Eine Studie zur Identifizierbarkeit der Brucheigenschaften von Beton anhand experimenteller Daten

Ageing and deterioration of reinforced concrete structures are ongoing problems of a main concern. The state of building materials is changing over the service life of structures, thereby affecting the structural reliability and durability. Numerical models are a powerful tool for the assessment of safety and serviceability of existing structures. However, regardless of the level of model complexity, they are merely an approximation of the real systems. Hence, any model prediction is characterised by a certain degree of uncertainty. To improve the predictive capabilities, numerical models need to be enriched with the description of uncertainties, which can further be reduced by gathering the available information about the observed structure. In this work, a probabilistic framework for parameter estimation in nonlinear mechanical models and a study on identifiability are proposed. The parameter estimation is based on Bayesian inference, which combines both the prior knowledge and information from experimental data to reduce the uncertainty in the probabilistic description of uncertain model parameters. Moreover, the goal is to find optimal experiments from the point of view of parameter identifiability, ease of implementation and the associated costs. Bayesian inference, in its filtering form, is applied for parameter estimation of uncertain mechanical properties in both plain and reinforced concrete, with the focus on fracture and bond parameters governing the crack propagation and bond-slip. For that purpose, observational data (i.e. stress-deformation curve, displacement field) from uniaxial tensile tests on reinforced concrete beams and double shear experiments on mortar specimen are used. Issues of parameter identifiability, shortcomings and challenges which arise due to peculiarities of the experimental setup are addressed and alternative experimental designs which increase the sensitivity with respect to parameters of interest and subsequently, reduce the discrepancy between the computed and observed quantities of interest, are proposed. Reduction of the epistemic uncertainty via Bayesian inference leads to more accurate estimates of the system parameters and state and thereby allows more reliable predictions of the system’s future state. This matter is very important from the point of view of structural durability and integrity.Die Alterung und der Verfall von Stahlbetonkonstruktionen sind ein ständiges Problem, das Anlass zu großer Sorge gibt. Der Zustand der Baumaterialien ändert sich im Laufe der Lebensdauer der Bauwerke, was sich auf die Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit der Bauwerke auswirkt. Numerische Modelle sind ein leistungsfähiges Instrument für die Bewertung der Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit bestehender Bauwerke. Unabhängig vom Grad der Modellkomplexität stellen sie jedoch lediglich eine Annäherung an die realen Systeme dar. Daher ist jede Modellvorhersage mit einem gewissen Grad an Unsicherheit behaftet. Um die Vorhersagefähigkeiten zu verbessern, müssen numerische Modelle mit der Beschreibung von Unsicherheiten angereichert werden, die durch das Sammeln der verfügbaren Informationen über die beobachtete Struktur weiter reduziert werden können. In dieser Arbeit werden ein probabilistischer Rahmen für die Parameterschätzung in nichtlinearen mechanischen Modellen und eine Studie zur Identifizierbarkeit vorgeschlagen. Die Parameterschätzung basiert auf Bayes’scher Inferenz, die sowohl das Vorwissen als auch Informationen aus experimentellen Daten kombiniert, um die Unsicherheit in der probabilistischen Beschreibung unsicherer Modellparameter zu reduzieren. Darüber hinaus ist es das Ziel, optimale Experimente unter den Gesichtspunkten der Parameteridentifizierbarkeit, der einfachen Implementierung und der damit verbundenen Kosten zu finden. Die Bayes’sche Inferenz wird in ihrer Filterform für die Parameterschätzung unsicherer mechanischer Eigenschaften sowohl in einfachem als auch in bewehrtem Beton angewandt, wobei der Schwerpunkt auf Bruch- und Verbundparametern liegt, die die Rissausbreitung und den Verbundschlupf bestimmen. Zu diesem Zweck werden Beobachtungsdaten (d.h. Spannungs-Verformungs-Kurve, Verschiebungsfeld) aus einachsigen Zugversuchen an Stahlbetonbalken und Doppelscherexperimenten an Mörtelproben verwendet. Fragen der Identifizierbarkeit von Parametern, Unzulänglichkeiten und Herausforderungen, die sich aus den Besonderheiten des Versuchsaufbaus ergeben, werden angesprochen, und es werden alternative Versuchspläne vorgeschlagen, die die Empfindlichkeit in Bezug auf die interessierenden Parameter erhöhen und folglich die Diskrepanz zwischen den berechneten und den beobachteten interessierenden Größen verringern. Die Verringerung der epistemischen Unsicherheit durch Bayes’sche Inferenz führt zu genaueren Schätzungen der Systemparameter und des Systemzustands und ermöglicht somit zuverlässigere Vorhersagen über den zukünftigen Zustand des Systems. Dieser Aspekt ist unter dem Gesichtspunkt der strukturellen Dauerhaftigkeit und Integrität sehr wichtig

Warnemünde – schön hier, ne?: Städtebauliches Projekt Wintersemester 2022/23 ; Ergebnisbroschüre

Warnemünde ist der nördlich zur Ostsee gelegene Vorhafen der Hanse- und Universitätsstadt Rostock und potenzielles Entwicklungsgebiet für Nachverdichtung und Revitalisierung einer der schnell wachsenden Städte Deutschlands, mit einer Wachstumsprogrnose von knapp 20% innerhalb von zehn Jahren bis 2025. Weiter wird Rostock und damit auch der in Warnemünde gelegene Hafenmund zur Warnow in den kommenden Jahren durch die Umstrukturierung des Hafens und seiner Industrie zu einem Standort für nachhaltige Energieversorgung und militärische Verteidigung grundlegende Änderungen erfahren und hierbei auch auf die seit 2013 eingeleitete Arbeit des Hafenforums aufsatteln können. Das Städtebauliche Projekt 2022/23 hat das Ziel, mit nachhaltigen und vielfältigen Wohn- und Lebensstrukturen den Ansprüchen einer klimagerechten Zukunft mit dem nötigen Angebot flexibler städtebaulicher Typen, zeitgemäßen Mobilitätslösungen und progressiven wie resilienten räumlichen Zukunftsperspektiven gerecht zu werden. Hierzu wird von den Studierenden, basierend auf Analyse und daraus resultierendem prägnanten Konzept, ein städtebauliches Projekt auf Makro- und Mikroebene erarbeitet, welches die ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Belange unserer Zeit kritisch reflektiert und in eine städtebauliche Form übersetzt. Das städtebauliche Projekt führte die Studierenden in die Prinzipien des städtebaulichen Entwerfens ein. Der ausführlichen Analyse des Entwurfsgrundstücks folgte die Entwicklung einer räumlichen Idee und eines Konzepts. Dieses wurde im Laufe des Wintersemesters 2022/23 dann in eine städtebauliche Form übersetzt, welche exempla- risch vertieft bearbeitet wurde.Warnemünde is the northern harbour of the Hanseatic and university city of Rostock facing the Baltic Sea and a potential development area for redensification and revitalisation of one of the fastest growing cities in Germany, with a growth projection of almost 20% within ten years by 2025. Furthermore, Rostock and thus also the harbour mouth to the Warnow River located in Warnemünde will undergo fundamental changes in the coming years due to the restructuring of the port and its industry into a location for sustainable energy supply and military defence and will also be able to build on the work of the port forum initiated in 2013. The 2022/23 urban design project aims to meet the demands of a climate-friendly future with sustainable and diverse residential and living structures, the necessary range of flexible urban development types, contemporary mobility solutions and progressive and resilient spatial perspectives for the future. Based on an analysis and the resulting concise concept, the students will develop an urban planning project on a macro and micro level that critically reflects the ecological, economic and social concerns of our time and translates them into an urban planning form. The urban design project introduced the students to the principles of urban design. The detailed analysis of the design site was followed by the development Translated with www.DeepL.com/Translator (free version

Design künstlicher Glucosinolate, bioresponsiver Werkzeugverbindungen und Studien zu Epidithio-Diketopiperazin-Siderophor-Hybriden

The general aim of this thesis is the design and synthesis of bio-responsive molecules that respond to specific stimuli. These stimuli function as a triggering event for the release of cargo such as drugs, dyes, or other molecules of interest, and can consist of diverse signals including enzymes, chemicals, pH changes or microenvironments of disease. They are designed to minimize side-effects in therapeutic approaches as they enable the selective release of drugs; therefore, reducing the possibility of systemic adverse events through the reduction of off-target effects and improve the pharmacokinetic properties of the drug. In the first part of this work, the chemical exploitation of different types of glucosinolates is described. It entails the fluorescent glucosinolates that have been used as tool compounds for the evaluation of GTR transport assays in oocytes of Xenopus laevis through fluorescent readout. Competition assays have shown that the uptake mechanism is the same as for the natural substrate 4MTB. Further research has shown their usefulness in decerning between the three different GTR receptors and studying how one GTR receptor can be mutated to be more like the other. Multivalent-glucosinolates have been synthesized in the interest of using multivalency to create higher potency. They were proven to still be substrates for the natural myrosinase from Sinapis alba seeds, whereas plant specifier protein from Arabidopsis thaliana (AtNSP3) was less efficient at derivatizing the isothiocyanates to nitriles, often leading to mixed ITC/CN compounds. After conducting MIC assays on several bacteria in different media, E. coli K12 seemed most capable o converting the GSLs into ITCs under anaerobic conditions. However, more assays should be conducted to assess the true potency of these compounds. Further studies into the bacterial myrosinase would be beneficial to understand when the enzyme is induced and how the structures of the mvGSLs can be optimized to be employed as antimicrobial substances. The pseudo-glucosinolates were designed based on the principle of how GSLs are converted into ITCs via a thio-Lossen rearrangement. This was accomplished through the use of an aminobenzyl-linker between the typical aglycon and the expansion of triggers that can be used. The psGSLs were synthesized and evaluated with purified enzymes. These structures can be used as biological tool compounds in fishing experiments or pool-down assays. Currently a few structures have been designed and are used as tools in such assays. Both projects were combined into multivalent pseudo-glucosinolates as curiosity arose in the use of these types of compounds as pro-pesticides. In this light, a library of twenty compounds has been synthesized so far. With a description of more triggers to be synthesized in the future. Furthermore, this extended library will be evaluated on their ability to be converted by their envisioned enzymes and how we can best employ them as pro-pesticides and biological tool compounds. The next project concerned the design and synthesis of amino-trimethyl-lock systems. Their proof-of-concept was shown through the use of chemicals, UV light, and more biologically relevant molecules. N3-TML-MURh was able to sense the gaseous signalling molecule H2S in HEK293T cells. In comparison to other activatable probes, the N3-TML system offers the advantage for application to H2S-responsive prodrug approaches as the N3-TML-CO2H moiety could also be utilized to mask the heteroatoms (N, O, S atoms) of drugs or other effectors. Two more masked H2N-TML systems were synthesized based on NO2 and b-alanine but have not yet been tested. The last project concerned a variety of approaches towards the design of epidithio-diketopiperazine (ET-DKP) siderophore hybrid derivatives. Routes based on the use of L-Lysine derivatives for the. construction of the DKP core were first favoured; however, the use of protecting groups proved cumbersome as the silyl groups provided the amine with too much shielding to participate in the peptide bond formation, regardless of coupling reagents, solvents, and temperatures used. To step away from the core build up strategies involving glycine anhydride as core were envisioned instead. This too had its own challenges to overcome. It could be worthwhile to try a different route instead that is still based on L-Lysine derivatives but less decorated at the start so that the peptide coupling can take place, followed by the cyclization. Therefore, further experiments are needed to ensure the new direction will lead to the desired compounds; future endeavours could lead to the desired ETDKPs, and their properties can be tested to verify our hypothesis for their use as antimicrobials.Das allgemeine Ziel dieser Arbeit ist das Design und die Synthese bioresponsiver Moleküle, die auf spezifische Reize reagieren. Diese Reize fungieren als auslösendes Ereignis für die Freisetzung von Ladungen wie Arzneimitteln, Farbstoffen oder anderen interessierenden Molekülen und können aus verschiedenen Signalen bestehen, darunter Enzyme, Chemikalien, pH-Änderungen oder Mikroumgebungen von Krankheiten. Sie sollen Nebenwirkungen bei Therapieansätzen minimieren, da sie die selektive Freisetzung von Medikamenten ermöglichen; Daher wird die Möglichkeit systemischer unerwünschter Ereignisse durch die Reduzierung von Off-Target-Effekten verringert und die pharmakokinetischen Eigenschaften des Arzneimittels verbessert. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die chemische Verwertung verschiedener Arten von Glucosinolaten beschrieben. Dabei handelt es sich um fluoreszierende Glucosinolate, die als Werkzeugverbindungen für die Auswertung von GTR-Transporttests in Oozyten von Xenopus laevis durch Fluoreszenzauslesung verwendet wurden. Konkurrenztests haben gezeigt, dass der Aufnahmemechanismus derselbe ist wie für das natürliche Substrat 4MTB. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass sie nützlich sind, um zwischen den drei verschiedenen GTR-Rezeptoren zu unterscheiden und zu untersuchen, wie ein GTR-Rezeptor so mutiert werden kann, dass er dem anderen ähnlicher wird. Multivalente Glucosinolate wurden synthetisiert, um durch Multivalenz eine höhere Wirksamkeit zu erzielen. Es wurde nachgewiesen, dass sie immer noch Substrate für die natürliche Myrosinase aus Samen von Sinapis alba sind, wohingegen das Pflanzenspezifizierprotein aus Arabidopsis thaliana (AtNSP3) die Isothiocyanate weniger effizient zu Nitrilen derivatisierte, was häufig zu gemischten ITC/CN-Verbindungen führte. Nach der Durchführung von MHK-Tests an mehreren Bakterien in unterschiedlichen Medien schien E. coli K12 am besten in der Lage zu sein, die GSLs unter anaeroben Bedingungen in ITCs umzuwandeln. Es sollten jedoch weitere Tests durchgeführt werden, um die wahre Wirksamkeit dieser Verbindungen zu beurteilen. Weitere Studien zur bakteriellen Myrosinase wären hilfreich, um zu verstehen, wann das Enzym induziert wird und wie die Strukturen der mvGSLs für den Einsatz als antimikrobielle Substanzen optimiert werden können. Die pseudo-glucosinolate wurden auf der Grundlage des Prinzips entwickelt, wie GSLs über eine Thio-Lossen-Umlagerung in ITCs umgewandelt werden. Dies wurde durch die Verwendung eines Aminobenzyl-Linkers zwischen dem typischen Aglycon und der Erweiterung der verwendbaren Trigger erreicht. Die psGSLs wurden mit gereinigten Enzymen synthetisiert und bewertet. Diese Strukturen können als biologische Werkzeugverbindungen in Fischereiexperimenten oder Pool-Down-Assays verwendet werden. Derzeit wurden einige Strukturen entworfen und werden als Werkzeuge in solchen Tests verwendet. Beide Projekte wurden zu multivalenten pseudo-glucosinolaten kombiniert, da die Neugier auf die Verwendung dieser Art von Verbindungen als Pro-Pestizide geweckt wurde. Vor diesem Hintergrund wurde bisher eine Bibliothek von zwanzig Verbindungen synthetisiert. Mit einer Beschreibung weiterer Trigger, die in Zukunft synthetisiert werden sollen. Darüber hinaus wird diese erweiterte Bibliothek auf ihre Fähigkeit untersucht, von den vorgesehenen Enzymen umgewandelt zu werden, und darauf, wie wir sie am besten als Pro-Pestizide und biologische Werkzeugverbindungen einsetzen können. Das nächste Projekt befasste sich mit dem Design und der Synthese von Amino-Trimethyl-Lock-Systemen. Ihr Machbarkeitsnachweis wurde durch den Einsatz von Chemikalien, UV-Licht und biologisch relevanteren Molekülen erbracht. N3-TML-MURh konnte das gasförmige Signalmolekül H2S in HEK293T-Zellen erkennen. Im Vergleich zu anderen aktivierbaren Sonden bietet das N3-TML-System den Vorteil für die Anwendung auf H2S-responsive Prodrug-Ansätze, da die N3-TML-CO2H-Einheit auch zur Maskierung der Heteroatome (N-, O-, S-Atome) von Arzneimitteln verwendet werden könnte andere Effektoren. Zwei weitere maskierte H2N-TML-Systeme wurden auf Basis von NO2 und b-Alanin synthetisiert, aber noch nicht getestet. Das letzte Projekt befasste sich mit verschiedenen Ansätzen zum Design von Epidithio-Diketopiperazin (ET-DKP) Siderophor-Hybridderivaten. Zunächst wurden Wege bevorzugt, die auf der Verwendung von L-Lysin-Derivaten für den Aufbau des DKP-Kerns basieren; Allerdings erwies sich die Verwendung von Schutzgruppen als umständlich, da die Silylgruppen dem Amin zu viel Schutz boten, um an der Bildung der Peptidbindung teilzunehmen, unabhängig von den verwendeten Kopplungsreagenzien, Lösungsmitteln und Temperaturen. Um vom Kernaufbau abzuweichen, wurden stattdessen Strategien mit Glycinanhydrid als Kern ins Auge gefasst. Auch dies hatte seine eigenen Herausforderungen zu bewältigen. Es könnte sich lohnen, stattdessen einen anderen Weg auszuprobieren, der immer noch auf L-Lysin-Derivaten basiert, aber zu Beginn weniger dekoriert ist, damit die Peptidkopplung und die anschließende Cyclisierung stattfinden können. Daher sind weitere Experimente erforderlich, um sicherzustellen, dass die neue Richtung zu den gewünschten Verbindungen führt. Zukünftige Bemühungen könnten zu den gewünschten ET-DKPs führen, und ihre Eigenschaften können getestet werden, um unsere Hypothese für ihre Verwendung als antimikrobielle Mittel zu bestätigen

Highly parallel bending tests for fungal hyphae enabled by two-photon polymerization of microfluidic mold

Filamentous microorganisms exhibit a complex macro-morphology constituted of branched and cross-linked hyphae. Fully resolved mechanical models of such mycelial compounds rely heavily on accurate input data for mechanical properties of individual hyphae. Due to their irregular shape and high adaptability to environmental factors, the measurement of these intrinsic properties remains challenging. To overcome previous shortcomings of microfluidic bending tests, a novel system for the precise measurement of the individual bending stiffness of fungal hyphae is presented in this study. Utilizing two-photon polymerization, microfluidic molds were fabricated with a multi-material approach, enabling the creation of 3D cell traps for spore immobilization. Unlike previous works applying the methodology of microfluidic bending tests, the hyphae were deflected in the vertical center of the microfluidic channel, eliminating the adverse influence of nearby walls on measurements. This lead to a significant increase in measurement yield compared to the conventional design. The accuracy and reproducibility of bending tests was ensured through validation of the measurement flow using micro-particle image velocimetry. Our results revealed that the bending stiffness of hyphae of Aspergillus niger is approximately three to four times higher than that reported for Candida albicans hyphae. At the same time, the derived longitudinal Young’s Modulus of the hyphal cell wall yields a comparable value for both organisms. The methodology established in this study provides a powerful tool for studying the effects of cultivation conditions on the intrinsic mechanical properties of single hyphae. Applying the results to resolved numerical models of mycelial compounds promises to shed light on their response to hydrodynamic stresses in biotechnological cultivation, which influences their expressed macro-morphology and in turn, product yields

Rückverfolgbarkeit in Batteriezellproduktionssystemen

oai:https://leopard.tu-braunschweig.de/:dbbs_mods_00078207It is our undeniable responsibility to address the impact of greenhouse gases on our environment. Reducing greenhouse gas emissions in industrial practices and societal behavior is crucial in addressing the resulting environmental challenges. Energy storage systems, including batteries, are emerging as a crucial technology in various sectors such as energy storage and transportation. However, the high cost of materials, relatively lower production yields, and energyintensive processes, coupled with a lack of understanding of existing interrelationships in battery manufacturing, result in high costs, environmental impact, and inconsistent product and process quality. To manage this complexity, along with multi-stakeholder involvement, improved transparency is necessary. Traceability is a crucial technology, not only for supply chain purposes but also as a central aspect of a comprehensive quality management system. Implementing a traceability system throughout a value chain requires cross-functional coordination, which can pose challenges for traditional operating models. It is important to consider various technology applications and options. A literature review uncovered a deficiency in comprehending the current definitions and principles of traceability, particularly within the battery cell production system. This limitation hinders the implementation of such a system, necessitating the identification of appropriate technologies to address existing challenges and demonstrate their effectiveness. The framework presented in this book is based on the concept of a CPPS and includes four transition modules to ensure consistent traceability. It can contribute to future data-driven approaches for intelligent production systems. The framework covers both upstream tracking and downstream tracing of information and objects. Furthermore, this work primarily addresses the gate-to-gate perspective by focusing on internal traceability within the manufacturing system of battery cell production. The developed framework was prototypically implemented in the facilities of the Battery Lab- Factory Braunschweig. A conducted stakeholder analysis resulted in three scenarios of application with varying traceability system granularities. From a production manager's perspective, a prototype system was implemented to automate the allocation of production and product data. The system ensures accuracy and efficiency in production data management. An energy manager's perspective was incorporated into this system, resulting in a robust traceability system capable of detecting and handling errors through a semantic model layer. Finally, a data analyst's perspective was included in a third application scenario by implementing a traceability system that supplies comprehensive data on electrode sheet levels for modeling purposes.Durch die anhaltende Emission von Treibhausgasen tragen wir zur Verschärfung von Umweltproblemen bei. In den letzten Jahrzehnten hat dies zu signifikanten Veränderungen in industriellen Prozessen und unserem alltäglichen Verhalten geführt. Eine Schlüsselrolle spielen hierbei Energiespeichersysteme wie beispielsweise Batterien. Jedoch verursachen teure Materialien, niedrige Produktionserträge, energieintensive Prozesse und mangelndes Verständnis der Wirkungszusammenhänge entlang der Batteriezellproduktion hohe Kosten, Umweltbelastungen und unerwünschte Qualitätsschwankungen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, bedarf es einer verbesserten Transparenz unter Einbeziehung mehrere Interessengruppen. Hier spielt Traceability als entscheidender Bestandteil eines umfassenden Qualitätsmanagementsystems eine zentrale Rolle. Die Umsetzung eines Traceability-Systems entlang einer Wertschöpfungskette erfordert eine funktionsübergreifende Koordination, wo herkömmliche Geschäftsmodelle angesichts der verschiedenen Technologieoptionen und -anwendungen oft versagen. Daher ist ein individuell angepasstes Konzept zum Aufbau eines Traceability-Systems notwendig. Eine Literaturrecherche hat ergeben, dass ein umfassendes Verständnis der bestehenden Definitionen und Grundsätze, insbesondere im Hinblick auf die Produktion von Batteriezellen, fehlt. Dies führt zu Einschränkungen bei der Umsetzung eines Traceability-Systems. Daher ist ein Ansatz erforderlich, um geeignete Technologien zu identifizieren und bestehende Herausforderungen zu bewältigen. In Zukunft kann dies zu Vorteilen bei datengesteuerten Ansätzen führen und den Übergang zu einem intelligenten Produktionssystem, welches durch Traceability ermöglicht wird, erleichtern. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Framework entwickelt, welches Elemente des Cyber-physischen Produktionssystems integriert. Dieses Konzept wurde um vier weitere Module erweitert, um eine konsistente Traceability sicherzustellen. Das Framework umfasst sowohl die Tracking- als auch die Tracing-Perspektive und fokussiert die Gate-to-Gate-Perspektive eines internen Traceability-Systems für die Fertigung von Batteriezellen. Im Folgenden wurde innerhalb der Battery LabFactory Braunschweig eine prototypische Implementierung des Frameworks durchgeführt und eine erste Validierung erreicht. Dabei wurde mittels einer anwendungstypischen Stakeholderanalyse drei Anwendungsszenarien mit unterschiedlichen Systemausprägungen identifiziert. Aus der Perspektive eines Produktionsleiters wurde ein prototypisches System aufgebaut, das die automatische Zuordnung von Produktionsdaten unterstützt. Darauf aufbauend wurde die Perspektive eines Energiemanagers einbezogen, um ein robustes Traceability-System zu entwickeln, welches in der Lage ist, Fehler in der Informationsgrundlage automatisiert zu erkennen und durch eine semantische Modellschicht zu beheben. In einem dritten Szenario wurde die Perspektive eines Datenanalytikers berücksichtigt, indem ein Rückverfolgbarkeitssystem installiert wurde, welches detaillierte Daten auf der Ebene der Elektrodenblätter zur Verfügung stellt, um Modellierungszwecke zu unterstützen

Exploring Impurity Effects and Catalyst Surface Features in Furfural Electroreduction for Jet Fuel Precursor Production: Experimental and Molecular Dynamics Insights

This research investigates the impact of laser-structuring of lead electrodes on the selectivity and production rate of hydrofuroin, a valuable jet fuel precursor derived from furfural (FF). Laser structuring of electrodes led to a slight enhancement in hydrofuroin selectivity, along with an improved production rate, suggesting promising advancements in electrosynthesis methodologies. The addition of acetic acid as an impurity did not significantly affect the selectivity or the production rate. This finding indicates that the catalytic activity of the electrode surface was not diminished by this impurity. Analysis via high-performance liquid chromatography revealed the presence of two isomers of hydrofuroin, indicating a complex reaction pathway. Combined experimental and molecular dynamics simulations indicated inner sphere adsorption of FF and H+ ions and outer sphere dimerization reaction to form hydrofuroin. These findings offer insights into surface morphology, adsorption, and reaction pathways, guiding future optimization of catalytic systems for sustainable chemical synthesis

Physiological responses to a changing winter climate in an early spring-breeding amphibian

Climate change is swiftly altering environmental winter conditions, leading to significant ecological impacts such as phenological shifts in many species. As a result, animals might face physiological mismatches due to longer or earlier activity periods and are at risk of being exposed to late spring freezes. Our study points for the first time to the complex physiological challenges that amphibians face as a result of changing thermal conditions due to winter climate change. We investigated the physiological responses to a period of warmer winter days and sudden spring freeze in the common toad (Bufo bufo) by acclimating them to 4°C or 8°C for 48 h or exposing them to 4°C or -2°C for 6 h, respectively. We assessed the daily energy demands, determined body condition and cold tolerance, explored the molecular responses to freezing through hepatic tissue transcriptome analysis, and measured blood glucose levels. Toads acclimated to higher temperatures showed a higher daily energy expenditure and a reduced cold tolerance suggesting faster depletion of energy stores and the loss of winter acclimation during warmer winters. Blood sugar levels were higher in frozen toads indicating the mobilization of cryoprotective glucose with freezing which was further supported by changed patterns in proteins related to glucose metabolism. Overall, our results emphasize that increased thermal variability incurs physiological costs that may reduce energy reserves and thus affect amphibian health and survival. This might pose a serious threat to breeding adults and may have subsequent effects at the population level