Untersuchung des Reorientierungsverhaltens und Strukturierung dünner amphiphiler Blockcopolymerfilme zum Aufbau von Kompositen

Grundlage für die hier gezeigte Arbeit stellt die Eigenschaft von amphiphilen Blockcopolymeren dar immer den Block mit der niedrigsten Grenzflächenenergie zum angrenzenden Medium an die Oberfläche zu bringen. Durch einen Austausch des Mediums an der Grenzfläche zum Blockcopolymer kann eine Reorientierung erzwungen werden, wenn die Grenzflächenenergie des anderen Blocks nun die niedrigere Grenzflächenenergie besitzt. Dieses Verhalten von dünnen amphiphilen Blockcopolymerfilmen wurde zur Strukturierung von Oberflächen ausgenutzt und in nachfolgenden Synthesen weiter verstärkt. Um dies zu erreichen wurde das zur Strukturierung erforderliche Poly(4-Octylstyrol)block(4-hydroxystyrol) durch kontrollierte radikalische Polymerisationsmethode mit dem Tempo Unimer (2,2,6,6-Tetramethyl-1-1(1-phenyl-ethoxy)-piperidin) synthetisiert. Für die geplanten Reorientierungen und Modifizierungen von Oberflächen wurden dünne Filme durch Schleuderbeschichtung auf verschiedenen Substraten (Siliziumwafern, Glassubstraten und Goldoberflächen) hergestellt. Das Verhalten der Oberflächen von diesen Filmen wurde durch Kontaktwinkelmessungen untersucht. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass die Oberfläche von Polymerfilmen nach der Präparation aus dem hydrophoben Block des Polymers gebildet wird. Durch Kontakt des Polymerfilms mit Wasser kann dieser zur Reorientierung gebracht werden, so dass der hydrophile Block des Polymers an der Oberfläche erscheint. Dieses Verhalten wurde zur Strukturierung mit softlithographischen Techniken genutzt. Dazu wurden hydrophil/hydrophob strukturierte Oberflächen durch Aufsetzen von hydrophoben PDMS-Stempeln, die Teile der Oberfläche selektiv abdeckten, und Einbringen von Wasser in die dabei entstehenden Kapillaren hergestellt. Dies ermöglichte es die Oberfläche selektiv im Größenbereich von 500nm bis zu 50µm zu strukturieren und an den reaktiven Bereichen Materialien, wie z.B. Kupfer, Titandioxid, Polyelektrolyte, photonische Kristalle und angegraftete Polymere, mit verschiedenen Methoden selektiv auf die Oberfläche aufzubringen. Um den Reorganisationsprozess der Oberfläche genauer zu studieren, wurde ein für diese Aufgabe besser geeignetes Polymer (Poly(Styrol)-block-poly(essigsäure-2-(2-(4-vinyl-phenoxy)-ethoxy)ethylester)) synthetisiert. Aus diesem Blockcopolymer wurden wieder dünne Filme durch Spincoaten hergestellt. Die Reorientierung dieses Polymers in 70°C warmen Wasser konnte durch Kontaktwinkelmessungen und NEXAFS Spektroskopie nachgewiesen werden. Mit Hilfe der NEXAFS Spektroskopie konnte festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit der Reorientierung durch eine exponentielle Funktion beschrieben werden kann. Eine Auswertung der Geschwindigkeitskonstante für die Reorientierung einer hydrophilen zu einer hydrophoben Oberfläche des Polymers bei 60°C führt zu =75min. Aufgrund des exponentiellen Charakters der Reorientierung macht es den Anschein, dass die Reorientierung bei verschiedenen Reorientierungstemperaturen bis zu einem gewissen Grad erfolgt und dann stoppt. Eine weitere Reorientierung scheint erst wieder bei einer Temperaturerhöhung zu beginnen. Aus AFM Messungen ist ein Beginnen der Reorientierung durch Bildung kleiner Löcher in der Polymeroberfläche zu erkennen, die sich zu runden Erhöhungen und Vertiefungen vergrößern, um letztendlich in ein spinodales Entmischungsmuster über zu gehen. Dieses heilt dann im Laufe der Zeit langsam durch Verschwinden der hydrophilen Bereiche langsam aus. Der Beginn des zuvor beschriebenen Reorientierungsprozesses einer hydrophilen Oberfläche in eine hydrophobe konnte sowohl in den AFM, als auch in den NEXAFS-Messungen zu ca. 50°C bestimmt werden.

Flash floods and their effects on the development in El-Qaá plain area in South Sinai, Egypt

The arid regions are dominated to a much larger degree than humid regions by major catastrophic events. Although most of Egypt lies within the great hot desert belt; it experiences especially in the north some torrential rainfall, which causes flash floods all over Sinai Peninsula. Flash floods in hot deserts are characterized by high velocity and low duration with a sharp discharge peak. Large sediment loads may be carried by floods threatening fields and settlements in the wadis and even people who are living there. The extreme spottiness of rare heavy rainfall, well known to desert people everywhere, precludes any efficient forecasting. Thus, although the limitation of data still reflects pre-satellite methods, chances of developing a warning system for floods in the desert seem remote. The relatively short flood-to-peak interval, a characteristic of desert floods, presents an additional impediment to the efficient use of warning systems. The present thesis contains introduction and five chapters, chapter one points out the physical settings of the study area. There are the geological settings such as outcrop lithology of the study area and the deposits. The alluvial deposits of Wadi Moreikh had been analyzed using OSL dating to know deposits and palaeoclimatic conditions. The chapter points out as well the stratigraphy and the structure geology containing main faults and folds. In addition, it manifests the pesent climate conditions such as temperature, humidity, wind and evaporation. Besides, it presents type of soils and natural vegetation cover of the study area using unsupervised classification for ETM+ images. Chapter two points out the morphometric analysis of the main basins and their drainage network in the study area. It is divided into three parts: The first part manifests the morphometric analysis of the drainage networks which had been extracted from two main sources, topographic maps and DEM images. Basins and drainage networks are considered as major influencing factors on the flash floods; Most of elements were studied which affect the network such as stream order, bifurcation ratio, stream lengths, stream frequency, drainage density, and drainage patterns. The second part of this chapter shows the morphometric analysis of basins such as area, dimensions, shape and surface. Whereas, the third part points the morphometric analysis of alluvial fans which form most of El-Qaá plain. Chapter three manifests the surface runoff through rainfall and losses analysis. The main subject in this chapter is rainfall which has been studied in detail; it is the main reason for runoff. Therefore, all rainfall characteristics are regarded here such as rainfall types, distribution, rainfall intensity, duration, frequency, and the relationship between rainfall and runoff. While the second part of this chapter concerns with water losses estimation by evaporation and infiltration which are together the main losses with direct effect on the high of runoff. Finally, chapter three points out the factors influencing desert runoff and runoff generation mechanism. Chapter four is concerned with assessment of flood hazard, it is important to estimate runoff and tocreate a map of affected areas. Therefore, the chapter consists of four main parts; first part manifests the runoff estimation, the different methods to estimate runoff and its variables such as runoff coefficient lag time, time of concentration, runoff volume, and frequency analysis of flash flood. While the second part points out the extreme event analysis. The third part shows the map of affected areas for every basin and the flash floods degrees. In this point, it has been depending on the DEM to extract the drainage networks and to determine the main streams which are normally more dangerous than others. Finally, part four presets the risk zone map of total study area which is of high inerest for planning activities. Chapter five as the last chapter concerns with flash flood Hazard mitigation. It consists of three main parts. First flood prediction and the method which can be used to predict and forecast the flood. The second part aims to determine the best methods which can be helpful to mitigate flood hazard in the arid zone and especially the study area. Whereas, the third part points out the development perspective for the study area indicating the suitable places in El-Qaá plain for using in economic activities.

Massenspektrometrische Untersuchungen zur Aufklärung der Bildungsmechanismen von Oligomeren in sekundärem organischen Aerosol und zur Zusammensetzung von marinem Hintergrund-Aerosol

Diese Arbeit präsentiert Forschungsergebnisse der beiden wissenschaftlichen Projekte POLYSOA und OOMPH. Für das POLYSOA-Projekt, welches sich mit der Oligomerbildung in sekundären organischen Aerosolen befasst, wurden zwei Dicarbonylverbindungen bezüglich ihres Oligomerisationsverhaltens untersucht. Hierfür wurden zunächst verschiedene Herstellungsmethoden für die reinen, wasserfreien Monomere Glyoxal (Ethandial) und Methylglyoxal (2-Oxopropanal) erprobt. Diese wurden mit Reinstwasser umgesetzt und die Reaktionsprodukte massenspektrometrisch mittels Direktinfusion in ein ESI-MS untersucht. Es wurde bei den wässrigen Lösungen von Glyoxal eine starke Tendenz zur Oligomerbildung beobachtet. Die Zusammensetzung dieser Acetal-Oligomere wurde durch MS2-Experimente analysiert. Methylglyoxal bildete bei den durchgeführten Experimenten ebenfalls bei der Reaktion mit Wasser Oligomere. Zum Ausschluss, dass es sich bei den mittels ESI-MS gemessenen Oligomer-Ionen nicht um Ionenquellenartefakte handelte, wurde eine HPLC-Trennung vorgenommen. Diese Experimente ergaben, dass es sich nicht um Artefakte handelt. Als Teil des OOMPH-Projekts wurden mit einem Aerodyne-HRToF-AMS Messungen an Bord des französischem Forschungsschiffes RV Marion Dufresne durchgeführt. Um detaillierte Informationen über die hierbei im organischen Aerosol enthaltenen Moleküle zu erhalten wurde eine neue Methode entwickelt. Es wurde eine Ionenliste erstellt, die mögliche Fragment-Ionen sowie deren exakte Masse enthält. Reihen von homologen Ionen wurden in Gruppen zusammengefasst. Ein selbstentwickelter Algorithmus berechnet die Signalanteile der einzelnen Ionen aus der Ionenliste am Gesamtsignal. Die erhaltenen einzelnen Signalanteile wurden entsprechend den Ionengruppen zusammengefasst. Hieraus können Informationen über die im Aerosol enthaltenen Molekülbausteine erhalten werden. Im OOMPH-Datensatz konnten so Aerosole verschiedener chemischer Zusammensetzung unterschieden werden. Ein Rückschluss auf einzelne Moleküle kann jedoch nicht gezogen werden.

Aufbau eines flugzeuggetragenen Massenspektrometers zur Messung von HNO 3 und HONO und Quantifizierung der HNO 3-Aufnahme in Eispartikel in Kondensstreifen und Zirren

Im Zuge dieser Arbeit ist ein Massenspektrometer zur flugzeuggetragenen Messung von HNO3 und HONO auf dem neuen deutschen Forschungsflugzeug HALO aufgebaut worden (AIMS - Atmospheric chemical Ionization Mass Spectrometer). Die Ionisation der HNO3- und HONO-Moleküle erfolgt chemisch durch Reaktion mit SF5- -Ionen. Basierend auf den Ergebnissen von Laborversuchen wurden die Betriebsparameter optimiert, die Einzelkomponenten im HALO-Rack zusammengestellt und eine Einlassleitung entworfen, die Wandeffekte minimiert und Untergrundmessungen und HNO3-Kalibrationen im Flug ermöglicht. Die Empfindlichkeit der Messung von HNO3 und HONO wurde ebenso im Labor untersucht wie Interferenzen mit Wasserdampf und Ozon. Die HONO-Vergleichskampagne FIONA am Europäischen Photoreaktor (EUPHORE) in Valencia war die erste Messkampagne mit AIMS. Bei den offenen Vergleichsmessungen stimmten die von AIMS gemessenen HONO-Mischungsverhältnisse innerhalb +-20% mit dem Median von 9 weiteren HONO-Messungen überein. Die ersten flugzeuggetragenen Messungen mit AIMS werden im Verlauf der HALO-Missionen ML-CIRRUS und TACTS stattfinden. Neben dem Aufbau und der Charakterisierung von AIMS war die Analyse der Aufnahme von HNO3 in Eispartikel von Kondensstreifen und Zirren Gegenstand dieser Arbeit. Die Aufnahme von HNO3 in Kondensstreifeneispartikel wurde erstmals systematisch anhand einer Flugzeugmesskampagne (CIRRUS-III) untersucht. Während CIRRUS-III im November 2006 wurden Zirren und zufällig knapp 40 persistente Kondensstreifen über Deutschland und Nordeuropa beprobt. Die Messungen fanden in Höhen zwischen 10 und 11.5 km und bei Temperaturen zwischen 210 und 230 K statt. Die HNO3-Konzentration wurde mit Hilfe von NOy-Messungen bestimmt. Im Mittel war in Kondensstreifen ein größerer Anteil des Gesamt-HNO3 in den Eispartikeln gebunden (6 %) als in Zirren (3 %). Das Gasphasenäquivalent des eisgebundenen HNO3 betrug in Zirren durchschnittlich 6 pmol/mol, in Kondensstreifen 14 pmol/mol und in jungen Kondensstreifen (Alter<1 h) 21 pmol/mol. Das Mischungsverhältnis von HNO3 zu H2O in Eispartikeln war in Kondensstreifen leicht höher als in Zirren unter ähnlichen meteorologischen Bedingungen. Ursächlich für die höheren Werte in persistenten Kondensstreifen sind wahrscheinlich die hohen HNO3-Konzentrationen in den Abgasfahnen der Flugzeuge bei der Kondensstreifenbildung. Die beobachtete Abnahme des HNO3/H2O-Molverhältnisses mit zunehmendem Effektivdurchmesser der Eispartikel deutet an, dass die HNO3-Konzentrationen in Eispartikeln von jungen Kondensstreifen durch die Aufnahme von Abgas-HNO3 in die gefrierenden Aerosolpartikel bestimmt wird. Die Konzentrationen in älteren Kondensstreifen werden zunehmend durch das Vergraben von Umgebungs-HNO3 in wachsenden Eispartikeln kontrolliert. Diese Studie leistet einen Beitrag zu einem besseren Prozessverständnis der HNO3-Aufnahme in atmosphärische Eispartikel. Sie motiviert die Nutzung persistenter Kondensstreifen als atmosphärisches Labor zur Untersuchung der Spurengasaufnahme in wachsende Eispartikel.

Simkania negevensis: clinical and laboratory studies in the population of hemodialized and kidney transplanted patients.

Simkania negevensis is a bacterium belonging to the order Chlamydiales but with certain biological characteristics different from those of chlamydia, according to which it was classified in the family Simkaniaceae. It is widespread in the environment, due to its ability to survive in amoebae also in phase cystic, for which it was hypothesized a possible transmission after contact with water in which they are present amoebae. So far it is known its role in diseases of the lower respiratory tract, such as childhood bronchiolitis and pneumonia in adults of the community, following its transmission through infected aerosols. A recent American study showed, by PCR, a high prevalence of S. negevensis in patients with lung transplant than other transplant recipients, assuming an association between the presence of the bacterium in these patients, and transplant rejection, were more frequent in lung transplant recipients infected compared to uninfected. There are no data so far analyzed in Italy relative to the population of dialysis and kidney transplant recipients relative to simkania negevensis why this study was undertaken in order to start a specific location and evaluate the scientific implications. Because its ability to assume persistent forms of infection, which may lead to a prolonged inflammatory response, Simkania negevensis, similar to other persistent bacteria or viruses, may be ivolved in pathologic complication. Sn may be a factor in graft rejection in mmunesuppressed lung transplant recipients, and further studies are planned to explore the posible association of Sn infections with various in vivo pathologies.

Roman aqueducts and calcareous sinter deposits as a proxy for environmental changes

Die im Süden der Türkei gelegen, antiken Städte Aspendos und Patara, waren in der Römerzeit zwei bedeutende Handelszentren mit hoher Bevölkerungsdichte. Aquädukte versorgten beide Städte mit carbonathaltigem Wasser, wobei sich Kalksinter (Calciumcarbonat) in der Kanalrinne ablagerte. Dabei lagern sich im Wechsel eine hellere und dunklere Kalksinterlage ab, die als Sinterpaar bezeichnet wird. Um die Entstehung dieser Sinterpaare besser zu verstehen, und die beteiligten Prozesse mit saisonalen Veränderungen der Umwelt zu korrelieren, werden in der vorliegenden Arbeit laminierten Sinterablagerungen mit geochemischen und petrographischen Methoden untersucht.rnEntlang der Kanalrinne beider Aquädukte wurden an mehreren Stellen Proben entnommen. Es wurde untersucht in wieweit sich die Sinterstruktur aufgrund von Änderungen in der Neigung des Wasserkanals oder des Kanaltyps ändert. Um die Kristallform und die kristallografische Orientierung der Kristalle innerhalb der verschiedenen Sinterpaare zu untersuchen, wurden die entnommenen laminierten Kalksinterablagerungen mit Hilfe optischer Mikroskopie und EBSD (Electron Backscatter Diffraction) analysiert. Der Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA) wurde verwendet, um saisonale Schwankungen der Hauptelementverteilung und den Anteil der stabilen Isotope im Wasser zu bestimmen. Die LA-ICP-MS (Laser Ablation-induktiv gekoppeltem Plasma-Massenspektrometrie) Spurenelementanalyse wurde durchgeführt, um kleinste Schwankungen der Spurenelemente zu finden. Basierend auf diesen Analysen wurde festgestellt, dass laminierten Kalksinterablagerungen laterale Änderungen in der Aquäduktstruktur und -neigung, jahreszeitliche Änderungen der Wasserchemie, der Temperatur sowie der Entgasungsrate während eines Jahres widerspiegeln. Die Kalksinterablagerungen zeigen eine deutliche Laminierung in Form von feinkörnig-porösen und grobkörnig-dichten Schichten, die trockene und nasse Jahreszeiten anzeigen. Feinkörnige Schichten zeigen eine hohe Epifluoreszenz aufgrund reichhaltiger organischer Inhalte, die vermutlich eine Folge der bakteriellen Aktivität während der warmen und trockenen Jahreszeit sind. Stabile Sauerstoff und Kohlenstoff-Isotop-Kurven entsprechen auch den jahreszeitlichen Schwankungen der verschiedenen Schichtenpaare. Vor allem δ 18O spiegelt jährliche Veränderungen in der Temperatur und jahreszeitliche Veränderungen des Abflusses wieder. Das wichtigste Ergebnis ist, dass die Periodizität von δ 18O durch Erwärmen des Wassers im Wasserkanal und nicht durch die Verdunstung oder der Brunnenwasser-Charakteristik verursacht wird. Die Periodizität von δ 13C ist komplexer Natur, vor allem zeigen δ 18O und δ 13C eine Antikorrelation entlang der Lamellenpaare. Dies wird wohl vor allem durch Entgasungsprozesse im Aquädukt verursacht. Die Ergebnisse der Spurenelemente sind meist inkonsistent und zeigen keine signifikanten Veränderungen in den verschiedenen Lamellenpaaren. Die Isotope Mg, Sr und Ba zeigen hingegen bei einigen Proben eine positive Korrelation und erreichen Höchstwerte innerhalb feinkörnig-poröser Schichten. Auch sind die Hauptelementwerte von Fe, K, Si und anderer detritischer Elemente innerhalb der feinkörnige-porösen Schichten maximal. Eine genaue Datierung der Kalksinterablagerungen ist wünschenswert, da der Zeitraum, in dem die Aquädukte aktiv waren, bereits archäologisch auf 200-300 Jahre festgelegt wurde. Paläomagnetische und 14C-Datierung geben keine brauchbare Ergebnisse. Die U/Th Isotopie wird durch eine hohe Anfangskonzentration von Th in den Proben behindert. Trotz dieser Schwierigkeiten war eine U/Th Datierung an einem Testbeispiel des Béziers Aquädukt erfolgreich. Mit Hilfe von analogen Untersuchungen an aktiven Wasserkanälen der heutigen Zeit, werden die Ablagerungsmechanismen und die geochemische Entwicklung der laminierten Sinterschichten besser verstanden. Ein weiteres laufendes Projekt dieser Doktorarbeit ist die Überwachung von Sinterabscheidungen und der saisonale Zusammensetzung des Wassers an einigen heute noch aktiven Aquädukten. Das Ziel ist die Untersuchung der jetzigen Calciumcarbonatabscheidungen in Aquäduktkanälen unter den heutigen Umgebungsbedingungen. Erste Ergebnisse zeigen, dass kleine regelmäßige jahreszeitliche Veränderungen in der Isotopenzusammensetzung des Wassers vorliegen, und dass die beobachtete Periodizität der stabilen Isotope aufgrund von Änderungen im eigentlichen Kanal entstanden ist. Die Untersuchung von Kalksinterablagerungen in römischen Aquädukten liefern vielversprechende Ergebnisse, für die Untersuchung des Paläöklimas, der Archaeoseismologie und anderer Umweltbedingungen in der Römerzeit. Diese Studie beschränkt sich auf zwei Aquädukte. Die Untersuchungen weiterer Aquädukte und einer Überwachung, der noch in Betrieb stehenden Aquädukte werden genauere Ergebnisse liefern.

Reforming dell'etanolo con processo ciclico: studio della reattività di ossidi misti con struttura spinello

This work deals with a study on the feasibility of a new process, aimed at the production of hydrogen from water and ethanol (a compound obtained starting from biomasses), with inherent separation of hydrogen from C-containing products. The strategy of the process includes a first step, during which a metal oxide is contacted with ethanol at high temperature; during this step, the metal oxide is reduced and the corresponding metallic form develops. During the second step, the reduced metal compound is contacted at high temperature with water, to produce molecular hydrogen and with formation of the original metal oxide. In overall, the combination of the two steps within the cycle process corresponds to ethanol reforming, where however COx and H2 are produced separately. Various mixed metal oxides were used as electrons and ionic oxygen carriers, all of them being characterized by the spinel structure typical of M-modified non-stoichiometric ferrites: M0,6Fe2,4O4 (M = Co, Mn or Co/Mn). The first step was investigated in depth; it was found that besides the generation of the expected CO, CO2 and H2O, the products of ethanol anaerobic oxidation, also a large amount of H2 and coke were produced. The latter is highly undesired, since it affects the second step, during which water is fed over the pre-reduced spinel at high temperature. The behavior of the different spinels was affected by the nature of the divalent metal cation. The new materials were tested in terms of both redox proprieties and catalytic activity to generate hydrogen. Still the problem of coke formation remains the greater challenge to solve.

The Savannah hypotheses: origin, reception and impact on paleoanthropology

The reconstruction of the human past is a complex task characterized by a high level of interdisciplinarity. How do scientists from different fields reach consensus on crucial aspects of paleoanthropological research? The present paper explores this question through an historical analysis of the origin, development, and reception of the savannah hypotheses (SHs). We show that this model neglected to investigate crucial biological aspects which appeared to be irrelevant in scenarios depicting early hominins evolving in arid or semi-arid open plains. For instance, the exploitation of aquatic food resources and other aspects of hominin interaction with water were largely ignored in classical paleoanthropology. These topics became central to alternative ideas on human evolution known as aquatic hypotheses. Since the aquatic model is commonly regarded as highly controversial, its rejection led to a stigmatization of the whole spectrum of topics around water use in non-human hominoids and hominins. We argue that this bias represents a serious hindrance to a comprehensive reconstruction of the human past. Progress in this field depends on clear differentiation between hypotheses proposed to contextualize early hominin evolution in specific environmental settings and research topics which demand the investigation of all relevant facets of early hominins' interaction with complex landscapes.

Surfactant protein D modulates allergen particle uptake and inflammatory response in a human epithelial airway model

Background Allergen-containing subpollen particles (SPP) are released from whole plant pollen upon contact with water or even high humidity. Because of their size SPP can preferentially reach the lower airways where they come into contact with surfactant protein (SP)-D. The aim of the present study was to investigate the influence of SP-D in a complex three-dimensional human epithelial airway model, which simulates the most important barrier functions of the epithelial airway. The uptake of SPP as well as the secretion of pro-inflammatory cytokines was investigated. Methods SPP were isolated from timothy grass and subsequently fluorescently labeled. A human epithelial airway model was built by using human Type II-pneumocyte like cells (A549 cells), human monocyte derived macrophages as well as human monocyte derived dendritic cells. The epithelial cell model was incubated with SPP in the presence and absence of surfactant protein D. Particle uptake was evaluated by confocal microscopy and advanced computer-controlled analysis. Finally, human primary CD4+ T-Cells were added to the epithelial airway model and soluble mediators were measured by enzyme linked immunosorbent assay or bead array. Results SPP were taken up by epithelial cells, macrophages, and dendritic cells. This uptake coincided with secretion of pro-inflammatory cytokines and chemokines. SP-D modulated the uptake of SPP in a cell type specific way (e.g. increased number of macrophages and epithelial cells, which participated in allergen particle uptake) and led to a decreased secretion of pro-inflammatory cytokines. Conclusion These results display a possible mechanism of how SP-D can modulate the inflammatory response to inhaled allergen.

Investigation Of Leucine And Glutamic Acid Properties From The Nanoscale To The Macroscale

Aerosols are known to have important effects on climate, the atmosphere, and human health. The extent of those effects is unknown and largely depend on the interaction of aerosols with water in the atmosphere. Ambient aerosols are complex mixtures of both inorganic and organic compounds. The cloud condensation nuclei (CCN) activities, hygroscopic behavior and particle morphology of a monocarboxylic amino acid (leucine) and a dicarboxylic amino acid (glutamic acid) were investigated. Activation diameters at various supersaturation conditions were experimentally determined and compared with Köhler theoretical values. The theory accounts for both surface tension and the limited solubility of organic compounds. It was discovered that glutamic acid aerosols readily took on water both when relative humidity was less than 100% and when the supersaturation condition was reached, while leucine did not show any water activation at those conditions. Moreover, the study also suggests that Köhler theory describes CCN activity of organic compounds well when only surface tension of the compound is taken into account and complete solubility is assumed. Single parameter ¿ was also computed using both CCN data and hygroscopic growth factor (GF). The results of ¿ range from 0.17 to 0.53 using CCN data and 0.09 to 0.2 using GFs. Finally, the study suggests that during the water-evaporation/particle-nucleation process, crystallization from solution droplets takes place at different locations: for glutamic acid at the particles¿ center and leucine at the particles¿ boundary.

Synthesis and Surface Modification of CdSe and CdS Quantum Dots Exhibiting High Quantum Yield

The thesis investigates the effect of surface treatment with various reducing and oxidizing agents on the quantum yield (QY) of CdSe and CdS quantum dots (QDs). The QDs, as synthesized by the organometallic method, contained defect sites on their surface that trapped photons and prevented their radiative recombination, therefore resulting in adecreased QY. To passivate these defect sites and enhance the QY, the QDs were treated with various reducing and oxidizing agents, including: sodium borohydride (NaBH4), calcium hydride (CaH2), hydrazine (N2H4), benzoyl peroxide (C14H10O4), and tert-butylhydroperoxide (C4H10O2). It was hypothesized that the reducing/oxidizing agents reduced the ligands on the QD surface, causing them to detach, thereby allowing oxygen from atmospheric air to bind to the exposed cadmium. This cadmium oxdide (CdO) layeraround the QD surface satisfied the defect sites and resulted in an increased QY. To correlate what effect the reducing and oxidizing agents were having on the optical properties of the QDs, we investigated these treatments on the following factors:chalcogenide (Se vs. S), ligand (oleylamine vs. OA), coordinating solvent (ODE vs.TOA), and dispersant solvent (chloroform vs. toluene) on the overall optical properties of the QDs. The QY of each sample was calculated before and after the various surface treatments from ultra-violet visible spectroscopy (UV-Vis) and fluorescence spectroscopy data to determine if the treatment was successful.From our results, we found that sodium borohydride was the most effective surface treatment, with 10 of the 12 treatments resulting in an increased QY. Hydrazine, on the other hand, was the least effective treatments, as it quenched the QD fluorescence in every case. From these observations, we hypothesize that the effectiveness of the QD surface treatments was dependent on reaction rate. More specifically, when the surface treatment reaction happened too quickly, we hypothesize that the QDs began to aggregate, resulting in a quenched fluorescence. Furthermore, we believe that the reactionrate is dependent on concentration of the reducing/oxidizing agents, solubility of the agents in each solvent, and reactivity of the agents with water. The quantum yield of the QDs can therefore be maximized by slowing the reaction rate of each surface treatment toa rate that allows for the proper passivation of defect sites.

Revision of a Liquid Fuel Airblast Atomizer and Installation of a Laser Extinction System for Measurement of Soot Produced During Liquid Fuel Combustion

Studying liquid fuel combustion is necessary to better design combustion systems. Through more efficient combustors and alternative fuels, it is possible to reduce greenhouse gases and harmful emissions. In particular, coal-derived and Fischer-Tropsch liquid fuels are of interest because, in addition to producing fewer emissions, they have the potential to drastically reduce the United States' dependence on foreign oil. Major academic research institutions like the Pennsylvania State University perform cutting-edge research in many areas of combustion. The Combustion Research Laboratory (CRL) at Bucknell University is striving to develop the necessary equipment to be capable of both independent and collaborative research efforts with Penn State and in the process, advance the CRL to the forefront of combustion studies. The focus of this thesis is to advance the capabilities of the Combustion Research Lab at Bucknell. Specifically, this was accomplished through a revision to a previously designed liquid fuel injector, and through the design and installation of a laser extinction system for the measurement of soot produced during combustion. The previous liquid fuel injector with a 0.005" hole did not behave as expected. Through spray testing the 0.005" injector with water, it was determined that experimental errors were made in the original pressure testing of the injector. Using data from the spray testing experiment, new theoretical hole sizes of the injector were calculated. New injectors with 0.007" and 0.0085" orifices were fabricated and subsequently tested to qualitatively validate their behavior. The injectors were installed in the combustion rig in the CRL and hot-fire tested with liquid heptane. The 0.0085" injector yielded a manageable fuel pressure and produced a broad flame. A laser extinction system was designed and installed in the CRL. This involved the fabrication of a number of custom-designed parts and the specification of laser extinction equipment for purchase. A standard operating procedure for the laser extinction system was developed to provide a consistent, safe method for measuring soot formation during combustion.

A realistic validation study of a new nitrogen multiple-breath washout system

Background For reliable assessment of ventilation inhomogeneity, multiple-breath washout (MBW) systems should be realistically validated. We describe a new lung model for in vitro validation under physiological conditions and the assessment of a new nitrogen (N2)MBW system. Methods The N2MBW setup indirectly measures the N2 fraction (FN2) from main-stream carbon dioxide (CO2) and side-stream oxygen (O2) signals: FN2 = 1−FO2−FCO2−FArgon. For in vitro N2MBW, a double chamber plastic lung model was filled with water, heated to 37°C, and ventilated at various lung volumes, respiratory rates, and FCO2. In vivo N2MBW was undertaken in triplets on two occasions in 30 healthy adults. Primary N2MBW outcome was functional residual capacity (FRC). We assessed in vitro error (√[difference]2) between measured and model FRC (100–4174 mL), and error between tests of in vivo FRC, lung clearance index (LCI), and normalized phase III slope indices (Sacin and Scond). Results The model generated 145 FRCs under BTPS conditions and various breathing patterns. Mean (SD) error was 2.3 (1.7)%. In 500 to 4174 mL FRCs, 121 (98%) of FRCs were within 5%. In 100 to 400 mL FRCs, the error was better than 7%. In vivo FRC error between tests was 10.1 (8.2)%. LCI was the most reproducible ventilation inhomogeneity index. Conclusion The lung model generates lung volumes under the conditions encountered during clinical MBW testing and enables realistic validation of MBW systems. The new N2MBW system reliably measures lung volumes and delivers reproducible LCI values.

Comparison of neutral oral contrast versus positive oral contrast medium in abdominal multidetector CT

To determine whether neutral contrast agents with water-equivalent intraluminal attenuation can improve delineation of the bowel wall and increase overall image quality for a non-selected patient population, a neutral oral contrast agent (3% mannitol) was administered to 100 patients referred for abdominal multidetector row computed tomography (MDCT). Their results were compared with those of 100 patients given a positive oral contrast agent. Qualitative and quantitative measurements were done on different levels of the gastrointestinal tract by three experienced readers. Patients given the neutral oral contrast agent showed significant better qualitative results for bowel distension (P < 0.001), homogeneity of the luminal content (P < 0.001), delineation of the bowel-wall to the lumen (P < 0.001) and to the mesentery (P < 0.001) and artifacts (P < 0.001), leading to a significant better overall image quality (P < 0.001) than patients receiving positive oral contrast medium. The quantitative measurements revealed significant better distension (P < 0.001) and wall to lumen delineation (P < 0.001) for the patients receiving neutral oral contrast medium. The present results show that the neutral oral contrast agent (mannitol) produced better distension, better homogeneity and better delineation of the bowel wall leading to a higher overall image quality than the positive oral contrast medium in a non-selected patient population.

Effects of carbonation on the mineral composition of cement kiln dust

Due to their relatively high calcium oxide content, industrial mineral oxide wastes are potential candidates for mineral sequestration of carbon dioxide (CO2). Cement kiln dust (CKD), a byproduct of cement manufacturing contains 20-60% CaO making it a possible candidate for CO2 sequestration. In this study, three types of CKD are characterized, before and after carbonation, using environmental scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray microanalysis to determine the mineralogical and morphological changes occurring due to carbonation. The reactants, products, and precipitation mechanisms were investigated to enhance understanding of the governing processes and allow better utilization of CKD for CO2 sequestration. The results of multiple independent analyses confirmed the formation of CaCO3 during carbonation. Examinations of the reaction pathways found that CaO and calcium hydroxide (Ca(OH)2) were the major reactants. Three types of CaCO3 precipitation mechanisms were observed: (1) diffusion of CO2 into Ca(OH)2 particles causing precipitation in the pores of the particle and the growth of a CaCO3 ring from the outside inward, (2) precipitation onto existing particles, and (3) precipitation from aqueous solution. The growth of a CaCO3 ring on the outside of a particle may slow further diffusion of CO2 into a particle slowing iv the overall sequestration rate. Additionally, changes caused by carbonation in the solubility of trace metals were studied by mixing pre- and post-carbonated CKD with water and analyzing the solution using inductively coupled plasma mass spectrometry. Decreases in the leaching of chromium, lead, and copper were observed, and is an incentive for use of CKD for CO2 sequestration. Equilibrium modeling using PHREEQC confirmed that CaO and Ca(OH)2 would carbonate readily and form CaCO3.