Kinetische Studien zur OH-Bildung über die Reaktionen von HO 2 mit organischen Peroxyradikalen

Es wurde untersucht, wie sich das Substitutionsmuster organischer Peroxyradikale (RO2) auf die Ratenkonstante k1 und die Verzweigungsverhältnisse α, β und γ der Reaktionen von RO2 mit HO2 auswirkt. Die Effekte der Deuterierung von HO2 wurden ebenfalls studiert. Für zwei RO2 wurde zusätzlich das UV-Absorptionsspektrum bestimmt.rnrn αrnRO2 + HO2 → RO + OH + O2 R1arnrn βrn → RO2H + O2 R1brnrn γrn → ROH + O3 R1crnrnIn dieser Arbeit wurde ein neues Experiment aufgebaut. Für die direkte und zeitaufgelöste Messung der OH-Konzentration wurde das Verfahren der Laser-induzierten Fluoreszenz angewendet. Die Radikalerzeugung erfolgte mittels gepulster Laserphotolyse, wodurch unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden konnten. Mittels transienter Absorptionsspektroskopie konnten die Menge der photolytisch erzeugten Radikale bestimmt und die Ozonbildung über R1c quantifiziert werden. Für die Auswertung wurden kinetische Modelle numerisch an die Messdaten angepasst. Um die experimentellen Unsicherheiten abzuschätzen, wurde ein Monte-Carlo-Ansatz gewählt.rnrnk1 und α reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen des RO2-Substitutionsmusters. Während sich eine OH-Bildung für das unsubstituierte C2H5O2 (EtP) mit α EtP ≤ 5 % nicht nachweisen lässt, stellt R1a bei den α-Oxo-substituierten H3CC(O)O2 (AcP) und HOCH2C(O)O2 (HAP) mit α AcP = (63 ± 11) % bzw. α HAP = (69 ± 12) % den Hauptkanal dar. Wie die mit α HEP = (10 ± 4) % geringfügige OH-Bildung bei HOC2H4O2 (HEP) zeigt, nimmt die OH-Gruppe in β-Stellung weniger Einfluss auf den Wert von α als die Oxogruppe in α-Stellung. Bei der Erzeugung α-Oxo-substituierter RO2 kann ebenfalls OH entstehen (R+O2→RO2/OH). Die Druckabhängigkeit dieser OH-Quelle wurde mit einem innovativen Ansatz bestimmt. Mit γ AcP = (15+5-6) % bzw. γ HAP = (10+2-3) % lässt sich für die Reaktionen der α-Oxo-substituierten RO2 eine erhebliche Ozonbildung nachweisen. Durch die Einführung der α-Oxogruppe steigt k1 jeweils um 1,3 • 10-11 cm3s-1 an, der Effekt der β-Hydroxygruppe ist halb so groß (k1 AcP = (2,0 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1, k1 HAP = (2,6 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Das Verzweigungsverhältnis α steigt weiter, wenn das HO2 deuteriert wird (α AcP,iso = (80 ± 14) %, k1 AcP,iso = (2,1 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Vergleiche mit älteren Studien zeigen, dass die OH-Bildung über R1a bislang deutlich unterschätzt worden ist. Die möglichen Ursachen für die Unterschiede zwischen den Studien werden ebenso diskutiert wie die Hintergründe der beobachteten Substituenteneffekte.

The formation of OH radicals from Criegee intermediates: a LIF-FAGE study from laboratory to ambient

Das Hydroxyl Radikal ist, auf globalem Maßstab, das bedeutendste Oxidant in der Atmosphäre. Es initiiert den Abbauprozess vieler, teilweise schädlicher, Spurengase und insbesondere den von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOC). Die OH Konzentration ist somit ein gutes Maß für die augenblickliche Selbstreinigungskapazität der Atmosphäre. Messungen zu nächtlicher Zeit mit LIF-FAGE-Instrumenten (engl.: laser-induced fluorescence - fluorescence assay by gas expansion) haben Konzentrationen des Hydroxylradikals (OH) ergeben, die signifikant höher waren, als sich mit der bekannten Chemie erklären ließ. Um herauszufinden, ob ein solches Signal wirklich atmosphärisches OH ist oder von einer störenden Spezies stammt, die im Messinstrument OH produziert, wurde das LIF-FAGE-Instrument des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) im Rahmen dieser Doktorarbeit modifiziert und getestet. Dazu wurde ein so genannter Inlet Pre-Injector (IPI) entwickelt, mit dem in regelmäßigen Abständen ein OH-Fänger in die Umgebungsluft abgegeben werden kann, bevor das OH vom Instrument erfasst wird. Mit dieser Technik ist es möglich, ein Hintergrund-OH (OHbg), d. h. ein im Instrument erzeugtes OH-Signal, vom gemessenen OH-Gesamtsignal (OHtot) zu trennen. Die Differenz zwischen OHtot und OHbg ist die atmosphärische OH-Konzentration (OHatm). Vergleichsmessungen mit der hier entwickelten Technik, dem IPI, in zwei verschiedenen Umgebungen mit Instrumenten basierend auf Massenspektrometrie mit chemischer Ionisation (CIMS, engl.: chemical ionization mass spectrometry) als alternativer Methode des OH-Nachweises, zeigten eine weitgehende Übereinstimmung. Eine umfassende Beschreibung des Systems zur Ermittlung der Ursache des OHbg hat ergeben, dass es weder von einem Artefakt des Instruments noch von hinlänglich bekannten und beschriebenen LIF-FAGE-Interferenzen stammt. Zur Bestimmung der Spezies, die das OHbg-Signal verursacht, wurden verschiedene Laborstudien durchgeführt. Die Arbeit im Rahmen dieser Doktorarbeit hat ergeben, dass das LIF-FAGE-Instrument leicht auf OH reagiert, das beim monomolekularen Zerfall stabilisierter Criegee-Intermediate (SCI) im Niederdruckbereich des Instruments gebildet wird. Criegee-Intermediate oder Carbonyloxide entstehen bei der Ozonolyse ungesättigter flüchtiger Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC, engl.: volatile organic compounds) und können daher in der Umgebungsluft vorkommen. Anhand von Tests mit verschiedenen Verweilzeiten der SCI im Niederdruckbereich des Instruments in Verbindung mit einem detaillierten Modell mit der neuesten SCI-Chemie wurde die monomolekulare Zerfallsgeschwindigkeit von 20  10 s-1 für den syn-Acetaldehyd-Oxykonformer bestimmt. Der in Feldkampagnen gemessene OHbg-Wert wurde dahingehend untersucht, ob SCI die Quelle des beobachteten Hintergrund-OH im Feld sein könnten. Das Budget für die SCI-Konzentration, das für die Kampagnen HUMPPA-COPEC 2010 und HOPE 2012 berechnet wurde, ergab eine SCI-Konzentration zwischen ca. 103 und 106 Molekülen pro cm3. In der Kampagne HUMPPA-COPEC 2010 ergab die Schwefelsäurekonzentration, dass die OH-Oxidation von SO2 allein die gemessene H2SO4-Konzentration nicht erklären konnte. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Hintergrund-OH mit dieser ungeklärten Produktionsrate von H2SO4 korreliert und somit die Oxidation von SO2 durch SCI als mögliche Erklärung in Frage kommt. Ferner korreliert das Hintergrund-OH in der Kampagne HOPE 2012 mit dem Produkt aus Ozon und VOC und konnte mit SO2 als SCI Fänger entfernt werden. Qualitativ zeigen wir somit, dass das in der Umgebungsluft gemessene Hintergrund-OH wahrscheinlich durch den monomolekularen Zerfall von SCI verursacht wird, doch sind weitere Studien notwendig, um die quantitativen Beziehung für diese Spezies und dem Hintergrund-OH in unserem Instrument zu bestimmen.

The sensitivity of the photostationary state of NOx and its implication for the oxidation capacity in a semi-rural and boreal forest region

Für das Vermögen der Atmosphäre sich selbst zu reinigen spielen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) eine bedeutende Rolle. Diese Spurengase bestimmen die photochemische Produktion von Ozon (O3) und beeinflussen das Vorkommen von Hydroxyl- (OH) und Nitrat-Radikalen (NO3). Wenn tagsüber ausreichend Solarstrahlung und Ozon vorherrschen, stehen NO und NO2 in einem schnellen photochemischen Gleichgewicht, dem „Photostationären Gleichgewichtszustand“ (engl.: photostationary state). Die Summe von NO und NO2 wird deshalb als NOx zusammengefasst. Vorhergehende Studien zum photostationären Gleichgewichtszustand von NOx umfassen Messungen an unterschiedlichsten Orten, angefangen bei Städten (geprägt von starken Luftverschmutzungen), bis hin zu abgeschiedenen Regionen (geprägt von geringeren Luftverschmutzungen). Während der photochemische Kreislauf von NO und NO2 unter Bedingungen erhöhter NOx-Konzentrationen grundlegend verstanden ist, gibt es in ländlicheren und entlegenen Regionen, welche geprägt sind von niedrigeren NOx-Konzetrationen, signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Zyklierungsprozesse. Diese Lücken könnten durch messtechnische NO2-Interferenzen bedingt sein - insbesondere bei indirekten Nachweismethoden, welche von Artefakten beeinflusst sein können. Bei sehr niedrigen NOx-Konzentrationen und wenn messtechnische NO2-Interferenzen ausgeschlossen werden können, wird häufig geschlussfolgert, dass diese Verständnislücken mit der Existenz eines „unbekannten Oxidationsmittels“ (engl.: unknown oxidant) verknüpft ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird der photostationäre Gleichgewichtszustand von NOx analysiert, mit dem Ziel die potenzielle Existenz bislang unbekannter Prozesse zu untersuchen. Ein Gasanalysator für die direkte Messung von atmosphärischem NO¬2 mittels laserinduzierter Fluoreszenzmesstechnik (engl. LIF – laser induced fluorescence), GANDALF, wurde neu entwickelt und während der Messkampagne PARADE 2011 erstmals für Feldmessungen eingesetzt. Die Messungen im Rahmen von PARADE wurden im Sommer 2011 in einem ländlich geprägten Gebiet in Deutschland durchgeführt. Umfangreiche NO2-Messungen unter Verwendung unterschiedlicher Messtechniken (DOAS, CLD und CRD) ermöglichten einen ausführlichen und erfolgreichen Vergleich von GANDALF mit den übrigen NO2-Messtechniken. Weitere relevante Spurengase und meteorologische Parameter wurden gemessen, um den photostationären Zustand von NOx, basierend auf den NO2-Messungen mit GANDALF in dieser Umgebung zu untersuchen. Während PARADE wurden moderate NOx Mischungsverhältnisse an der Messstelle beobachtet (10^2 - 10^4 pptv). Mischungsverhältnisse biogener flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen (BVOC, engl.: biogenic volatile organic compounds) aus dem umgebenden Wald (hauptsächlich Nadelwald) lagen in der Größenordnung 10^2 pptv vor. Die Charakteristiken des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx bei niedrigen NOx-Mischungsverhältnissen (10 - 10^3 pptv) wurde für eine weitere Messstelle in einem borealen Waldgebiet während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 untersucht. HUMPPA–COPEC–2010 wurde im Sommer 2010 in der SMEARII-Station in Hyytiälä, Süd-Finnland, durchgeführt. Die charakteristischen Eigenschaften des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx in den beiden Waldgebieten werden in dieser Arbeit verglichen. Des Weiteren ermöglicht der umfangreiche Datensatz - dieser beinhaltet Messungen von relevanten Spurengasen für die Radikalchemie (OH, HO2), sowie der totalen OH-Reaktivität – das aktuelle Verständnis bezüglich der NOx-Photochemie unter Verwendung von einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, zu überprüfen und zu verbessern. Während NOx-Konzentrationen in HUMPPA-COPEC 2010 niedriger sind, im Vergleich zu PARADE 2011 und BVOC-Konzentrationen höher, sind die Zyklierungsprozesse von NO und NO2 in beiden Fällen grundlegend verstanden. Die Analyse des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx für die beiden stark unterschiedlichen Messstandorte zeigt auf, dass potenziell unbekannte Prozesse in keinem der beiden Fälle vorhanden sind. Die aktuelle Darstellung der NOx-Chemie wurde für HUMPPA-COPEC 2010 unter Verwendung des chemischen Mechanismus MIM3* simuliert. Die Ergebnisse der Simulation sind konsistent mit den Berechnungen basierend auf dem photostationären Gleichgewichtszustand von NOx.

Mission synthesis of sine-on-random excitations for accelerated vibration qualification testing

In most real-life environments, mechanical or electronic components are subjected to vibrations. Some of these components may have to pass qualification tests to verify that they can withstand the fatigue damage they will encounter during their operational life. In order to conduct a reliable test, the environmental excitations can be taken as a reference to synthesize the test profile: this procedure is referred to as “test tailoring”. Due to cost and feasibility reasons, accelerated qualification tests are usually performed. In this case, the duration of the original excitation which acts on the component for its entire life-cycle, typically hundreds or thousands of hours, is reduced. In particular, the “Mission Synthesis” procedure lets to quantify the induced damage of the environmental vibration through two functions: the Fatigue Damage Spectrum (FDS) quantifies the fatigue damage, while the Maximum Response Spectrum (MRS) quantifies the maximum stress. Then, a new random Power Spectral Density (PSD) can be synthesized, with same amount of induced damage, but a specified duration in order to conduct accelerated tests. In this work, the Mission Synthesis procedure is applied in the case of so-called Sine-on-Random vibrations, i.e. excitations composed of random vibrations superimposed on deterministic contributions, in the form of sine tones typically due to some rotating parts of the system (e.g. helicopters, engine-mounted components, …). In fact, a proper test tailoring should not only preserve the accumulated fatigue damage, but also the “nature” of the excitation (in this case the sinusoidal components superimposed on the random process) in order to obtain reliable results. The classic time-domain approach is taken as a reference for the comparison of different methods for the FDS calculation in presence of Sine-on-Random vibrations. Then, a methodology to compute a Sine-on-Random specification based on a mission FDS is presented.

Echinococcus multilocularis: the impact of ionizing radiation on metacestodes

Alveolar echinococcosis is caused by the metacestode stage of the fox tapeworm Echinococcus multilocularis. Current chemotherapeutical options for the treatment of echinococcosis are not satisfactory, and novel drugs and/or other potential means of therapy are needed. E. multilocularis metacestodes are characterized by almost potentially unlimited growth, and also display other features of cancerous tumours. In this study, we exposed metacestodes that were generated in vitro to 50-100 Gy ionizing irradiation, and subsequently investigated the short-term (10-12 days post-treatment) and long-term (14 weeks post-treatment) effects. We found, that in the short-term, no release of alkaline phosphatase (EmAP) activity as a measure for potentially induced damage and loss of viability could be detected, and that the protein expression pattern and protease activities in vesicle fluids and medium supernatants did not alter dramatically following irradiation. However, irradiation was associated with distinct morphological and ultrastructural alterations in the tissue of metacestodes, affecting most notably cell-cell contacts, mitochondrial shape, glycogen-storage cells and lipid droplet formation. These could be detected already at 10 days following treatment and remained as such also in the long-term. In addition, as determined after 14 weeks of culture, irradiation affected the proliferation and the growth of E. multilocularis metacestodes. Thus, we demonstrate that radiotherapy does not have a clear-cut parasitocidal effect, but can lead to metabolic impairment of E. multilocularis metacestodes, as reflected by the distinct morphological and structural alterations induced by irradiation treatment.

Dextran sulfate modulates MAP kinase signaling and reduces endothelial injury in a rat aortic clamping model

OBJECTIVE: Mitogen-activated protein kinases (MAPKs), including JNK, p38, and ERK1/2, noticeably influence ischemia/reperfusion injury (IRI). The complement inhibitor dextran sulfate (DXS) associates with damaged endothelium denudated of its heparan sulfate proteoglycan (HSPG) layer. Other glycosaminoglycan analogs are known to influence MAPK signaling. Hypothetically therefore, targeted intravascular cytoprotection by DXS may function in part through influencing MAPK activation to reduce IRI-induced damage of the vasculature. METHODS: IRI of the infrarenal aorta of male Wistar rats was induced by 90 minutes clamping followed by 120 minutes reperfusion. DXS (5 mg/mL) or physiologic saline (NaCl controls) was infused locally into the ischemic aortic segment immediately prior to reperfusion. Ninety minutes ischemia-only and heparinase infusion (maximal damage) experiments, as well as native rat aorta, served as controls. Aortas were excised following termination of the experiments for further analysis. RESULTS: DXS significantly inhibited IRI-induced JNK and ERK1/2 activation (P = .043; P =.005) without influencing the p38 pathway (P =.110). Reduced aortic injury, with significant inhibition of apoptosis (P = .032 for DXS vs NaCl), correlated with decreased nuclear factor kappaB translocation within the aortic wall. DXS treatment clearly reduced C1q, C4b/c, C3b/c, and C9 complement deposition, whilst preserving endothelial cell integrity and reducing reperfusion-induced HSPG shedding. Protection was associated with binding of fluorescein labeled DXS to ischemically damaged tissue. CONCLUSIONS: Local application of DXS into ischemic vasculature immediately prior to reperfusion reduces complement deposition and preserves endothelial integrity, partially through modulating activation of MAPKs and may offer a new approach to tackle IRI in vascular surgical procedures. CLINICAL RELEVANCE: The purpose of the present study was to determine the role of dextran sulfate (DXS), a glycosaminoglycan analog and complement inhibitor, in modulating intracellular MAPK signaling pathways, reducing complement activation and ultimately attenuating ischemia/reperfusion injury (IRI) in a rat aortic-clamping model, in part a surrogate model to study the microvasculature. The study shows a role for DXS in ameliorating endothelial injury by reducing IRI-mediated damage and intravascular, local inflammation in the affected aortic segment. DXS may be envisaged as an endothelial protectant in vascular injury, such as occurs during vascular surgical procedures.

Erythropoietin neuroprotection is enhanced by direct cortical application following subdural blood evacuation in a rat model of acute subdural hematoma

Recombinant human erythropoietin (EPO) has been successfully tested as neuroprotectant in brain injury models. The first large clinical trial with stroke patients, however, revealed negative results. Reasons are manifold and may include side-effects such as thrombotic complications or interactions with other medication, EPO concentration, penetration of the blood-brain-barrier and/or route of application. The latter is restricted to systemic application. Here we hypothesize that EPO is neuroprotective in a rat model of acute subdural hemorrhage (ASDH) and that direct cortical application is a feasible route of application in this injury type. The subdural hematoma was surgically evacuated and EPO was applied directly onto the surface of the brain. We injected NaCl, 200, 2000 or 20,000IU EPO per rat i.v. at 15min post-ASDH (400μl autologous venous blood) or NaCl, 0.02, 0.2 or 2IU per rat onto the cortical surface after removal of the subdurally infused blood t at 70min post-ASDH. Arterial blood pressure (MAP), blood chemistry, intracranial pressure (ICP), cerebral blood flow (CBF) and brain tissue oxygen (ptiO2) were assessed during the first hour and lesion volume at 2days after ASDH. EPO 20,000IU/rat (i.v.) elevated ICP significantly. EPO at 200 and 2000IU reduced lesion volume from 38.2±0.6mm(3) (NaCl-treated group) to 28.5±0.9 and 22.2±1.3mm(3) (all p<0.05 vs. NaCl). Cortical application of 0.02IU EPO after ASDH evacuation reduced injury from 36.0±5.2 to 11.2±2.1mm(3) (p=0.007), whereas 0.2IU had no effect (38.0±9.0mm(3)). The highest dose of both application routes (i.v. 20,000IU; cortical 2IU) enlarged the ASDH-induced damage significantly to 46.5±1.7 and 67.9±10.4mm(3) (all p<0.05 vs. NaCl). In order to test whether Tween-20, a solvent of EPO formulation 'NeoRecomon®' was responsible for adverse effects two groups were treated with NaCl or Tween-20 after the evacuation of ASDH, but no difference in lesion volume was detected. In conclusion, EPO is neuroprotective in a model of ASDH in rats and was most efficacious at a very low dose in combination with subdural blood removal. High systemic and topically applied concentrations caused adverse effects on lesion size which were partially due to increased ICP. Thus, patients with traumatic ASDH could be treated with cortically applied EPO but with caution concerning concentration.

Collimated Field Emission Beams from Metal Double-Gate Nanotip Arrays Optically Excited via Surface Plasmon Resonance

The generation of collimated electron beams from metal double-gate nanotip arrays excited by near infrared laser pulses is studied. Using electromagnetic and particle tracking simulations, we showed that electron pulses with small rms transverse velocities are efficiently produced from nanotip arrays by laser-induced field emission with the laser wavelength tuned to surface plasmon polariton resonance of the stacked double-gate structure. The result indicates the possibility of realizing a metal nanotip array cathode that outperforms state-of-the-art photocathodes.

Cryoinjury as a myocardial infarction model for the study of cardiac regeneration in the zebrafish.

The zebrafish heart has the capacity to regenerate after ventricular resection. Although this regeneration model has proved useful for the elucidation of certain regeneration mechanisms, it is based on the removal of heart tissue rather than on tissue damage. We recently characterized the cellular response and regenerative capacity of the zebrafish heart after cryoinjury (CI), an alternative procedure that more closely models the pathophysiological process undergone by the human heart after myocardial infarction (MI). After anesthesia, localized CI with a liquid nitrogen-cooled copper probe induced damage in 25% of the ventricle, in a procedure requiring <5 min. Here we present a detailed description of the technique, which provides a valuable system for the study of the mechanisms of heart regeneration and scar removal after MI in a versatile vertebrate model.

Tissue Crowding Induces Caspase-Dependent Competition for Space.

Regulation of tissue size requires fine tuning at the single-cell level of proliferation rate, cell volume, and cell death. Whereas the adjustment of proliferation and growth has been widely studied [1, 2, 3, 4 and 5], the contribution of cell death and its adjustment to tissue-scale parameters have been so far much less explored. Recently, it was shown that epithelial cells could be eliminated by live-cell delamination in response to an increase of cell density [6]. Cell delamination was supposed to occur independently of caspase activation and was suggested to be based on a gradual and spontaneous disappearance of junctions in the delaminating cells [6]. Studying the elimination of cells in the midline region of the Drosophila pupal notum, we found that, contrary to what was suggested before, Caspase 3 activation precedes and is required for cell delamination. Yet, using particle image velocimetry, genetics, and laser-induced perturbations, we confirmed [ 6] that local tissue crowding is necessary and sufficient to drive cell elimination and that cell elimination is independent of known fitness-dependent competition pathways [ 7, 8 and 9]. Accordingly, activation of the oncogene Ras in clones was sufficient to compress the neighboring tissue and eliminate cells up to several cell diameters away from the clones. Mechanical stress has been previously proposed to contribute to cell competition [ 10 and 11]. These results provide the first experimental evidences that crowding-induced death could be an alternative mode of super-competition, namely mechanical super-competition, independent of known fitness markers [ 7, 8 and 9], that could promote tumor growth.

Impact of BCR -ABL on DNA repair

The BCR-ABL fusion gene is the molecular hallmark of Philadelphia-positive leukemias. Normal Bcr is a multifunctional protein, originally localized to the cytoplasm. It has serine kinase activity and has been implicated in cellular signal transduction. Recently, it has been reported that Bcr can interact with xeroderma pigmentosum group B (XPB/ERCC3)—a nuclear protein active in UV-induced DNA repair. Two major Bcr proteins (p160 Bcr and p130Bcr) have been characterized, and our preliminary results using metabolic labeling and immunoblotting demonstrated that, while both the p160 and p130 forms of Bcr localized to the cytoplasm, the p130 form (and to a lesser extent p160) could also be found in the nucleus. Furthermore, electron microscopy confirmed the presence of Bcr in the nucleus and demonstrated that this protein associates with metaphase chromatin as well as condensed interphase heterochromatin. Since serine kinases that associate with condensed DNA are often cell cycle regulatory, these observations suggested a novel role for nuclear Bcr in cell cycle regulation and/or DNA repair. However, cell cycle synchronization analysis did not demonstrate changes in levels of Bcr throughout the cell cycle. Therefore we hypothesized that BCR serves as a DNA repair gene, and its function is altered by formation of BCR-ABL. This hypothesis was investigated using cell lines stably transfected with the BCR-ABL gene, and their parental counterparts (MBA-1 vs. M07E and Bcr-AblT1 vs. 4A2+pZAP), and several DNA repair assays: the Comet assay, a radioinimunoassay for UV-induced cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs), and clonogenic assays. Comet assays demonstrated that, after exposure to either ultraviolet (UV)-C (0.5 to 10.0 joules m −2) or to gamma radiation (200–1000 rads) there was greater efficiency of DNA repair in the BCR-ABL-transfected cells compared to their parental controls. Furthermore, after UVC-irradiation, there was less production of CPDs, and a more rapid disappearance of these adducts in BCR-ABL-bearing cells. UV survival, as reflected by clonogenic assays, was also greater in the BCR-ABL-transfected cells. Taken together, these results indicate that, in our systems, BCR-ABL confers resistance to UVC-induced damage in cells, and increases DNA repair efficiency in response to both UVC- and gamma-irradiation. ^

Ocean acidification mediates photosynthetic response to UV radiation and temperature increase in the diatom Phaeodactylum tricornutum

Increasing atmospheric CO2 concentration is responsible for progressive ocean acidification, ocean warming as well as decreased thickness of upper mixing layer (UML), thus exposing phytoplankton cells not only to lower pH and higher temperatures but also to higher levels of solar UV radiation. In order to evaluate the combined effects of ocean acidification, UV radiation and temperature, we used the diatom Phaeodactylum tricornutum as a model organism and examined its physiological performance after grown under two CO2 concentrations (390 and 1000 µatm) for more than 20 generations. Compared to the ambient CO2 level (390 µatm), growth at the elevated CO2 concentration increased non-photochemical quenching (NPQ) of cells and partially counteracted the harm to PS II (photosystem II) caused by UV-A and UV-B. Such an effect was less pronounced under increased temperature levels. The ratio of repair to UV-B induced damage decreased with increased NPQ, reflecting induction of NPQ when repair dropped behind the damage, and it was higher under the ocean acidification condition, showing that the increased pCO2 and lowered pH counteracted UV-B induced harm. As for photosynthetic carbon fixation rate which increased with increasing temperature from 15 to 25 °C, the elevated CO2 and temperature levels synergistically interacted to reduce the inhibition caused by UV-B and thus increase the carbon fixation.

Measured Stark widths of several spectral lines of Pb III

The Stark full widths at half of the maximal line intensity (FWHM, ω) have been measured for 25 spectrallines of PbIII (15 measured for the first time) arising from the 5d106s8s, 5d106s7p, 5d106s5f and 5d106s5g electronic configurations, in a lead plasma produced by ablation with a Nd:YAG laser. The optical emission spectroscopy from a laser-induced plasma generated by a 10 640 Å radiation, with an irradiance of 2 × 1010 W cm− 2 on a lead target (99.99% purity) in an atmosphere of argon was analysed in the wavelength interval between 2000 and 7000 Å. The broadening parameters were obtained with the target placed in argon atmosphere at 6 Torr and 400 ns after each laser light pulse, which provides appropriate measurement conditions. A Boltzmann plot was used to obtain the plasma temperature (21,400 K) and published values of the Starkwidths in Pb I, Pb II and PbIII to obtain the electron number density (7 × 1016 cm− 3); with these values, the plasma composition was determined by means of the Saha equation. Local Thermodynamic Equilibrium (LTE) conditions and plasma homogeneity has been checked. Special attention was dedicated to the possible self-absorption of the different transitions. Comparison of the new results with recent available data is also presented.

Microprocesos láser para la mejora de dispositivos fotovoltaicos basados en silicio cristalino

En los últimos años la tecnología láser se ha convertido en una herramienta imprescindible en la fabricación de dispositivos fotovoltaicos, ayudando a la consecución de dos objetivos claves para que esta opción energética se convierta en una alternativa viable: reducción de costes de fabricación y aumento de eficiencia de dispositivo. Dentro de las tecnologías fotovoltaicas, las basadas en silicio cristalino (c-Si) siguen siendo las dominantes en el mercado, y en la actualidad los esfuerzos científicos en este campo se encaminan fundamentalmente a conseguir células de mayor eficiencia a un menor coste encontrándose, como se comentaba anteriormente, que gran parte de las soluciones pueden venir de la mano de una mayor utilización de tecnología láser en la fabricación de los mismos. En este contexto, esta Tesis hace un estudio completo y desarrolla, hasta su aplicación en dispositivo final, tres procesos láser específicos para la optimización de dispositivos fotovoltaicos de alta eficiencia basados en silicio. Dichos procesos tienen como finalidad la mejora de los contactos frontal y posterior de células fotovoltaicas basadas en c-Si con vistas a mejorar su eficiencia eléctrica y reducir el coste de producción de las mismas. En concreto, para el contacto frontal se han desarrollado soluciones innovadoras basadas en el empleo de tecnología láser en la metalización y en la fabricación de emisores selectivos puntuales basados en técnicas de dopado con láser, mientras que para el contacto posterior se ha trabajado en el desarrollo de procesos de contacto puntual con láser para la mejora de la pasivación del dispositivo. La consecución de dichos objetivos ha llevado aparejado el alcanzar una serie de hitos que se resumen continuación: - Entender el impacto de la interacción del láser con los distintos materiales empleados en el dispositivo y su influencia sobre las prestaciones del mismo, identificando los efectos dañinos e intentar mitigarlos en lo posible. - Desarrollar procesos láser que sean compatibles con los dispositivos que admiten poca afectación térmica en el proceso de fabricación (procesos a baja temperatura), como los dispositivos de heterounión. - Desarrollar de forma concreta procesos, completamente parametrizados, de definición de dopado selectivo con láser, contactos puntuales con láser y metalización mediante técnicas de transferencia de material inducida por láser. - Definir tales procesos de forma que reduzcan la complejidad de la fabricación del dispositivo y que sean de fácil integración en una línea de producción. - Mejorar las técnicas de caracterización empleadas para verificar la calidad de los procesos, para lo que ha sido necesario adaptar específicamente técnicas de caracterización de considerable complejidad. - Demostrar su viabilidad en dispositivo final. Como se detalla en el trabajo, la consecución de estos hitos en el marco de desarrollo de esta Tesis ha permitido contribuir a la fabricación de los primeros dispositivos fotovoltaicos en España que incorporan estos conceptos avanzados y, en el caso de la tecnología de dopado con láser, ha permitido hacer avances completamente novedosos a nivel mundial. Asimismo los conceptos propuestos de metalización con láser abren vías, completamente originales, para la mejora de los dispositivos considerados. Por último decir que este trabajo ha sido posible por una colaboración muy estrecha entre el Centro Láser de la UPM, en el que la autora desarrolla su labor, y el Grupo de Investigación en Micro y Nanotecnologías de la Universidad Politécnica de Cataluña, encargado de la preparación y puesta a punto de las muestras y del desarrollo de algunos procesos láser para comparación. También cabe destacar la contribución de del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, en la preparación de experimentos específicos de gran importancia en el desarrollo del trabajo. Dichas colaboraciones se han desarrollado en el marco de varios proyectos, tales como el proyecto singular estratégico PSE-MICROSIL08 (PSE-iv 120000-2006-6), el proyecto INNDISOL (IPT-420000-2010-6), ambos financiados por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional FEDER (UE) “Una manera de hacer Europa” y el MICINN, y el proyecto del Plan Nacional AMIC (ENE2010-21384-C04-02), cuya financiación ha permitido en gran parte llevar a término este trabajo. v ABSTRACT. Last years lasers have become a fundamental tool in the photovoltaic (PV) industry, helping this technology to achieve two major goals: cost reduction and efficiency improvement. Among the present PV technologies, crystalline silicon (c-Si) maintains a clear market supremacy and, in this particular field, the technological efforts are focussing into the improvement of the device efficiency using different approaches (reducing for instance the electrical or optical losses in the device) and the cost reduction in the device fabrication (using less silicon in the final device or implementing more cost effective production steps). In both approaches lasers appear ideally suited tools to achieve the desired success. In this context, this work makes a comprehensive study and develops, until their implementation in a final device, three specific laser processes designed for the optimization of high efficiency PV devices based in c-Si. Those processes are intended to improve the front and back contact of the considered solar cells in order to reduce the production costs and to improve the device efficiency. In particular, to improve the front contact, this work has developed innovative solutions using lasers as fundamental processing tools to metalize, using laser induced forward transfer techniques, and to create local selective emitters by means of laser doping techniques. On the other side, and for the back contact, and approached based in the optimization of standard laser fired contact formation has been envisaged. To achieve these fundamental goals, a number of milestones have been reached in the development of this work, namely: - To understand the basics of the laser-matter interaction physics in the considered processes, in order to preserve the functionality of the irradiated materials. - To develop laser processes fully compatible with low temperature device concepts (as it is the case of heterojunction solar cells). - In particular, to parameterize completely processes of laser doping, laser fired contacts and metallization via laser transfer of material. - To define such a processes in such a way that their final industrial implementation could be a real option. - To improve widely used characterization techniques in order to be applied to the study of these particular processes. - To probe their viability in a final PV device. Finally, the achievement of these milestones has brought as a consequence the fabrication of the first devices in Spain incorporating these concepts. In particular, the developments achieved in laser doping, are relevant not only for the Spanish science but in a general international context, with the introduction of really innovative concepts as local selective emitters. Finally, the advances reached in the laser metallization approached presented in this work open the door to future developments, fully innovative, in the field of PV industrial metallization techniques. This work was made possible by a very close collaboration between the Laser Center of the UPM, in which the author develops his work, and the Research Group of Micro y Nanotecnology of the Universidad Politécnica de Cataluña, in charge of the preparation and development of samples and the assessment of some laser processes for comparison. As well is important to remark the collaboration of the Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, in the preparation of specific experiments of great importance in the development of the work. These collaborations have been developed within the framework of various projects such as the PSE-MICROSIL08 (PSE-120000-2006-6), the project INNDISOL (IPT-420000-2010-6), both funded by the Fondo Europeo de Desarrollo Regional FEDER (UE) “Una manera de hacer Europa” and the MICINN, and the project AMIC (ENE2010-21384-C04-02), whose funding has largely allowed to complete this work.

Relativistic high-current electron-beam stopping-power characterization in solids and plasmas: collisional versus resistive effects.

We present experimental and numerical results on intense-laser-pulse-produced fast electron beams transport through aluminum samples, either solid or compressed and heated by laser-induced planar shock propagation. Thanks to absolute K� yield measurements and its very good agreement with results from numerical simulations, we quantify the collisional and resistive fast electron stopping powers: for electron current densities of � 8 � 1010 A=cm2 they reach 1:5 keV=�m and 0:8 keV=�m, respectively. For higher current densities up to 1012 A=cm2, numerical simulations show resistive and collisional energy losses at comparable levels. Analytical estimations predict the resistive stopping power will be kept on the level of 1 keV=�m for electron current densities of 1014 A=cm2, representative of the full-scale conditions in the fast ignition of inertially confined fusion targets.