Using the Discrete Dipole Approximation and Holographic Microscopy to Measure Rotational Dynamics of Non-spherical Colloidal Particles

We present a new, high-speed technique to track the three-dimensional translation and rotation of non-spherical colloidal particles. We capture digital holograms of micrometer-scale silica rods and sub-micrometer-scale Janus particles freely diffusing in water, and then fit numerical scattering models based on the discrete dipole approximation to the measured holograms. This inverse-scattering approach allows us to extract the the position and orientation of the particles as a function of time, along with static parameters including the size, shape, and refractive index. The best-fit sizes and refractive indices of both particles agree well with expected values. The technique is able to track the center of mass of the rod to a precision of 35 nm and its orientation to a precision of 1.5$^\circ$, comparable to or better than the precision of other 3D diffusion measurements on non-spherical particles. Furthermore, the measured translational and rotational diffusion coefficients for the silica rods agree with hydrodynamic predictions for a spherocylinder to within 0.3%. We also show that although the Janus particles have only weak optical asymmetry, the technique can track their 2D translation and azimuthal rotation over a depth of field of several micrometers, yielding independent measurements of the effective hydrodynamic radius that agree to within 0.2%. The internal and external consistency of these measurements validate the technique. Because the discrete dipole approximation can model scattering from arbitrarily shaped particles, our technique could be used in a range of applications, including particle tracking, microrheology, and fundamental studies of colloidal self-assembly or microbial motion.Comment: 11 pages, 9 figures, 2 table

Die Aktivität der gamma-Glutamyltransferase im Serum des Rindes- eine retrospektive Studie

Mit vorliegender Arbeit wurde die Aussagekraft der gamma-Glutamyltransferase (GGT) im Serum des Rindes geprüft. Anhand der Krankheitsbilder von 1128 Rinderpatienten der Medizinischen Tierklinik der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig der letzten sieben Jahre und eines breiten Untersuchungsspektrums zum Fett- und Leberstoffwechsel, Parametern zur Beurteilung des Nieren- und Muskelstoffwechsels, sowie dem Blutbild, der Blutgasanalyse, den Elektrolyten, Mengen- und Spurenelementen wurde untersucht, welche Parameter Beziehungen zur Aktivitätshöhe der GGT haben. Zusätzlich erfolgten Untersuchungen zum Verlauf der Enzymaktivität, der prognostischen Aussagekraft und anhand einer lebergesunden Population von 1450 Rindern die Einschätzung eines Referenzwertes der GGT. Der in der Humanmedizin nachgewiesene Einfluss, einer Vielzahl von extrahepato-biliären Erkrankungen und Parametern auf die Aktivitätshöhe der GGT, konnte in den Untersuchungen dieser Studie am Rind nicht bestätigt werden. Die GGT korrelierte hoch signifikant (p£ 0,01) mit den untersuchten Leberparametern [Glutamat-dehydrogenase (GLDH), Aspartataminotransferase (AST), Alkalische Phosphatase (AP) und Gesamtbilirubin], der Beurteilung der Gallenblase intra operationem sowie dem cholestaseinduzierenden Krankheitsbild der rechten Labmagenverlagerung (LMV). Nur geringe Bezüge ließen sich zu den anderen Parametern der klinisch-chemischen Serumanalyse, des Blutbildes und der Blutgase sowie Erkrankungen anderer Organsysteme errechnen. Somit kann die Leberspezifität der GGT in der Buiatrik und ihre Funktion als cholestaseanzeigendes Enzym bestätigt werden. Untersuchungen zur Aussage des Enzyms über den Gesamtlipidgehalt der Leber erfolgten anhand der Auswertung von Leberbioptaten, mittels Kupfersulfat-Schwimmtest und durch pathohistologische Untersuchung. Eine Korrelation der gamma-GT mit dem Gesamtlipidgehalt der Leber konnte mit r= 0,45 bzw. r= 0,39 statistisch signifikant (p£ 0,01) nachgewiesen werden. Ein schneller, hochgradiger Anstieg des Enzyms, der nach Therapie auch schnell wieder absank, sprach für Enzyminduktion durch Cholestase, wie sie auch das Krankheitsbild der rechten LMV verursacht. Langsame Anstiege, wie sie in der Literatur beschrieben worden sind, scheinen auf Leberzellschäden unterschiedlicher Genese hinzudeuten. Ein Absinken der Enzymaktivität in den Referenzbereich, erfolgte in solchen Fällen im Median nach fünfeinhalb Wochen. Die durch periphere Insulinresistenz induzierten Hyperglycämien scheinen aufgrund des verzögerten Enzymanstieges nicht mit der Höhe der GGT-Aktivität zu korrelieren. Eine generelle prognostische Aussagekraft konnte der GGT nicht nachgewiesen werden. Die Aktivitäten der Eingangsuntersuchungen von Patienten mit exitus letalis unterschieden sich nicht statistisch signifikant von den Aktivitäten der überlebenden Rinder. Auch aus den Verlaufs- und Enduntersuchungen konnten keine Aussagen quo ad vitam getroffen werden. Patienten, die eine rechte LMV aufwiesen und mit einer hochgradigen Erhöhung der GGT vorgestellt wurden, waren prognostisch schlechter zu bewerten, als Rinder mit dem gleichen Krankheitsbild und einer niedri-geren Enzymaktivität. Bei Patienten mit linker LMV und solchen ohne LMV ergab sich in der Regel, unabhängig vom Ausgang, ein Anstieg der Enzymaktivität im Verlauf des stationären Aufenthaltes. Ein Referenzwert der GGT-Aktivität im Serum des Rindes konnte anhand einer lebergesunden Population bei 30 U/l ermittelt werden. 80 % der Leberbiopsien wiesen eine Leberverfettung auf, davon 50 % eine mittel- oder hochgradige. Eine prognostische Aussagekraft des Grades der Leberverfettung quo ad vitam konnte in dieser Studie nicht bestätigt werden. Die Aussagekraft der untersuchten Leberenzyme zum Verfettungsgrad der Leber waren statistisch hoch signifikant (p£ 0,01) mit Korrelationskoeffizienten der AST mit r= 0,71, der GLDH mit r= 0,59, dem Gesamtbilirubin mit r= 0,43 und der AP mit r= 0,39. Schlussfolgerungen: Die GGT-Aktivität im Serum des Rindes kann (unter Berücksichtigung des herabgesetzten Referenzwertes) aufgrund der nachgewiesenen Spezifität und Sensitivität bei hepatobiliären Erkrankungen, durchaus als eine diagnostische Bereicherung im buiatrischen Lebersuchprogramm angesehen werden. Die Enzymaktivität korrelierte zwar mit dem Grad der intrahepatischen Lipidakkumulation, aufgrund des perakuten bis akuten Geschehens bei Kühen, konnten im Gegensatz zur Humanmedizin, latente Leberveränderungen nicht sicher diagnostiziert werden. Für die Therapie und Prognose wird sich (außer bei der rechten LMV) kaum ein Nutzen aus der Bestimmung der GGT-Aktivität im Serum des Rindes ziehen lassen

The relation of personality and intelligence - what can the Brunswik symmetry principle tell us?

Personality and intelligence are defined as hierarchical constructs, ranging from broad g-factors to (domain-)specific constructs. The present study investigated whether different combinations of hierarchical levels lead to different personality-intelligence correlations. Based on the integrative data analysis approach, we combined a total of five data sets. The focus of the first study (N = 682) was an elaborated measurement of personality (NEO-PI-R), which was applied with a relatively short intelligence test (Intelligence Structure Test 2000 R). In the second study (N = 413), a comprehensive measurement of intelligence (Berlin Intelligence Structure test) was used with a shorter personality questionnaire (NEO-FFI). In line with the Brunswik symmetry principle, the findings emphasize that personality-intelligence correlations varied greatly across the hierarchical levels of constructs considered in the analysis. On average, Openness showed the largest relation with intelligence. We recommend for future studies to investigate personality-intelligence relations at more fine-grained levels based on elaborated measurements of both personality and intelligence

Mittelalterliche Heldengeschichten. Materialien für die Grundschule

Die Reihe MimaSch bündelt Unterrichtsentwürfe für alle Schulformen und Altersstufen zum Einsatz von mittelalterlicher Sprache und Literatur im Deutschunterricht und schließt damit ein in diversen Fachpublikationen angemahntes Desiderat in diesem Bereich. Im ersten Band dieser Reihe werden Module für die Grundschule zu mittelalterlichen Heldengeschichten präsentiert, die 2013 an der Grundschule Bischberg (Landkreis Bamberg) in einer Projektwoche erprobt und für die Veröffentlichung optimiert wurden. Die vorgelegten Unterrichtsmaterialien sind mit einer kurzen Einführung zum jeweiligen Themenschwerpunkt versehen und als in sich geschlossene Unterrichtssequenz konzipiert. Gleichzeitig können die Materialien aber auch separat für vielfältige weitere unterrichtliche Zwecke eingesetzt werden

Clustering of chronic hepatitis B screening intentions in social networks of Moroccan immigrants in the Netherlands

Background Early detection, identification, and treatment of chronic hepatitis B through screening is vital for those at increased risk, e.g. born in hepatitis B endemic countries. In the Netherlands, Moroccan immigrants show low participation rates in health-related screening programmes. Since social networks influence health behaviour, we investigated whether similar screening intentions for chronic hepatitis B cluster within social networks of Moroccan immigrants. Methods We used respondent-driven sampling (RDS) where each participant ("recruiter") was asked to complete a questionnaire and to recruit three Moroccans ("recruitees") from their social network. Logistic regression analyses were used to analyse whether the recruiters' intention to request a screening test was similar to the intention of their recruitees. Results We sampled 354 recruiter-recruitee pairs: for 154 pairs both participants had a positive screening intention, for 68 pairs both had a negative screening intention, and the remaining 132 pairs had a discordant intention to request a screening test. A tie between a recruiter and recruitee was associated with having the same screening intention, after correction for sociodemographic variables (OR 1.70 [1.15-2.51]). Conclusions The findings of our pilot study show clustering of screening intention among individuals in the same network. This provides opportunities for social network interventions to encourage participation in hepatitis B screening initiatives

Comparison of contact patterns relevant for transmission of respiratory pathogens in Thailand and the Netherlands using respondent-driven sampling

Understanding infection dynamics of respiratory diseases requires the identification and quantification of behavioural, social and environmental factors that permit the transmission of these infections between humans. Little empirical information is available about contact patterns within real-world social networks, let alone on differences in these contact networks between populations that differ considerably on a socio-cultural level. Here we compared contact network data that were collected in the Netherlands and Thailand using a similar online respondent-driven method. By asking participants to recruit contact persons we studied network links relevant for the transmission of respiratory infections. We studied correlations between recruiter and recruited contacts to investigate mixing patterns in the observed social network components. In both countries, mixing patterns were assortative by demographic variables and random by total numbers of contacts. However, in Thailand participants reported overall more contacts which resulted in higher effective contact rates. Our findings provide new insights on numbers of contacts and mixing patterns in two different populations. These data could be used to improve parameterisation of mathematical models used to design control strategies. Although the spread of infections through populations depends on more factors, found similarities suggest that spread may be similar in the Netherlands and Thailand

Combined analysis of gut microbiota, diet and PNPLA3 polymorphism in biopsy‐proven non‐alcoholic fatty liver disease

Background and aims: Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a global health burden. Risk factors for disease severity include older age, increased body mass index (BMI), diabetes, genetic variants, dietary factors and gut microbiota alterations. However, the interdependence of these factors and their individual impact on disease severity remain unknown. Methods: In this cross-sectional study, we performed 16S gene sequencing using fecal samples, collected dietary intake, PNPLA3 gene variants and clinical and liver histology parameters in a well-described cohort of 180 NAFLD patients. Principal component analyses were used for dimensionality reduction of dietary and microbiota data. Simple and multiple stepwise ordinal regression analyses were performed. Results: Complete data were available for 57 NAFLD patients. In the simple regression analysis, features associated with the metabolic syndrome had the highest importance regarding liver disease severity. In the multiple regression analysis, BMI was the most important factor associated with the fibrosis stage (OR per kg/m2 : 1.23, 95% CI 1.10-1.37, P < .001). The PNPLA3 risk allele had the strongest association with the histological grade of steatosis (OR 5.32, 95% CI 1.56-18.11, P = .007), followed by specific dietary patterns. Low abundances of Faecalibacterium, Bacteroides and Prevotella and high abundances of Gemmiger were associated with the degree of inflammation, ballooning and stages of fibrosis, even after taking other cofactors into account. Conclusions: BMI had the strongest association with histological fibrosis, but PNPLA3 gene variants, gut bacterial features and dietary factors were all associated with different histology features, which underscore the multifactorial pathogenesis of NAFLD

Soil bacterial networks are less stable under drought than fungal networks

Soil microbial communities play a crucial role in ecosystem functioning, but it is unknown how co-occurrence networks within these communities respond to disturbances such as climate extremes. This represents an important knowledge gap because changes in microbial networks could have implications for their functioning and vulnerability to future disturbances. Here, we show in grassland mesocosms that drought promotes destabilising properties in soil bacterial, but not fungal, co-occurrence networks, and that changes in bacterial communities link more strongly to soil functioning during recovery than do changes in fungal communities. Moreover, we reveal that drought has a prolonged effect on bacterial communities and their co-occurrence networks via changes in vegetation composition and resultant reductions in soil moisture. Our results provide new insight in the mechanisms through which drought alters soil microbial communities with potential long-term consequences, including future plant community composition and the ability of aboveground and belowground communities to withstand future disturbances

Universality of clone dynamics during tissue development.

The emergence of complex organs is driven by the coordinated proliferation, migration and differentiation of precursor cells. The fate behaviour of these cells is reflected in the time evolution their progeny, termed clones, which serve as a key experimental observable. In adult tissues, where cell dynamics is constrained by the condition of homeostasis, clonal tracing studies based on transgenic animal models have advanced our understanding of cell fate behaviour and its dysregulation in disease (1, 2). But what can be learned from clonal dynamics in development, where the spatial cohesiveness of clones is impaired by tissue deformations during tissue growth? Drawing on the results of clonal tracing studies, we show that, despite the complexity of organ development, clonal dynamics may converge to a critical state characterized by universal scaling behaviour of clone sizes. By mapping clonal dynamics onto a generalization of the classical theory of aerosols, we elucidate the origin and range of scaling behaviours and show how the identification of universal scaling dependences may allow lineage-specific information to be distilled from experiments. Our study shows the emergence of core concepts of statistical physics in an unexpected context, identifying cellular systems as a laboratory to study non-equilibrium statistical physics.Wellcome Trus