The release of zinc and lead from mine tailings

Mining and processing of metal ores are important causes of soil and groundwater contamination in many regions worldwide. Metal contaminations are a serious risk for the environment and human health. The assessment of metal contaminations in the soil is therefore an important task. A common approach to assess the environmental risk emanating from inorganic contaminations to soil and groundwater is the use of batch or column leaching tests. In this regard, the suitability of leaching tests is a controversial issue. In the first part of this work the applicability and comparability of common leaching tests in the scope of groundwater risk assessment of inorganic contamination is reviewed and critically discussed. Soil water sampling methods (the suction cup method and centrifugation) are addressed as an alternative to leaching tests. Reasons for limitations of the comparability of leaching test results are exposed and recommendations are given for the expedient application of leaching tests for groundwater risk assessment. Leaching tests are usually carried out in open contact with the atmosphere disregarding possible changes of redox conditions. This can affect the original metal speciation and distribution, particularly when anoxic samples are investigated. The influence of sample storage on leaching test results of sulfide bearing anoxic material from a former flotation dump is investigated in a long-term study. Since the oxidation of the sulfide-bearing samples leads to a significant overestimation of metal release, a feasible modification for the conduction of common leaching tests for anoxic material is proposed, where oxidation is prevented efficiently. A comparison of leaching test results to soil water analyzes have shown that the modified saturation soil extraction (SSE) is found to be the only of the tested leaching procedures, which can be recommended for the assessment of current soil water concentrations at anoxic sites if direct investigation of the soil water is impossible due to technical reasons. The vertical distribution and speciation of Zn and Pb in the flotation residues as well as metal concentrations in soil water and plants were investigated to evaluate the environmental risk arising from this site due to the release of metals. The variations in pH and inorganic C content show an acidification of the topsoil with pH values down to 5.5 in the soil and a soil water pH of 6 in 1 m depth. This is due to the oxidation of sulfides and depletion in carbonates. In the anoxic subsoil pH conditions are still neutral and soil water collected with suction cups is in equilibrium with carbonate minerals. Results from extended x-ray absorption fine-structure (EXAFS) spectroscopy confirm that Zn is mainly bound in sphalerite in the subsoil and weathering reactions lead to a redistribution of Zn in the topsoil. A loss of 35% Zn and S from the topsoil compared to the parent material with 10 g/kg Zn has been observed. 13% of total Zn in the topsoil can be regarded as mobile or easily mobilizable according to sequential chemical extractions (SCE). Zn concentrations of 10 mg/L were found in the soil water, where pH is acidic. Electron supply and the buffer capacity of the soil were identified as main factors controlling Zn mobility and release to the groundwater. Variable Pb concentrations up to 30 µg/L were observed in the soil water. In contrast to Zn, Pb is enriched in the mobile fraction of the oxidized topsoil by a factor of 2 compared to the subsoil with 2 g/kg Pb. 80% of the cation exchange capacity in the topsoil is occupied by Pb. Therefore, plant uptake and bioavailability are of major concern. If the site is not prevented from proceeding acidification in the future, a significant release of Zn, S, and Pb to the groundwater has to be expected. Results from this study show that the assessment of metal release especially from sulfide bearing anoxic material requires an extensive comprehension of leaching mechanisms on the one hand and on weathering processes, which influence the speciation and the mobility of metals, on the other hand. Processes, which may change redox and pH conditions in the future, have to be addressed to enable sound decisions for soil and groundwater protection and remediation.

Composite materials design, manufacture and evaluation

Fibre-Reinforced-Plastics are composite materials composed by thin fibres with high mechanical properties, made to work together with a cohesive plastic matrix. The huge advantages of fibre reinforced plastics over traditional materials are their high specific mechanical properties i.e. high stiffness and strength to weight ratios. This kind of composite materials is the most disruptive innovation in the structural materials field seen in recent years and the areas of potential application are still many. However, there are few aspects which limit their growth: on the one hand the information available about their properties and long term behaviour is still scarce, especially if compared with traditional materials for which there has been developed an extended database through years of use and research. On the other hand, the technologies of production are still not as developed as the ones available to form plastics, metals and other traditional materials. A third aspect is that the new properties presented by these materials e.g. their anisotropy, difficult the design of components. This thesis will provide several case-studies with advancements regarding the three limitations mentioned. In particular, the long term mechanical properties have been studied through an experimental analysis of the impact of seawater on GFRP. Regarding production methods, the pre-impregnated cured in autoclave process was considered: a rapid tooling method to produce moulds will be presented, and a study about the production of thick components. Also, two liquid composite moulding methods will be presented, with a case-study regarding a large component with sandwich structure that was produced with the Vacuum-Assisted-Resin-Infusion method, and a case-study regarding a thick con-rod beam that was produced with the Resin-Transfer-Moulding process. The final case-study will analyse the loads acting during the use of a particular sportive component, made with FRP layers and a sandwich structure, practical design rules will be provided.

The European External Action Service and the Implementation of the 'Union Method' in European Foreign Policy

The European External Action Service (EEAS or Service) is one of the most significant and most debated innovations introduced by the Lisbon Treaty. This analysis intends to explain the anomalous design of the EEAS in light of its function, which consists in the promotion of external action coherence. Coherence is a principle of the EU legal system, which requires synergy in the external actions of the Union and its Members. It can be enforced only through the coordination of European policy-makers' initiatives, by bridging the gap between the 'Communitarian' and intergovernmental approaches. This is the 'Union method' envisaged by A. Merkel: "coordinated action in a spirit of solidarity - each of us in the area for which we are responsible but all working towards the same goal". The EEAS embodies the 'Union method', since it is institutionally linked to both Union organs and Member States. It is also capable of enhancing synergy in policy management and promoting unity in international representation, since its field of action is delimited not by an abstract concern for institutional balance but by a pragmatic assessment of the need for coordination in each sector. The challenge is now to make sure that this pragmatic approach is applied with respect to all the activities of the Service, in order to reinforce its effectiveness. The coordination brought by the EEAS is in fact the only means through which a European foreign policy can come into being: the choice is not between the Community method and the intergovernmental method, but between a coordinated position and nothing at all.

Visualisierung vergrabener Objekte: Ein Sampling-Verfahren für die Maxwell-Gleichungen

Wir untersuchen die numerische Lösung des inversen Streuproblems der Rekonstruktion der Form, Position und Anzahl endlich vieler perfekt leitender Objekte durch Nahfeldmessungen zeitharmonischer elektromagnetischer Wellen mit Hilfe von Metalldetektoren. Wir nehmen an, dass sich die Objekte gänzlich im unteren Halbraum eines unbeschränkten zweischichtigen Hintergrundmediums befinden. Wir nehmen weiter an, dass der obere Halbraum mit Luft und der untere Halbraum mit Erde gefüllt ist. Wir betrachten zuerst die physikalischen Grundlagen elektromagnetischer Wellen, aus denen wir zunächst ein vereinfachtes mathematisches Modell ableiten, in welchem wir direkt das elektromagnetische Feld messen. Dieses Modell erweitern wir dann um die Messung des elektromagnetischen Feldes von Sendespulen mit Hilfe von Empfangsspulen. Für das vereinfachte Modell entwickeln wir, unter Verwendung der Theorie des zugehörigen direkten Streuproblems, ein nichtiteratives Verfahren, das auf der Idee der sogenannten Faktorisierungsmethode beruht. Dieses Verfahren übertragen wir dann auf das erweiterte Modell. Wir geben einen Implementierungsvorschlag der Rekonstruktionsmethode und demonstrieren an einer Reihe numerischer Experimente die Anwendbarkeit des Verfahrens. Weiterhin untersuchen wir mehrere Abwandlungen der Methode zur Verbesserung der Rekonstruktionen und zur Verringerung der Rechenzeit.

Generalized Differential Quadrature Finite Element Method applied to Advanced Structural Mechanics

Over the years the Differential Quadrature (DQ) method has distinguished because of its high accuracy, straightforward implementation and general ap- plication to a variety of problems. There has been an increase in this topic by several researchers who experienced significant development in the last years. DQ is essentially a generalization of the popular Gaussian Quadrature (GQ) used for numerical integration functions. GQ approximates a finite in- tegral as a weighted sum of integrand values at selected points in a problem domain whereas DQ approximate the derivatives of a smooth function at a point as a weighted sum of function values at selected nodes. A direct appli- cation of this elegant methodology is to solve ordinary and partial differential equations. Furthermore in recent years the DQ formulation has been gener- alized in the weighting coefficients computations to let the approach to be more flexible and accurate. As a result it has been indicated as Generalized Differential Quadrature (GDQ) method. However the applicability of GDQ in its original form is still limited. It has been proven to fail for problems with strong material discontinuities as well as problems involving singularities and irregularities. On the other hand the very well-known Finite Element (FE) method could overcome these issues because it subdivides the computational domain into a certain number of elements in which the solution is calculated. Recently, some researchers have been studying a numerical technique which could use the advantages of the GDQ method and the advantages of FE method. This methodology has got different names among each research group, it will be indicated here as Generalized Differential Quadrature Finite Element Method (GDQFEM).

Einzelmolekül-Untersuchungen zu Faltung und Zusammenbau des Lichtsammelkomplexes LHCII

Zusammenfassungrn Der Faltungsprozess des Hauptlichtsammelkomplexes des Photosystems II aus höheren Pflanzen (light harvesting complex II, LHCII) wurde bereits mehrfach untersucht, die Experimente hierzu fanden stets im Ensemble statt. Anhand der bislang veröffentlichten Faltungskinetiken des LHCII aus höheren Pflanzen lassen sich aber keine eindeutigen Aussagen bezüglich der Diversität der Faltungswege treffen. Daher sollten im Rahmen dieser Arbeit Faltungskinetiken einzelner LHCII-Moleküle während der Komplexbildung aufgenommen werden, um weitergehende Informationen zum Faltungsmechanismus zu erhalten und zur Frage, ob hier mehrere unterschiedliche Wege eingeschlagen werden.rnHierfür war zunächst die Etablierung einer Oberflächenimmobilisierung mit Glas als Trägermaterial notwendig. Nachdem Versuche, diese Immobilisierung über einen His6-tag oder über einen heterobifunktionellen Linker zu bewerkstelligen, nicht zum Erfolg geführt haben, konnte eine Immobilisierung des Biotin-markierten Proteins an Oberflächen-gebundenes Avidin erreicht werden. Die Qualität dieser Immobilisierung wurde hierbei sowohl über Bindungsversuche mit fluoreszenzfarbstoffmarkiertem Protein als auch über eine direkte Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit mittels Rasterkraftmikroskopie überprüft. Die für die folgenden Versuche optimale Belegungsdichte wurde im konfokalen Fluoreszenzmikroskop ermittelt. Zudem wurde sichergestellt, dass die Proteine vereinzelt auf der Oberfläche immobilisiert vorliegen.rnAuf dieser Basis wurden LHCII-Komplexe, die zuvor in vitro rekonstituiert wurden, immobilisiert und Versuche zur kontrollierten Denaturierung unternommen, um Zerfalls-kinetiken im Verfahren der internen Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (total internal reflection fluorescence, TIRF) aufnehmen zu können. Hierbei traten Schwierigkeiten bezüglich der Lebensdauer der Komplexe unter Laser-Belichtung auf, da sich die Löschung der Fluoreszenz durch Zerstrahlung der Pigmente einerseits oder Dissoziation der LHCII andererseits nicht unterscheiden ließen. Auch durch verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer konnte diese nicht in dem Maße gesteigert werden, wie es experimentell notwendig gewesen wäre.rnFür das eigentliche Hauptziel dieser Arbeit – die Aufzeichnung von Einzelmolekül-Faltungskinetiken – war die Entwicklung einer Methode zur Rekonstitution oberflächen-immobilisierter LHCII-Apoproteine notwendig. Dieses Ziel wurde mithilfe einer Detergenzmisch-Rekonstitution erreicht. Der Erfolg der Rekonstitution konnte experimentell sowohl im Fluorimeter anhand des komplexinternen Energietransfers auf einen kovalent an das Protein gebundenen Infrarot-Fluorophor als auch im TIRF-Verfahren direkt beobachtet werden. Auch hier konnte nach ca. 80 Sekunden ein Ausbleichen der Komplexe während der Belichtung durch den Anregungs-Laser beobachtet werden.rnIn Versuchen zur Beobachtung des Komplexbildungsvorganges zeigte sich, dass die Rekonstitution offenbar durch die Belichtung massiv gestört wird. Ein weiteres Problem war eine sehr starke Hintergrundfluoreszenz, ausgelöst durch die zur Rekonstitution notwendige Pigmentlösung, die trotz der TIRF-Anregung von ausschließlich oberflächengebundenem Material die Fluoreszenz der Komplexe überlagerte. Somit konnte die Rekonstitution oberflächenimmobilisierter LHCII-Proteine zwar in Vorher-Nachher-Aufnahmen gezeigt werden, der Faltungsprozess an sich konnte dagegen im Rahmen dieser Arbeit nicht aufgezeichnet werden.

Vulnerability and robustness indices against blackouts in power grids

In this dissertation some novel indices for vulnerability and robustness assessment of power grids are presented. Such indices are mainly defined from the structure of transmission power grids, and with the aim of Blackout (BO) prevention and mitigation. Numerical experiments showing how they could be used alone or in coordination with pre-existing ones to reduce the effects of BOs are discussed. These indices are introduced inside 3 different sujects: The first subject is for taking a look into economical aspects of grids’ operation and their effects in BO propagation. Basically, simulations support that: the determination to operate the grid in the most profitable way could produce an increase in the size or frequency of BOs. Conversely, some uneconomical ways of supplying energy are shown to be less affected by BO phenomena. In the second subject new topological indices are devised to address the question of "which are the best buses to place distributed generation?". The combined use of two indices, is shown as a promising alternative for extracting grid’s significant features regarding robustness against BOs and distributed generation. For this purpose, a new index based on outage shift factors is used along with a previously defined electric centrality index. The third subject is on Static Robustness Analysis of electric networks, from a purely structural point of view. A pair of existing topological indices, (namely degree index and clustering coefficient), are combined to show how degradation of the network structure can be accelerated. Blackout simulations were carried out using the DC Power Flow Method and models of transmission networks from the USA and Europe.

Hundertneunundzwanzig Xe NMR for investigations of complex and dynamic systems

In this work, the remarkable versatility and usefulness of applications of Xe-129 NMR experiments is further extended. The application of Xe-129 NMR spectroscopy to very different system is studied, including dynamic and static, solid and liquid, porous and non-porous systems. Using the large non-equilibrium polarization created by hyperpolarization of Xe-129, time-resolved NMR measurements can be used for the online-monitoring of dynamic systems. In the first part of this work, several improvements for medical applications of hyperpolarized Xe-129 are achieved and their feasibility shown experimentally. A large gain in speed and reproducibility of the accumulation process of Xe-129 as ice and an enhancement of the usable polarization in any experiment requiring prior accumulation are achieved. An enhancement of the longitudinal relaxation time of Xe-129 is realized by admixture of a buffer gas during the storage of hyperpolarized Xe-129. Pursuing the efforts of simplifying the accumulation process and enhancing the storage time of hyperpolarized Xe-129 will allow for a wider use of the hyperpolarized gas in (medical) MRI experiments. Concerning the use of hyperpolarized Xe-129 in MRI, the influence of the diffusion coefficient of the gas on parameters of the image contrast is experimentally demonstrated here by admixture of a buffer gas and thus changing the diffusion coefficient. In the second part of this work, a polymer system with unique features is probed by Xe-129 NMR spectroscopy, proving the method to be a valuable tool for the characterization of the anisotropic properties of semicrystalline, syndiotactic polystyrene films. The polymer films contain hollow cavities or channels with sizes in the sub-nanometer range, allowing for adsorption of Xe-129 and subsequent NMR measurements. Despite the use of a ’real-world’ system, the transfer of the anisotropic properties from the material to adsorbed Xe-129 atoms is shown, which was previously only known for fully crystalline materials. The anisotropic behavior towards atomar guests inside the polymer films is proven here for the first time for one of the phases. For the polymer phase containing nanochannels, the dominance of interactions between Xe-129 atoms in the channels compared to interactions between Xe atoms and the channel walls are proven by measurements of a powder sample of the polymer material and experiments including the rotation of the films in the external magnetic field as well as temperature-dependent measurements. The characterization of ’real-world’ systems showing very high degrees of anisotropy by Xe-129 are deemed to be very valuable in future applications. In the last part of this work, a new method for the online monitoring of chemical reactions has been proposed and its feasibility and validity are experimentally proven. The chemical shift dependence of dissolved Xe-129 on the composition of a reaction mixture is used for the online monitoring of free-radical miniemulsion polymerization reactions. Xe-129 NMR spectroscopy provides an excellent method for the online monitoring of polymerization reactions, due to the simplicity of the Xe-129 NMR spectra and the simple relationship between the Xe-129 chemical shift and the reaction conversion. The results of the time-resolved Xe-129 NMR measurements are compared to those from calorimetric measurements, showing a good qualitative agreement. The applicability of the new method to reactions other than polymerization reactions is investigated by the online monitoring of an enzymatic reaction in a miniemulsion. The successful combination of the large sensitivity of Xe-129, the NMR signal enhancements due to hyperpolarization, and the solubility of Xe-129 gives access to the large new field of investigations of chemical reaction kinetics in dynamic and complex systems like miniemulsions.

Einsatz eines Aerosolmassenspektrometers während der CYPHEX-Kampagne und zur Methodenentwicklung einer Echtzeitquantifizierung gasförmiger Amine

Atmosphärische Aerosole haben einen starken Einfluss auf das Klima, der bisher nur grundlegend verstanden ist und weiterer Forschung bedarf. Das atmosphärische Verhalten der Aerosolpartikel hängt maßgeblich von ihrer Größe und chemischen Zusammensetzung ab. Durch Reflexion, Absorption und Streuung des Sonnenlichtes verändern sie den Strahlungshaushalt der Erde direkt und durch ihre Einflussnahme auf die Wolkenbildung indirekt. Besonders gealterte, stark oxidierte organische Aerosole mit großem Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis wirken als effektive Wolkenkondensationskeime. Neben primären Aerosolpartikeln, die direkt partikelförmig in die Atmosphäre gelangen, spielen sekundäre Aerosolpartikel eine große Rolle, die aus Vorläufergasen in der Atmosphäre entstehen. Aktuelle Forschungsergebnisse legen nahe, dass kurzkettige aliphatische Amine bei Nukleationsprozessen beteiligt sind und somit die Partikelneubildung vielerorts mitsteuern. Um die Rolle von Aminen in der Atmosphäre besser erforschen und industrielle Emissionen kontrollieren zu können, bedarf es einer zuverlässigen Methode zur Echtzeitquantifizierung gasförmiger Amine mit hoher Zeitauflösung und niedriger Nachweisgrenze.rnDas hochauflösende Flugzeit-Aerosolmassenspektrometer (HR-ToF-AMS) bietet die Möglichkeit, atmosphärische Partikel in Echtzeit zu analysieren. Dabei werden Größe, Menge und grundlegende chemische Zusammensetzung erfasst. Anorganische Aerosolbestandteile können eindeutig zugeordnet werden. Es ist jedoch kaum möglich, einzelne organische Verbindungen in den komplizierten Massenspektren atmosphärischer Aerosole zu identifizieren und quantifizieren.rnIn dieser Arbeit wird atmosphärisches Aerosol untersucht, das im Westen Zyperns während der CYPHEX-Kampagne mit einem HR-ToF-AMS gemessen wurde. An diesem Standort ist vor allem stark gealtertes Aerosol vorzufinden, das aus Zentral- und Westeuropa stammt. Lokale Einflüsse spielen fast keine Rolle. Es wurde eine durchschnittliche Massenkonzentration von 10,98 μg/m3 gefunden, zusammengesetzt aus 57 % Sulfat, 30 % organischen Bestandteilen, 12 % Ammonium, < 1 % Nitrat und < 1 % Chlorid, bezogen auf das Gewicht. Der Median des vakuum-aerodynamischen Durchmessers betrug 446,25 nm. Es wurde sehr acides Aerosol gefunden, dessen anorganische Bestandteile weitgehend der Zusammensetzung von Ammoniumhydrogensulfat entsprachen. Tag-Nacht-Schwankungen in der Zusammensetzung wurden beobachtet. Die Sulfatkonzentration und die Acidität zeigten tagsüber Maxima und nachts Minima. Konzentrationsschwankungen an Nitrat und Chlorid zeigten einen weniger ausgeprägten Rhythmus, Maxima fallen aber immer mit Minima der Sulfatkonzentration, Aerosolacidität und Umgebungstemperatur zusammen. Organische Aerosolbestandteile entsprachen stark gealtertem, schwerflüchtigem oxidiertem organischem Aerosol. Es wurde eine interne Mischung der Partikel beobachtet, die ebenfalls meist bei alten Aerosolen auftritt.rnUm mit dem HR-ToF-AMS auch einzelne organische Verbindungen identifizieren und quantifizieren zu können, wurde eine Methode entwickelt, mit der man Amine der Gasphase selektiv in künstlich erzeugte Phosphorsäurepartikel aufnimmt und so für die HR-ToF-AMS-Messung zugänglich macht. Dadurch kombiniert man die Vorteile der Online-Messung des HR-ToF-AMS mit den Vorteilen klassischer Offline-Probenahmen. So können in Echtzeit sehr einfache Massenspektren gemessen werden, in denen störende Komponenten abgetrennt sind, während die Analyten eindeutig identifiziert werden können. Systeme dieser Art wurden GTRAP-AMS (Gaseous compound TRapping in Artificially-generated Particles – Aerosol Mass Spectrometry) genannt. Kalibrierungen für (Mono)Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Diethylamin und Triethylamin ergaben Nachweisgrenzen im ppt-Bereich bei einer Zeitauflösung von 3 min. Kammerexperimente zur Aminemission von Pflanzen zeigten eine gute Übereinstimmung des neu entwickelten Systems mit einer Gasdiffusionsabscheider-Offline-Probenahme und anschließender ionenchromatographischer Analyse. Beide Methoden zeigten Reaktionen der Pflanzen auf eine Veränderung der Lichtverhältnisse, während erhöhte Ozonkonzentrationen die Aminemission nicht veränderten. Die GTRAP-AMS-Methode eignet sich bereits für die Messung von Umgebungsluftkonzentrationen an einigen Orten, für die meisten Orte reicht die Nachweisgrenze allerdings noch nicht aus. Die Technik könnte bereits zur Echtzeitkontrolle industrieller Abgasemissionen eingesetzt werden.

Amphotericin B nano-formulations : development, characterisation and suitability for oral administration

In der Form von Nanokapseln (AmB-HST), Nanoemulsion beziehungsweise multilamellaren Vesikeln (MLV) wurden drei Amphotericin-B-Formulierungen für die orale Applikation entwickelt, charakterisiert und verglichen. Die neuartige homogene Nanokapsel-Formulierung des hydrophoben Polyen-Antimykotikums Amphotericin B wurde in Analogie zu einem für Simvastatin und andere Arzneistoffe etablierten Prozess aus der Reinsubstanz, Lezithin und Gelatine mit Hilfe des HST-Verfahrens hergestellt. Photometrische Untersuchungen zeigten, dass das Endprodukt aus Monomeren aufgebaut ist. Mittels Mikroskopie ließen sich die Aggregate vor der Umhüllung mit Lezithin und Gelatine im Ausgangsmaterial als individuelle kugelförmige Arzneistoffpartikel darstellen. Strukturuntersuchungen mit dynamischer licht streuung (DLS) zeigten eine enge Größenverteilung der verkapselten Partikel von ca. 1 µm. Die Struktur der Hülle der HST-Partikel wurde erstmalig mit Neutronenstreuung unter Verwendung der Deuterium-basierten Lösungsmittel kontrastmethode aufgeklärt. Durch die teilweise Kontrastmaskierung des Partikelkerns bei der Neutronenstreuung konnte die Lezithin-Gelatine-Hülle als eine dünne, 5,64 ± 0.18 nm dicke Schicht aufgelöst werden, welche der biologischen Lipidmembran ähnlich, im Vergleich aber geringfügig größer ist. Dieses Resultat eröffnet Wege für die Optimierung der Formulierung von pharmazeutischen Nanopartikeln, z.B. durch Oberflächenmodifizierungen. Weitere Untersuchungen mittels Kleinwinkelneutronenstreuung unter Verwendung der D-Kontrastvariation deuten darauf hin, dass die Komponenten der Nanokapseln nicht den gleichen Masseschwerpunkt haben, sondern asymmetrisch aufgebaut sind und dass die stärker streuenden Domänen weiter außen liegen. Die Partikel sind im Vergleich zu Liposomen dichter. In-Vitro Freisetzungsstudien belegen das Solubilisierungsvermögen des HST-Systems, wonach die Freisetzung des Arzneistoffes aus der Formulierung zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als diejenige der Reinsubstanz war. rnDie Nanoemulsion-Formulierung von Amphotericin B wurde mit einem Öl und Tensid system, jedoch mit unterschiedlichen Co-Solvenzien, erfolgreich entwickelt. Gemäß der Bestimmung der Löslichkeit in verschiedenen Hilfsstoffen erwies sich der Arzneistoff Amphotericin B als nicht-lipophil, gleichzeitig aber auch als nicht-hydrophil. Die zur Ermittlung der für die Emulsionsbildung notwendigen Hilfstoffkonzentrationen erstellten ternären Diagramme veranschaulichten, dass hohe Öl- und Tensidgehalte zu keiner Emulsionsbildung führten. Dementsprechend betrug der höchste Ölgehalt 10%. Die Tröpfchengröße wuchs mit zunehmender Tensidkonzentration, wobei die Co-Solventmenge der Propylenglykol-haltigen Nanoemulsion indirekt verringert wurde. Für die Transcutol®P-haltige Nanoemulsion hingegen wurde das Gegenteil beobachtet, nämlich eine Abnahme der Tröpfchengröße bei steigenden Tensidkonzentrationen. Durch den Einschluss des Arzneistoffes wurde nicht die Viskosität der Formulierung, sondern die Tröpfchengröße beeinflusst. Der Wirkstoffeinschluss führte zu höheren Tröpfchengrößen. Mit zunehmender Propylenglykolkonzentration wurde der Wirkstoffgehalt erhöht, mit zunehmender Transcutol®P-Konzentration dagegen vermindert. UV/VIS-spektroskopische Analysen deuten darauf hin, dass in beiden Formulierungen Amphotericin B als Monomer vorliegt. Allerdings erwiesen sich die Formulierungen Caco-2-Zellen und humanen roten Blutkörperchen gegenüber als toxisch. Da die Kontrollproben eine höhere Toxizität als die wirkstoffhaltigen Formulierungen zeigten, ist die Toxizität nicht nur auf Amphotericin, sondern auch auf die Hilfsstoffe zurückzuführen. Die solubilisierte Wirkstoffmenge ist in beiden Formulierungen nicht ausreichend im Hinblick auf die eingesetzte Menge an Hilfsstoff nach WHO-Kriterien. Gemäß diesen Untersuchungen erscheinen die Emulsions-Formulierungen für die orale Gabe nicht geeignet. Dennoch sind Tierstudien notwendig, um den Effekt bei Tieren sowie die systemisch verfügbare Wirkstoffmenge zu ermitteln. Dies wird bestandskräftige Schlussfolgerungen bezüglich der Formulierung und Aussagen über mögliche Perspektiven erlauben. Nichtsdestotrotz sind die Präkonzentrate sehr stabil und können bei Raumtemperatur gelagert werden.rnDie multilamellar-vesikulären Formulierungen von Amphotericin B mit ungesättigten und gesättigten neutralen Phospholipiden und Cholesterin wurden erfolgreich entwickelt und enthielten nicht nur Vesikel, sondern auch zusätzliche Strukturen bei zunehmender Cholesterinkonzentration. Mittels Partikelgrößenanalyse wurden bei den Formulierungen mit gesättigten Lipiden Mikropartikel detektiert, was abhängig von der Alkylkettenlänge war. Mit dem ungesättigten Lipid (DOPC) konnten hingegen Nanopartikel mit hinreichender Verkapselung und Partikelgrößenverteilung gebildet werden. Die Ergebnisse der thermischen und FTIR-spektroskopischen Analyse, welche den Einfluss des Arzneistoffes ausschließen ließen, liefern den Nachweis für die mögliche, bereits in der Literatur beschriebene Einlagerung des Wirkstoffs in lipid- und/oder cholesterinreiche Membranen. Mit Hilfe eines linearen Saccharosedichtegradienten konnte die Formulierung in Vesikel und Wirkstoff-Lipid-Komplexe nach bimodaler Verteilung aufgetrennt werden, wobei der Arzneistoff stärker mit den Komplexen als mit den Vesikeln assoziiert ist. Bei den Kleinwinkelneutronenstreu-Experimenten wurde die Methode der Kontrastvariation mit Erfolg angewendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass Cholesterol in situ einen Komplex mit Amphotericin B bildet. Diesen Sachverhalt legt unter anderem die beobachtete Differenz in der äquivalenten Streulängendichte der Wirkstoff-Lipid- und Wirkstoff-Lipid-Cholesterin-haltigen kleinen unilamellaren Vesikeln nahe. Das Vorkommen von Bragg-Peaks im Streuprofil weist auf Domänen hin und systematische Untersuchungen zeigten, dass die Anzahl der Domänen mit steigendem Cholesteringehalt zunimmt, ab einem bestimmten Grenzwert jedoch wieder abnimmt. Die Domänen treten vor allem nahe der Außenfläche der Modellmembran auf und bestätigen, dass der Wirkstoff in den Cholesterinreichen Membranen vertikal eingelagert ist. Die Formulierung war sowohl Caco-2-Zellen als auch humanen roten Blutkörperchen gegenüber nicht toxisch und erwies sich unter Berücksichtigung der Aufnahme in Caco-2-Zellen als vielversprechend für die orale Applikation. Die Formulierung zeigt sich somit aussichtsreich und könnte in Tabletten weiterverarbeitet werden. Ein Filmüberzug würde den Wirkstoff gegen die saure Umgebung im Magen schützen. Für die Bestimmung der systemischen Verfügbarkeit der Formulierung sind Tierstudien notwendig. Die entwickelten multilamellaren Formulierungen einschließlich der Wirkstoff-Cholesterin-Komplexe bieten somit gute Aussichten auf die mögliche medizinische Anwendung. rnrn

Urine tested positive for ethyl glucuronide and ethyl sulphate after the consumption of "non-alcoholic" beer

In abstinence maintenance programs, for reissuing the driving licence and in workplace monitoring programs abstinence from ethanol and its proof are demanded. Various monitoring programs that mainly use ethyl glucuronide (EtG) as alcohol consumption marker have been established. To abstain from ethanol, but not from the taste of alcoholic beverages, in particular non-alcoholic beer has become more and more popular. In Germany, these "alcohol-free" beverages may still have an ethanol content of up to 0.5vol.% without the duty of declaration. Due to severe negative consequences resulting from positive EtG tests, a drinking experiment with 2.5L of non-alcoholic beer per person was performed to address the question of measurable concentrations of the direct metabolites EtG and EtS (ethyl sulphate) in urine and blood. Both alcohol consumption markers - determined by LC-MS/MS - were found in high concentrations: maximum concentrations in urine found in three volunteers were EtG 0.30-0.87mg/L and EtS 0.04-0.07mg/L, i.e., above the often applied cut-off value for the proof of abstinence of 0.1mg EtG/L. In the urine samples of one further volunteer, EtG and EtS concentrations cumulated over-night and reached up to 14.1mg/L EtG and 16.1mg/L EtS in the next morning's urine. Ethanol concentrations in blood and urine samples were negative (determined by HS-GC-FID and by an ADH-based method).

Phosphatidylethanol: normalization during detoxification, gender aspects and correlation with other biomarkers and self-reports

Phosphatidylethanol (PEth) is a direct ethanol metabolite, and has recently attracted attention as biomarker of ethanol intake. The aims of the current study are: (1) to characterize the normalization time of PEth in larger samples than previously conducted; (2) to elucidate potential gender differences; and (3) to report the correlation of PEth with other biomarkers and self-reported alcohol consumption. Fifty-seven alcohol-dependent patients (ICD 10 F 10.25; 9 females, 48 males) entering medical detoxification at three study sites were enrolled. The study sample was comprised of 48 males and 9 females, with mean age 43.5. Mean gamma glutamyl transpeptidase (GGT) was 209.61 U/l, average mean corpuscular volume (MCV) was 97.35 fl, mean carbohydrate deficient transferrin (%CDT) was 8.68, and mean total ethanol intake in the last 7 days was 1653 g. PEth was measured in heparinized whole blood with a high-pressure liquid chromatography method, while GGT, MCV and %CDT were measured using routine methods. PEth levels at day 1 of detoxification ranged between 0.63 and 26.95 micromol/l (6.22 mean, 4.70 median, SD 4.97). There were no false negatives at day 1. Sensitivities for the other biomarkers were 40.4% for MCV, 73.1% for GGT and 69.2% for %CDT, respectively. No gender differences were found for PEth levels at any time point. Our data suggest that PEth is (1) a suitable intermediate term marker of ethanol intake in both sexes; and (2) sensitivity is extraordinary high in alcohol dependent patients. The results add further evidence to the data that suggest that PEth has potential as a candidate for a sensitive and specific biomarker, which reflects longer-lasting intake of higher amounts of alcohol and seemingly has the above mentioned certain advantages over traditional biomarkers.

Simple and objective method for routine detection of the macular pigment xanthophyll

A new simple method for two-dimensional determination of optical density of macular pigment xanthophyll (ODx) in clinical routine is based on a single blue-reflection fundus image. Individual different vignetting is corrected by a shading function. For its construction, nodes are automatically found in structureless image regions. The influence of stray light in elderly crystalline lenses is compensated by a correction function that depends on age. The reproducibility of parameters in a one-wavelength reflection method determined for three subjects (47, 61, and 78 years old) was: maxODx = 6.3%, meanODx = 4.6%, volume = 6%, and area = 6% already before stray-light correction. ODx was comparable in pseudophakic and in an eye with a crystalline lens of the same 11 subjects after stray-light correction. Significant correlation in ODx was found between the one-wavelength reflection method and the two-wavelength autofluorescence method for pseudophakic and cataract eyes of 19 patients suffering from dry age-related macular degeneration (AMD) (R(2) = 0.855). In pseudophakic eyes, maxODx was significantly lower for dry AMD (n = 45) (ODx = 0.491±0.102 ODU) than in eyes with healthy fundus (n = 22) (ODx = 0.615±0.103 ODU) (p = 0.000033). Also in eyes with crystalline lens, maxODx was lower in AMD (n = 125) (ODx = 0.610±0.093 ODU) than in healthy subjects (n = 45) (ODx = 0.674±0.098 ODU) (p = 0.00019). No dependence on age was found in the pseudophakic eyes both of healthy subjects and AMD patients.

Geophysical Analysis of Seasonal Montandon Gravel Ridge Water Table Fluctuation and Moisture Gradient Variation due to Storm Events

The purpose of this research project is to continue exploring the Montandon Long-Term Hydrologic Research Site(LTHR) by using multiple geophysical methods to obtain more accurate and precise information regarding subsurface hydrologic properties of a local gravel ridge,which are important to both the health of surrounding ecosystems and local agriculture. Through using non-invasive geophysical methods such as seismic refraction, Direct Current resistivity and ground penetrating radar (GPR) instead of invasive methods such as boreholedrilling which displace sediment and may alter water flow, data collection is less likely to bias the data itself. In addition to imaging the gravel ridge subsurface, another important researchpurpose is to observe how both water table elevation and the moisture gradient (moisture content of the unsaturated zone) change over a seasonal time period and directly after storm events. The combination of three types of data collection allows the strengths of each method combine together and provide a relatively strongly supported conclusions compared to previous research. Precipitation and geophysical data suggest that an overall increase in precipitation during the summer months causes a sharp decrease in subsurface resistivity within the unsaturated zone. GPR velocity data indicate significant immediate increase in moisture content within the shallow vadose zone (< 1m), suggesting that rain water was infiltrating into the shallow subsurface. Furthermore, the combination of resistivity and GPR results suggest that the decreased resistivity within the shallow layers is due to increased ion content within groundwater. This is unexpected as rainwater is assumed to have a DC resistivity value of 3.33*105 ohm-m. These results may suggest that ions within the sediment must beincorporated into the infiltrating water.

Micromorphology and adhesive performance of Er:YAG laser-treated dentin of primary teeth

This study evaluated (1) the micromorphology by scanning electron microscopy (SEM) and (2) the adhesive performance by microtensile bond strength (μTBS) of diamond bur-treated dentin compared to Er:YAG laser-treated dentin of human primary teeth. (1) For qualitative SEM evaluation, dentin of 18 second primary molars (n = 3/method) was treated with either diamond bur as a control (group 1a: 40 μm diamond bur only (clinical situation); group 1b: grinding + 40 μm diamond bur) or with Er:YAG laser (group 2a (clinical situation, manufacturer's settings): 200 mJ/25 Hz (5 W) + 100 mJ/35 Hz (3.5 W) laser only; group 2b (experimental setting "high"): grinding + 400 mJ/20 Hz (8 W); group 2c (manufacturer's setting "finishing"): grinding + 100 mJ/35 Hz (3.5 W); group 2d (experimental setting "low"): grinding + 50 mJ/35 Hz (1.75 W)). (2) For evaluation of adhesive performance, 64 second primary molars were divided into four groups and treated as described for group 1b and groups 2b/c/d (n = 16/method), and μTBS of Clearfil SE/Clearfil Majesty Esthetic to dentin was measured. The SEM micrographs were qualitatively analyzed. The μTBS values were compared with a Kruskal-Wallis test. The significance level was set at α = 0.05. SEM micrographs showed the typical micromorphologies with a smear layer for the diamond bur groups and open dentin tubules for all laser-treated groups. However, in group 2d, the laser beam had insufficiently irradiated the dentin area, rendering the underlying ground surface partly visible. There were no statistically significant differences between μTBS values of the four groups (p = 0.394). This suggests that Er:YAG laser treatment of dentin of primary molars provides bond strengths similar to those obtained following diamond bur treatment.