Microbial production of 3.hydroxypropionaldehyde: Process developement, optimisation and downstream processing

Die Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd (3-HPA) aus Glycerin ist von großem industriellen Interesse, sowohl von der Rohstoff- als auch von der Produktseite her. Zum einen fällt Glycerin durch die verstärkte Biodieselproduktion aus Rapsöl in zunehmendem Maße als Abfallprodukt an und wird so zu einem günstigen und leicht zugänglichen Substrat. Zum anderen kann 3-HPA als Grundchemikalie verwendet werden, weil es relativ leicht in eine große Zahl von industriell interessanten Folgechemikalien wie Acrolein, 3-Hydroxypropionsäure, Acrylsäure, Malonsäure oder auch 1,3-Propandiol überführt werden kann. Seit einiger Zeit ist diese Substanz auch über einen biotechnologischen Prozess mit Klebsiella pneumoniae zugänglich, der sich die Vergärung von Glycerin zu 1,3-Propandiol zunutze macht und bei dem 3-HPA als Zwischenprodukt auftritt. Dabei wird zunächst Zellmasse mit Glycerin als Substrat angezogen. Diese setzt dann in einer zweiten Stufe, dem Biotransformationsschritt, weiteres Glycerin in Gegenwart von Semicarbazid (SEM) zu 3-HPA um. SEM fängt 3-HPA ab und verhindert so die Weiterreaktion zu 1,3-Propandiol. Im Zuge dieser Arbeit wurde sowohl die Zellmasseproduktion in der ersten Stufe als auch die Biotransformation in der zweiten Stufe optimiert. Für die Zellmasseproduktion lieferten sauerstofflimitierende Bedingungen die aktivsten Zellen. Durch eine geeignete Zufütterungsstrategie mit SEM und zusätzlicher Zugabe neuer Biomasse konnte die 3-HPA-Konzentration auf 54 g/l bei einer Ausbeute von 97 % (mol/mol) im Biotransformationsschritt gesteigert werden. Dies sind die höchsten bisher in der Literatur berichteten Werte. Es wurden mehrere Aufarbeitungsverfahren untersucht, wobei je nach weiterer Verwendung des 3-HPA unterschieden wurde. Für Synthesen, die direkt vom 3-HPA ausgehen, erwies sich die Verdrängungsreaktion von SEM mit Aceton aus dem SEM-3-HPA-Komplex mit einer Ausbeute von 84 % unter Wiedergewinnung des Semicarbazids als gut geeignet.The production of 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) from glycerol is of high industrial interest as a new platform intermediate because it can be easily converted into a number of large scale commodity chemicals such as acrolein, 3-hydroxypropionic acid, acrylic acid, malonic acid, acrylamide and 1,3-propanediol. As a byproduct of the ever increasing production of biodiesel from rapeseed oil, glycerol is nowadays a very cheap and abundant substrate for the production of chemicals such as 3-HPA. In this work we studied the production of 3-HPA from bioconversion of glycerol in a two-stage process. In the first stage, active biomass is produced. The active biomass is then used for the production of 3-HPA in a second stage by biotransformation with the assistance of semicarbazide to trap 3-HPA from the biotransformation buffer. Within this work we optimized both the active biomass production in the first stage as well as the biotransformation step in the second stage. Most active biomass was obtained under oxygen limiting conditions in the first stage. By using a fed-batch process with proper feeding of semicarbazide and an active biomass supplement, we reached a final concentration of 54 g/l 3-HPA with a yield of 97 % (mol/mol) in the second stage. This represents the highest 3-HPA concentration and yield reported so far for the microbial production of 3-HPA from glycerol. Several downstream processes could be described and were distinguished according to the further use of 3-HPA. For syntheses based directly on 3-HPA the displacement reaction from semicarbazide with acetone from the semicarbazide-3-HPA-complex lead to a suitable yield of 84 %. Thus this biotechnological process for the production of 3-HPA could be developed decisively in view of an industrial application

Techniques to Measure Solar Flux Density Distribution on Large-Scale Receivers

Flux density measurement applied to central receiver ystems delivers the spatial distribution of the concentrated solar radiation on the receiver aperture, measures receiver input power, and monitors and might control heliostat aimpoints. Commercial solar tower plants have much larger aperture surfaces than the receiver prototypes tested in earlier research and development (R&D) projects. Existing methods to measure the solar flux density in the receiver aperture face new challenges regarding the receiver size. Also, the requirements regarding costs, accuracy, spatial resolution, and measuring speed are different. This paper summarizes existent concepts, presents recent research results for techniques that can be applied to large-scale receivers and assesses them against a catalog of requirements. Direct and indirect moving bar techniques offer high measurement accuracy, but also have the disadvantage of large moving parts on a solar tower. In the case of external receivers, measuring directly on receiver surfaces avoids moving parts and allows continuous measurement but may be not as precise. This promising technique requires proper scientific evaluation due to specific reflectance properties of current receiver materials. Measurement-supported simulation techniques can also be applied to cavity receivers without installing moving parts. They have reasonable uncertainties under ideal conditions and require comparatively low effort

Copper partitioning between silicate melts and amphibole: Experimental insight into magma evolution leading to porphyry copper ore formation

AbstractA series of piston cylinder experiments were conducted to determine the partition coefficient of Cu between amphibole and andesitic to rhyolitic silicate melts. The experiments were run at T=740–990°C, P=0.7GPa, oxygen fugacity (fO2) ranging from that of the Ni-NiO buffer (NNO) to 2.3 log units higher (NNO+2.3 and dissolved water in variable concentrations (under-saturated to saturated conditions). Fixed metal activities were imposed by using Au97Cu3 and Au92Cu8 alloy capsules, which allowed simultaneously determination of Cu solubility. Our data demonstrate that Cu solubilities in both the silicate melt and amphibole decrease with decreasing temperature. The solubility of Cu decreases by a factor of 6 from 990 to 740°C in equilibrium with andesitic to rhyolitic melt compositions. The average amphibole/silicate melt partition coefficient of Cu [DCu (amph/melt)] is 0.066±0.006, and is essentially constant without showing any correlation with silicate melt composition, dissolved water concentration, temperature or fO2.The low DCu (amph/melt) value suggests that amphibole crystallizing at any stage of calc-alkaline magma evolution is unable to scavenge a significant fraction of the initially available Cu from the melt. However, DCu (amph/melt) is high enough to yield precisely measurable Cu concentrations in natural amphiboles. As DCu (amph/melt) results constant along the liquid line of descent of calc-alkaline magmas, amphibole compositions may thus be used as a proxy to monitor the evolution of the Cu concentration in the silicate melt (not the bulk magma if sulfide is present). This may be useful for understanding the metallogenic evolution of intrusive rocks, in which silicate melt inclusions in minerals are generally absent. As most porphyry-type Cu ore deposits are associated with upper crustal intrusions, in-situ microanalysis of inclusion-free amphiboles in such rocks may help understand ore genesis and might also be used in mineral exploration to assess the fertility of prospective magmatic systems

Detection of metastable electronic states by Penning trap mass spectrometry

State-of-the-art optical clocks achieve fractional precisions of $10^{-18}$ and below using ensembles of atoms in optical lattices or individual ions in radio-frequency traps. Promising candidates for novel clocks are highly charged ions (HCIs) and nuclear transitions, which are largely insensitive to external perturbations and reach wavelengths beyond the optical range, now becoming accessible to frequency combs. However, insufficiently accurate atomic structure calculations still hinder the identification of suitable transitions in HCIs. Here, we report on the discovery of a long-lived metastable electronic state in a HCI by measuring the mass difference of the ground and the excited state in Re, the first non-destructive, direct determination of an electronic excitation energy. This result agrees with our advanced calculations, and we confirmed them with an Os ion with the same electronic configuration. We used the high-precision Penning-trap mass spectrometer PENTATRAP, unique in its synchronous use of five individual traps for simultaneous mass measurements. The cyclotron frequency ratio $R$ of the ion in the ground state to the metastable state could be determined to a precision of $\delta R=1\cdot 10^{-11}$, unprecedented in the heavy atom regime. With a lifetime of about 130 days, the potential soft x-ray frequency reference at $\nu=4.86\cdot 10^{16}\,\text{Hz}$ has a linewidth of only $\Delta \nu\approx 5\cdot 10^{-8}\,\text{Hz}$, and one of the highest electronic quality factor ($Q=\frac{\nu}{\Delta \nu}\approx 10^{24}$) ever seen in an experiment. Our low uncertainty enables searching for more HCI soft x-ray clock transitions, needed for promising precision studies of fundamental physics in a thus far unexplored frontier

The association between body-mass index and patient outcome in septic shock: a retrospective cohort study

Zusammenfassung: HINTERGRUND: Es bestehen keine Daten über die Assoziation zwischen dem Body Mass Index (BMI) bzw. BMI Kategorien und der Mortalität von septischen Schock-patienten. METHODEN: Die Datenbank einer interdisziplinären Intensivstation wurde retrospektiv nach erwachsenen Patienten mit septischem Schock durchsucht. Von allen Patienten wurde der BMI, demographische, klinische und laborchemische Parameter gemeinsam mit Outcomevariabeln dokumentiert. Die Studienpatienten wurden wie folgt anhand des BMI kategorisiert: BMI 30 kg/m2, Fettleibigkeit. Bivariate und multivariate logistische Regressionsmodelle wurden verwendet, um den Zusammenhang zwischen dem BMI und Outcome-variabeln zu untersuchen. RESULTATE: 301 septische Schockpatienten wurden identifiziert. Der BMI war bivariat mit der Mortalität auf der Intensivstation assoziiert (OR, 0,91; 95% CI, 0,86-0,98; p = 0,007). Es gab keine signifikante Assoziation zwischen dem BMI und der Mortalität auf der Intensivstation. Allerdings waren höhere BMI Werte trendmässig mit einer niedrigeren Intensivstations-mortalität assoziiert (OR, 0,93; 95% CI, 0,86-1,01; p = 0,09). Während übergewichtige (OR, 0,43; 95% CI, 0,19-0,98; p = 0,04) und fettleibige (OR, 0,28; 95% CI, 0,08-0,93; p = 0,04) Patienten ein unabhängig niedrigeres Risiko auf der Intensivstation zu versterben hatten als normalgewichtige Patienten, gab es keinen Unterschied im Sterberisiko zwischen normal- und untergewichtigen Patienten (p = 0,22). Ein hoher BMI war unabhängig mit einer geringen Häufigkeit eines akutem Deliriums (p = 0,04) und einer geringeren Intensivwieder-aufnahmerate (p = 0,001), aber mit mehr Harnwegsinfektionen (p = 0,02) assoziiert. SCHLUSSFOLGERUNG: Bis zu einem BMI von 50 kg/m2 scheint keine Assoziation zwischen BMI und schlechterem Überleben auf der Intensivstation oder im Krankenhaus bei septischen Schockpatienten zu bestehen. Im Gegenteil, hohe BMI Werte könnten sogar das Risiko am septischen Schock zu versterben reduziere

From Research to Industry: Development of a High-Resolution Measurement System for Mirrored Heliostats in Series Production

A new measurement system able to measure the shape accuracy of complete mirrored heliostat modules in series production was developed. The applied deflectometry measurement method is based on the reflection of regular patterns in the mirror surface and their distortions due to mirror surface deviations. The measurement system’s key features are its high spatial resolution, its low global measurement uncertainty of less than 0.2 mrad and its total measurement and evaluation time of few minutes. The measurement process is contact-free and completely automatic, which allows a 100% optical quality control of the production of the heliostat modules for a typical solar tower power plant. The system is validated by measuring a flat reference surface and by comparison to manual photogrammetry measurements. This makes the new measurement system, called QDec-M-Helio, a valuable tool for final geometric quality control of heliostats in series production, especially for new generation heliostats which obtain its final curvature during a bonding process between mirror and support structure from a precise jig

Patient*innen-Sicherheit 4.0: „Fehler der Woche“ – Um die Vorbildfunktion geht’s!

BACKGROUND The rate of mistakes and near misses in clinical medicine remains staggering. The tendency to cover up mistakes is rampant in "name-blame-shame" cultures. The need for safe forums where mistakes can be openly discussed in the interest of patient safety is evident. Following a comprehensive review of the literature, a semi-structured weekly conference, named "mistake of the week" (MOTW), was introduced, enabling physicians to voluntarily discuss their mistakes and near-misses. The MOTW is intended to encourage cultural change in how physicians approach, process, accept and learn from their own and their peers' mistakes. This study seeks to assess if physicians appreciate, benefit from and are motivated to participate in MOTW. METHODS Physicians and medical students of the I. and II. Medizinische Klinik at the Academic Teaching Hospital Klinikum Konstanz (Germany) were eligible to participate voluntarily. Four groups of physicians (n=3-6) and one group of medical students (n=5) volunteered to participate in focus group interviews, which were videotaped, transcribed and analyzed. RESULTS The following success factors are crucial for dealing with and voluntarily disclosing mistakes and near-misses: 1. Exemplification ("follow the boss's lead"), 2. Fixed time slots and a clear forum, 3. Reporting mistakes without fear of penalty or punishment, 4. A trusting working atmosphere. The key effects of the MOTW approach are: 1. People report their mistakes more, 2. Relief, 3. Psychological safety, 4. Lessons learned/errors (potentially) reduced. DISCUSSION The MOTW conference models an ideal forum to mitigate hierarchy and promote a sustainable organizational dynamic in which mistakes and near misses can be discussed in an environment free from "name-blame-shame", with the ultimate goal of potentially improving patient care and safety.Hintergrund (Beinahe-)Fehler kommen im komplexen Gesundheitswesen häufig vor. Hierarchisch geprägte Strukturen begünstigen eine Fehlerkultur des „Name – Blame – Shame“ (benenne, klage an, beschäme), (Beinahe-)Fehler werden vertuscht, verharmlost oder totgeschwiegen. Eine der größten Herausforderungen der modernen Medizin ist die Schaffung eines Umfelds, welches durch offene Berichterstattung (Beinahe-)Fehler systematisch analysiert und ermöglicht, daraus etwas zu lernen. Ärzt*innen haben hierbei wegen des ausgeprägten Hierarchiegefüges und des traditionellen Rollenverständnisses eine Schlüsselfunktion. Methoden Nach entsprechender Literaturanalyse wurde das flächendeckend anzuwendende Modell „Fehler der Woche“ (FdW) entwickelt, welches jedem (ärztlichen) Teammitglied erlaubt, offen über (Beinahe-)Fehler zu berichten. Fünf Fokusgruppen wurden durchgeführt und gemäß qualitativem Forschungsansatz via thematischer Analyse ausgewertet. Ergebnisse Folgende wesentliche Erfolgsfaktoren für einen angstfreien Umgang mit (Beinahe-)Fehlern (Modell FdW) wurden identifiziert: 1. Vorbildfunktion („Der Chef macht’s vor“), 2. fester Zeitslot/„Fehlerbühne“, 3. sanktionsfreies Berichten eigener Fehler, 4. vertrauensvolles Arbeitsklima. Folgende relevanten Auswirkungen resultierten hieraus: 1. eigene Fehler werden häufiger berichtet, 2. Erleichterung/Entlastung, 3. psychologische Sicherheit, 4. Lerneffekt. Diskussion Das Modell „Fehler der Woche“ ist in der Lage, einen nachhaltigen Kulturwandel einzuleiten, gemäß dem Motto „ich bin gewiss nicht stolz darauf, dass mir ein (Beinahe-)Fehler unterlaufen ist – jedoch sehr stolz darauf, dass ich im Sinne der Patient*innen-Sicherheit darüber reden kann“

Fast calibration of heliostats

We present the HelioPoint method - a fast airborne method for calibrating entire heliostat fields