Chemical gas sensors based on functionalized self-actuated piezo-resistive cantilevers

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Anwendung funktionalisierter Mikrocantilever mit integrierter bimorpher Aktuation und piezo-resistiver Detektion als chemische Gassensoren für den schnellen, tragbaren und preisgünstigen Nachweis verschiedener flüchtiger Substanzen. Besondere Beachtung erfährt die Verbesserung der Cantilever-Arbeitsleistung durch den Betrieb in speziellen Modi. Weiterer Schwerpunkt liegt in der Untersuchung von spezifischen Sorptionswechselwirkungen und Anwendung von innovativen Funktionsschichten, die bedeutend auf die Sensorselektivität wirken.

Highly Sensitive Sensor Based On Intracavity Laser Absorption Spectroscopy By Means of Relative Intensity Noise

This thesis concerns with the main aspects of medical trace molecules detection by means of intracavity laser absorption spectroscopy (ICLAS), namely with the equirements for highly sensitive, highly selective, low price, and compact size sensor. A novel two modes semiconductor laser sensor is demonstrated. Its operation principle is based on the competition between these two modes. The sensor sensitivity is improved when the sample is placed inside the two modes laser cavity, and the competition between the two modes exists. The effects of the mode competition in ICLAS are discussed theoretically and experimentally. The sensor selectivity is enhanced using external cavity diode laser (ECDL) configuration, where the tuning range only depends on the external cavity configuration. In order to considerably reduce the sensor cost, relative intensity noise (RIN) is chosen for monitoring the intensity ratio of the two modes. RIN is found to be an excellent indicator for the two modes intensity ratio variations which strongly supports the sensor methodology. On the other hand, it has been found that, wavelength tuning has no effect on the RIN spectrum which is very beneficial for the proposed detection principle. In order to use the sensor for medical applications, the absorption line of an anesthetic sample, propofol, is measured. Propofol has been dissolved in various solvents. RIN has been chosen to monitor the sensor response. From the measured spectra, the sensor sensitivity enhancement factor is found to be of the order of 10^(3) times of the conventional laser spectroscopy.

Amphiphile Verbindungen der 14. Gruppe - Synthese, Eigenschaften und Anwendungen von Organosilanolen

Im Rahmen dieser Dissertation wurde an der Darstellung stabiler, amphiphiler Silantriole gearbeitet. Es ist gelungen eine kontinuierliche Reihe sukzessive um CH2-Einheiten verlängerter Silantriole des Typs H3C(CH2)nC(CH3)2Si(OH)3 (n = 1-5) durch eine vierstufige Synthesesequenz ausgehend von n-Alkylbromiden herzustellen und zum Teil röntgenographisch zu untersuchen. Ihre oberflächenaktiven Eigenschaften in wässrigen Lösungen konnten erstmals mittels Oberflächenspannungsmessungen belegt werden. Durch gezielte Kondensationsreaktionen mit Trifluoressigsäure wurden ausgehend von den oben beschriebenen Silantriolen selektiv die entsprechenden Disiloxan-Tetrole erhalten und ebenfalls zum Teil durch Röntgenstrukturanalysen charakterisiert. Als weitere Kondensationsprodukte der Silantriole konnten die ersten Octasilsesquioxane mit tertiären Kohlenstoff-Substituenten durch Umsetzungen mit n-Bu4NF selektiv und in hohen Ausbeuten erhalten und ebenfalls röntgenographisch identifiziert werden. Es wurde an der Darstellung Aryl-substituierter Silantriole RSi(OH)3 (R = Mesityl-, Xylyl- und Tetramethyl-phenyl-) gearbeitet. Diese zeichnen sich jedoch durch ihre hohe Instabilität in Lösung und im Festkörper aus und konnten zum Teil nur zusammen mit ihren primären Kondensationsprodukten erhalten werden. Darüber hinaus wurden stabile Silandiole des Typs R(t-Bu)Si(OH)2 (R = n-Butyl und n-Pentyl) sowie das (o-CF3C6H4)2Si(OH)2 in hohen Ausbeuten und selektiv synthetisiert. Die Festkörpereigenschaften des (o-CF3C6H4)2Si(OH)2 sowie seiner Vorstufe (o-CF3C6H4)2SiCl2 konnten durch Kristallstrukturanalysen genauer untersucht werden. In der Arbeit wurden die ersten Anwendungen von Silanolen als Silan-Kupplungsreagenzien bei der Oberflächenmodifizierung von Glas beschrieben. Im Gegensatz zu gängigen säureassistierten Beschichtungen zeichnen sich diese Silanol-Beschichtungen durch eine deutlich höhere Hydrophobizität aus. Dies konnte durch Kontaktwinkel- und Zeta-Potential-Messungen bestätigt werden. Durch Röntgenreflektivitäts- und Sarfus-Messungen ist die Ausbildung von Monolagen im Falle von t-BuSi(OH)3-beschichteten Oberflächen plausibel. Die Oberflächenmorphologie der Silantriol-Beschichtungen wurde mittels AFM-Messungen untersucht. Die Si(OH)3-Funktion konnte in der vorliegenden Arbeit als ein neues Pharmakophor etabliert werden. Die Silantriole CySi(OH)3, TerSi(OH)3 und CH3CH2C(CH3)2Si(OH)3 (Cy = Cyclohexyl, Ter = Terphenyl) sind in der Lage das Enzym Acetylcholinesterase reversibel zu hemmen. Dabei zeigt das CySi(OH)3 mit 45 % relativ zur Kontrolle die höchste Inhibition.

Development of directly modulated high speed telecommunication lasers based on surface defined feedback gratings

High-speed semiconductor lasers are an integral part in the implemen- tation of high-bit-rate optical communications systems. They are com- pact, rugged, reliable, long-lived, and relatively inexpensive sources of coherent light. Due to the very low attenuation window that exists in the silica based optical fiber at 1.55 μm and the zero dispersion point at 1.3 μm, they have become the mainstay of optical fiber com- munication systems. For the fabrication of lasers with gratings such as, distributed bragg reflector or distributed feedback lasers, etching is the most critical step. Etching defines the lateral dimmensions of the structure which determines the performance of optoelectronic devices. In this thesis studies and experiments were carried out about the exist- ing etching processes for InP and a novel dry etching process was de- veloped. The newly developed process was based on Cl2/CH4/H2/Ar chemistry and resulted in very smooth surfaces and vertical side walls. With this process the grating definition was significantly improved as compared to other technological developments in the respective field. A surface defined grating definition approach is used in this thesis work which does not require any re-growth steps and makes the whole fabrication process simpler and cost effective. Moreover, this grating fabrication process is fully compatible with nano-imprint lithography and can be used for high throughput low-cost manufacturing. With usual etching techniques reported before it is not possible to etch very deep because of aspect ratio dependent etching phenomenon where with increasing etch depth the etch rate slows down resulting in non-vertical side walls and footing effects. Although with our de- veloped process quite vertical side walls were achieved but footing was still a problem. To overcome the challenges related to grating defini- tion and deep etching, a completely new three step gas chopping dry etching process was developed. This was the very first time that a time multiplexed etching process for an InP based material system was demonstrated. The developed gas chopping process showed extra ordinary results including high mask selectivity of 15, moderate etch- ing rate, very vertical side walls and a record high aspect ratio of 41. Both the developed etching processes are completely compatible with nano imprint lithography and can be used for low-cost high-throughput fabrication. A large number of broad area laser, ridge waveguide laser, distributed feedback laser, distributed bragg reflector laser and coupled cavity in- jection grating lasers were fabricated using the developed one step etch- ing process. Very extensive characterization was done to optimize all the important design and fabrication parameters. The devices devel- oped have shown excellent performance with a very high side mode suppression ratio of more than 52 dB, an output power of 17 mW per facet, high efficiency of 0.15 W/A, stable operation over temperature and injected currents and a threshold current as low as 30 mA for almost 1 mm long device. A record high modulation bandwidth of 15 GHz with electron-photon resonance and open eye diagrams for 10 Gbps data transmission were also shown.

Structural insights into the allosteric activation mechanism of cGMP-dependent protein kinase I

Cyclic GMP-dependent protein kinase (PKG) is a key transducer in the NO-cGMP signaling pathway. In this line, PKG has been considered an important drug target for treating hypertensive cardiovascular and pulmonary diseases. However, the investigation of PKG’s allosteric activation mechanism has been hampered by a lack of structural information. One of the fundamental questions on the cGMP-dependent activation of PKG is how the enzyme can distinguish cGMP over cAMP and selectively respond to cGMP. To ensure proper signaling, PKG must have developed unique features to ensure its activation upon the right activation signal. In this thesis, the cGMP-selective activation mechanism of PKG was studied through determining crystal structures of three truncated constructs of the regulatory domain [CNB-A (92-227), CNB-B (271-369), and CNB-A/B (92-351)] of PKG Iβ in the absence or presence of cyclic nucleotides. Herein, two individual CNB domain structures with biochemical data revealed that the C-terminal CNB domain (CNB-B) is responsible for cGMP selectivity, while the N-terminal CNB-domain (CNB-A) has a higher binding affinity for both cGMP and cAMP without showing any selectivity. Based on these crystal structures, mutagenesis studies were performed in which the critical residues for cyclic nucleotide selectivity and activation were identified. Furthermore, we discovered that the conformational changes of the C-terminal helix of the CNB-B that bridges between the regulatory and catalytic domains including the hydrophobic capping interaction are crucial for PKG activation. In addition, to observe the global conformation of the activated R-domain, I solved a co-crystal structure of the CNB-A/B with cGMP. Although a monomeric construct was crystallized, the structure displays a dimer. Strikingly, the CNB-A domain and its bound cGMP provide a key interface for this dimeric interaction. Using small angle X-ray scattering (SAXS), the existence of the cGMP-mediated dimeric interface within the CNB domains was confirmed. Furthermore, measuring cGMP-binding affinities (EC50) of the dimeric interface mutants as well as determining activation constants (Ka) revealed that the interface formation is important for PKG activation. To conclude, this thesis study provides a new mechanistic insight in PKG activation along with a newly found interface that can be targeted for designing PKG-specific activity modulators.

Modeling Invariances in Inferotemporal Cell Tuning

In macaque inferotemporal cortex (IT), neurons have been found to respond selectively to complex shapes while showing broad tuning ("invariance") with respect to stimulus transformations such as translation and scale changes and a limited tuning to rotation in depth. Training monkeys with novel, paperclip-like objects, Logothetis et al. could investigate whether these invariance properties are due to experience with exhaustively many transformed instances of an object or if there are mechanisms that allow the cells to show response invariance also to previously unseen instances of that object. They found object-selective cells in anterior IT which exhibited limited invariance to various transformations after training with single object views. While previous models accounted for the tuning of the cells for rotations in depth and for their selectivity to a specific object relative to a population of distractor objects, the model described here attempts to explain in a biologically plausible way the additional properties of translation and size invariance. Using the same stimuli as in the experiment, we find that model IT neurons exhibit invariance properties which closely parallel those of real neurons. Simulations show that the model is capable of unsupervised learning of view-tuned neurons. The model also allows to make experimentally testable predictions regarding novel stimulus transformations and combinations of stimuli.

Generalization over contrast and mirror reversal, but not figure-ground reversal, in an "edge-based

Baylis & Driver (Nature Neuroscience, 2001) have recently presented data on the response of neurons in macaque inferotemporal cortex (IT) to various stimulus transformations. They report that neurons can generalize over contrast and mirror reversal, but not over figure-ground reversal. This finding is taken to demonstrate that ``the selectivity of IT neurons is not determined simply by the distinctive contours in a display, contrary to simple edge-based models of shape recognition'', citing our recently presented model of object recognition in cortex (Riesenhuber & Poggio, Nature Neuroscience, 1999). In this memo, I show that the main effects of the experiment can be obtained by performing the appropriate simulations in our simple feedforward model. This suggests for IT cell tuning that the possible contributions of explicit edge assignment processes postulated in (Baylis & Driver, 2001) might be smaller than expected.

Evaluation of sets of oriented and non-oriented receptive fields as local descriptors

Local descriptors are increasingly used for the task of object recognition because of their perceived robustness with respect to occlusions and to global geometrical deformations. We propose a performance criterion for a local descriptor based on the tradeoff between selectivity and invariance. In this paper, we evaluate several local descriptors with respect to selectivity and invariance. The descriptors that we evaluated are Gaussian derivatives up to the third order, gray image patches, and Laplacian-based descriptors with either three scales or one scale filters. We compare selectivity and invariance to several affine changes such as rotation, scale, brightness, and viewpoint. Comparisons have been made keeping the dimensionality of the descriptors roughly constant. The overall results indicate a good performance by the descriptor based on a set of oriented Gaussian filters. It is interesting that oriented receptive fields similar to the Gaussian derivatives as well as receptive fields similar to the Laplacian are found in primate visual cortex.

El desarrollo de la atención en estudiantes brasileños de la educación primaria y secundaria

El presente estudio tuvo como objetivo investigar eldesarrollo de la atención en estudiantes de la enseñanzaprimaria y secundaria de la ciudad de Natal (RN),Brasil. Participaron del estudio 561 sujetos, con edadesentre siete y catorce años, que fueron evaluados por elTest de Atención por Cancelación, con el propósito deinvestigar los mecanismos atencionales. En términosde la precisión y la velocidad en las tareas que evalúanla selectividad y alternancia, se constató que la curvade rendimiento de los participantes presentó un patrónascendente en función del nivel de escolaridad. Estavariable fue responsable por los contrastes estadísticamentesignificativos (p < 0.05) con respecto al desempeñode los participantes, lo cual sugiere que el patrónascendente constatado se encuentra apoyado en el nivelde escolaridad y en el desarrollo neurológico. En relacióncon la atención selectiva y alternada, se verificóun aumento significativo en el rendimiento en los tresprimeros grados de la enseñanza primaria. Con respectoa la atención selectiva, se observó estabilización delos resultados en los tres últimos años de la enseñanzasecundaria, lo que apunta al estabelecimiento de unameseta en el desarrollo de este mecanismo atencional.Por otro lado, en relación con la alternancia, no hubouna estabilización en el desempeño, y esto sugiere continuidaddel patrón ascendente, ya que en el grupo deedad en cuestión todavía están por ocurrir importantesprocesos de maduración y de desarrollo neurológico enla atención ejecutiva.

Demanda por seguro de salud y uso de servicios médicos bajo un esquema de seguro obligatorio. Diferencias entre trabajadores dependientes ytrabajadores independientes

Este trabajo estudia el efecto del estado de salud sobre la afiliación al Régimen Contributivo y el efecto del seguro público (Régimen Contributivo) y el seguro privado sobre el uso de servicios de salud (Consulta externa).

Discurso y política sobre procesos de Desarme, Desmovilización y Reintegración en Bogotá: La representación de los desmovilizados en el diario El Tiempo (2005 - 2010)

Los procesos de Desarme, Desmovilización y Reintegración (DDR) han sido tema central en la agenda pública y la forma en que los medios nos presentan a los diferentes protagonistas del conflicto, nos ha acercado a ellos y a la realidad de ese fenómeno desde una mirada en particular. En esta monografía se analiza la representación discursiva construida por el diario El Tiempo sobre procesos de DDR y sus actores protagónicos, los desmovilizados, en la ciudad de Bogotá, entre 2005 y 2010; a lo largo del texto se reflexiona sobre la influencia que puede tener el discurso de los medios de comunicación en la manera que la sociedad podría ver y responder a ese grupo social que busca reintegrarse a la vida civil. El trabajo se realiza a través de un análisis del discurso, en este caso, del discurso periodístico emitido por el diario El Tiempo y se abordan elementos de la teoría del pánico moral. La llegada constante y creciente de desmovilizados a la capital del país conllevó a que el trato que debía dársele a la situación hiciera parte de diferentes discursos políticos y mediáticos; por tanto, el discurso del diario se contrasta con la política local de atención a desmovilizados, específicamente con el "Programa de Atención al Proceso de Desmovilización y Reintegración en Bogotá (PAPDRB)", a fin de diferenciar el tratamiento que le dieron al fenómeno.

The determinants of the health status in a developing country: results from the Colombian case

El artículo busca encontrar evidencia empírica de los determinantes de la salud, como una medición de capital salud en un país en desarrollo después de una profunda reforma en el sector salud. Siguiendo el modelo de Grossman (1972) y tomando factores institucionales, además de las variables individuales y socioeconómicas. Se usaron las encuestas de 1997 y 2000 donde se responde subjetivamente sobre el estado de salud y tipo de afiliación al sistema de salud. El proceso de estimación usado es un probit ordenado. Los resultados muestran una importante conexión entre las variables individuales, institucionales y socioeconómicas con el estado de salud. El efecto de tipo de acceso al sistema de salud presiona las inequidades en salud.

Evaluación de intervención de alertas para riesgo cardiovascular por diclofenaco en afiliados al régimen contributivo 2014 -2015

El objetivo fue evaluar la intervención de las alertas en la prescripción de diclofenaco. Estudio observacional, comparativo, post intervención, de un antes después, en pacientes con prescripción de diclofenaco. Se evaluó la intervención de las alertas restrictivas antes y después de su implementación en los pacientes prescritos con diclofenaco y que tenían asociado un diagnóstico de riesgo cardiovascular según CIE 10 o eran mayores de 65 años. Un total de 315.135 transacciones con prescripción de diclofenaco, en 49.355 pacientes promedio mes. El 94,8% (298.674) de las transacciones fueron prescritas por médicos generales.

Anàlisi dels descartaments efectuats per la flota d'arrossegament en el Golf de Lleó

La pesca d'arrossegament practicada al mar Mediterrani incideix sobre un rang batimètric molt ampli i afecta a nombrosos tipus de fons que presenten comunitats molt diversificades, on les espècies de peixos, crustacis, cefalòpodes, altres mol·luscs, equinoderms i d'altres macroorganismes epibentònics interaccionen entre si. D'aquí la importància de caracteritzar amb una aproximació multiespecífica els fons explotats, com la que aquí hem dut a terme, prenent en consideració no tan sols les espècies d'interès comercial sinó totes les espècies que conformen la comunitat. Els objectius concrets d'aquesta tesi estan centrats en l'estudi qualitatiu i quantitatiu dels descartaments produïts per la pesca d'arrossegament que efectua la flota espanyola en la zona del Golf de Lleó, i en aspectes relacionats a millorar la selectivitat de les xarxes emprades canviant el disseny de la malla tradicional per malla quadrada. El mostreig s'ha dut a terme a bord d'una embarcació d'arrossegament comercial, amb una freqüència setmanal, dins el període comprès entre març del 1998 i març del 2000. En total s'han analitzat 68 pesques. Totes les mostres estudiades provenen del primer vol del dia i s'han capturat a fondàries entre 50 i 500 metres. De tot el volum capturat durant l'estudi s'han identificat un total de 307 espècies pertanyent a diversos grups taxonòmics. El grup taxonòmic majoritari és el dels peixos amb 133 espècies, seguit dels crustacis, els cefalòpodes, els equinoderms i finalment el grup d'altres invertebrats. L'espècie més capturada en nombre a la pesquera del Golf de Lleó ha estat la cervellina (Leptometra phalangium) i les més capturades en biomassa han estat la sardina (Sardina pilchardus) i el lluç mediterrani (Merluccius merluccius smiridus). Pel total de la captura la fracció descartada en nombre d'individus representa el 71% mentre que la biomassa descartada és de l'ordre del 36%. La causa més important en quant a quantitat de rebuig produït és la que respon al compliment de la normativa vigent, ja sigui per les talles mínimes legals o per les captures acompanyants permeses. Els majors descartaments estacionals en termes d'abundància es donen a la primavera i l'estiu, coincidint amb l'època de reclutament de la majoria de les espècies explotades. En canvi, els descartaments estacionals en termes de biomassa són excepcionalment elevats a l'estiu i estan provocats per la captura massiva de sardina (S. pilchardus) durant aquesta època de l'any. El rebuig expressat tant en nombre com en pes disminueix en funció de l'estrat de fondària, essent la quantitat descartada major en l'estrat A (50-200 m) i menor en l'estrat C (>400 m). S'ha comprovat que el disseny de malla quadrada aplicat al cóp de les xarxes d'arrossegament fa augmentar dràsticament, tant en nombre com en pes, el percentatge d'individus escapats, disminuint a la vegada la quantitat de descartament. També s'aconsegueix un augment de la mida de primera captura (L50) de totes les espècies excepte en la bruixa de quatre taques (Lepidorhombus boscii). A més es redueix l'impacte de la pesca sobre els estocs d'individus juvenils, sobretot d'espècies que presenten una secció de cos rodona com el lluç mediterrani (M. merluccius smiridus) i el verat (Scomber scombrus), disminuint així la sobrepesca de creixement i de reclutament al mateix temps que s'assegura i es millora la venda d'exemplars de mida legal.