Solubility parameter based screening methods for early stage formulation development of itraconazole amorphous solid dispersions

Objectives: This article uses conventional and newly extended solubility parameter (δ) methods to identify polymeric materials capable of forming amorphous dispersions with itraconazole (itz). Methods: Combinations of itz and Soluplus, Eudragit E PO (EPO), Kollidon 17PF (17PF) or Kollidon VA64 (VA64) were prepared as amorphous solid dispersions using quench cooling and hot melt extrusion. Storage stability was evaluated under a range of conditions using differential scanning calorimetry and powder X-ray diffraction. Key findings: The rank order of itz miscibility with polymers using both conventional and novel δ-based approaches was 17PF > VA64 > Soluplus > EPO, and the application of the Flory–Huggins lattice model to itz–excipient binary systems corroborated the findings. The solid-state characterisation analyses of the formulations manufactured by melt extrusion correlated well with pre-formulation screening. Long-term storage studies showed that the physical stability of 17PF/vitamin E TPGS–itz was poor compared with Soluplus and VA64 formulations, and for EPO/itz systems variation in stability may be observed depending on the preparation method. Conclusion: Results have demonstrated that although δ-based screening may be useful in predicting the initial state of amorphous solid dispersions, assessment of the physical behaviour of the formulations at relevant temperatures may be more appropriate for the successful development of commercially acceptable amorphous drug products.

Hydrogen-permeation characteristics of a SrCeO3-based ceramic separation membrane:Thermal, ageing and surface-modification effects

Dense ceramics with mixed protonic-electronic conductivity are of considerable interest for the separation and purification of hydrogen and as electrochemical reactors. In this work, the hydrogen permeability of a Sr_0.97Ce_0.9Yb_0.1O_{3 - δ} (SCYb) membrane with a porous Pt catalytic layer on the hydrogen feed-exposed side has been studied over the temperature range 500-804 °C employing Ar as the permeate sweep gas. A SiO₂-B₂O₃-BaO-MgO-ZnO-based glass-ceramic sealant was successfully employed to seal the membrane to the dual-chamber reactor. After 14 h of exposure to 10% H₂:90% N₂ at 804 °C, the H₂ flux reached a maximum of 33 nmol cm^{- 2} s^{- 1}, over an order of magnitude higher than that obtained on membranes of similar thickness without surface modification. The permeation rate then decreased slowly and moderately on annealing at 804 °C over a further 130 h. Thereafter, the flux was both reproducible and stable on thermal cycling in the range 600-804 °C. The results indicate an important role of superficial activation processes in the flux rate and suggest that hydrogen fluxes can be further optimised in cerate-based perovskites. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Novel monoclonal antibody and peptide binders for Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis and their application for magnetic separation

The generation of novel Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP)-specific monoclonal antibodies and phage-display derived peptide binders, along with their application for the magnetic separation (MS) of MAP cells, is described. Our aim was to achieve even greater MAP capture capability than is possible with peptide-mediated magnetic separation (PMS) using a 50:50 mix of biotinylated-aMp3 and biotinylated-aMptD peptide-coated beads. Gamma-irradiated whole MAP cells and ethanol extracted antigens (EEA) from these cells were used to elicit an immune response and as phage-display biopanning targets. A range of novel binders was obtained and coated onto paramagnetic beads, both individually and in various combinations, for MS evaluation. IS900 PCR was employed after MS to provide quick results. Capture sensitivity was assessed using a range of MAP concentrations after which the most promising beads were tested for their specificity for MAP, by performing MS followed by culture using 10 other Mycobacterium species. Magnetic beads coated with the biotinylated EEA402 peptide demonstrated a greater level of MAP capture than the current PMS method, even when low numbers of MAP (<10 cfu/ml) were present; however these beads also captured a range of other mycobacteria and so lacked capture specificity. Magnetic beads coated with monoclonal antibodies 6G11 and 15D10 (used as a 50:50 mix or as dually coated beads) also demonstrated improved MAP capture relative to the current PMS method, but with little cross-reactivity to other Mycobacterium spp. Therefore, two new MS protocols are suggested, the application of which would be dependent upon the required endpoint. Biotinylated EEA402-coated beads could potentially be used with a MAP-specific PCR to ensure detection specificity, while beads coated with 6G11 and 15D10 monoclonal antibodies could be used with culture or the phage amplification assay.

Intraoperative hemodynamic instability during and after separation from cardiopulmonary bypass : importance, mechanism and prevention

Chaque année, environ 1 à 1,25 million d’individus subiront une chirurgie cardiaque. [1] Environ 36 000 chirurgies cardiaques sont effectuées au Canada et 8000 procédures au Québec (http://www.ccs.ca). Le vieillissement de la population aura pour conséquence que la chirurgie cardiaque sera offerte à des patients de plus en plus à risque de complications, principalement en raison d’une co-morbidité plus importante, d’un risque de maladie coronarienne plus élevée, [2] d’une réserve physiologique réduite et par conséquent un risque plus élevé de mortalité à la suite d’une chirurgie cardiaque. L’une des complications significatives à la suite d’une chirurgie cardiaque est le sevrage difficile de la circulation extracorporelle. Ce dernier inclut la période au début du sevrage de la circulation extracorporelle et s’étend jusqu’au départ du patient de la salle d’opération. Lorsque le sevrage de la circulation extracorporelle est associé à une défaillance ventriculaire droite, la mortalité sera de 44 % à 86 %. [3-7] Par conséquent le diagnostic, l’identification des facteurs de risque, la compréhension du mécanisme, la prévention et le traitement du sevrage difficile de la circulation extracorporelle seront d’une importance majeure dans la sélection et la prise en charge des patients devant subir une chirurgie cardiaque. Les hypothèses de cette thèse sont les suivantes : 1) le sevrage difficile de la circulation extracorporelle est un facteur indépendant de mortalité et de morbidité, 2) le mécanisme du sevrage difficile de la circulation extracorporelle peut être approché d’une façon systématique, 3) la milrinone administrée par inhalation représente une alternative préventive et thérapeutique chez le patient à risque d’un sevrage difficile de la circulation extracorporelle après la chirurgie cardiaque.

STUDIES ON THE STRESS FLUCTUATIONS IN SHEARED STOKESIAN SUSPENSIONS USING CHAOS THEORY AND NONLINEAR DYNAMICS

The thesis report results obtained from a detailed analysis of the fluctuations of the rheological parameters viz. shear and normal stresses, simulated by means of the Stokesian Dynamics method, of a macroscopically homogeneous sheared suspension of neutrally buoyant non-Brownian suspension of identical spheres in the Couette gap between two parallel walls in the limit of vanishingly small Reynolds numbers using the tools of non-linear dynamics and chaos theory for a range of particle concentration and Couette gaps. The thesis used the tools of nonlinear dynamics and chaos theory viz. average mutual information, space-time separation plots, visual recurrence analysis, principal component analysis, false nearest-neighbor technique, correlation integrals, computation of Lyapunov exponents for a range of area fraction of particles and for different Couette gaps. The thesis observed that one stress component can be predicted using another stress component at the same area fraction. This implies a type of synchronization of one stress component with another stress component. This finding suggests us to further analysis of the synchronization of stress components with another stress component at the same or different area fraction of particles. The different model equations of stress components for different area fraction of particles hints at the possible existence a general formula for stress fluctuations with area fraction of particle as a parameter

Magnetic phase separation in ordered alloys

We present a lattice model to study the equilibrium phase diagram of ordered alloys with one magnetic component that exhibits a low temperature phase separation between paramagnetic and ferromagnetic phases. The model is constructed from the experimental facts observed in Cu3-xAlMnx and it includes coupling between configurational and magnetic degrees of freedom that are appropriate for reproducing the low temperature miscibility gap. The essential ingredient for the occurrence of such a coexistence region is the development of ferromagnetic order induced by the long-range atomic order of the magnetic component. A comparative study of both mean-field and Monte Carlo solutions is presented. Moreover, the model may enable the study of the structure of ferromagnetic domains embedded in the nonmagnetic matrix. This is relevant in relation to phenomena such as magnetoresistance and paramagnetism

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Polydispersity-induced macrophase separation in diblock copolymer melts

The effect of A-block polydispersity on the phase behavior of AB diblock copolymer melts is examined using a complete self-consistent field theory treatment that allows for fractionation of the parent molecular-weight distribution. In addition to observing the established shift in phase boundaries, we find the emergence of significant two-phase coexistence regions causing, for instance, the disappearance of the complex phase window. Furthermore, we find evidence that polydispersity relieves packing frustration, which will reduce the tendency for long-range order.

Parameter sensitivity and predictive uncertainty in a new water quality model, Q(2)

A new dynamic model of water quality, Q(2), has recently been developed, capable of simulating large branched river systems. This paper describes the application of a generalized sensitivity analysis (GSA) to Q(2) for single reaches of the River Thames in southern England. Focusing on the simulation of dissolved oxygen (DO) (since this may be regarded as a proxy for the overall health of a river); the GSA is used to identify key parameters controlling model behavior and provide a probabilistic procedure for model calibration. It is shown that, in the River Thames at least, it is more important to obtain high quality forcing functions than to obtain improved parameter estimates once approximate values have been estimated. Furthermore, there is a need to ensure reasonable simulation of a range of water quality determinands, since a focus only on DO increases predictive uncertainty in the DO simulations. The Q(2) model has been applied here to the River Thames, but it has a broad utility for evaluating other systems in Europe and around the world.

Movements, activity patterns and home range of a female brown bear (Ursus arctos, L.) in the Rodopi Mountain Range, Greece

Movements and activity patterns of an adult radio-tagged female brown bear accompanied by her cubs were documented for the first time in Rodopi area (NE Greece) from August 2000 to July 2002. Average daily movements were 2.45 +/- 2.26 SD km, (range 0.15-8.5 km). The longest daily range could be related to human disturbance (hunting activity). The longest seasonal distance (211 km), during Summer 2001 coincided with the dissolution of the family. With cubs, the female was more active during daytime (73 % of all radio-readings) than when solitary (28 %). The female switched to a more crepuscular behaviour, after separation from the yearling (July 2001). According to pooled data from 924 activity - recording sessions, during the whole monitoring period, the female was almost twice as active during day time while rearing cubs (51 % active) than when solitary (23 %). The autumn and early winter home range size of the family was larger (280 km(2)) than after the separation from the cubs (59 km(2)). During the family group phase, home range size varied from 258 km(2) in autumn to 40 km(2) in winter (average denning period lasted 107 days : December 2000-March 2001). The bear hibernated in the Bulgarian part of the Rodopi Range during winters of 2001 and 2002.

Syntheses, structural analyses, and magneto-structural correlations of three polymeric Fe(II) complexes with azide ligand

Three new metal-organic polymeric complexes, [Fe(N-3)(2)(bPP)(2)] (1), [Fe(N-3)(2)(bpe)] (2), and [Fe(N-3)(2)(phen)] (3) [bpp = (1,3-bis(4-pyridyl)-propane), bpe = (1,2-bis(4-pyridyl)-ethane), phen = 1,10-phenanthroline], have been synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction studies and low-temperature magnetic measurements in the range 300-2 K. Complexes 1 and 2 crystallize in the monoclinic system, space group C2/c, with the following cell parameters: a = 19.355(4) Angstrom, b = 7.076(2) Angstrom, c = 22.549(4) Angstrom, beta = 119.50(3)degrees, Z = 4, and a = 10.007(14) Angstrom, b = 13.789(18) Angstrom, c = 10.377(14) Angstrom, beta = 103.50(1)degrees, Z = 4, respectively. Complex 3 crystallizes in the triclinic system, space group P (1) over bar, with a = 7.155(12) Angstrom, b = 10.066(14) Angstrom, c = 10.508(14) Angstrom, alpha = 109.57(1)degrees, beta = 104.57(1)degrees, gamma = 105.10(1)degrees, and Z = 2. All coordination polymers exhibit octahedral Fe(II) nodes. The structural determination of 1 reveals a parallel interpenetrated structure of 2D layers of (4,4) topology, formed by Fe(II) nodes linked through bpp ligands, while mono-coordinated azide anions are pendant from the corrugated sheet. Complex 2 has a 2D arrangement constructed through 1D double end-to-end azide bridged iron(11) chains interconnected through bpe ligands. Complex 3 shows a polymeric arrangement where the metal ions are interlinked through pairs of end-on and end-to-end azide ligands exhibiting a zigzag arrangement of metals (Fe-Fe-Fe angle of 111.18degrees) and an intermetallic separation of 3.347 Angstrom (through the EO azide) and of 5.229 Angstrom (EE azide). Variable-temperature magnetic susceptibility data suggest that there is no magnetic interaction between the metal centers in 1, whereas in 2 there is an antiferromagnetic interaction through the end-to-end azide bridge. Complex 3 shows ferro- as well as anti-ferromagnetic interactions between the metal centers generated through the alternating end-on and end-to-end azide bridges. Complex I has been modeled using the D parameter (considering distorted octahedral Fe(II) geometry and with any possible J value equal to zero) and complex 2 has been modeled as a one-dimensional system with classical and/or quantum spin where we have used two possible full diagonalization processes: without and with the D parameter, considering the important distortions of the Fe(II) ions. For complex 3, the alternating coupling model impedes a mathematical solution for the modeling as classical spins. With quantum spin, the modeling has been made as in 2.

Modelling metal cutting using modern ductile fracture mechanics: Quantitative explanations for some longstanding problems

The assumption that negligible work is involved in the formation of new surfaces in the machining of ductile metals, is re-examined in the light of both current Finite Element Method (FEM) simulations of cutting and modern ductile fracture mechanics. The work associated with separation criteria in FEM models is shown to be in the kJ/m2 range rather than the few J/m2 of the surface energy (surface tension) employed by Shaw in his pioneering study of 1954 following which consideration of surface work has been omitted from analyses of metal cutting. The much greater values of surface specific work are not surprising in terms of ductile fracture mechanics where kJ/m2 values of fracture toughness are typical of the ductile metals involved in machining studies. This paper shows that when even the simple Ernst–Merchant analysis is generalised to include significant surface work, many of the experimental observations for which traditional ‘plasticity and friction only’ analyses seem to have no quantitative explanation, are now given meaning. In particular, the primary shear plane angle φ becomes material-dependent. The experimental increase of φ up to a saturated level, as the uncut chip thickness is increased, is predicted. The positive intercepts found in plots of cutting force vs. depth of cut, and in plots of force resolved along the primary shear plane vs. area of shear plane, are shown to be measures of the specific surface work. It is demonstrated that neglect of these intercepts in cutting analyses is the reason why anomalously high values of shear yield stress are derived at those very small uncut chip thicknesses at which the so-called size effect becomes evident. The material toughness/strength ratio, combined with the depth of cut to form a non-dimensional parameter, is shown to control ductile cutting mechanics. The toughness/strength ratio of a given material will change with rate, temperature, and thermomechanical treatment and the influence of such changes, together with changes in depth of cut, on the character of machining is discussed. Strength or hardness alone is insufficient to describe machining. The failure of the Ernst–Merchant theory seems less to do with problems of uniqueness and the validity of minimum work, and more to do with the problem not being properly posed. The new analysis compares favourably and consistently with the wide body of experimental results available in the literature. Why considerable progress in the understanding of metal cutting has been achieved without reference to significant surface work is also discussed.

An investigation into the mechanics of cutting using data from orthogonally cutting Nylon 66

Cutting force data for Nylon 66 has been examined in terms of various different models of cutting. Theory that includes significant work of separation at the tool tip was found to give the best correlation with experimental data over a wide range of rake angles for derived primary shear plane angle. A fracture toughness parameter was used as the measure of the specific work of separation. Variation in toughness with rake angle determined from cutting is postulated to be caused by mixed mode separation at the tool tip. A rule of mixtures using independently determined values of toughness in tension (mode 1) and shear (mode 11) is found to describe well the variation with rake angle. The ratio of modes varies with rake angle and, in turn, with the primary shear plane angle. Previous suggestions that cutting is a means of experimentally determining fracture toughness are now seen to be extended to identify the mode of fracture toughness as well.

Effects of genotype and environment on free amino acid levels in wheat grain: implications for acrylamide formation during processing

Acrylamide forms from free asparagine and reducing sugars during cooking, with asparagine concentration being the key parameter determining the formation in foods produced from wheat flour. In this study free amino acid concentrations were measured in the grain of varieties Spark and Rialto and four doubled haploid lines from a Spark x Rialto mapping population. The parental and doubled haploid lines had differing levels of total free amino acids and free asparagine in the grain, with one line consistently being lower than either parent for both of these factors. Sulfur deprivation led to huge increases in the concentrations of free asparagine and glutamine, and canonical variate analysis showed clear separation of the grain samples as a result of treatment (environment, E) and genotype (G) and provided evidence of G x E interactions. Low grain sulfur and high free asparagine concentration were closely associated with increased risk of acrylamide formation. G, E, and G x E effects were also evident in grain from six varieties of wheat grown at field locations around the United Kingdom in 2006 and 2007. The data indicate that progress in reducing the risk of acrylamide formation in processed wheat products could be made immediately through the selection and cultivation of low grain asparagme varieties and that further genetically driven improvements should be achievable. However, genotypes that are selected should also be tested under a range of environmental conditions.

Novel on-line sensor technology for continuous monitoring of milk coagulation and whey separation in cheese making

The cheese industry has continually sought a robust method to monitor milk coagulation. Measurement of whey separation is also critical to control cheese moisture content, which affects quality. The objective of this study was to demonstrate that an online optical sensor detecting light backscatter in a vat could be applied to monitor both coagulation and syneresis during cheesemaking. A prototype sensor having a large field of view (LFV) relative to curd particle size was constructed. Temperature, cutting time, and calcium chloride addition were varied to evaluate the response of the sensor over a wide range of coagulation and syneresis rates. The LFV sensor response was related to casein micelle aggregation and curd firming during coagulation and to changes in curd moisture and whey fat contents during syneresis. The LFV sensor has potential as an online, continuous sensor technology for monitoring both coagulation and syneresis during cheesemaking.