Untersuchung der Filmbildung aus Polymerdispersionen mit Hilfe der forcierten Rayleighstreuung

Der Filmbildungsprozess wässriger Polymerdispersionen wurde mit forcierter Rayleighstreuung untersucht.Diffusionskoeffizienten D von Farbstoffsonden sind damit zwischen 10^-21 und 10^-9 m^2s^-1 zugänglich. Das Diffusionsverhalten der hydrophoben FarbstoffsondeAberchrome in feuchten und trockenen Filmen aus Poly(n-butylmethacrylat-co-acrylsäure)-Dispersionen sowie bei der Wiederbefeuchtung trockener Filme wurde untersucht.Die Dynamik von Aberchrome weicht in feuchten Filmen von Fickscher Diffusion ab. Dies äußert sich in Abweichungen vomcharakteristischen q^2-Verhalten der Relaxationsrate tau^-1 (tau^-1 = Dq^2; q:Streuvektor) und im Auftreten gestrecktexponentieller Intensitätsrelaxationskurven. Diese Anomalie wurde mit einem apparenten, längenskalenabhängigen Diffusionskoeffizienten Dapp(Lambda) (Lambda= 2Pi/q) beschrieben, der für Lambda -> 0 Werte annimmt, die einem homogen hydroplastifizierten Polymermaterial entsprechen, während Dapp(Lambda) für Lambda -> Unendlich stark anwächst. Diese Anomalien verschwinden bei Wassergehalten entsprechend der Polymerwasserlöslichkeit. Weiteres Trocknen führt zum Absinken des Fickschen-Diffusionskoeffizienten auf einen Grenzwert für trockene Filme. Die Ergebnisse konnten mit einem Zwei-Zustands-Modell beschrieben werden: Die Sonde diffundiert Ficksch in einer hydrophilen Grenzflächenphase und einer langsamen Polymerphase. Austausch zwischendiesen Phasen ist ohne Einschränkung möglich. Das Modell erlaubt die Quantifizierung des Einflusses des Trocknungsprozesses auf Polymer- und Grenzflächenphaseneigenschaften.Dies wurde durch systematische Veränderungen der Grenzflächeneigenschaften demonstriert. Dies geschah durch Acrylsäuregehaltvariationen in den Poly(n-butylmethacrylat-co-acrylsäure)-Dispersionen und Emulgatorbedeckungsgradvariationen. In beiden Fällen reflektieren sich Dispersionsveränderungen in einer Veränderung der Modellparameter in der Grenzflächenphase.

Stable isotope investigations of atmospheric nitrous oxide

ZusammenfassungDie Analyse von Isotopenverhältnissen ist von wachsender Bedeutung bei der Untersuchung von Quellen, Senken und chemischen Reaktionswegen atmosphärischer Spurengase. Distickstoffoxid (N2O) hat vier isotopisch einfach substituierte Spezies: 14N15N16O, 15N14N16O, 14N217O und 14N218O. In der vorliegenden Arbeit wurden massenspektrometrische Methoden entwickelt, die eine komplette Charakterisierung der Variationen im Vorkommen dieser Spezies ermöglichen. Es wird die bisher umfassendste Darstellung dieser Variationen in Troposphäre und Stratosphäre gegeben und mit Bezug auf eine Reihe von Laborexperimenten detailliert interpretiert.Die Laborexperimente machen einen großen Anteil dieser Doktorarbeit aus und konzentrieren sich auf die Isotopenfraktionierung in den stratosphärischen N2O-Senken, d. h. Photolyse und Reaktion mit elektronisch angeregten Sauerstoffatomen, O(1D). Diese Prozesse sind von dominantem Einfluß auf die Isotopenzusammensetzung von atmosphärischem N2O. Potentiell wichtige Parameter wie Temperatur- und Druckvariationen, aber auch Veränderungen der Wellenlänge im Fall der Photolyse wurden berücksichtigt. Photolyse bei stratosphärisch relevanten Wellenlängen > 190 nm zeigte immer Anreicherungen von 15N in beiden Stickstoffatomen des verbleibenden N2O wie auch in 17O und 18O. Die Anreicherungen waren am mittelständigen N-Atom signifikant höher als am endständigen N (mit mittleren Werten für 18O) und stiegen zu größeren Wellenlängen und niedrigeren Temperaturen hin an. Erstmalig wurden für 18O und 15N am endständigen N-Atom Isotopenabreicherungen bei 185 nm-Photolyse festgestellt. Im Gegensatz zur Photolyse waren die Isotopenanreicherungen bei der zweiten wichtigen N2O-Senke, Reaktion mit O(1D) vergleichsweise gering. Jedoch war das positionsabhängige Fraktionierungsmuster dem der Photolyse direkt entgegengesetzt und zeigte größere Anreicherungen am endständigen N-Atom. Demgemäß führen beiden Senkenprozesse zu charakteristischen Isotopensignaturen in stratosphärischem N2O. Weitere N2O-Photolyseexperimente zeigten, daß 15N216O in der Atmosphäre höchstwahrscheinlich mit der statistisch zu erwartenden Häufigkeit vorkommt.Kleine stratosphärische Proben erforderten die Anpassung der massenspektrometrischen Methoden an Permanentflußtechniken, die auch für Messungen an Firnluftproben von zwei antarktischen Stationen verwendet wurden. Das 'Firnluftarchiv' erlaubte es, den gegenwärtigen Trend und die präindustriellen Werte der troposphärischen N2O-Isotopensignatur zu bestimmen. Ein daraus konstruiertes globales N2O-Isotopenbudget ist im Einklang mit den besten Schätzungen der Gesamt-N2O-Emissionen aus Böden und Ozeanen.17O-Messungen bestätigten die Sauerstoffisotopenanomalie in atmosphärischem N2O, zeigten aber auch, daß N2O-Photolyse die Sauerstoffisotope gemäß einem massenabhängigen Fraktionierungsgesetz anreichert. Eine troposphärische Ursache für einen Teil des Exzeß-17O wurde vorgeschlagen, basierend auf der Reaktion von NH2 mit NO2, wodurch die Sauerstoffisotopenanomalie von O3 über NO2 an N2O übertragen wird.

Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie magnetischer Nanostrukturen am Beispiel von bcc-Co/Fe(110), Fe/Mo(110) und Kupfer-Phthalocyanin/Fe(110)

In dieser Arbeit werden, nach einer Einführung in die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie als experimentelle Methode zur Untersuchung magnetischer Nanostrukturen, Ergebnisse zur spinpolarisierten elektronischen Struktur in Abhängigkeit von der Kristallstruktur am Beispiel ultradünner Co-Schichten sowie in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung für ultradünne Fe-Schichten vorgestellt. Hochaufgelöste Messungen zeigen die ortsabhängige Spinpolarisation auf einem einzelnen Kupfer-Phthalocyanin Molekül. rnrnKobalt wurde durch pseudomorphes Wachstum auf den (110)-Oberflächen der kubisch raumzentrierten Metalle Chrom und Eisen deponiert. Im Unterschied zu früheren Berichten in der Literatur lassen sich nur zwei Lagen Co in der kubisch raumzentrierten (bcc) Ordnung stabilisieren. Die bcc-Co Schichten auf der Fe(110)-Oberfläche zeigen keine Anzeichen von epitaktischen Verzerrungen. rnDickere Schichten rekonstruieren in eine dicht gepackte Struktur (hcp/fcc). Durch die bcc Ordnung wird die Spinpolarisation von Kobalt auf P=62% erhöht (hcp-Co: P=45%). rnrnDie temperaturabhängige Spinreorientierung (SRT) ultradünner Filme Fe/Mo(110) wurde mit spinpolarisierter Spektroskopie untersucht. Eine Neuausrichtung der Magnetisierung aus der senkrechten [110]-Achse in die in der Ebene liegenden [001]-Achse wird bei T=(13,2+-0,5)K festgestellt, wobei es sich um einen diskontinuierlichen Reorientierungsübergang handelt, d.h. die freie Energie weist innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs gleichzeitig zwei Minima auf. Weiterhin wird in der Mono- und Doppellage Fe/Mo(110 eine Abhängigkeit der elektronischen Struktur von der Ausrichtung der magnetisch leichten Achse und von der Magnetisierung beobachtet. rnrnDie Untersuchung des spinpolarisierten Ladungstransports durch ein Kupfer-Phthalocyanin-Molekül auf der Fe/Mo(110) Oberfläche liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis des Spintransports an der Grenzfläche zwischen Metall und organischem Molekül. Die HOMO-LUMO-Energielücke des freien Moleküls wird durch die Wechselwirkung mit der Metalloberfläche mit Grenzflächenzuständen gefüllt. Diese Zustände reduzieren die Spinpolarisation des durch das Molekül fließenden Tunnelstroms durch einen zusätzlichen unpolarisierten Strombeitrag um einen Faktor zwei. Spinpolarisierte hybridisierte Grenzflächenzustände mit größerem Abstand zur Fermi-Energie führen in Abhängigkeit von der Position auf dem Molekül zu weiteren Beiträgen zur effektiven Spinpolarisation. Diese Untersuchungen belegen die Möglichkeit einer effektiven Spininjektion in organische Halbleiter und damit das Potential dieser Materialien für die weitere Entwicklung von Spintronik-Bauteilen.

A new approach in virtopsy: Postmortem ventilation in multislice computed tomography

Although postmortem imaging has gained prominence in the field of forensic medicine, evaluation of the postmortem lung remains problematic. Specifically, differentiation of normal postmortem changes and pathological pulmonary changes is challenging and at times impossible. In this study, five corpses were ventilated using a mechanical ventilator with a pressure of 40 mbar (40.8 cm H(2)O). The ventilation was performed via an endotracheal tube, a larynx mask or a continuous positive airway pressure mask. Postmortem computed tomographic images of the lungs before and with a ventilation of 40 mbar (40.8 cm H(2)O) were evaluated and the lung volumes were measured with segmentation software. Postmortem ventilation led to a clearly visible decrease of both the density in the dependant parts of the lungs and ground glass attenuation, whereas consolidated areas remained unchanged. Furthermore, a mean increase in the lung volume of 2.10 l was seen. Pathological changes such as septal thickening or pulmonary nodules in the lung parenchyma became more detectable with postmortem ventilation. Intracorporal postmortem mechanical ventilation of the lungs appears to be an effective method for enhancing detection of small pathologies of the lung parenchyma as well as for discriminating between consolidation, ground glass attenuation and position-dependent density.

Essentials of forensic post-mortem MR imaging in adults

Post-mortem MR (PMMR) imaging is a powerful diagnostic tool with a wide scope in forensic radiology. In the past 20 years, PMMR has been used as both an adjunct and an alternative to autopsy. The role of PMMR in forensic death investigations largely depends on the rules and habits of local jurisdictions, availability of experts, financial resources, and individual case circumstances. PMMR images are affected by post-mortem changes, including position-dependent sedimentation, variable body temperature and decomposition. Investigators must be familiar with the appearance of normal findings on PMMR to distinguish them from disease or injury. Coronal whole-body images provide a comprehensive overview. Notably, short tau inversion–recovery (STIR) images enable investigators to screen for pathological fluid accumulation, to which we refer as “forensic sentinel sign”. If scan time is short, subsequent PMMR imaging may be focussed on regions with a positive forensic sentinel sign. PMMR offers excellent anatomical detail and is especially useful to visualize pathologies of the brain, heart, subcutaneous fat tissue and abdominal organs. PMMR may also be used to document skeletal injury. Cardiovascular imaging is a core area of PMMR imaging and growing evidence indicates that PMMR is able to detect ischaemic injury at an earlier stage than traditional autopsy and routine histology. The aim of this review is to present an overview of normal findings on forensic PMMR, provide general advice on the application of PMMR and summarise the current literature on PMMR imaging of the head and neck, cardiovascular system, abdomen and musculoskeletal system.

Stability and kinetics of nucleic acid triplexes with chimaeric DNA/RNA third strands

A series of chimaeric DNA/RNA triplex-forming oligonucleotides (TFOs) with identical base-sequence but varying sequential composition of the sugar residues were prepared. The structural, kinetic and thermodynamic properties of triplex formation with their corresponding double-helical DNA target were investigated by spectroscopic methods. Kinetic and thermodynamic data were obtained from analysis of non-equilibrium UV-melting- and annealing curves in the range of pH 5.1 to 6.7 in a 10 mM citrate/phosphate buffer containing 0.1M NaCl and 1 mM EDTA. It was found that already single substitutions of ribo- for deoxyribonucleotides in the TFOs greatly affect stability and kinetics of triplex formation in a strongly sequence dependent manner. Within the sequence context investigated, triplex stability was found to increase when deoxyribonucleotides were present at the 5'-side and ribonucleotides in the center of the TFO. Especially the substitution of thymidines for uridines in the TFO was found to accelerate both, the association and dissociation process, in a strongly position-dependent way. Differential structural information on triplexes and TFO single-strands was obtained from CD-spectroscopy and gel mobility experiments. Only minor changes were observed in the CD spectra of the triplexes at all pH values investigated, and the electrophoretic mobility was nearly identical in all cases, indicating a high degree of structural similarity. In contrast, the single-stranded TFOs showed high structural variability as determined in the same way. The results are discussed in the context of the design of TFOs for therapeutic or biochemical applications.

Modulation instability-induced fading in phase-sensitive optical time-domain reflectometry

Phase-sensitive optical time-domain reflectometry (?OTDR) is a simple and effective tool allowing the distributed monitoring of vibrations along single-mode fibers. We show in this Letter that modulation instability (MI) can induce a position-dependent signal fading in long-range ?OTDR over conventional optical fibers. This fading leads to a complete masking of the interference signal recorded at certain positions and therefore to a sensitivity loss at these positions. We illustrate this effect both theoretically and experimentally. While this effect is detrimental in the context of distributed vibration analysis using ?OTDR, we also believe that the technique provides a clear and insightful way to evidence the Fermi?Pasta?Ulam recurrence associated with the MI process.

Positional enhancer-blocking activity of the chicken β-globin insulator in transiently transfected cells

It is thought that insulators demarcate transcriptionally and structurally independent chromatin domains. Insulators are detected by their ability to block enhancer–promoter interactions in a directional manner, and protect a transgene from position effects. Most studies are performed in stably transformed cells or organisms. Here we analyze the enhancer-blocking activity of the chicken β-globin insulator in transient transfection experiments in both erythroid and nonerythroid cell lines. We show that four tandem copies of a 90-bp fragment of this insulator were able to block an enhancer in these experiments. In circular plasmids, placement on either side of the enhancer reduced activity, but when the plasmid was linearized, the enhancer-blocking activity was observed only when the insulator was placed between the promoter and the enhancer. These observations are consistent with the position-dependent enhancer-blocking activity of the insulator observed in stable transformation experiments.

Numerical modelling of double diffusion driven reactive flow transport in deformable fluid-saturated porous media with particular consideration of temperature-dependent chemical reaction rates

Numerical methods ave used to solve double diffusion driven reactive flow transport problems in deformable fluid-saturated porous media. in particular, thp temperature dependent reaction rate in the non-equilibrium chemical reactions is considered. A general numerical solution method, which is a combination of the finite difference method in FLAG and the finite element method in FIDAP, to solve the fully coupled problem involving material deformation, pore-fluid flow, heat transfer and species transport/chemical reactions in deformable fluid-saturated porous media has been developed The coupled problem is divided into two subproblems which are solved interactively until the convergence requirement is met. Owing to the approximate nature of the numerical method, if is essential to justify the numerical solutions through some kind of theoretical analysis. This has been highlighted in this paper The related numerical results, which are justified by the theoretical analysis, have demonstrated that the proposed solution method is useful for and applicable to a wide range of fully coupled problems in the field of science and engineering.

Temperature-dependent orientational ordering on a spherical surface modeled with a lattice spin model

We study the orientational ordering on the surface of a sphere using Monte Carlo and Brownian dynamics simulations of rods interacting with an anisotropic potential. We restrict the orientations to the local tangent plane of the spherical surface and fix the position of each rod to be at a discrete point on the spherical surface. On the surface of a sphere, orientational ordering cannot be perfectly nematic due to the inevitable presence of defects. We find that the ground state of four +1/2 point defects is stable across a broad range of temperatures. We investigate the transition from disordered to ordered phase by decreasing the temperature and find a very smooth transition. We use fluctuations of the local directors to estimate the Frank elastic constant on the surface of a sphere and compare it to the planar case. We observe subdiffusive behavior in the mean square displacement of the defect cores and estimate their diffusion constants.

Three-year follow-up of human transplanted kidneys by diffusion-weighted MRI and blood oxygenation level-dependent imaging

To prospectively determine the 3-year stability and potential changes of functional parameters in renal allograft recipients obtained from diffusion-weighted imaging (DWI) and blood oxygenation level-dependent (BOLD) MRI.

A MICROFLUIDIC METHOD TO MEASURE DIFFUSION IN HYDROGELS

A novel microfluidic method is proposed for studying diffusion of small molecules in a hydrogel. Microfluidic devices were prepared with semi-permeable microchannels defined by crosslinked poly(ethylene glycol) (PEG). Uptake of dye molecules from aqueous solutions flowing through the microchannels was observedoptically and diffusion of the dye into the hydrogel was quantified. To complement the diffusion measurements from the microfluidic studies, nuclear magnetic resonance(NMR) characterization of the diffusion of dye in the PEG hydrogels was performed. The diffusion of small molecules in a hydrogel is relevant to applications such asdrug delivery and modeling transport for tissue-engineering applications. The diffusion of small molecules in a hydrogel is dependent on the extent of crosslinking within the gel, gel structure, and interactions between the diffusive species and the hydrogel network. These effects were studied in a model environment (semi-infinite slab) at the hydrogelfluid boundary in a microfluidic device. The microfluidic devices containing PEG microchannels were fabricated using photolithography. The unsteady diffusion of small molecules (dyes) within the microfluidic device was monitored and recorded using a digital microscope. The information was analyzed with techniques drawn from digital microscopy and image analysis to obtain concentration profiles with time. Using a diffusion model to fit this concentration vs. position data, a diffusion coefficient was obtained. This diffusion coefficient was compared to those from complementary NMR analysis. A pulsed field gradient (PFG) method was used to investigate and quantify small molecule diffusion in gradient (PFG) method was used to investigate and quantify small molecule diffusion in hydrogels. There is good agreement between the diffusion coefficients obtained from the microfluidic methods and those found from the NMR studies. The microfluidic approachused in this research enables the study of diffusion at length scales that approach those of vasculature, facilitating models for studying drug elution from hydrogels in blood-contacting applications.

Functional Multiparametric Magnetic Resonance Imaging of the Kidneys Using Blood Oxygen Level-Dependent and Diffusion-Weighted Sequences: a Reliable Tool for Monitoring Acute Upper Urinary Tract Obstruction.

PURPOSE Little data is available on noninvasive MRI-based assessment of renal function during upper urinary tract (UUT) obstruction. In this study, we determined whether functional multiparametric kidney MRI is able to monitor treatment response in acute unilateral UUT obstruction. MATERIAL AND METHODS Between 01/2008 and 01/2010, 18 patients with acute unilateral UUT obstruction due to calculi were prospectively enrolled to undergo kidney MRI with conventional, blood oxygen level-dependent (BOLD) and diffusion-weighted (DW) sequences on emergency admission and after release of obstruction. Functional imaging parameters of the obstructed and contralateral unobstructed kidneys derived from BOLD (apparent spin relaxation rate [R2*]) and DW (total apparent diffusion coefficient [ADCT], pure diffusion coefficient [ADCD] and perfusion fraction [FP]) sequences were assessed during acute UUT obstruction and after its release. RESULTS During acute obstruction, R2* and FP values were lower in the cortex (p=0.020 and p=0.031, respectively) and medulla (p=0.012 and p=0.190, respectively) of the obstructed compared to the contralateral unobstructed kidneys. After release of obstruction, R2* and FP values increased both in the cortex (p=0.016 and p=0.004, respectively) and medulla (p=0.071 and p=0.044, respectively) of the formerly obstructed kidneys to values similar to those found in the contralateral kidneys. ADCT and ADCD values did not significantly differ between obstructed and contralateral unobstructed kidneys during or after obstruction. CONCLUSIONS In our patients with acute unilateral UUT obstruction due to calculi, functional kidney MRI using BOLD and DW sequences allowed for the monitoring of pathophysiologic changes of obstructed kidneys during obstruction and after its release.