In situ and remote sensing signature of meddies east of the mid-Atlantic ridge

[EN] Mediterranean Water eddies (meddies) are thought to play an important climatic role. Nevertheless, their dynamics are not sufficiently known because of difficulties encountered in their observation. Though propagating below the main thermocline, a number of pieces of evidence of sea surface manifestation of meddies are collected. The present work is based on joint in situ and altimetry data analyses to prove that the meddies can be followed with remote sensing data for long periods of time. The in situ observations are based on data from an oceanographic cruise, which crossed three meddies, and reanalysis of historical data sets, including RAFOS floats paths. Suggested methodology permitted us to obtain uninterrupted tracks for several meddies for a period from several months to more than 2 years. It was found that the dynamically calm region to the north of the Azores current presents favorable conditions for meddy tracking. The meddy surface signal may become shattered and difficult to follow during interaction with a strong dynamic structures (the Azores current/surface vortexes) or peaking topography. Theoretical considerations support the observations and lead to the conclusion that the dynamic signature of meddies at the sea surface is an intrinsic property of meddy dynamics

Thermodynamisches Verhalten von verzweigten im Vergleich zu linearen Polymeren

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Unterschieden zwischen linearen und verzweigten Oligomeren/Polymeren mit praktisch gleichem chemischem Bau. Untersucht wurden eine Reihe von ungeladenen Polymeren in Hinsicht auf deren Wechselwirkungsparameter mit Lö-sungsmitteln sowie peripher geladene Dendrimere im Hinblick auf deren Staudingerindices in Wasser. Bei den ungeladenen Oligomeren/Polymeren handelt es sich um Oligoisoprene, Polygly-cerine und Oligo-Dimetylsiloxane. Vor den thermodynamischen Messungen war es notwen-dig, die verzweigten Produkte durch diskontinuierliche Spinn-Fraktionierung von linearen Bestandteilen zu befreien. In diesem Zusammenhang wurden die Phasendiagramme der Aus-gangsproben und der fraktionierten Proben bestimmt und mit denen der entsprechenden linea-ren Polymeren verglichen. Die Ergebnisse zeigen deutliche Einflüsse der Molekularchitektur, wobei Mischungen aus linearen und verzweigten Polymeren plus niedermolekularen Flüssig-keiten infolge der Unverträglichkeit der hochmolekularen Komponenten ungewöhnliches Verhalten zeigen. Die Flory-Huggins Wechselwirkungsparameter von linearen und verzweigten Polyme-ren wurden mit Hilfe von Dampfdruckmessungen (Headspace-Gaschromatographie) und dampfdruckosmometrischen Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt. Es zeigt sich, daß die -Werte in komplexer Weise von der Konzentration abhängen und mit einem Ansatz nach Wolf (Gleichung 26 und 31) quantitativ modellierbar sind. Allgemein gilt die folgende Ungleichung: bra > lin. Die Untersuchungen bezüglich der Staudingerindeces von Polyelektrolyten wurden an vier Generationen von peripher geladenen Dendrimeren durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die [ ] Werte mit zunehmender Generation deutlich sinken. Bei der 1. Generation ver-hält sich das Dendrimer noch sehr ähnlich wie lineare Polyelektrolyte. Mit steigender Zahl der Generationen nimmt der Staudingerindex trotz zunehmendem Molekulargewicht deutlich ab, da der Polyelektrolyteffekt (Aufweitung der Knäuel durch elektrostatische Wechselwirkung) an Bedeutung verliert. Der Grund dafür liegt in einer Zunahme des Abstands der Ladungen zur Hauptkette und der Tatsache, dass der Zahl der Ladungen pro Molekül bei konstantem n entsprechend einer quadratischen Reihe zu (2, 4, 8, 16) zunimmt. Wie aus Messungen an der ETH Zürich bekannt ist, verhalten sich ungeladene Dendrimere in organischen Lösungsmit-teln wie die Lösungen von linearem Polystyrol.

Structure formation as studied by EPR spectroscopy: From simple solutions to nanoparticles

In this thesis, three nitroxide based ionic systems were used to investigate structure and dynamics of their respective solutions in mixed solvents by means of electron paramagnetic resonance (EPR) and electron nuclear double resonance (ENDOR) spectroscopy at X- and W-band (9.5 and 94.5 GHz, respectively). rnFirst, the solvation of the inorganic radical Fremy’s salt (K2ON(SO3)2) in isotope substituted binary solvent mixtures (methanol/water) was investigated by means of high-field (W-band) pulse ENDOR spectroscopy and molecular dynamics (MD) simulations. From the analysis of orientation-selective 1H and 2H ENDOR spectra the principal components of the hyperfine coupling (hfc) tensor for chemically different protons (alcoholic methyl vs. exchangeable protons) were obtained. The methyl protons of the organic solvent approach with a mean distance of 3.5 Å perpendicular to the approximate plane spanned by ON(S)2 of the probe molecule. Exchangeable protons were found to be distributed isotropically, approaching closest to Fremy’s salt from the hydrogen-bonded network around the sulfonate groups. The distribution of exchangeable and methyl protons as found in MD simulations is in full agreement with the ENDOR results. The solvation was found to be similar for the studied solvent ratios between 1:2.3 and 2.3:1 and dominated by an interplay of H-bond (electrostatic) interactions and steric considerations with the NO group merely involved into H-bonds.rnFurther, the conformation of spin labeled poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC) solutions in aqueous alcohol (methanol, ethanol, n-propanol, ethylene glycol, glycerol) mixtures in dependence of divalent sodium sulfate was investigated with double electron-electron resonance (DEER) spectroscopy. The DEER data was analyzed using the worm-like chain model which suggests that in organic-water solvent mixtures the polymer backbones are preferentially solvated by the organic solvent. We found a less serve impact on conformational changes due to salt than usually predicted in polyelectrolyte theory which stresses the importance of a delicate balance of hydrophobic and electrostatic interactions, in particular in the presence of organic solvents.rnFinally, the structure and dynamics of miniemulsions and polymerdispersions prepared with anionic surfactants, that were partially replaced by a spin labeled fatty acid in presence and absence of a lanthanide beta-diketonate complex was characterized by CW EPR spectroscopy. Such miniemulsions form multilayers with the surfactant head group bound to the lanthanide ion. Beta-diketonates were formerly used as NMR shift reagents and nowadays find application as luminescent materials in OLEDs and LCDs and as contrast agent in MRT. The embedding of the complex into a polymer matrix results in an easy processable material. It was found that the structure formation takes place in miniemulsion and is preserved during polymerization. For surfactants with carboxyl-head group a higher order of the alkyl chains and less lateral diffusion is found than for sulfat-head groups, suggesting a more uniform and stronger coordination to the metal ion. The stability of these bilayers depends on the temperature and the used surfactant which should be considered for the used polymerization temperature if a maximum output of the structured regions is wished.

Plasmonic nanorods and nanoparticle-assemblies

Die vorliegenden Dissertation beschäftigt sich mit plasmonischen Nanopartikeln, deren Wechselwirkung mit Licht in einer Plasmonenschwingung resultiert. Suspensionen dieser Partikel zeigen kräftige Farben, da sich die Resonanzfrequenz der Plasmonenschwingung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrum befindet. Durch die Veränderung interner (Material, Größe, Form) oder externer Parameter (Brechungsindex der Umgebung, Abstand zu anderen plasmonischen Partikeln) lässt sich die Farbe der Partikel verändern, eine Verschiebung der Resonanzfrequenz kann beobachtet werden. Ihre Sensitivität gegenüber äußeren Bedingungen ist der Grund, weshalb plasmonische Nanopartikel als Sensoren eingesetzt werden können. Wichtig ist hierbei nicht nur, dass die Partikel eine hohe Sensitivität zeigen, sondern auch die Möglichkeit, reproduzierbar Partikel zu synthetisieren, die experimentellen Anforderungen entsprechen. In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum von reinen Gold- und mit Silber beschichteten Goldnanostäbchen untersucht. Des Weiteren werden plasmonische Nanopartikel als Orientierungs-, Brechungsindex- und Abstandssensoren verwendet. Die Synthese von Goldnanostäbchen erfolgt auf nasschemischen Weg, ihr anisotropes Wachstum aus isotropen Keimen wird durch zahlreiche Faktoren beeinflusst. In diesem Zusammenhang wurde ein Wachstumsmodell entwickelt, das neben dem Vorhandensein eines Stabilisators auch die Rolle von Bromid- und Silberionen herausstellt, die durch selektive Adsorption das Wachstum bestimmter Kristallflächen inhibieren. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Potentialdifferenz zwischen Reduktions- und Oxidationsmittel klein sein muss, um ein langsames selektives Wachstum zu gewährleisten. rnDurch das Aufwachsen einer dünnen Silberschicht auf Goldnanostäbchen verbessert sich deren Qualität im Bezug auf die heterogene Linienbreite. Der “Plasmonic Focusing Effect”, die Änderung der Steigung des linearen Zusammenhangs von Plasmonenresonanz und Aspektverhältnis, konnte theoretisch berechnet und experimentell verifiziert werden. Durch die Aufnahme zeitaufgelöster Spektren und die Untersuchung des Verlaufs der Reaktion wurden sowohl Reaktionsordnung, als auch Aktivierungsenergie ermittelt. Das so gefundene kinetische Model erlaubt zudem die Vorhersage des Reaktionsprodukts zu verschiedenen Zeiten. rnEinzelne Goldnanostäbchen wurden in einer Gelmatrix bei verschiedenen Temperaturen untersucht, die Aufnahme der zeitlichen Variation der polarisationsabhängigen Streuintensität konnte genutzt werden, um den Kollaps des Gels zu charakterisieren. Neben der Verwendung einzelner plasmonischer Nanopartikel wurden auch Dimere, bestehend aus zwei Goldnanokugeln, untersucht. Nach der Kalibrierung der Resonanzfrequenz gegenüber des Abstandes der beiden Partikel durch externe Methoden (Lichtstreuung, Cryo- Elektronenmikroskopie) wurde der so gefundene exponentielle Zusammenhang verwendet, um sowohl den Brechungsindex der Umgebung, als auch den Abstand der beiden Goldnanokugeln zu bestimmen. Des Weiteren wurden Goldnanopartikeldimere benutzt, um ein als Linker verwendetes thermoresponsives Elastin-Polymer bei verschiedenen Temperaturen zu charakterisieren. Neben Aggregaten aus zwei Goldnanokugeln wurden auch so genannte “core-satellite” Strukturen synthetisiert, die um einen großen Goldnanopartikelkern viele kleine Goldnanopartikel tragen. Diese Partikel haben eine theoretisch vorhergesagte höhere Sensitivität gegenüber Brechungsindexänderungen, was in ersten Experimenten gezeigt werden konnte.

Near-field mediated enhancement effects on plasmonic nanostructures

In dieser Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung und Charakterisierung der Zwei-Photonen-induzierten Fluoreszenzverstärkung von organischen Farbstoffen auf plasmonischen Nanostrukturen vorgestellt. Diese Fluoreszenzverstärkung ist insbesondere für hochaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie von großer Bedeutung. Durch die Zwei-Photonen-Anregung resultiert eine Begrenzung des Absorptionsprozesses auf das fokale Volumen. In Kombination mit dem elektrischen Nahfeld der Nanostrukturen als Anregungsquelle entsteht eine noch stärkere Verringerung des Anregungsvolumens auf eine Größe unterhalb der Beugungsgrenze. Dies erlaubt die selektive Messung ausgewählter Farbstoffe. Durch die Herstellung der Nanopartikel mittels Kolloidlithografie wird eine definierte, reproduzierbare Geometrie erhalten. Polymermultischichten dienen als Abstandshalter, um die Farbstoffe an einer exakten Distanz zum Metall zu positionieren. Durch die kovalente Anbindung des Farbstoffs an die oberste Schicht wird eine gleichmäßige Verteilung des Farbstoffs in geringer Konzentration erhalten. rnEs wird eine Verstärkung der Fluoreszenz um den Faktor 30 für Farbstoffe auf Goldellipsen detektiert, verglichen mit Farbstoffen außerhalb des Nahfelds. Sichelförmige Nanostrukturen erzeugen eine Verstärkung von 120. Dies belegt, dass das Ausmaß der Fluoreszenzverstärkung entscheidend von der Stärke des elektrischen Nahfelds der Nanostruktur abhängt. Auch das Material der Nanostruktur ist hierbei von Bedeutung. So erzeugen Silberellipsen eine 1,5-fach höhere Fluoreszenzverstärkung als identische Goldellipsen. Distanzabhängige Fluoreszenzmessungen zeigen, dass die Zwei-Photonen-angeregte Fluoreszenzverstärkung an strukturspezifischen Abständen zum Metall maximiert wird. Elliptische Strukturen zeigen ein Maximum bei einem Abstand von 8 nm zum Metall, wohingegen bei sichelförmigen Nanostrukturen die höchste Fluoreszenzintensität bei 12 nm gemessen wird. Bei kleineren Abständen unterliegt der Farbstoff einem starken Löschprozess, sogenanntes Quenching. Dieses konkurriert mit dem Verstärkungsprozess, wodurch es zu einer geringen Nettoverstärkung kommt. Hat die untersuchte Struktur Dimensionen größer als das Auflösungsvermögen des Mikroskops, ist eine direkte Visualisierung des elektrischen Nahfelds der Nanostruktur möglich. rnrnEin weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Herstellung neuartiger Nanostrukturen durch kolloidlithografische Methoden. Gestapelte Dimere sichelförmiger Nanostrukturen mit exakter vertikaler Ausrichtung und einem Separationsabstand von etwa 10 nm wurden hergestellt. Die räumliche Nähe der beiden Strukturen führt zu einem Kopplungsprozess, der neue optische Resonanzen hervorruft. Diese können als Superpositionen der Plasmonenmoden der einzelnen Sicheln beschrieben werden. Ein Hybridisierungsmodell wird angewandt, um die spektralen Unterschiede zu erklären. Computersimulationen belegen die zugrunde liegende Theorie und erweitern das Modell um experimentell nicht aufgelöste Resonanzen. rnWeiterhin wird ein neuer Herstellungsprozess für sichelförmige Nanostrukturen vorgestellt, der eine präzise Formanpassung ermöglicht. Hierdurch kann die Lage der Plasmonenresonanz exakt justiert werden. Korrelationen der geometrischen Daten mit den Resonanzwellenlängen tragen zum grundlegenden Verständnis der Plasmonenresonanzen bei. Die vorgestellten Resultate wurden mittels Computersimulationen verifiziert. Der Fabrikationsprozess erlaubt die Herstellung von Dimeren sichelförmiger Nanostrukturen in einer Ebene. Durch die räumliche Nähe überlappen die elektrischen Nahfelder, wodurch es zu kopplungs-induzierten Shifts der Plasmonenresonanzen kommt. Der Unterschied zu theoretisch berechneten ungekoppelten Nanosicheln kann auch bei den gegenüberliegenden sichelförmigen Nanostrukturen mit Hilfe des Plasmonenhybridisierungsmodells erklärt werden.

The effects of mechanical ventilation on hepato-splanchnic perfusion

PURPOSE OF REVIEW: Mechanical ventilation is a cornerstone of ICU treatment. Because of its interaction with blood flow and intra-abdominal pressure, mechanical ventilation has the potential to alter hepato-splanchnic perfusion, abdominal organ function and thereby outcome of the most critically ill patients. RECENT FINDINGS: Mechanical ventilation can alter hepato-splanchnic perfusion, but the effects are minimal (with moderate inspiratory pressures, tidal volumes, and positive end-expiratory pressure levels) or variable (with high ones). Routine nursing procedures may cause repeated episodes of inadequate hepato-splanchnic perfusion in critically ill patients, but an association between perfusion and multiple organ dysfunction cannot yet be determined. Clinical research continues to be challenging as a result of difficulties in measuring hepato-splanchnic blood flow at the bedside. SUMMARY: Mechanical ventilation and attempts to improve oxygenation such as intratracheal suctioning and recruitment maneuvers, may have harmful consequences in patients with already limited cardiovascular reserves or deteriorated intestinal perfusion. Due to difficulties in assessing hepato-splanchnic perfusion, such effects are often not detected.

[Drug therapy of acute and chronic abdominal pain]

For drug therapy a differentiation of acute and chronic pain is essential. In emergency situations of acute abdominal pain a fast diagnosis is mandatory. Analgesia should be provided as soon as possible. The different groups of analgesics should be used according to their known effects, side effects and contraindications. Postoperative pain after abdominal surgery has to be considered as a special condition of acute abdominal pain. Main treatment options are non opioid analgesics and opioids. Opioids can be administered intravenously via patient controlled analgesia (PCA) devices. In major abdominal surgery neuroaxial analgesia, preferentially administered via an epidural catheter provides excellent pain relief with positive impact on gastrointestinal motility and patients' recovery. Because of difficulties to allocate chronic abdominal pain to a specific organ, causal treatment often turns out to be difficult. Peripheral and central sensitization, as well as an alteration of the endogenous pain modulation comes to the fore in these chronic pain conditions. Co-analgesics like anticonvulsants and antidepressants are utilized to reduce sensitization and improve the endogenous pain modulating system. Non drug approaches and alternative treatment options might be useful. In contrast, orally or transcutaneously administered opioids are the principal corner stone for the treatment of cancer pain.

A Departmental Focus on High Impact Undergraduate Research Experiences

Undergraduate research experiences have become an integral part of the Hamilton College chemistry experience. The major premise of the chemistry department’s curriculum is that research is a powerful teaching tool. Curricular offerings have been developed and implemented to better prepare students for the independence required for successful undergraduate research experiences offered during the academic year and the summer. Administrative support has played a critical role in our ability to initiate and sustain scholarly research programs for all faculty members in the department. The research-rich curriculum is built directly upon or derived from the scholarly research agendas of our faculty members. The combined strengths and synergies of our curriculum and summer research program have allowed us to pursue several programmatic initiatives.

Non-invasive monitoring of renal oxygenation using BOLD-MRI: a reproducibility study

Blood oxygenation level-dependent (BOLD) MRI was shown to allow non-invasive observation of renal oxygenation in humans. However, clinical applications of this type of functional MRI of the kidney are still limited, most likely because of difficulties in obtaining reproducible and reliable information. The aim of this study was to evaluate the reproducibility and robustness of a BOLD method applied to the kidneys and to identify systematic physiological changes potentially influencing the renal oxygenation of healthy volunteers. To measure the BOLD effect, a modified multi-echo data image combination (MEDIC) sequence was used to acquire 12 T2*-weighted images within a single breath-hold. Three identical measurements were performed on three axial and three coronal slices of right and left kidneys in 18 volunteers. The mean R2* (1/T2*) values determined in medulla and cortex showed no significant differences over three repetitions and low intra-subject coefficients of variation (CV) (3 and 4% in medulla and cortex, respectively). The average R2* values were higher in the medulla (16.15 +/- 0.11) than in the cortex (11.69 +/- 0.18) (P < 0.001). Only a minor influence of slice orientation was observed. Mean R2* values were slightly higher (3%) in the left than in the right kidney (P < 0.001). Differences between volunteers were identified (P < 0.001). Part of these differences was attributable to age-dependent R2* values, since these values increased with age when medulla (P < 0.001, r = 0.67) or cortex (P < 0.020, r = 0.42) were considered. Thus, BOLD measurements in the kidney are highly reproducible and robust. The results allow one to identify the known cortico-medullary gradient of oxygenation evidenced by the gradient of R2* values and suggest that medulla is more hypoxic in older than younger individuals. BOLD-MRI is therefore a useful tool to study sequentially and non-invasively regional oxygenation of human kidneys.

Use of the Agilent 2100 bioanalyzer for rapid and reproducible molecular typing of Streptococcus pneumoniae

Restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis is an economic and fast technique for molecular typing but has the drawback of difficulties in accurately sizing DNA fragments and comparing banding patterns on agarose gels. We aimed to improve RFLP for typing of the important human pathogen Streptococcus pneumoniae and to compare the results with the commonly used typing techniques of pulsed-field gel electrophoresis and multilocus sequence typing. We designed primers to amplify a noncoding region adjacent to the pneumolysin gene. The PCR product was digested separately with six restriction endonucleases, and the DNA fragments were analyzed using an Agilent 2100 bioanalyzer for accurate sizing. The combined RFLP results for all enzymes allowed us to assign each of the 47 clinical isolates of S. pneumoniae tested to one of 33 RFLP types. RFLP analyzed using the bioanalyzer allowed discrimination between strains similar to that obtained by the more commonly used techniques of pulsed-field gel electrophoresis, which discriminated between 34 types, and multilocus sequence typing, which discriminated between 35 types, but more quickly and with less expense. RFLP of a noncoding region using the Agilent 2100 bioanalyzer could be a useful addition to the molecular typing techniques in current use for S. pneumoniae, especially as a first screen of a local population.

Distance doubling visual acuity test: a reliable test for nonorganic visual loss

BACKGROUND: To determine the value of the distance doubling visual acuity test in the diagnosis of nonorganic visual loss in a comparative observational case series. METHODS: Twenty-one consecutive patients with nonorganic visual acuity loss and 21 subjects with organic visual loss as controls were included. Best corrected visual acuity was tested at the normal distance of 5 meters using Landolt Cs. The patient was then repositioned and best corrected visual acuity was tested with the previous optotypes at double the distance via a mirror. RESULTS: Nonorganic visual acuity loss was identified in 21 of 21 patients. Sensitivity and specificity of distance-doubling visual acuity test in functional visual loss were found to be 100% (CI; 83%-100%) and 100% (CI; 82%-100%), respectively. CONCLUSION: Distance doubling visual acuity test is widely used to detect nonorganic visual loss. Our results show that this test has a high specificity and sensitivity to detect nonorganic visual impairment.

Reliability of evaluations for the choice of system solutions at the example of automated order-picking systems for bagged goods

There is a steadily increasing pressure on cost-savings and productivity growth in sectors of order-picking such that the wish for rationalization by automation is rising. Special problems are faced trying to automatize handling operations of order-picking articles packed in bags. The mechanical properties of the objects and their hard-to-predict shape and position represent obstacles and are complicating handling operations. A systematic approach in system design is required. This article deals with the properties of such products under aspects of difficulties arising in automated handling and points out a useful system development methodology.

Swimming and diving behavior in apes (Pan troglodytes and Pongo pygmaeus): first documented report

Extant hominoids, including humans, are well known for their inability to swim instinctively. We report swimming and diving in two captive apes using visual observation and video recording. One common chimpanzee and one orangutan swam repeatedly at the water surface over a distance of 2-6 m; both individuals submerged repeatedly. We show that apes are able to overcome their negative buoyancy by deliberate swimming, using movements which deviate from the doggy-paddle pattern observed in other primates. We suggest that apes' poor swimming ability is due to behavioral, anatomical, and neuromotor changes related to an adaptation to arboreal life in their early phylogeny. This strong adaptive focus on arboreal life led to decreased opportunities to interact with water bodies and consequently to a reduction of selective pressure to maintain innate swimming behavior. As the doggy paddle is associated with quadrupedal walking, a deviation from terrestrial locomotion might have interfered with the fixed rhythmic action patterns responsible for innate swimming.

The Aeolian Flux of Calcium, Chloride and Nitrate to the McMurdo Dry Valleys Landscape: Evidence from Snow Pit Analysis

We have determined the flux of calcium, chloride and nitrate to the McMurdo Dry Valleys region by analysing snow pits for their chemical composition and their snow accumulation using multiple records spanning up to 48 years. The fluxes demonstrate patterns related to elevation and proximity to the ocean. In general, there is a strong relationship between the nitrate flux and snow accumulation, indicating that precipitation rates may have a great influence over the nitrogen concentrations in the soils of the valleys. Aeolian dust transport plays an important role in the deposition of some elements (e.g. C(2+)) into the McMurdo Dry Valleys' soils. Because of the antiquity of some of the soil surfaces in the McMurdo Dry Valleys regions, the accumulated atmospheric flux of salts to the soils has important ecological consequences. Although precipitation may be an important mechanism of salt deposition to the McMurdo Dry Valley surfaces, it is poorly understood because of difficulties in measurement and high losses from sublimation.

Advance P. Chem. Problems (I) Populations, Partition Functions, Particle in Box, Harmonic Oscillators, Angular Momentum and Rigid Rotor

This is a set of P. Chem. problems posed at slightly higher than the normal text book level, for students who are continuing in the study of this subject.