Wechselwirkung von im NANOJET erzeugten Teilchen mit Polymeren und biologischen Objekten

Am Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik wurde eine neue Technik entwickelt, die neue Anwendungen und Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung auf Basis eines neuen Verfahrens erschlossen hat. NANOJET führt über die passive Rastersondenmikroskopie hinaus zu einem vielseitigen, aktiven Bearbeitungswerkzeug auf der Mikro- und Nanometerskala. NANOJET (NANOstructuring Downstream PlasmaJET) ist eine aktive Rasterkraft-Mikroskopie-Sonde. Radikale (chemisch aktive Teilchen, die ein ungepaartes Valenzelektron besitzen) strömen aus dem Ende einer ultradünnen, hohlen Rasterkraftmikroskop-Spitze. Dadurch wird es möglich, über die übliche passive Abtastung einer Probenoberfläche hinausgehend, diese simultan und in-situ durch chemische Reaktionen zu verändern. Die Abtragung von Material wird durch eine chemische Ätzreaktion erreicht. In dieser Arbeit wurde zum größten Teil Photoresist als Substrat für die Ätzexperimente verwendet. Für das Ätzen des Resists wurden die Atome des Fluors und des Sauerstoffs im Grundzustand als verantwortlich identifiziert. Durch Experimente und durch Ergänzung von Literaturdaten wurde die Annahme bestätigt, dass Sauerstoffradikale mit Unterstützung von Fluorradikalen für die hohen erzielten Ätzraten verantwortlich sind. Die Beimischung von Fluor in einem Sauerstoffplasma führt zu einer Verringerung der Aktivierungsenergie für die Ätzreaktion gegenüber Verwendung reinen Sauerstoffs. In weiterer Folge wurde ein Strukturierungsverfahren dargestellt. Hierbei wurden "geformte Kapillaren" (mikrostrukturierte Aperturen) eingesetzt. Die Herstellung der Aperturen erfolgte durch einen elektrochemischen Ätzstop-Prozess. Die typische Größe der unter Verwendung der "geformten Kapillaren" geätzten Strukturen entsprach den Kapillarenöffnungen. Es wurde ein Monte-Carlo Simulationsprogramm entwickelt, welches den Transport der reaktiven Teilchen in der langen Transportröhre simulierte. Es wurde sowohl die Transmission der Teilchen in der Transportröhre und der Kapillare als auch ihre Winkelverteilung nach dem Verlassen der Kapillare berechnet. Das Aspektverhältnis der Röhren hat dabei einen sehr starken Einfluss. Mit einem steigenden Aspektverhältnis nahm die Transmission exponentiell ab. Die geschaffene experimentelle Infrastruktur wurde genutzt, um auch biologische Objekte zu behandeln und zu untersuchen. Hierfür wurde eine neue Methodik entwickelt, die eine dreidimensionale Darstellung des Zellinneren erlaubt. Dies wurde durch die kontrollierte Abtragung von Material aus der Zellmembran durchgeführt. Die Abtragung der Zellmembran erfolgte mittels Sauerstoffradikalen, die durch eine hohle Spitze lokalisiert zum Ort der Reaktion transportiert wurden. Ein piezoresistiver Cantilever diente als Sensor in dem zur Bildgebung eingesetzten RKM. Das entwickelte Verfahren ermöglicht es nun erstmals, schonend Zellen zu öffnen und die innen liegenden Organellen weiter zu untersuchen. Als Nachweis für weitere Verwendungsmöglichkeiten des NANOJET-Verfahrens wurde auch Knochenmaterial behandelt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen klar, dass das Verfahren für vielfältige biologische Materialien verwendbar ist und somit nun ein weiter Anwendungskreis in der Biologie und Medizin offen steht.

Parameter identification of structural dynamic models by inverse statistical analysis

Auf dem Gebiet der Strukturdynamik sind computergestützte Modellvalidierungstechniken inzwischen weit verbreitet. Dabei werden experimentelle Modaldaten, um ein numerisches Modell für weitere Analysen zu korrigieren. Gleichwohl repräsentiert das validierte Modell nur das dynamische Verhalten der getesteten Struktur. In der Realität gibt es wiederum viele Faktoren, die zwangsläufig zu variierenden Ergebnissen von Modaltests führen werden: Sich verändernde Umgebungsbedingungen während eines Tests, leicht unterschiedliche Testaufbauten, ein Test an einer nominell gleichen aber anderen Struktur (z.B. aus der Serienfertigung), etc. Damit eine stochastische Simulation durchgeführt werden kann, muss eine Reihe von Annahmen für die verwendeten Zufallsvariablengetroffen werden. Folglich bedarf es einer inversen Methode, die es ermöglicht ein stochastisches Modell aus experimentellen Modaldaten zu identifizieren. Die Arbeit beschreibt die Entwicklung eines parameter-basierten Ansatzes, um stochastische Simulationsmodelle auf dem Gebiet der Strukturdynamik zu identifizieren. Die entwickelte Methode beruht auf Sensitivitäten erster Ordnung, mit denen Parametermittelwerte und Kovarianzen des numerischen Modells aus stochastischen experimentellen Modaldaten bestimmt werden können.

Impacto del Internet en el ingreso laboral: análisis del lugar y manejo del Internet

Este estudio analiza el efecto del uso de Internet sobre el ingreso laboral, eliminado el problema de endogeneidad que existe por motivos de selección. También se analizan los efectos seg un el lugar de acceso y las actividades realizadas en Internet. Para esto se utiliza Propensity Score Matching, tomando información para Colombia entre el año 2009 a 2011. Los resultados muestran que existe un efecto positivo, significativo y heterogéneo entre trabajadores asalariados y cuenta propia, siendo los últimos los más beneficiados. Con respecto al lugar de uso se encuentra un impacto positivo del uso del Internet en el trabajo y/o en el hogar, con una mayor magnitud en el primer sitio de acceso. Para el tema del manejo del Internet, no se encuentra efecto cuando se utiliza en actividades de entretenimiento, pero si cuando se usa en tareas educativas diariamente. Esto siguiere que usar este servicio aumenta la productividad y el capital humano, lo que se transforma en un incremento en los ingresos. Por tanto, se encuentra que el lugar de uso es una señal informativa para el mercado laboral, mientras que el impacto del manejo de esta herramienta depende de la frecuencia con que se realicen las actividades.

Uso estratégico de la deuda: un estudio a nivel de empresa para colombia 1995-2003

El presente trabajo intenta estimar si las empresas emplean estratégicamente la deuda para limitar la entrada de potenciales rivales. Mediante la metodología de Método Generalizado de Momentos (GMM) se evalúa el efecto que tienen los activos específicos, la cuota de mercado y el tamaño, como proxies de las rentas del mercado, y las barreras de entrada sobre los niveles de endeudamiento, a nivel de empresa para Colombia, durante 1995-2003. Se encuentra que las empresas utilizan los activos específicos para limitar la entrada al mercado y que el endeudamiento decrece a medida que las empresas aumentan su cuota en el mercado

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Sensitivity analysis of a catchment-scale nitrogen model

There are now considerable expectations that semi-distributed models are useful tools for supporting catchment water quality management. However, insufficient attention has been given to evaluating the uncertainties inherent to this type of model, especially those associated with the spatial disaggregation of the catchment. The Integrated Nitrogen in Catchments model (INCA) is subjected to an extensive regionalised sensitivity analysis in application to the River Kennet, part of the groundwater-dominated upper Thames catchment, UK The main results are: (1) model output was generally insensitive to land-phase parameters, very sensitive to groundwater parameters, including initial conditions, and significantly sensitive to in-river parameters; (2) INCA was able to produce good fits simultaneously to the available flow, nitrate and ammonium in-river data sets; (3) representing parameters as heterogeneous over the catchment (206 calibrated parameters) rather than homogeneous (24 calibrated parameters) produced a significant improvement in fit to nitrate but no significant improvement to flow and caused a deterioration in ammonium performance; (4) the analysis indicated that calibrating the flow-related parameters first, then calibrating the remaining parameters (as opposed to calibrating all parameters together) was not a sensible strategy in this case; (5) even the parameters to which the model output was most sensitive suffered from high uncertainty due to spatial inconsistencies in the estimated optimum values, parameter equifinality and the sampling error associated with the calibration method; (6) soil and groundwater nutrient and flow data are needed to reduce. uncertainty in initial conditions, residence times and nitrogen transformation parameters, and long-term historic data are needed so that key responses to changes in land-use management can be assimilated. The results indicate the general, difficulty of reconciling the questions which catchment nutrient models are expected to answer with typically limited data sets and limited knowledge about suitable model structures. The results demonstrate the importance of analysing semi-distributed model uncertainties prior to model application, and illustrate the value and limitations of using Monte Carlo-based methods for doing so. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Quantifying uncertainty in critical loads: (A) literature review

Critical loads are the basis for policies controlling emissions of acidic substances in Europe. The implementation of these policies involves large expenditures, and it is reasonable for policymakers to ask what degree of certainty can be attached to the underlying critical load and exceedance estimates. This paper is a literature review of studies which attempt to estimate the uncertainty attached to critical loads. Critical load models and uncertainty analysis are briefly outlined. Most studies have used Monte Carlo analysis of some form to investigate the propagation of uncertainties in the definition of the input parameters through to uncertainties in critical loads. Though the input parameters are often poorly known, the critical load uncertainties are typically surprisingly small because of a "compensation of errors" mechanism. These results depend on the quality of the uncertainty estimates of the input parameters, and a "pedigree" classification for these is proposed. Sensitivity analysis shows that some input parameters are more important in influencing critical load uncertainty than others, but there have not been enough studies to form a general picture. Methods used for dealing with spatial variation are briefly discussed. Application of alternative models to the same site or modifications of existing models can lead to widely differing critical loads, indicating that research into the underlying science needs to continue.

Bayesian estimation and selection of nonlinear vector error correction models: The case of the sugar-ethanol-oil nexus in Brazil

Nonlinear adjustment toward long-run price equilibrium relationships in the sugar-ethanol-oil nexus in Brazil is examined. We develop generalized bivariate error correction models that allow for cointegration between sugar, ethanol, and oil prices, where dynamic adjustments are potentially nonlinear functions of the disequilibrium errors. A range of models are estimated using Bayesian Monte Carlo Markov Chain algorithms and compared using Bayesian model selection methods. The results suggest that the long-run drivers of Brazilian sugar prices are oil prices and that there are nonlinearities in the adjustment processes of sugar and ethanol prices to oil price but linear adjustment between ethanol and sugar prices.

Bayesian ranking and selection of fishing boat efficiencies

The steadily accumulating literature on technical efficiency in fisheries attests to the importance of efficiency as an indicator of fleet condition and as an object of management concern. In this paper, we extend previous work by presenting a Bayesian hierarchical approach that yields both efficiency estimates and, as a byproduct of the estimation algorithm, probabilistic rankings of the relative technical efficiencies of fishing boats. The estimation algorithm is based on recent advances in Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods—Gibbs sampling, in particular—which have not been widely used in fisheries economics. We apply the method to a sample of 10,865 boat trips in the US Pacific hake (or whiting) fishery during 1987–2003. We uncover systematic differences between efficiency rankings based on sample mean efficiency estimates and those that exploit the full posterior distributions of boat efficiencies to estimate the probability that a given boat has the highest true mean efficiency.

Variance estimation for systematic sampling from deliberately ordered populations

The systematic sampling (SYS) design (Madow and Madow, 1944) is widely used by statistical offices due to its simplicity and efficiency (e.g., Iachan, 1982). But it suffers from a serious defect, namely, that it is impossible to unbiasedly estimate the sampling variance (Iachan, 1982) and usual variance estimators (Yates and Grundy, 1953) are inadequate and can overestimate the variance significantly (Särndal et al., 1992). We propose a novel variance estimator which is less biased and that can be implemented with any given population order. We will justify this estimator theoretically and with a Monte Carlo simulation study.

Adaptive approximate Bayesian computation

Sequential techniques can enhance the efficiency of the approximate Bayesian computation algorithm, as in Sisson et al.'s (2007) partial rejection control version. While this method is based upon the theoretical works of Del Moral et al. (2006), the application to approximate Bayesian computation results in a bias in the approximation to the posterior. An alternative version based on genuine importance sampling arguments bypasses this difficulty, in connection with the population Monte Carlo method of Cappe et al. (2004), and it includes an automatic scaling of the forward kernel. When applied to a population genetics example, it compares favourably with two other versions of the approximate algorithm.

Evolution of micromorphological and chemical characters in the lichen-forming fungal family Pertusariaceae

Micromorphological characters of the fruiting bodies, such as ascus-type and hymenial amyloidity, and secondary chemistry have been widely employed as key characters in Ascomycota classification. However, the evolution of these characters has yet not been studied using molecular phylogenies. We have used a combined Bayesian and maximum likelihood based approach to trace character evolution on a tree inferred from a combined analysis of nuclear and mitochondrial ribosomal DNA sequences. The maximum likelihood aspect overcomes simplifications inherent in maximum parsimony methods, whereas the Markov chain Monte Carlo aspect renders results independent of any particular phylogenetic tree. The results indicate that the evolution of the two chemical characters is quite different, being stable once developed for the medullary lecanoric acid, whereas the cortical chlorinated xanthones appear to have been lost several times. The current ascus-types and the amyloidity of the hymenial gel in Pertusariaceae appear to have been developed within the family. The basal ascus-type of pertusarialean fungi remains unknown. (c) 2006 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2006, 89, 615-626.

Identifying adaptive genetic divergence among populations from genome scans

The identification of signatures of natural selection in genomic surveys has become an area of intense research, stimulated by the increasing ease with which genetic markers can be typed. Loci identified as subject to selection may be functionally important, and hence (weak) candidates for involvement in disease causation. They can also be useful in determining the adaptive differentiation of populations, and exploring hypotheses about speciation. Adaptive differentiation has traditionally been identified from differences in allele frequencies among different populations, summarised by an estimate of F-ST. Low outliers relative to an appropriate neutral population-genetics model indicate loci subject to balancing selection, whereas high outliers suggest adaptive (directional) selection. However, the problem of identifying statistically significant departures from neutrality is complicated by confounding effects on the distribution of F-ST estimates, and current methods have not yet been tested in large-scale simulation experiments. Here, we simulate data from a structured population at many unlinked, diallelic loci that are predominantly neutral but with some loci subject to adaptive or balancing selection. We develop a hierarchical-Bayesian method, implemented via Markov chain Monte Carlo (MCMC), and assess its performance in distinguishing the loci simulated under selection from the neutral loci. We also compare this performance with that of a frequentist method, based on moment-based estimates of F-ST. We find that both methods can identify loci subject to adaptive selection when the selection coefficient is at least five times the migration rate. Neither method could reliably distinguish loci under balancing selection in our simulations, even when the selection coefficient is twenty times the migration rate.

Bayesian estimation of ancestral character states on phylogenies

Biologists frequently attempt to infer the character states at ancestral nodes of a phylogeny from the distribution of traits observed in contemporary organisms. Because phylogenies are normally inferences from data, it is desirable to account for the uncertainty in estimates of the tree and its branch lengths when making inferences about ancestral states or other comparative parameters. Here we present a general Bayesian approach for testing comparative hypotheses across statistically justified samples of phylogenies, focusing on the specific issue of reconstructing ancestral states. The method uses Markov chain Monte Carlo techniques for sampling phylogenetic trees and for investigating the parameters of a statistical model of trait evolution. We describe how to combine information about the uncertainty of the phylogeny with uncertainty in the estimate of the ancestral state. Our approach does not constrain the sample of trees only to those that contain the ancestral node or nodes of interest, and we show how to reconstruct ancestral states of uncertain nodes using a most-recent-common-ancestor approach. We illustrate the methods with data on ribonuclease evolution in the Artiodactyla. Software implementing the methods ( BayesMultiState) is available from the authors.

Argon predissociation spectroscopy of the OH-center dot H2O and Cl-center dot H2O complexes in the 1000-1900 cm(-1) region: Intramolecular bending transitions and the search for the shared-proton fundamental in the hydroxide monohydrate

We present argon predissociation vibrational spectra of the OH-.H2O and Cl-.H2O complexes in the 1000-1900 cm(-1) energy range, far below the OH stretching region reported in previous studies. This extension allows us to explore the fundamental transitions of the intramolecular bending vibrations associated with the water molecule, as well as that of the shared proton inferred from previous assignments of overtones in the higher energy region. Although the water bending fundamental in the Cl-.H2O spectrum is in very good agreement with expectations, the OH-.H2O spectrum is quite different than anticipated, being dominated by a strong feature at 1090 cm(-1). New full-diniensionality calculations of the OH-.H2O vibrational level structure using diffusion Monte Carlo and the VSCF/CI methods indicate this band arises from excitation of the shared proton.