run-off CE-MRA, 152 patients (86 male, 66 female; mean age, 71.6 years) with suspected peripheral arterial occlusive disease were included into our Institutional Review Board approved study. All patients underwent MRA and DSA of the lower extremities within 30 days. MRA was performed at 1.5 Tesla with a single bolus of 0.1 mmol/kg body weight of gadobutrol administered at a rate of 2.0 mL/s at three stations. Two readers evaluated the MRA images independently for stenosis grade and image quality. Sensitivity and specificity were derived. RESULTS: Sensitivity and specificity ranged from 73% to 93% and 64% to 89% and were highest in the thigh area. Both readers showed comparable results. Evaluation of good and better quality MRAs resulted in a considerable improvement in diagnostic accuracy. CONCLUSION: Contrast-enhanced MRA demonstrates good sensitivity and specificity in the investigation of the vasculature of the lower extremities. While a minor investigator experience dependence remains, it is standardizable and shows good inter-observer agreement. Our results confirm that the administration of Gadobutrol at a standard dose of 0.1 mmol/kg for contrast-enhanced runoff MRA is able to detect hemodynamically relevant stenoses. Use of contrast-enhanced MRA as an alternative to intra-arterial DSA in the evaluation and therapeutic planning of patients with suspected peripheral arterial occlusive disease is well justified. J. Magn. Reson. Imaging 2013;37:1427-1435. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Continuous measurements of methane mixing ratios from ice cores

This work presents a new, field-deployable technique for continuous, high-resolution measurements of methane mixing ratios from ice cores. The technique is based on a continuous flow analysis system, where ice core samples cut along the long axis of an ice core are melted continuously. The past atmospheric air contained in the ice is separated from the melt water stream via a system for continuous gas extraction. The extracted gas is dehumidified and then analyzed by a Wavelength Scanned-Cavity Ring Down Spectrometer for methane mixing ratios. We assess the performance of the new measurement technique in terms of precision (±0.8 ppbv, 1σ), accuracy (±8 ppbv), temporal (ca. 100 s), and spatial resolution (ca. 5 cm). Using a firn air transport model, we compare the resolution of the measurement technique to the resolution of the atmospheric methane signal as preserved in ice cores in Greenland. We conclude that our measurement technique can resolve all climatically relevant variations as preserved in the ice down to an ice depth of at least 1980 m (66 000 yr before present) in the North Greenland Eemian Ice Drilling ice core. Furthermore, we describe the modifications, which are necessary to make a commercially available spectrometer suitable for continuous methane mixing ratio measurements from ice cores.

Exposure modeling of high-frequency electromagnetic fields

We developed a geospatial model that calculates ambient high-frequency electromagnetic field (HF-EMF) strengths of stationary transmission installations such as mobile phone base stations and broadcast transmitters with high spatial resolution in the order of 1 m. The model considers the location and transmission patterns of the transmitters, the three-dimensional topography, and shielding effects by buildings. The aim of the present study was to assess the suitability of the model for exposure monitoring and for epidemiological research. We modeled time-averaged HF-EMF strengths for an urban area in the city of Basel as well as for a rural area (Bubendorf). To compare modeling with measurements, we selected 20 outdoor measurement sites in Basel and 18 sites in Bubendorf. We calculated Pearson's correlation coefficients between modeling and measurements. Chance-corrected agreement was evaluated by weighted Cohen's kappa statistics for three exposure categories. Correlation between measurements and modeling of the total HF-EMF strength was 0.67 (95% confidence interval (CI): 0.33-0.86) in the city of Basel and 0.77 (95% CI: 0.46-0.91) in the rural area. In both regions, kappa coefficients between measurements and modeling were 0.63 and 0.77 for the total HF-EMF strengths and for all mobile phone frequency bands. First evaluation of our geospatial model yielded substantial agreement between modeling and measurements. However, before the model can be applied for future epidemiologic research, additional validation studies focusing on indoor values are needed to improve model validity.Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology (2008) 18, 183-191; doi:10.1038/sj.jes.7500575; published online 4 April 2007.