Synthese von grenzflächenaktiven Monomeren zur Herstellung von funktionalen Metall-Chalkogenid,Polymer-Hybridnanopartikeln

In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie oberflächenfunktionalisierte Polystyrolnanopartikel zur Herstellung von Metallchalkogenid/Polymer-Hybridnanopartikeln eingesetzt werden können. Dazu wurden zunächst phosphonsäure- und phosphorsäurefunktionalisierte Surfmere synthetisiert, die anschließend bei der Miniemulsionspolymerisation von Styrol verwendet wurden. Die Surfmere dienten dabei zugleich zur Stabilisierung und als Comonomer. Die oberflächenfunktionalisierten Polystyrolnanopartikel wurden anschließend als Trägerpartikel für die Kristallisation von Metalloxiden eingesetzt. Dabei wurden Metalloxid/Polymer-Hybridnanopartikel mit einer „himbeerartigen“ Morphologie erhalten. Um die vielseitige Modifizierbarkeit der phosphonat- und phosphat¬funktionalisierten Polystyrolpartikel zu demonstrieren, wurden Cer-, Eisen- sowie Zinkoxid auf der Partikeloberfläche kristallisiert. Dazu wurden sowohl wässrige als auch alkoholische Metalloxid-Präkursorlösungen eingesetzt. Die synthetisierten Metall¬oxid/Polymer-Hybridpartikel wurden detailliert mit REM, TEM und PXRD analysiert. Die Untersuchung des Kristallisationsmechanismus hatte erwiesen, dass die komplexierten Metallkationen auf der Partikeloberfläche als Nukleationszentren wirkten und die Zutropfrate des Fällungsreagenz entscheidend für die Oberflächenkristallisation ist. Durch Mischungsexperimente von Metalloxidnanopartikeln und den oberflächen¬funktionalisierten Polymerpartikeln konnte die Hybridpartikelbildung über Hetero¬koagulation ausgeschlossen werden. Außerdem wurde festgestellt, dass die Polarität der funktionellen Gruppe über die Stärke der Komplexierung der Metalloxid-Präkursor bestimmt. Darüber hinaus wurde ein Modell zur Erklärung der kolloidalen Stabilisierung der Metalloxid/Polymer-Hybridsysteme aufgestellt und ein Zusammenhang zwischen dem gemessenen Zeta-Potential und der Oberflächenbedeckung der Polymerpartikel durch Metalloxid gefunden. Mit der Methode der Oberflächenkristallisation konnten frühe Stadien der Nukleation auf der Partikeloberfläche fixiert werden. Weiterhin wurden die individuellen physikalisch-chemischen Eigenschaften der hergestellten Metall¬oxid/Polymer-Hybridnano¬partikel untersucht. Dabei zeigten die CeO2/Polymer-Hybridpartikel eine hohe katalytische Aktivität bezüglich der photokatalytischen Oxidation von Rhodamin B, die als Modellreaktion durchgeführt wurde. Des Weiteren wurde die Magnetisierung der Magnetit/Polymer-Hybridpartikel gemessen. Die Fe3O4-Hybrid¬partikelsysteme wiesen eine vergleichbare Sättigungsmagnetisierung auf. Die Zinkoxid/Polymer-Hybridsysteme zeigten eine starke Lumineszenz im sichtbaren Bereich bei Anregung mit UV-Licht. Die Metalloxid/Polymer-Hybridpartikel, die mit den phosphonat- oder phosphatfunktion¬alisierten Polystyrolpartikeln hergestellt wurden, zeigten keine signifikanten Unterschiede in ihren physikochemischen Eigenschaften. Im Allgemeinen lässt sich schlussfolgern, dass sowohl Phosphonat- als auch Phosphatgruppen gleichermaßen für die Oberflächenkristallisation von Metalloxiden geeignet sind. Die Zink¬oxid/Polymer-Hybridsysteme stellen eine Ausnahme dar. Die Verwendung der phosphonat¬funktionalisierten Polystyrolpartikel führte zur Entstehung einer Zinkhydroxidphase, die neben der Zinkoxidphase gebildet wurde. Aufgrund dessen zeigten die ZnO/RPO3H2-Hybridpartikel eine geringere Lumineszenz im sichtbaren Bereich als die ZnO/RPO4H2-Hybridsysteme.rnDie Erkenntnisse, die bei der Oberflächenkristallisation von Metalloxiden gewonnen wurden, konnten erfolgreich auf Cadmiumsulfid übertragen werden. Dabei konnte Cadmiumsulfid auf der Oberfläche von phosphonatfunktionalisierten Polystyrolpartikeln kristallisiert werden. Mit Hilfe des RPO3H2-Surfmers konnten phosphonatfunktion¬alisierte Polystyrolpartikel mit superparamagnetischem Kern synthetisiert werden, die zur Herstellung von multifunktionalen CdS/Polymer-Hybridpartikeln mit Magnetitkern verwendet wurden. Die Kristallphase und die Oberflächenbedeckung der multi¬funktionalen Hybridsysteme wurden mit den CdS/Polymer-Hybridsystemen ohne magnetischen Kern verglichen. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass in beiden Fällen Cadmiumsulfid in der Greenockit-Modifikation gebildet wurde. Die multifunktionalen CdS/Polymer-Hybridpartikel mit superparamagnetischem Kern konnten sowohl mit einem optischen als auch einem magnetischen Stimulus angeregt werden.rnrn

Quantenchemische Behandlung von elektronischem Energietransfer

Im Rahmen dieser Dissertation wurden quantenchemische Untersuchungen zum Phänomen des elektronischen Energietransfers durchgeführt. Zum einen wurden theoretische Modelle zur Berücksichtigung temperaturabhängiger Elektron-Phonon-Kopplung in vibronischen Spektren ausgearbeitet und numerischen Tests unterzogen. Zum anderen erfolgte die Bestimmung molekularer Eigenschaften bichromophorer Systeme unter Anwendung etablierter Rechenmethoden. Im Fokus stehen das Zusammenspiel elektronischer Kopplung und statischer Unordnung sowie Energietransferzeiten und der Einfluss molekularer Brücken in Dimeren auf die Kopplung. Da sich elektronischer Energietransfer spektroskopisch nachweisen lässt, wurden temperaturabhängige Simulationen der Linienform von vibronischen Übergängen, die an ein Wärmebad ankoppeln, durchgeführt. Die erforderliche Antwortfunktion zur Bestimmung der spektralen Linienform kann aus einer Kumulantenentwicklung und alternativ aus der Multi-Level Redfieldtheorie abgeleitet werden. Statt der genäherten Schwingungsstruktur des Brownschen Oszillatormodells wurde eine explizit berechnete Zustandsdichte als Ausgangspunkt verwendet. Sowohl reine Elektron-Phonon- als auch Schwingung-Phonon-Kopplung werden für verschiedene Spektraldichten der Badmoden diskutiert. Im Zuge eines Kooperationsprojekts führten wir Untersuchungen zur elektronischen Kopplung an einer homologen Reihe von Rylendimeren mit unterschiedlichen Brückenlängen durch. Zu diesem Zweck wurden Ergebnisse aus Tieftemperatureinzelmolekülmessungen und quantenchemischen Berechnungen auf Grundlage des vibronischen Kopplungsmodells herangezogen und ausgewertet. Die untersuchten Dimere zeigen einen Übergang vom Grenzfall starker Kopplung hin zu schwacher Kopplung und die mittleren Energietransferzeiten konnten in guter Übereinstimmung mit experimentellen Messwerten berechnet werden. Da eine molekulare Brücke zwischen Donor- und Akzeptoreinheit die elektronische Kopplung modifiziert, kann sie sich störend auf experimentelle Messungen auswirken. Daher wurde untersucht, ob das interchromophore Kopplungsverhalten vorwiegend durch die Polarisierbarkeit des verbrückenden Elements oder durch bindungsvermittelte Wechselwirkungen beeinflusst wird und welche Brückentypen sich folglich für experimentelle Studien eignen. Sämtliche untersuchten Brückenelemente führten zu einer Vergrößerung der elektronischen Kopplung und die Kopplungsstärke wurde maßgeblich durch brückenvermittelte Wechselwirkungen bestimmt.

Extraktion und nanoanalytische Charakterisierung refraktärer Nanometallpartikel frühester solarer Materie und Synthese metallischer Nanopartikel aus dotierten Ca-Mg-Al-Si-Schmelzen

Primitive kohlige Chondrite sind Meteorite, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden und dadurch einen Einblick in Prozesse geben, die zur Bildung und Veränderung der ersten festen Materie führten. Solche Prozesse können anhand von Bruchstücken dieser Meteorite detailliert im Labor studiert werden, sodass Rückschlüsse auf die Entwicklung unseres Sonnensystems im frühen Stadium getroffen werden können. Ca-, Al-reiche Einschlüsse (CAIs) aus chondritischen Meteoriten sind die ersten Festkörper des Sonnensystems und enthalten viele refraktäre Metallnuggets (RMNs), welche hauptsächlich aus den Elementen Os, Ir, Ru, Mo und Pt bestehen. Nach weit verbreiteter Ansicht sind diese Nuggets wahrscheinlich im Gleichgewicht mit dem solaren Nebel kondensiert, bereits früher oder gleichzeitig mit Oxiden und Silikaten. Die exakten Mechanismen, die zu ihren heute beobachteten Eigenschaften führten, sind allerdings unklar. Um frühere Arbeiten fortzuführen, wurde eine hohe Anzahl RMNs in vier unterschiedlichen Typen von Meteoriten detailliert studiert, darunter solche aus dem nahezu unveränderten Acfer 094, Allende (CV3ox), Leoville (CV3red) und Murchison (CM2). Die RMNs wurden in-situ, assoziiert mit ihren Wirtsmineralen und auch in Säurerückständen gefunden, deren Präparationsprozedur in dieser Arbeit speziell für RMNs durch eine zusätzliche Dichtetrennung verbessert wurde.rnDie Ergebnisse decken eine Reihe von Ungereimtheiten zwischen den beobachteten RMN-Eigenschaften und einer Kondensationsherkunft auf, sowohl für Kondensation in solarer Umgebung, als auch für Kondensation aus Material von Supernovae oder roten Riesen, für die die Kondensationssequenzen refraktärer Metalle speziell für diesen Vergleich berechnet wurden. Stattdessen wurden in dieser Arbeit neue Einblicke in die RMN-Entstehung und die Entwicklung der ersten Festkörper (CAIs) durch eine Kombination aus experimentellen, isotopischen, strukturellen und petrologischen Studien an RMNs gewonnen. Viele der beobachteten Eigenschaften sind mit Ausfällung der RMN aus einer CAI-Schmelze vereinbar. Ein solches Szenario wird durch entsprechende Untersuchungen an synthetisch hergestellten, mit refraktären Metallen im Gleichgewicht stehenden CAI-Schmelzen bestätigt. Es folgt aus den Ergebnissen, dass die Mehrzahl der RMNs isotopisch solar ist und alle untersuchten RMNs innerhalb von CAIs bei rascher Abkühlung (um bis zu 1000 °C/40 sek.) einer CAI-Schmelze gebildet wurden. rn

Distribution of metals in several vineyards of North Italy: from soil to wine

Nowadays we live in densely populated regions and this leads to many environmental issues. Among all pollutants that human activities originate, metals are relevant because they can be potentially toxic for most of living beings. We studied the fate of Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn in a vineyard environment analysing samples of plant, wine and soil. Sites were chosen considering the type of wine produced, the type of cultivation (both organic and conventional agriculture) and the geographic location. We took vineyards that cultivate the same grape variety, the Trebbiano). We investigated 5 vineyards located in the Ravenna district (Italy): two on the Lamone Valley slopes, one in the area of river-bank deposits near Ravenna city, then a farm near Lugo and one near Bagnacavallo in interfluve regions. We carried out a very detailed characterization of soils in the sites, including the analysis of: pH, electric conductivity, texture, total carbonate and extimated content of dolomite, active carbonate, iron from ammonium oxalate, Iron Deficiency Chlorosis Index (IDCI), total nitrogen and organic carbon, available phosphorous, available potassium and Cation Exchange Capacity (CEC). Then we made the analysis of the bulk chemical composition and a DTPA extraction to determine the available fraction of elements in soils. All the sites have proper ground to cultivate, with already a good amount of nutrients, such as not needing strong fertilisations, but a vineyard on hills suffers from iron deficiency chlorosis due to the high level of active carbonate. We found some soils with much silica and little calcium oxide that confirm the marly sandstone substratum, while other soils have more calcium oxide and more aluminium oxide that confirm the argillaceous marlstone substratum. We found some critical situations, such as high concentrations of Chromium, especially in the farm near Lugo, and we noticed differences between organic vineyards and conventional ones: the conventional ones have a higher enrichment in soils of some metals (Copper and Zinc). Each metal accumulates differently in every single part of grapevines. We found differences between hill plants and lowland ones: behaviors of plants in metal accumulations seems to have patterns. Metals are more abundant in barks, then in leaves or sometimes in roots. Plants seem trying to remove excesses of metal storing them in bark. Two wines have excess of acetic acid and one conventional farm produces wine with content of Zinc over the Italian law limit. We already found evidence of high values relating them with uncontaminated environments, but more investigations are suggested to link those values to their anthropogenic supplies.

Increased phase synchronization during continuous face integration measured simultaneously with EEG and fMRI

Gamma zero-lag phase synchronization has been measured in the animal brain during visual binding. Human scalp EEG studies used a phase locking factor (trial-to-trial phase-shift consistency) or gamma amplitude to measure binding but did not analyze common-phase signals so far. This study introduces a method to identify networks oscillating with near zero-lag phase synchronization in human subjects.

Gene expression by human monocytes from peripheral blood in response to exposure to metals

With increasing life expectancy and active lifestyles, the longevity of arthroplasties has become an important problem in orthopaedic surgery and will remain so until novel approaches to joint preservation have been developed. The sensitivity of the recipient to the metal alloys may be one of the factors limiting the lifespan of implants. In the present study, the response of human monocytes from peripheral blood to an exposure to metal ions was investigated, using the method of real-time polymerase chain reaction (PCR)-based low-density arrays. Upon stimulation with bivalent (Co2+ and Ni2+) and trivalent (Ti3+) cations and with the calcium antagonist LaCl3, the strength of the elicited monocytic response was in the order of Co2+ > or = Ni2+ > Ti3+ > or = LaCl3. The transcriptional regulation of the majority of genes affected by the exposure of monocytes to Co2+ and Ni2+ was similar. Some genes critically involved in the processes of inflammation and bone resorption, however, were found to be differentially regulated by these bivalent cations. The data demonstrate that monocytic gene expression is adapted in response to metal ions and that this response is, in part, specific for the individual metals. It is suggested that metal alloys used in arthroplasties may affect the extent of inflammation and bone resorption in the peri-implant tissues in dependence of their chemical composition.

Curing capability of halogen and LED light curing units in deep class II cavities in extracted human molars

Class II cavities were prepared in extracted lower molars filled and cured in three 2-mm increments using a metal matrix. Three composites (Spectrum TPH A4, Ceram X mono M7 and Tetric Ceram A4) were cured with both the SmartLite PS LED LCU and the Spectrum 800 continuous cure halogen LCU using curing cycles of 10, 20 and 40 seconds. Each increment was cured before adding the next. After a seven-day incubation period, the composite specimens were removed from the teeth, embedded in self-curing resin and ground to half the orofacial width. Knoop microhardness was determined 100, 200, 500, 1000, 1500, 2500, 3500, 4500 and 5500 microm from the occlusal surface at a distance of 150 microm and 1000 microm from the metal matrix. The total degree of polymerization of a composite specimen for any given curing time and curing light was determined by calculating the area under the hardness curve. Hardness values 150 microm from the metal matrix never reached maximum values and were generally lower than those 1000 microm from the matrix. The hardest composite was usually encountered between 200 microm and 1000 microm from the occlusal surface. For every composite-curing time combination, there was an increase in microhardness at the top of each increment (measurements at 500, 2500 and 4500 microm) and a decrease towards the bottom of each increment (measurements at 1500, 3500 and 5500 microm). Longer curing times were usually combined with harder composite samples. Spectrum TPH composite was the only composite showing a satisfactory degree of polymerization for all three curing times and both LCUs. Multiple linear regression showed that only the curing time (p < 0.001) and composite material (p < 0.001) had a significant association with the degree of polymerization. The degree of polymerization achieved by the LED LCU was not significantly different from that achieved by the halogen LCU (p = 0.54).

Diethylhexylphthalate extracted by typical newborn lipid emulsions from polyvinylchloride infusion systems causes significant changes in histology of rabbit

Background: Looking for a candidate substance inducing hepatobiliary dysfunction under parenteral nutrition (PN) in newborns, we recently discovered that newborn infusions extract large amounts of the plasticizer diethylhexylphthalate (DEHP) from commonly used polyvinylchloride (PVC) infusion lines. This plasticizer is well known to be genotoxic and teratogenic in animals and to cause changes in various organs and enzyme systems even in humans. The aim of this study was to examine the effect of DEHP, extracted in the same way and in the same amount as in newborns, on livers of young rabbits. Methods: Prepubertal rabbits received lipid emulsion through central IV lines continuously for 3 weeks either via PVC or polyethylene (PE) infusion systems. Livers were examined after 1 and 3 weeks by light and electron microscopy. Results: By light microscopy, hydropic degeneration, single-cell necrosis, fibrosis, and bile duct proliferation were observed more in the PVC group. Electron microscopy revealed multiple nuclear changes, clusters and atypical forms of peroxisomes, proliferation of smooth endoplasmic reticulum, increased deposition of lipofuscin, and a mild perisinusoidal fibrosis only in the PVC group. These changes, which are generally regarded as reaction upon a toxic stimulus, could be exclusively attributed to DEHP. Conclusions: This investigation proved that DEHP produces toxin-like changes in livers of young rabbits in the same dose, duration, and method of administration as in newborn infants. For this reason, it is likely that DEHP is the substance that causes hepatobiliary dysfunction in newborns under PN. Possible modes of action of DEHP are proposed.

Validation of candidate smear microscopy quality indicators, extracted from tuberculosis laboratory registers

SETTING: Kinshasa Province, Democratic Republic of Congo. OBJECTIVE: To identify and validate register-based indicators of acid-fast bacilli (AFB) microscopy quality. DESIGN: Selection of laboratories based on reliability and variation in routine smear rechecking results. Calculation of relative sensitivity (RS) compared to recheckers and its correlation coefficient (R) with candidate indicators based on a fully probabilistic analysis incorporating vague prior information using WinBUGS. RESULTS: The proportion of positive follow-up smears correlated well (median R 0.81, 95% credibility interval [CI] 0.58-0.93), and the proportion of first smear-positive cases fairly (median R 0.70, 95% CI 0.38-0.89) with RS. The proportions of both positive suspect and low positive case smears showed poor correlations (median R 0.27 and -0.22, respectively, with ranges including zero). CONCLUSIONS: The proportion of positives in follow-up smears is the most promising indicator of AFB smear sensitivity, while the proportion of positive suspects may be more indicative of accessibility and suspect selection. Both can be obtained from simple reports, and should be used for internal and external monitoring and as guidance for supervision. As proportion of low positive suspect smears and consistency within case series are more difficult to interpret, they should be used only on-site by laboratory professionals. All indicators require more research to define their optimal range in various settings.

Calibration of a surgical microscope with automated zoom lenses using an active optical tracker

BACKGROUND: In this paper, we present a new method for the calibration of a microscope and its registration using an active optical tracker. METHODS: Practically, both operations are done simultaneously by moving an active optical marker within the field of view of the two devices. The IR LEDs composing the marker are first segmented from the microscope images. By knowing their corresponding three-dimensional (3D) position in the optical tracker reference system, it is possible to find the transformation matrix between the referential of the two devices. Registration and calibration parameters can be extracted directly from that transformation. In addition, since the zoom and focus can be modified by the surgeon during the operation, we propose a spline based method to update the camera model to the new setup. RESULTS: The proposed technique is currently being used in an augmented reality system for image-guided surgery in the fields of ear, nose and throat (ENT) and craniomaxillofacial surgeries. CONCLUSIONS: The results have proved to be accurate and the technique is a fast, dynamic and reliable way to calibrate and register the two devices in an OR environment.