Dessiign and Devellopmentt off FFiiberr Opttiicc Senssorrss fforr Qualliitty Evalluattiion off varriiouss LLiiquiid and Gasseouss Mediia

Cochin University of Science And Technology

Design and Development of Fiber Grating Based Chemical and Bio-Sensors

International School of Photonics

Magnetische Kopplungen in magneto-optischen Speicherschichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden magneto-optische Speicherschichten und ihre Kopplungen untereinander untersucht. Hierzu wurden zum Einen die für die magneto-optische Speichertechnologie "klassischen" Schichten aus RE/TM-Legierungen verwendet, zum Anderen aber auch erfolgreich Granate integriert, die bisher nicht in diesem Anwendungsgebiet verwendet wurden. Einleitend werden die magneto-optischen Verfahren, die resultierenden Anforderungen an die dünnen Schichten und die entsprechenden physikalischen Grundlagen diskutiert. Außerdem wird auf das Hochfrequenz-Sputtern von RE/TM-Legierungen eingegangen und die verwendeten magneto-optischen Messverfahren werden erläutert [Kap. 2 & 3]. Die Untersuchungen an RE/TM-Schichten bestätigen die aus der Literatur bekannten Eigenschaften. Sie lassen sich effektiv, und für magneto-optische Anwendungen geeignet, über RF-Sputtern herstellen. Die unmittelbaren Schicht-Parameter, wie Schichtdicke und Terbium-Konzentration, lassen sich über einfache Zusammenhänge einstellen. Da die Terbium-Konzentration eine Änderung der Kompensationstemperatur bewirkt, lässt sich diese mit Messungen am Kerr-Magnetometer überprüfen. Die für die Anwendung interessante senkrechte magnetische Anisotropie konnte ebenfalls mit den Herstellungsbedingungen verknüpft werden. Bei der Herstellung der Schichten auf einer glatten Glas-Oberfläche (Floatglas) zeigt die RE/TM-Schicht bereits in den ersten Lagen ein Wachstumsverhalten, das eine senkrechte Anisotropie bewirkt. Auf einer Quarzglas- oder Keramik-Oberfläche wachsen die ersten Lagen in einer durch das Substrat induzierten Struktur auf, danach ändert sich das Wachstumsverhalten stetig, bis eine senkrechte Anisotropie erreicht wird. Dieses Verhalten kann auch durch verschiedene Pufferschichten (Aluminium und Siliziumnitrid) nur unwesentlich beeinflusst werden [Kap. 5 & Kap. 6]. Bei der direkten Aufbringung von Doppelschichten, bestehend aus einer Auslese-Schicht (GdFeCo) auf einer Speicherschicht (TbFeCo), wurde die Austausch-Kopplung demonstriert. Die Ausleseschicht zeigt unterhalb der Kompensationstemperatur keine Kopplung an die Speicherschicht, während oberhalb der Kompensationstemperatur eine direkte Kopplung der Untergitter stattfindet. Daraus ergibt sich das für den MSR-Effekt erwünschte Maskierungsverhalten. Die vorher aus den Einzelschichten gewonnen Ergebnisse zu Kompensationstemperatur und Wachstumsverhalten konnten in den Doppelschichten wiedergefunden werden. Als Idealfall erweist sich hier die einfachste Struktur. Man bringt die Speicherschicht auf Floatglas auf und bedeckt diese direkt mit der Ausleseschicht [Kap. 7]. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, den Faraday-Effekt einer Granatschicht als verstärkendes Element zu nutzen. Im anwendungstauglichen, integrierten Schichtsystem konnten die kostengünstig, mit dem Sol-Gel-Verfahren produzierten, Granate die strukturellen Anforderungen nicht erfüllen, da sich während der Herstellung Risse und Löcher gebildet haben. Bei der experimentellen Realisierung mit einer einkristallinen Granatschicht und einer RE/TM-Schicht konnte die prinzipielle Eignung des Schichtsystems demonstriert werden [Kap. 8].

Optical Antennas for Biosensing Applications

The aim of the thesis is to theoretically investigate optical/plasmonic antennas for biosensing applications. The full 3-D numerical electromagnetic simulations have been performed by using finite integration technique (FIT). The electromagnetic properties of surface plasmon polaritons (SPPs) and the localized surface plasmons (LSPs) based devices are studied for sensing purpose. The surface plasmon resonance (SPR) biosensors offer high refractive index sensitivity at a fixed wavelength but are not enough for the detection of low concentrations of molecules. It has been demonstrated that the sensitivity of SPR sensors can be increased by employing the transverse magneto-optic Kerr effect (TMOKE) in combination with SPPs. The sensor based on the phenomena of TMOKE and SPPs are known as magneto-optic SPR (MOSPR) sensors. The optimized MOSPR sensor is analyzed which provides 8 times higher sensitivity than the SPR sensor, which will be able to detect lower concentration of molecules. But, the range of the refractive index detection is limited, due to the rapid decay of the amplitude of the MOSPR-signal with the increase of the refractive indices. Whereas, LSPs based sensors can detect lower concentrations of molecules, but their sensitivity is small at a fixed wavelength. Therefore, another device configuration known as perfect plasmonic absorber (PPA) is investigated which is based on the phenomena of metal-insulator-metal (MIM) waveguide. The PPA consists of a periodic array of gold nanoparticles and a thick gold film separated by a dielectric spacer. The electromagnetic modes of the PPA system are analyzed for sensing purpose. The second order mode of the PPA at a fixed wavelength has been proposed for the first time for biosensing applications. The PPA based sensor combines the properties of the LSPR sensor and the SPR sensor, for example, it illustrates increment in sensitivity of the LSPR sensor comparable to the SPR and can detect lower concentration of molecules due to the presence of nanoparticles.

Magneto-optische Oberflächenplasmonresonanzeffekte in austauschverschobenen Dünnschichtsystemen

Die Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen spielen eine zentrale Rolle in der biochemischen und pharmazeutischen Forschung. In der biomolekularen Interaktionsanalyse sind dabei Biosensoren auf Basis des Oberflächenplasmonresonanzeffekts (SPR-Effekt) weitverbreitet. Seit Einführung der ersten kommerziellen SPR-Biosensoren Anfang der 1990er Jahre wurden verschiedenste Messanordnungen sowie Materialsysteme mit dem Ziel einer möglichst hohen Empfindlichkeit getestet. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Empfindlichkeit klassischer SPR-Systeme bieten sogenannte magneto-optische SPR-Biosensoren (MOSPR-Biosensoren). Grundlage der Empfindlichkeitssteigerung ist die gleichzeitige Messung des SPR-Effekts und des transversalen magneto-optischen KERR-Effekts (tMOKE). Bisherige Untersuchungen haben sich meist auf den Einfluss der Magnetisierung freier ferromagnetischer Schichten beschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals austauschverschobene Dünnschichtsysteme (EB-Systeme), eine Kombination aus Ferromagnet und Antiferromagnet, hinsichtlich ihrer Eignung für SPR- und MOSPR-basierte biosensorische Anwendungen untersucht. Aufgrund der remanenten Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht und ihrer magnetischen Strukturierbarkeit sind EB-Systeme eine hochinteressante Plattform zur Realisierung neuer Biosensorkonzepte. Zur Reduzierung der stark dämpfendenden Wirkung magnetischer Materialien wurde das hier betrachtete IrMn/Co EB-System zwischen zwei Goldschichten eingebettet. Eine Gegenüberstellung optimierter Au/ IrMn/Co/Au-Systeme mit einem reinen Au-System, wie es typischerweise in kommerziellen SPR-basierten Biosensoren eingesetzt wird, demonstriert, dass mit den entwickelten EB-Systemen vergleichbare Empfindlichkeiten in SPR-Sensor-Anwendungen erreicht werden können. Die magneto-optische Aktivität der untersuchten Dünnschichtsysteme liegt im Bereich der Literaturwerte für Au/Co/Au-Systeme, mit denen erhöhte Empfindlichkeiten gegenüber Standard-SPR-Biosensoren realisiert wurden. Auf Grundlage magnetisch strukturierter Au/IrMn/Co/Au-Systeme wurden neue Biosensorkonzepte entwickelt und getestet. Erste Experimente belegen, dass mit diesen Schichtsystemen eine gleichzeitige Detektion der magnetisierungsabhängigen Reflektivitäten in ortsauflösenden MOSPR-Messungen möglich ist. Eine solche Messanordnung profitiert von der erhöhten Empfindlichkeit MOSPR-basierter Biosensoren, hohen Messgeschwindigkeiten und einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis. Weiterhin wurde der domänenwandassistierte Transport (DOWMAT) superparamagnetischer Partikel über der Oberfläche eines exemplarischen EB-Systems, zur Sensorintegration von Misch-, Reinigungs- und Aufkonzentrationsfunktionen erfolgreich getestet. Die Ergebnisse demonstrieren, dass ein Transport von Partikelreihen mit hohen Geschwindigkeiten bei moderaten externen Magnetfeldern über den entwickelten Schichtsystemen möglich ist. Die Agglomeration der Partikel wird dabei intrinsisch vermieden. Diese Beobachtungen verdeutlichen die Vorzüge des DOWMAT-Mechanismus für biosensorische Anwendungen. Die präsentierten Untersuchungen bilden die Grundlage auf dem Weg zur Umsetzung neuer vielversprechender Biosensorkonzepte, die eine Schlüsselfunktion in der medizinischen point-of-care-Diagnostik bei der Detektion kleinster Konzentrationen krankheitsrelevanter Biomarker einnehmen können.

The function of SIFamide, PDF, and further neuropeptides in the circadian system of Rhyparobia maderae

Der täglich Wechsel von Hell- und Dunkelphasen führte während der Evolution zur Entwicklung innerer Uhren in nahezu allen Organismen. In der Schabe Rhyparobia maderae lokalisierten Läsions- und Transplantationsexperimente die innere Uhr in der akzessorischen Medulla (AME). Dieses kleine birnenförmige Neuropil am ventromedianen Rand der Medulla ist mit etwa 240 Neuronen assoziiert, die eine hohe Anzahl an zum Teil kolokalisierten Neuropeptiden und Neurotransmittern exprimieren. Diese Signalstoffe scheinen essentiell zu sein für die Synchronisation der inneren Uhr mit der Umwelt, der Kopplung der beiden bilateralen AME, der Aufrechterhaltung des circadianen Rhythmus sowie der zeitlichen Steuerung bestimmter Verhaltensweisen. Während die Funktion einiger dieser neuronalen Botenstoffe bereits gut untersucht ist, fehlt sie für andere. Zudem ist noch ungeklärt, wann einzelne Botenstoffe im circadianen Netzwerk agieren. Im Fokus dieser Studie lag daher die Erforschung der Funktion von SIFamide und Corazonin im circadianen Netzwerk sowie die weitere Untersuchung der Funktionen der Neuropeptide MIP und PDF. Es konnte gezeigt werden, dass SIFamide auch in R. maderae in vier großen neurosekretorischen Zellen in der pars intercerebralis exprimiert wird. Varikosenreiche SIFamide-immureaktive (-ir) Fasern innervieren eine Vielzahl an Neuropilen und finden sich auch in der Hüllregion der AME. Injektionsexperimente resultierten in einer monophasischen Phasen-Antwort-Kurve (PRC) mit einer Verzögerung zur frühen subjektiven Nacht. SIFamide ist also ein Eingangssignal für das circadiane Netzwerk und könnte in der Kontrolle der Schalf/Wach-Homöostase involviert sein. Auch Corazonin fungiert als Eingangssignal. Da die Injektionsexperimente in einer monophasischen PRC mit einem Phasenvorschub zur späten subjektiven Nacht resultierten, ist davon auszugehen, dass die Corazonin-ir AME-Zelle Bestandteil des Morning-Oszillator-Netzwerkes in R. maderae ist. Darüber hinaus zeigten Backfill-Experimente, dass MIP an der Kopplung beider AMAE beteiligt ist. ELISA-Quantifizierungen der PDF-Level im Tagesverlauf ergaben Schwankungen in der Konzentration, die auf eine Ausschüttung des Peptids während des Tages hindeuten – ähnlich wie es in Drosophila melanogaster der Fall ist. Dies spiegelt sich in der vervollständigten bimodalen PDF-PRC wieder. Hier führen Injektionen zu einem Phasenvorschub, bevor maximale Peptidlevel erreicht werden, sowie zu einer Phasenverzögerung, sobald die Peptidlevel wieder zu sinken beginnen. Die PRCs erlauben somit Rückschlüsse auf den Zeitpunkt der maximalen Peptidfreisetzung. PDF-ir Neuriten findet sich zudem in sämtlichen Ganglien des ventralen Strickleiternervensystems, was eine Funktion in der Kontrolle der Prozesse impliziert, die durch die Mustergeneratoren in Thorakal- und Abdominalganglien gesteuert werden.

Macrodisco y glaucoma en individuos estudiados con tomografía óptica coherente

Introducción: El glaucoma representa la tercera causa de ceguera a nivel mundial y un diagnóstico oportuno requiere evaluar la excavación del nervio óptico que está relacionada con el área del mismo. Existen reportes de áreas grandes (macrodiscos) que pueden ser protectoras, mientras otros las asocian a susceptibilidad para glaucoma. Objetivo: Establecer si existe asociación entre macrodisco y glaucoma en individuos estudiados con Tomografía Optica Coherente (OCT ) en la Fundación Oftalmológica Nacional. Métodos: Estudio transversal de asociación que incluyó 25 ojos con glaucoma primario de ángulo abierto y 74 ojos sanos. A cada individuo se realizó examen oftalmológico, campo visual computarizado y OCT de nervio óptico. Se compararon por grupos áreas de disco óptico y número de macrodiscos, definidos según Jonas como un área de la media más dos desviaciones estándar y según Adabache como área ≥3.03 mm2 quien evaluó población Mexicana. Resultados: El área promedio de disco óptico fue 2,78 y 2,80 mm2 glaucoma Vs. sanos. De acuerdo al criterio de Jonas, se observó un macrodisco en el grupo sanos y según criterio de Adabache se encontraron ocho y veinticinco macrodiscos glaucoma Vs. sanos. (OR=0,92 IC95%=0.35 – 2.43). Discusión: No hubo diferencia significativa (P=0.870) en el área de disco entre los dos grupos y el porcentaje de macrodiscos para los dos grupos fue similar, aunque el bajo número de éstos no permitió concluir en términos estadísticos sobre la presencia de macrodisco y glaucoma.

Hiperautofluorescencia foveal como factor predictor de recuperación visual en pacientes con desprendimiento regmatógeno de retina

Introducción: una de las causas de pobre ganancia visual luego de un tratamiento exitoso de desprendimiento de retina, sin complicaciones, es el daño de los fotoreceptores, reflejada en una disrupción de la capa de la zona elipsoide y membrana limitante externa (MLE). En otras patologías se ha demostrado que la hiperautofluorescencia foveal se correlaciona con la integridad de la zona elipsoide y MLE y una mejor recuperación visual. Objetivos: evaluar la asociación entre la hiperautofluorescencia foveal, la integridad de la capa de la zona elipsoide y recuperación visual luego de desprendimiento de retina regmatógeno (DRR) exitosamente tratado. Evaluar la concordancia inter-evaluador de estos exámenes. Metodología: estudio de corte transversal de autofluorescencia foveal y tomografía óptica coherente macular de dominio espectral en 65 pacientes con DRR evaluados por 3 evaluadores independientes. La concordancia inter-evaluador se estudio mediante Kappa de Cohen y la asociación entre las diferentes variables mediante la prueba chi cuadrado y pruebas Z para comparación de proporciones. Resultados: La concordancia de la autofluorescencia fue razonable y la de la tomografía óptica coherente macular buena a muy buena. Sujetos que presentaron hiperautofluorescencia foveal asociada a integridad de la capa de la zona elipsoide tuvieron 20% más de posibilidad de recuperar agudeza visual final mejor a 20/50 que los que no cumplieron éstas características. Conclusión: Existe una asociación clínicamente importante entre la hiperautofluorescencia foveal, la integridad de la capa de zona elipsoide y la mejor agudeza visual final, sin embargo ésta no fue estadísticamente significativa (p=0.39)

El desarrollo del Derecho Internacional a través de la función consultiva de la Corte Internacional de Justicia

La Carta de la Organización de las Naciones Unidas establece dos funciones principales que la Corte Internacional de Justicia debe desarrollar; en primer lugar está la bien conocida función contenciosa que tiene como objeto dirimir conflictos entre los Estados miembros y, en segundo lugar, la función consultiva abierta al Consejo de Seguridad y a la Asamblea General –así como a los organismos que la Asamblea autorice–.El presente artículo muestra aspectos generales de la función consultiva y su importancia desde una doble óptica: la consolidación de instituciones de Derecho Internacional y su potencial utilidad en la solución de controversias internacionales –o diplomacia preventiva–. Y concluye considerando las formas de mayor utilización de la función consultiva en el sistema internacional. Proposiciones que se justifican en los más de sesenta años de práctica consultiva de la CIJ.

Neuromielitis óptica. Reporte de caso

La neuromielitis óptica, también conocida como síndrome de Devic, es una enfermedad que combina la neuritis óptica y la mielitis transversa. Hace unos años era considerada una forma de esclerosis múltiple; sin embargo, realmente es una enfermedad diferente, con características clínicas, imágenes, serología e inmunopatología propias. El presente artículo presenta el caso de una mujer de 29 años con un cuadro clínico que inicia en el quinto mes de postparto, con pérdida progresiva de la fuerza en miembros inferiores, asociada a pérdida de la agudeza visual bilateral. El objetivo es hacer, mediante el estudio de caso, una revisión amplia de esta enfermedad, poco común, mediada por un proceso inmune y desmielinizante. Para ello, se resumen los parámetros epidemiológicos más importantes y se presentan las posibilidades diagnósticas y terapéuticas disponibles actualmente.

Loss of nerve fiber layer in HIV positive patients and comparative patterns in a series of cases in Bucaramanga, Colombia

Objective: The objective of this study is to conduct a description of the features of optic neuropathy associated with Human Immunodeficiency Virus in relation to their possible incidence within our population, regarding that there is no data in our population in terms of frequency of this pathology (1,2). Methodology: Descriptive cross-sectional study of a clinical series of patients infected with human immunodeficiency virus, but AIDS, and the thickness of optic nerve´s layer of fibers studied with OCT technology (optical coherence tomography), patients were cited once captured. OCT was performed by the same observer, by taking 3 shots and picking the one with better reliability. Patients were given personally to the Ophthalmologic Foundation of Santander to conduct the review called OCT (optical coherence tomography). Results: In terms of viral load variable, we found a clear correlation in which validates the hypothesis that lower viral load means a thicker layer of fibers finding statistically significant differences for the 6 hours in right eye and 12 and 6 hours in left eye. Comparison between the known nomogram of fiber layer thickness for the population of Bucaramanga, Santander and thickness found in our sample, we note a clear decrease in the upper and lower quadrants, specifically in 7 hours and 11 hours, being more important in 7 hours, showing statistically significant differences. Conclusions: The pattern  of thinning of the nerve fiber layer in HIV positive patients without AIDS, and antiretroviral treatment type HAART, showed a statistically significant thinning targeted at 7 hours and 11 hours, being higher in first. Viral load figures have a direct relation with loss fiber layer, showing a statistically significant difference for the 6 and 12 hours.

Cambios maculares y de capa de fibras nerviosas ganglionares posterior a la vitrectomía pars plana y sus factores pronósticos en la fundación oftalmológica nacional

OBJETIVOS: Determinar los factores pronóstico, cambios maculares morfológicos y de capa de fibras nerviosas ganglionares posterior a vitrectomía pars plana, en la Fundación Oftalmológica Nacional. MATERIALES Y MÉTODOS: Estudio longitudinal de antes y después (3y6 meses) de la vitrectomía pars plana (VPP) en pacientes con membrana epirretiniana, agujero macular, síndrome de tracción vítreo macular y opacidades vítreas no-inflamatorias. Se realizó seguimiento clínico y con tomografía de coherencia óptica. RESULTADOS: Grupo de 60 pacientes (mujeres 65.0%), edad promedio 65.45+9.49años y tiempo de enfermedad promedio 23+29.79meses. Las indicaciones de VPP (n=60ojos) fueron agujero macular (38.3%) y membrana epirretiniana (36.7%). Se encontró diferencia significativa entre grosor del complejo capa de células ganglionares (CCG)+capa plexiforme interna (CPI) inicial y 3 meses (p=0.039), correlación entre grosor del complejo CCG+CPI al tercer y sexto mes (r=0.704,p<0.001) y grosor del complejo CCG+CPI al tercer mes con grosor foveal central (CFT) al tercer y sexto mes (r=–0.594,p<0.001 y r=–0.595,p=0.001). Mayores de 65años tenían menor grosor de CFNG a 6meses (r=-0.528,p=0.007). El grosor de CFNG promedio y la presencia de la zona elipsoide inicial fueron factores pronósticos de buena agudeza visual al tercer mes de VPP (r2=0.414,p=0.018, y r2=0.414,p=0.010). CONCLUSIÓN: El grosor de CFNG y la presencia de la zona elipsoide inicial tienen alta capacidad predictiva de buena agudeza visual al tercer mes de VPP, y, correlación inversa entre grosor del complejo CCG+CPI con CFT al tercer y sexto mes de VPP.

El proceso de securitización del problema de las drogas por parte de Estados Unidos como dinamizador de las relaciones con Colombia

Este documento surge de la pregunta ¿por qué a pesar de los costos y los inconcluyentes resultados de la guerra contra las drogas, ésta se ha mantenido por más de 40 años? El texto analiza los factores que motivaron a Estados Unidos a iniciar un proceso de construcción discursiva para transformar el problema de las drogas en una amenaza a la seguridad nacional de ese país y del mundo, y cómo Colombia ha aprovechado esa situación para redefinir constantemente su identidad nacional e impulsar sus intereses. La aproximación al problema de las drogas se desarrolla desde la perspectiva del proceso de securitización y desde la óptica de la búsqueda de los intereses nacionales, soportada sobre la base teórica del constructivismo. Desde esa perspectiva, se evidencia cómo la construcción de la guerra contra las drogas ha dependido de la identidad (personalidad) de los Estados, de las políticas e intereses de sus gobernantes, pero también de elementos propios del contexto histórico que han potenciado su desarrollo. Finaliza con el planteamiento de un posible proceso de des-secutiritización del problema de las drogas.

Cambios históricos en el paisaje de Cuenca, siglos XIX-XX (Estudios)

Este artículo analiza la génesis del paisaje urbano de Cuenca. Se destacan los elementos patrimoniales, los procesos de crecimiento y de expansión, y los cambios en su paisaje urbano entre los siglos XIX y XX. Utiliza el enfoque de la geografía histórica y de la geografía del paisaje y sus metodologías. Estudia la percepción que la población tiene del territorio, el plano urbano, la arquitectura y los usos del suelo. La investigación incorpora, además, un registro fotográfico de las principales edificaciones que conforman el patrimonio arquitectónico cuencano.