Ice as a matrix for IR-matrix-assisted laser desorption/ionization: mass spectra from a protein single crystal.

Lasers emitting in the ultraviolet wavelength range of 260-360 nm are almost exclusively used for matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) of macromolecules. Reports about the use of lasers emitting in the infrared first appeared in 1990/1991. In contrast to MALDI in the ultraviolet, a very limited number of reports on IR-MALDI have since been published. Several matrices have been identified for infrared MALDI yielding spectra of a quality comparable to those obtained in the ultraviolet. Water (ice) was recognized early as a potential matrix because of its strong O-H stretching mode near 3 microm. Interest in water as matrix derives primarily from the fact that it is the major constituent of most biological tissues. If functional as matrix, it might allow the in situ analysis of macromolecular constituents in frozen cell sections without extraction or exchanging the water. We present results that show that IR-MALDI of lyophilized proteins, air dried protein solutions, or protein crystals up to a molecular mass of 30 kDa is possible without the addition of any separate matrix. Samples must be frozen to retain a sufficient fraction of the water of hydration in the vacuum. The limited current sensitivity, requiring at least 10 pmol of protein for a successful analysis needs to be further improved.

Ultrafast thermally induced unfolding of RNase A.

A temperature jump (T-jump) method capable of initiating thermally induced processes on the picosecond time scale in aqueous solutions is introduced. Protein solutions are heated by energy from a laser pulse that is absorbed by homogeneously dispersed molecules of the dye crystal violet. These act as transducers by releasing the energy as heat to cause a T-jump of up to 10 K with a time resolution of 70 ps. The method was applied to the unfolding of RNase A. At pH 5.7 and 59 degrees C, a T-jump of 3-6 K induced unfolding which was detected by picosecond transient infrared spectroscopy of the amide I region between 1600 and 1700 cm-1. The difference spectral profile at 3.5 ns closely resembled that found for the equilibrium (native-unfolded) states. The signal at 1633 cm-1, corresponding to the beta-sheet structure, achieved 15 +/- 2% of the decrease found at equilibrium, within 5.5 ns. However, no decrease in absorbance was detected until 1 ns after the T-ump. The disruption of beta-sheet therefore appears to be subject to a delay of approximately 1 ns. Prior to 1 ns after the T-jump, water might be accessing the intact hydrophobic regions.

Obtenção de gel mucoadesivo de nistatina para o tratamento da candidíase oral. Desenvolvimento e caracterização de dispersões sólidas de nistatina

A nistatina (NYS) é o fármaco de primeira escolha no tratamento da candidíase oral, que frequentemente acomete mais os indivíduos imunocomprometidos e pacientes com outras desordens (diabetes não tratada, neoplasias, imunodeficiências). No mercado brasileiro, a NYS é encontrada na forma de suspensão oral aquosa, onde o procedimento para sua administração consiste em bochechar o medicamento. Apesar de haver a indicação de que se mantenha o contato direto entre fármaco e a mucosa oral, na qual se encontra a Candida spp., o que aumentaria expressivamente o sucesso terapêutico, a suspensão não apresenta tal propriedade. Assim, a NYS que é fármaco com ação efetiva contra a candidíase oral, é considerada pertencente à Classe IV do Sistema de Classificação Biofarmacêutica, ou seja, apresenta baixa solubilidade e baixa permeabilidade. A baixa solubilidade pode comprometer sua disponibilidade na cavidade oral, e consequentemente, sua ação farmacológica. Diante desse quadro, o objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de dispersões sólidas de NYS para o tratamento da candidíase oral, e sua posterior incorporação em gel mucoadesivo oral, favorecendo a formulação no local de ação. As dispersões sólidas são sistemas farmacêuticos, onde um fármaco pouco solúvel em água encontra-se dispersado em um carreador, no estado sólido. Os carreadores normalmente são hidrofílicos, o que permite que esses sistemas sejam empregados para aumentar a solubilidade aquosa do fármaco. Assim, foram desenvolvidas as dispersões sólidas de NYS, pelo método de eliminação do solvente, empregando como carreadores, lactose, HPMC, poloxamer 407 e poloxamer 188. Essas foram submetidas à caracterização por análise térmica, usando os ensaios de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria/termogravimetria derivada (TG/DTG). Dentre essas dispersões sólidas, aquelas que se mostraram com comportamento térmico sugerindo a formação de um novo \"sistema\", foram analisadas por meio de ensaio de solubilidade. Dessa forma, a formulação NYS DS G2 (49) se destacou, pois apresentou maior solubilidade em água (4,484 mg/mL); em pH 5,5 (4,249 mg/mL) e em pH 7,0 (4,293 mg/mL), ou seja, houve um aumento de 1,426 vezes em água; 4,227 vezes em pH 5,5; e 2,743 vezes em pH 7,0. Essa formulação foi, por fim avaliada por difração de raio-X e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, técnicas que corroboraram com a análise térmica quanto à indicação de formação da dispersão sólida. Por sua vez, essa dispersão sólida foi incorporada em 4 bases de géis mucoadesivos de carbopol ® 934 PNF, alterando apenas a concentração do polímero (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 %p/p). Foi observado que a liberação de NYS DS G2 (49) foi superior, quando comparada à liberação de NYS MP a partir do gel, e através do ensaio de mucoadesão, percebeu-se que os géis desenvolvidos apresentaram propriedades mucoadesivas compatíveis com relatos na literatura, independentemente da quantidade de carbopol ® empregada. As características reológicas foram distintas, e foi observado que as formulações Gel A e Gel B, que possuem menor quantidade de polímero, tiverem um indicativo de comportamento de fluido newtoniano, diferente dos demais, o que pode não ser desejado para esse tipo de forma farmacêutica tópica e semi-sólida. Ao final desse trabalho, pode-se concluir que foi possível desenvolver um sistema farmacêutico na forma de dispersão sólida com maior solubilidade que a NYS pura, e sua incorporação em uma forma farmacêutica mucoadesiva, e que a liberação da NYS na forma DS foi muito superior que o fármaco na forma \"convencional\", o que permite que a NYS esteja mais disponível na cavidade oral, e também junto à mucosa bucal, o que levaria a efeito farmacológico mais efetivo do antifúngico.

Propriedades de soluções filmogênicas e de filmes de gelatina ou colágeno com extrato de boldo-do-Chile

Filmes à base de biopolímeros podem ser utilizados para produção de embalagens ativas, que além de proteger os alimentos, podem interagir com o produto. No caso de embalagens ativas com atividade antioxidante, tem-se privilegiado o uso de agentes antioxidantes naturais, considerando-se que o uso de antioxidantes sintéticos tem sido questionado, sobretudo em relação à sua inocuidade. Existem muitos extratos de plantas já conhecidos por sua atividade antioxidante, que têm sido utilizados com frequência em estudos de filmes à base de biopolímeros, não somente por serem ricos em polifenóis, mas principalmente por sua boa interação com a matriz polimérica. O extrato de boldo-do-Chile (Peumus boldus) possui atividade antioxidante comprovada, entretanto, não existem relatos sobre sua adição em filmes. Dessa forma, o objetivo geral desta tese foi o desenvolvimento de filmes à base de colágeno ou gelatina adicionados de extrato de boldo-do-Chile, com propriedades físicas e funcionais para seu emprego como embalagens bioativas. Foram realizadas as caracterizações (fenólicos totais, ABTS, DPPH, cor, °Brix e pH) do extrato aquoso de boldo-do-Chile, preparado em quatro diferentes temperaturas. Além disso, foram avaliadas as propriedades reológicas e térmicas da solução de gelatina, e também foram elaborados filmes com as soluções de gelatina e colágeno a partir de soluções filmogênicas com diferentes concentrações de macromoléculas e extrato de boldo. Esses filmes foram caracterizados para conhecimento de suas propriedades mecânicas (tração e perfuração), propriedades óticas (cor e opacidade), espessura, umidade e solubilidade em água. Uma concentração de macromoléculas foi escolhida para a realização de análises complementares, a saber: análises térmicas (DSC), cristalinidade por difração de raio X (DRX), permeabilidade ao vapor de água (PVA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), brilho, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), ângulo de contato, propriedades de barreira UV/Visível e atividade antioxidante. A adição do extrato de boldo-do-Chile nos filmes de gelatina e colágeno produziu filmes com atividade antioxidante, sem prejuízo às demais propriedades estudadas. Observou-se que o extrato aquoso de boldo-do-Chile apresentou propriedades antioxidantes, mas que foram dependentes da temperatura de extração. O extrato de boldo-do-Chile foi capaz de modificar as propriedades térmicas das soluções filmogênicas de gelatina, não sendo observado efeito nas análises reológicas. Por outro lado, o extrato aquoso de boldo-do-Chile não influenciou as propriedades mecânicas, solubilidade, umidade, cristalinidade e a permeabilidade ao vapor de água dos filmes de gelatina ou colágeno. Algumas propriedades térmicas sofreram efeito dos extratos, mas as análises de FTIR não mostraram a formação de novas interações. As propriedades óticas e de barreira UV/Visível foram influenciadas pelo extrato de boldo-do-Chile, sendo que os filmes se apresentaram mais amarelados com o aumento da concentração do extrato de boldo-do-Chile. As micrografias mostraram filmes de gelatina bastante homogêneos e filmes de colágeno com superfícies mais rugosas. Os resultados de brilho e ângulo de contato corroboraram com estas respostas. Em conclusão, os filmes de ambas macromoléculas apresentaram atividade antioxidante, podendo dessa forma, serem considerados como filmes ativos.

Otimização da inativação fotodinâmica de E. coli por fotossensibilizadores veiculados por nanopartículas de sílica

A nanotecnologia tem sido aplicada para o desenvolvimento de materiais para diversas aplicações inclusive na inativação de patógenos. As nanopartículas de sílica (npSi) destacam-se pela alta área superficial, facilidade na alteração da superfície para aumento da eficiência adsortiva, penetrabilidade e toxicidade para bactérias gram-negativas sendo biocompatíveis para células de mamíferos e mais foto-estáveis que a maioria dos compostos orgânicos. Devido as suas vantagens, as npSi podem ser usadas para veicular fotossensibilizadores (FSs) uma vez que permitem sua utilização em solução aquosa em que os FSs geralmente são insolúveis. Além disso, o uso de FSs em vez de antibióticos, permite a inativação microbiológica pela Terapia Fotodinâmica sem que as bactérias adquiram resistência por mecanismos genéticos. Esse processo ocorre pela interação entre um FS, luz e oxigênio molecular produzindo oxigênio singleto que é extremamente reativo danificando estruturas celulares. O objetivo desse estudo foi otimizar a fotoinativação dinâmica de E .coli utilizando Azul de Metileno (AM) e Azul de Toluidina O (ATO) veiculados por npSi. As npSi foram preparadas pela metodologia sol-gel, caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e submetidas à adsorção de AM e ATO em sua superfície. A presença de AM e ATO na superfície das npSi foram analisadas por espectroscopia no infravermelho; espectroscopia de fluorescência por raio-X e análise termogravimétrica. O planejamento experimental, iniciado pelo fatorial 23 e modelado ao composto central em busca das condições ótimas foi adotado pela primeira vez nessa aplicabilidade, visando a fotoinativação de E. coli empregando AM e ATO em solução e em seguida com npSi. AM e ATO veiculados por npSi permitem a fotoinativação em concentrações mais baixas de FS (20 e 51% respectivamente), causando desestruturação da integridade bacteriana demonstrada por MEV. Os resultados sugerem que a veiculação de AM e ATO por npSi é extremamente efetiva para a fotoinativação dinâmica de E. coli e que o planejamento composto central pode levar à completa inativação das bactérias.

Data reduction pipeline for emir, the near-IR multi-object spectrograph for GTC

EMIR (Balcells et al. 2000) is a near-infrared wide-field camera and multi-object spectrograph being built for the GTC. The Data Reduction Pipeline (DRP) will be optimized for handling and reducing near-infrared data acquired with EMIR.

Estudo comparativo de técnicas numéricas de inversão para obtenção de distribuição de tamanho de gotas em emulsões.

O desenvolvimento de algoritmos computacionais para a obtenção de distribuições de tamanho de partícula em dispersões e que utilizam dados espectroscópicos em tempo real e in-line a partir de sensores permitirá uma variedade de aplicações, como o monitoramento de propriedades em fluidos de corte industriais, acompanhamento de processos de polimerização, tratamento de efluentes e sensoriamento atmosférico. O presente estudo tem como objetivo a implementação e comparação de técnicas para resolução de problemas de inversão, desenvolvendo algoritmos que forneçam distribuição de tamanho de partículas em dispersões a partir de dados de espectroscopia UV-Vis-Nir (Ultravioleta, Visível e Infravermelho próximo). Foram implementadas quatro técnicas, sendo uma delas um método alternativo sem a presença de etapas de inversão. Os métodos que utilizaram alguma técnica de inversão evidenciaram a dificuldade em se obter distribuições de tamanho de gotas (DTG) de boa qualidade, enquanto o método alternativo foi aquele que se mostrou mais eficiente e confiável. Este estudo é parte de um programa cooperativo entre a Universidade de São Paulo e a Universidade de Bremen chamado programa BRAGECRIM (Brazilian German Cooperative Research Initiative in Manufacturing) e é financiado pela FAPESP, CAPES, FINEP e CNPq (Brasil) e DFG (Alemanha).

Estudo do processo de absorção e dessorção de CO2 na solução aquosa de metildietanolamina e piperazina.

Estudou-se o processo de absorção e dessorção de CO2 em solução aquosa da mistura de metildietanolamina (MDEA) e piperazina (PZ). Os ensaios de absorção foram realizados numa coluna de parede molhada com promotor de película, e, os ensaios de dessorção num sistema de semibatelada, ambos em escala de laboratório. Os testes experimentais de absorção foram realizados a 298 K e pressão atmosférica, com vazão de gás (CO2 e ar atmosférico) de 2,2.10-4 m3 s-1 e as seguintes vazões de líquido: 1,0.10-6; 1,3.10-6 e 1,7.10-6 m3 s-1. O sistema de absorção foi caracterizado através da determinação da área interfacial, a, o coeficiente volumétrico de transferência de massa, kGa, e o coeficiente volumétrico global médio de transferência de massa, KGa. No caso dos ensaios de dessorção, estes foram realizados nas temperaturas de 353, 363 e 368 K, onde empregou-se uma solução carbonatada de 10% PZ-20% MDEA e uma corrente de ar atmosférico nas vazões de 1,1.10-5 m3 s-1 e 2,7.10-5 m3 s-1. Este sistema foi caracterizado através da determinação do coeficiente volumétrico global de transferência de massa, KLa. Os resultados experimentais da área interfacial mostram que este é função da vazão do líquido, sugerindo uma maior área de irrigação como o aumento desta, onde teve-se uma maior área de transferência de massa. O resultado do parâmetro, KGa, indica uma dependência da vazão de líquido, a qual está associada à variação da área interfacial e à dependência do parâmetro KG com o perfil das concentrações da MDEA e PZ ao longo da coluna. A partir da teoria do duplo filme e pelo conhecimento dos parâmetros KGa, a e kGa, estimou-se um parâmetro cinético-difusivo associado à fase líquida, (( ) ) . Os resultados experimentais mostram que esse parâmetro varia pouco com a vazão de líquido, indicando tratar-se de um processo independente da hidrodinâmica do líquido, característico de sistemas com reação rápida. A concentração das aminas e carbamatos, nos ensaios de absorção e dessorção, foi determinada através dos modelos de calibração obtidas pela técnica de espectroscopia no infravermelho. Nos ensaios de absorção, foram observados que a concentração de PZ teve uma variação considerável (4 a 5% massa massa-1), entanto que a de MDEA variou pouco (0,3 a 0,5% massa massa-1), sugerindo que o processo de absorção de CO2 na mistura MDEA-PZ é controlado principalmente pela PZ, e supõe-se que a MDEA tem um papel de receptor de prótons procedentes da reação entre a PZ e o CO2. Nos ensaios de dessorção, observou-se que esse processo é afetado pela temperatura, sendo que, em temperaturas perto da ebulição (372 K), a taxa de dessorção de CO2 é maior do que em temperaturas menores, em certa forma é devido à dependência da velocidade de reação química com a temperatura. Os resultados do parâmetro KLa indicam que este diminui em função da concentração de carbamato de PZ (por exemplo, na temperatura de 368 K, de 7,5.10-4 a 1,0.10-4 s-1), devido a que este componente é decomposto em altas temperaturas gerando o CO2 e as aminas, sugerindo uma diminuição na velocidade de dessorção de CO2. Assim também, os resultados experimentais do parâmetro KLa indicam que este aumenta ligeiramente com a vazão do gás.

An obscured cluster associated with the H II region RCW173

Context. The discovery of several clusters of red supergiants towards l = 24°−30° has triggered interest in this area of the Galactic plane, where lines of sight are very complex and previous explorations of the stellar content were very preliminary. Aims. We attempt to characterise the stellar population associated with the H ii region RCW 173 (=Sh2-60), located at, as previous studies have suggested that this population could be beyond the Sagittarius arm. Methods. We obtained UBV photometry of a stellar field to the south of the brightest part of RCW 173, as well as spectroscopy of about twenty stars in the area. We combined our new data with archival 2MASS near-infrared photometry and Spitzer/GLIMPSE imaging and photometry, to achieve a more accurate characterisation of the stellar sources and the associated cloud. Results. We find a significant population of early-type stars located at d = 3.0 kpc, in good agreement with the “near” dynamical distance to the H ii region. This population should be located at the near intersection of the Scutum-Crux arm. A luminous O7 II star is likely to be the main source of ionisation. Many stars are concentrated around the bright nebulosity, where GLIMPSE images in the mid infrared show the presence of a bubble of excited material surrounding a cavity that coincides spatially with a number of B0-1 V stars. We interpret this as an emerging cluster, perhaps triggered by the nearby O7 II star. We also find a number of B-type giants. Some of them are located at approximately the same distance, and may be part of an older population in the same area, characterised by much lower reddening. A few have shorter distance moduli and are likely to be located in the Sagittarius arm. Conclusions. The line of sight in this direction is very complex. Optically visible tracers delineate two spiral arms, but seem to be absent beyond d ≈ 3 kpc. Several H ii regions in this area suggest that the Scutum-Crux arm contains thick clouds actively forming stars. All these populations are projected on top of the major stellar complex signposted by the clusters of red supergiants.

Massive open star clusters using the VVV survey III. A young massive cluster at the far edge of the Galactic bar

Context. Young massive clusters are key to map the Milky Way’s structure, and near-infrared large area sky surveys have contributed strongly to the discovery of new obscured massive stellar clusters. Aims. We present the third article in a series of papers focused on young and massive clusters discovered in the VVV survey. This article is dedicated to the physical characterization of VVV CL086, using part of its OB-stellar population. Methods. We physically characterized the cluster using JHKS near-infrared photometry from ESO public survey VVV images, using the VVV-SkZ pipeline, and near-infrared K-band spectroscopy, following the methodology presented in the first article of the series. Results. Individual distances for two observed stars indicate that the cluster is located at the far edge of the Galactic bar. These stars, which are probable cluster members from the statistically field-star decontaminated CMD, have spectral types between O9 and B0 V. According to our analysis, this young cluster (1.0 Myr < age < 5.0 Myr) is located at a distance of 11+5-6 kpc, and we estimate a lower limit for the cluster total mass of (2.8+1.6-1.4) · 103 M⊙. It is likely that the cluster contains even earlier and more massive stars.

Study of dopamine reactivity on platinum single crystal electrode surfaces

Dopamine is the biological molecule responsible, among other functions, of the heart beat and blood pressure regulation. Its loss, in the human body, can result in serious diseases such as Parkinson's, schizophrenia or depression. Structurally, this molecule belongs to the group of catecholamines, together with epinephrine (adrenaline) and norepinephrine (noradrenaline). The hydroquinone moiety of the molecule can be easily oxidized to quinone, rendering the electrochemical methods a convenient approach for the development of dopamine biosensors. The reactivity of similar aromatic molecules, such as catechol and hydroquinone, at well-ordered platinum surfaces, has recently been investigated in our group. In this paper, we extend these studies to the structurally related molecule dopamine. The study has been performed in neutral pH, since this is closer to the natural conditions for these molecules in biological media. Cyclic voltammetry and in situ infra-red spectroscopy have been combined to extract information about the behavior of this molecule on well-defined platinum surfaces. Dopamine appears to be electrochemically active and reveals interesting adsorption phenomena at low potentials (0.15–0.25 V vs RHE), sensitive to the single crystal orientation. The adsorption of dopamine on these surfaces is very strong, taking place at much lower potentials than the electron transfer from solution species. Specifically, the voltammetry of Pt(1 1 1) and Pt(1 0 0) in dopamine solutions shows an oxidation peak at potentials close to the onset of hydrogen evolution, which is related to the desorption of hydrogen and the adsorption of dopamine. On the other hand, adsorption on Pt(1 1 0) is irreversible and the surface appears totally blocked. Spectroscopic results indicate that dopamine is adsorbed flat on the surface. At potentials higher than 0.6 V vs RHE the three basal planes show a common redox process. The initial formation of the quinone moiety is followed by a chemical step resulting in the formation of 5,6-dihydroxyindoline quinone as final product. This oxidation process has also been investigated by vibrational spectroscopy.

VdBH 222: a starburst cluster in the inner Milky Way

Context. It has been suggested that the compact open cluster VdBH 222 is a young massive distant object. Aims. We set out to characterise VdBH 222 using a comprehensive set of multi-wavelength observations. Methods. We obtained multi-band optical (UBVR) and near-infrared (JHKS) photometry of the cluster field, as well as multi-object and long-slit optical spectroscopy for a large sample of stars in the field. We applied classical photometric analysis, as well as more sophisticated methods using the CHORIZOS code, to determine the reddening to the cluster. We then plotted dereddened HR diagrams and determined cluster parameters via isochrone fitting. Results. We have identified a large population of luminous supergiants confirmed as cluster members via radial velocity measurements. We find nine red supergiants (plus one other candidate) and two yellow supergiants. We also identify a large population of OB stars. Ten of them are bright enough to be blue supergiants. The cluster lies behind ≈7.5 mag of extinction for the preferred value of RV = 2.9. Isochrone fitting allows for a narrow range of ages between 12 and 16 Ma. The cluster radial velocity is compatible with distances of ~6 and ~10 kpc. The shorter distance is inconsistent with the age range and Galactic structure. The longer distance implies an age ≈ 12 Ma and a location not far from the position where some Galactic models place the far end of the Galactic bar. Conclusions. VdBH 222 is a young massive cluster with a likely mass >20 000 M⊙. Its population of massive evolved stars is comparable to that of large associations, such as Per OB1. Its location in the inner Galaxy, presumably close to the end of the Galactic bar, adds to the increasing evidence for vigorous star formation in the inner regions of the Milky Way.

A new survey of cool supergiants in the Magellanic Clouds

Aims. In this study we conduct a pilot program aimed at the red supergiant population of the Magellanic Clouds. We intend to extend the current known sample to the unexplored low end of the brightness distribution of these stars, building a more representative dataset with which to extrapolate their behaviour to other Galactic and extra-galactic environments. Methods. We select candidates using only near infrared photometry, and with medium resolution multi-object spectroscopy, we perform spectral classification and derive their line-of-sight velocities, confirming the nature of the candidates and their membership in the clouds. Results. Around two hundred new red supergiants have been detected, hinting at a yet to be observed large population. Using near- and mid-infrared photometry we study the brightness distribution of these stars, the onset of mass-loss, and the effect of dust in their atmospheres. Based on this sample, new a priori classification criteria are investigated, combining mid- and near-infrared photometry to improve the observational efficiency of similar programs to this.

Synthesis, Modification, and Application of Siloxane Materials for Environmental Sensing

As human populations and resource consumption increase, it is increasingly important to monitor the quality of our environment. While laboratory instruments offer useful information, portable, easy to use sensors would allow environmental analysis to occur on-site, at lower cost, and with minimal operator training. We explore the synthesis, modification, and applications of modified polysiloxane in environmental sensing. Multiple methods of producing modified siloxanes were investigated. Oligomers were formed by using functionalized monomers, producing siloxane materials containing silicon hydride, methyl, and phenyl side chains. Silicon hydride-functionalized oligomers were further modified by hydrosilylation to incorporate methyl ester and naphthyl side chains. Modifications to the siloxane materials were also carried out using post-curing treatments. Methyl ester-functionalized siloxane was incorporated into the surface of a cured poly(dimethylsiloxane) film by siloxane equilibration. The materials containing methyl esters were hydrolyzed to reveal carboxylic acids, which could later be used for covalent protein immobilization. Finally, the siloxane surfaces were modified to incorporate antibodies by covalent, affinity, and adsorption-based attachment. These modifications were characterized by a variety of methods, including contact angle, attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, dye labels, and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy. The modified siloxane materials were employed in a variety of sensing schemes. Volatile organic compounds were detected using methyl, phenyl, and naphthyl-functionalized materials on a Fabry-Perot interferometer and a refractometer. The Fabry-Perot interferometer was found to detect the analytes upon siloxane extraction by deformation of the Bragg reflectors. The refractometer was used to determine that naphthyl-functionalized siloxanes had elevated refractive indices, rendering these materials more sensitive to some analytes. Antibody-modified siloxanes were used to detect biological analytes through a solid phase microextraction-mediated enzyme linked immunosorbent assay (SPME ELISA). The SPME ELISA was found to have higher analyte sensitivity compared to a conventional ELISA system. The detection scheme was used to detect Escherichia coli at 8500 CFU/mL. These results demonstrate the variety of methods that can be used to modify siloxanes and the wide range of applications of modified siloxanes has been demonstrated through chemical and biological sensing schemes.

Radionuclides measured on water bottle samples

Actinium is one of the rarest naturally occurring elements on earth. We measured its longest-lived isotope 227Ac (half-life 21.77 yr) for the first time in the water column of the Southeast Pacific, the Central Arctic, the Antarctic Circumpolar Current (ACC) and the Weddell Gyre (WG). Besides the profile in the Southeast Pacific, which confirms earlier findings about the role of diapycnal mixing for 227Ac distribution, we found three other different types of vertical profiles. These profiles point to a prominent role of advection for 227Ac distribution, especially in the Southern Ocean. Depending on the type of profile found, 227Ac is proposed as a tracer for different oceanographic questions. In the Southern Ocean, up to 4.93±0.32 dpm/m**3 227Ac is found close to the sea floor, which is the highest concentration ever observed in the ocean. Close to the sea surface in the WG, 0.46±0.05 dpm/m**3 227Acex (227Ac in excess of its progenitor 231Pa) is detected. We use 227Acex there to determine the upwelling velocity in the Eastern WG to be about 55 m/yr. In the ACC, Upper and Lower Circumpolar Deep Water (UCDW and LCDW) are found to differ clearly in their 227Acex activity. High 227Acex activities are therefore a promising tracer for recent inputs of LCDW to the sea surface, which may help to understand the role of deep upwelling for iron inputs into Antarctic surface waters. The expected release of 227Ac is compared with 228Ra to make sure that the large near-surface excess in the water column of the Southern Ocean is not due to lateral inputs by isopycnal mixing. Data from the Central Arctic and from a transect across the ACC confirm that 228Ra and 227Acex differ strongly in their sources. The first measurements of 227Ac on suspended matter (less than 1.7% of total 227Ac close to the sea floor) indicate that the particle reactivity of 227Ac is negligible in the open ocean, in agreement with earlier findings [Y. Nozaki, Nature 310 (1984) 486-488]. Despite the extremely low concentrations of 227Ac, new measurement techniques [W.S. Moore, R. Arnold, J. Geophys. Res. 101 (1996) 1321-1329] point to a comfortable and comparably simple determination of 227Ac in the future. Finally, 227Acex may become a widely used deep-sea specific tracer.