Characterisation of cold atmospheric plasma afterglow for decontamination

The exploration missions of outer space and the associated search for extra-terrestrial lifeforms require to fulfil the international planetary protection policies of COSPAR. Today, dry heat microbial reduction (DHMR) and vapor phase bioburden reduction using hydrogen peroxide (VHP) are validated sterilisation methods for space missions. However, the fact that these methods could negatively influence sensitive materials increases the demand of alternative decontamination methods for space research. Cold atmospheric plasma (CAP) provides one of the most promising low-temperature decontamination methods and comprises various benefits such as low cost, simple design and comfortable usage. In the presented work, a newly developed plasma afterglow circulation apparatus (PACA) based on the surface micro-discharge (SMD) technology is investigated. To understand the important chemical reaction processes and to evaluate the presented PACA as a useful alternative decontamination method for planetary protection, this thesis combines interdisciplinary research fields of physics, biology and chemistry. In particular, the chemical reaction processes, the microbial inactivation and the material compatibility of the plasma treatment are investigated

Characterisation of cold atmospheric plasma afterglow for decontamination

The exploration missions of outer space and the associated search for extra-terrestrial lifeforms require to fulfil the international planetary protection policies of COSPAR. Today, dry heat microbial reduction (DHMR) and vapor phase bioburden reduction using hydrogen peroxide (VHP) are validated sterilisation methods for space missions. However, the fact that these methods could negatively influence sensitive materials increases the demand of alternative decontamination methods for space research. Cold atmospheric plasma (CAP) provides one of the most promising low-temperature decontamination methods and comprises various benefits such as low cost, simple design and comfortable usage. In the presented work, a newly developed plasma afterglow circulation apparatus (PACA) based on the surface micro-discharge (SMD) technology is investigated. To understand the important chemical reaction processes and to evaluate the presented PACA as a useful alternative decontamination method for planetary protection, this thesis combines interdisciplinary research fields of physics, biology and chemistry. In particular, the chemical reaction processes, the microbial inactivation and the material compatibility of the plasma treatment are investigated

From competition to a sustainable raw materials diplomacy: pointers for European policymakers

German and European businesses are highly dependent on metals. Demand for these raw materials is expected to grow even further as they will be needed for the green energy and electric mobility tran­sition, digitalisation and other emerging technologies. Geopolitical developments influence security of supply. China's central role in mineral supply chains is a major factor of uncertainty in this con­text. The European Union has set ambitious sustainability targets. Implementing these in complex multi-tier metal supply chains is no easy matter, given the magnitude of environmental and human rights risks. Nevertheless, sustainability should not be sacrificed for security of supply. Instead, the European Union should pursue a strategic raw materials policy that reconciles the demands of both. The two biggest challenges in sustainability governance are: firstly, the diversity of standards and their inconsistent implementation and enforce­ment; and secondly, power asymmetries and lack of transparency along metal supply chains. A sustainable raw materials policy must seek to reduce dependency through strategic diversification and partnerships with countries that share European values. Transparency-enhancing measures and a regu­latory "smart mix" will be decisive elements. (authors's abstract

Influence of repeated pyrethroid applications on the sensitivity of pyrethroid-resistant pollen beetles (Meligethes aeneus F.) and their offspring

In der Vergangenheit erfolgte die Kontrolle von Rapsglanzkäfern hauptsächlich durch die Anwendung von synthetischen Pyrethroiden. Durch die häufige und einseitige Nutzung dieser Insektizidgruppe entstand ein hoher Selektionsdruck, der die Ausbildung einer Resistenz zur Folge hatte, die sich über ganz Deutschland und viele europäische Länder ausgebreitet hat. Das Ausweichen auf Insektizide mit anderen Wirkmechanismen ist nur bedingt möglich, da nur wenige solcher Produkte verfügbar sind.Um die Sensitivität von adulten Rapsglanzkäfern und deren Nachkommen gegenüber lambda-cyhalothrin zu untersuchen, wurde 2012 ein Feldversuch mit zwei unbehandelten Kontrollparzellen und zwei fünfmal mit lambda-cyhalothrin behandelten Parzellen durchgeführt. Um die Sensitivität der Käfer, die Dosierungen von 0.015 bis 0.375 μg lambda-cyhalothrin cm–2 ausgesetzt waren, zu überprüfen, wurde der Adult-Vial-Test genutzt. Alle Proben wurden als resistent oder hoch resistent eingestuft. Über den Versuchszeitraum wurden Schwankungen in der Sensitivität festgestellt. Es traten nur geringe Sensitivitätsunterschiede zwischen Käfern aus behandelten und unbehandelten Parzellen auf. Dennoch waren die Sen­sitivitätsschwankungen zwischen aufeinanderfolgenden Sammelterminen in den behandelten Parzellen geringer.Die mittels Photoeklektoren gefangenen Jungkäfer wiesen ein ähnliches Resistenzniveau wie die Elterngeneration auf. Im Vergleich zur Sensitivität der überwinterten Generation zeigten die Jungkäfer geringere LD50-Werte. Die Anzahl der zur Verpuppung in den Boden abwandernden Larven war in den mit lambda-cyhalothrin behandelten Parzellen 18% geringer als in den unbehandelten Par­zellen. Ähnliche Unterschiede wurden bei der Anzahl der schlüpfenden Jungkäfer festgestellt. Dies deutet auf einen unerheblichen Effekt der Pyrethroid-Applikationen auf die Populationsdynamik von resistenten Rapsglanzkäfern hin. DOI: 10.5073/JfK.2014.03.01, https://doi.org/10.5073/JfK.2014.03.01In the past, control of pollen beetles was mainly based on the application of synthetic pyrethroids. The frequent and indiscriminate use of this insecticide class resulted in a high selection pressure, ensuing in the formation of resistance, which has spread over the whole area of Germany and many European countries. Replacement by insecticides with other modes of action is limited as few alternative products are available.To analyze the relative sensitivity of adult pollen beetles and their offspring to lambda-cyhalothrin, a field trial was conducted in 2012 which included two control plots without insecticide applications and two plots sprayed five times with lambda-cyhalothrin. The Adult-Vial-Test was used to analyze the sensitivity of the beetles when exposed to dosages from 0.015 to 0.375 μg lambda-cyhalothrin cm–2. All samples were classified as resistant or highly resistant. Over the trial period fluctuations of the sensitivity were noticed. Only small differences occurred between the sensitivity of beetles from treated and untreated plots. However, the fluctuation of the sensitivity between successive sampling dates was smaller in treated plots.New generation pollen beetles were caught by using photoeclectors and the resistance classified relative to their parent generation. In comparison to the sensitivity of the overwintered generation, new generation beetles showed lower LD50-values. The number of larvae migrating to soil for pupation in plots treated with lambda-cyhalothrin, was 18% lower than in untreated plots. Similar differences occurred with the number of emerging adults of the new generation. This indicates a negligible effect of pyrethroid applications on population dynamics of resistant pollen beetles. DOI: 10.5073/JfK.2014.03.01, https://doi.org/10.5073/JfK.2014.03.0

Growth and development of Artemisia annua l. on different soil types

Artemisia annua, a neophyte from the temperate zone in Asia, became established within 30 years on the banks of the middle course of the river Elbe. One reason for the fast expansion and the success of this plant is its settlement ability on different soil types, which was tested with field and greenhouse experiments. A. annua displays a remarkable phenotypic plasticity, comparable to successful weeds such as e. g. Chenopodium album. Available nutrients are readily utilized for an increase of biomass and diaspore production. The relatively low demands on its environment paired with the ability to exploit resources successfully help A. annua to colonize different sites of the river banks

Early Postnatal Infection with Human Cytomegalovirus Has Long Term Consequences on Brain Structure of Former Preterm Born Children

Während eine kongenitale, intrauterine Infektion mit humanem Cytomegalievirus (hCMV) die häufigste nicht genetische Ursache einer angeborenen, schweren geistigen Behinderung ist, hinterlässt eine postnatale Infektion mit hCMV bei einem reifgeborenen Kind in der Regel keine neurologischen Langzeitfolgen. Bei einem Frühgeborenen sind die langfristigen Auswirkungen einer früh postnatalen hCMV Infektion noch umstritten. Neuropsychologische und funktionelle MR Studien zeigen bereits Hinweise auf eine zusätzliche, langfristige Beeinträchtigung. In dieser Arbeit wurden langfristige Auswirkungen einer früh postnatalen hCMV Infektion auf die Gehirnstruktur bei ehemaligen Frühgeborenen im Vergleich mit reifgeborenen Kontrollen untersucht. Wir stellten die Hypothese auf, dass solche langfristigen Auswirkungen nachweisbar sind, und zwar zusätzlich zum Effekt von Frühgeburtlichkeit an sich. Untersucht wurden Daten von 37 Frühgeborenen (FG), geboren ≤ 32 Schwangerschaftswochen und/oder mit ≤ 1500g Geburtsgewicht, wovon sich 14 früh postnatal mit hCMV infizierten (FG hCMV+), 23 blieben hCMV (FG hCMV ). Außerdem wurden Daten von 38 gesunden Reifgeborenen (RG) untersucht. Das mediane Alter aller 75 Probanden, davon 33 Mädchen, bei der Untersuchung war 13,6 Jahre (7,9-17,8 Jahre). Demographische und neuropsychologische Daten, sowie die globalen Gehirnvolumina wurden mittels Mann Whitney U Test oder Chi Quadrat Test mit einem Signifikanzniveau von p<0,05 (Bonferroni korrigiert) in SPSS 23 (IBM, Armonk, NY, USA) analysiert. Es wurden T1 gewichtete 3D Datensätze (TR/TE=1300/2,92ms, Auflösung 1×1×1mm³) an einem 1,5T Avanto Magnetresonanz (MR) Tomographen (Siemens, Erlangen, Deutschland) aufgenommen. Die MR Daten wurden innerhalb von Matlab (R2014b, The Mathworks, Natick, USA) mit CAT12 (Gaser & Dahnke, Universität Jena, Deutschland), einer Toolbox in SPM12 (Wellcome Trust Centre for Neuroimaging, University College London, UK) vorverarbeitet. Die Analyse erfolgte auf Basis von pädiatrischen Referenzgewebekarten. Für die Analyse wurde ein Generelles Lineares Modell (GLM) verwendet. Mittels „global scaling“ wurde für globale Volumenunterschiede korrigiert. Geschlecht und Alter wurden als Kovariaten berücksichtigt. Für multiple Vergleiche wurde mittels „threshold free cluster enhancement“ (TFCE) und „family wise error rate“ (FWEC; p<0,05) korrigiert. Analysiert wurden das lokale Volumen an grauer Substanz mittels voxel basierter Morphometry (VBM), sowie die Oberflächenparameter kortikale Dicke, Gyrierung und Sulcustiefe. Um die Einflüsse der Frühgeburtlichkeit zu untersuchen, wurden FG mit RG verglichen. Die FG zeigten signifikant niedrigere IQ Werte als die RG. Bei den FG war wie erwartet global und lokal in einigen Clustern das Volumen an grauer Substanz signifikant niedriger als bei den RG. Als Hauptergebnis der Oberflächenanalysen zeigte sich bei den FG eine großflächig verstärkte Gyrierung. Der Einfluss einer früh postnatalen hCMV Infektion bei FG wurde im Vergleich von FG hCMV vs. FG hCMV+ analysiert. FG hCMV+ wiesen eine Tendenz zu geringeren IQ Werte auf, allerdings ohne statistische Signifikanz. Interessanterweise zeigten FG hCMV+ vs. FG hCMV eine Tendenz zu höherem globalen Volumen an grauer Substanz, allerdings ebenfalls ohne statistische Signifikanz. Dahingegen zeigte sich überraschenderweise in den Oberflächenanalysen bei den FG hCMV+ eine großflächig und signifikant erhöhte kortikale Dicke gegenüber FG hCMV . Konkordant und ergänzend zu bisherigen Studien wiesen die FG global und lokal niedrigere Volumina an grauer Substanz sowie großflächig verstärkte Gyrierung auf. Der Fokus dieser Arbeit lag auf dem Vergleich zwischen FG hCMV und FG hCMV+. Hier zeigte sich, dass eine früh postnatale hCMV Infektion einen nachhaltigen Einfluss auf die Gehirnstruktur von FG hat. Dieser unterschied sich bemerkenswerterweise deutlich vom Einfluss der Frühgeburtlichkeit. Dies weist auf einen eigenständigen und unabhängigen Effekt der beiden Faktoren hin. Das bei den ehemals hCMV infizierten höhere globale Volumen an grauer Substanz erscheint auf den ersten Blick kontraintuitiv, ist jedoch durch den großflächig dickeren Kortex bei den FG hCMV+ erklärbar. Dieser Effekt der Infektion lässt sich wahrscheinlich durch eine Beeinflussung der Hirnreifung erklären, im Sinne einer Interferenz mit der kortikalen Proliferation und/oder Organisation. Dies scheint plausibel angesichts der Neigung von hCMV, bei frühen intrauterinen Infektionen kortikale Aufbaustörungen zu induzieren. Aus unseren Ergebnissen lässt sich schließen, dass die früh postnatale hCMV Infektion bei FG in unserem Kollektiv einen nachhaltigen Einfluss auf die Gehirnstruktur hat. Deshalb sollten Anstrengungen zur Vermeidung einer solchen Infektion weiter forciert werden

Intravascular tissue factor initiates coagulation via circulating microvesicles and platelets

Although tissue factor (TF), the principial initiator of physiological coagulation and pathological thrombosis, has recently been proposed to be present in human blood, the functional significance and location of the intravascular TF is unknown. In the plasma portion of blood, we found TF to be mainly associated with circulating microvesicles. By cell sorting with the specific marker CD42b, platelet-derived microvesicles were identified as a major location of the plasma TF. This was confirmed by the presence of full-length TF in microvesicles acutely shedded from the activated platelets. TF was observed to be stored in the α-granules and the open canalicular system of resting platelets and to be exposed on the cell surface after platelet activation. Functional competence of the blood-based TF was enabled when the microvesicles and platelets adhered to neutrophils, as mediated by P-selectin and neutrophil counterreceptor (PSGL-1, CD18 integrins) interactions. Moreover, neutrophil-secreted oxygen radical species supported the intravascular TF activity. The pools of platelet and microvesicle TF contributed additively and to a comparable extent to the overall blood TF activity, indicating a substantial participation of the microvesicle TF. Our results introduce a new concept of TF-mediated coagulation crucially dependent on TF associated with microvesicles and activated platelets, which principally enables the entire coagulation system to proceed on a restricted cell surface

Impact of Selected Small-Molecule Kinase Inhibitors on Lipid Membranes

Small-molecule protein kinase inhibitors are used for the treatment of various diseases. Although their effect(s) on the respective kinase are generally quite well understood, surprisingly, their interaction with membranes is only barely investigated; even though these drugs necessarily come into contact with the plasma and intracellular membranes. Using biophysical methods such as NMR, ESR, and fluorescence spectroscopy in combination with lipid vesicles, we studied the membrane interaction of the kinase inhibitors sunitinib, erlotinib, idelalisib, and lenvatinib; these drugs are characterized by medium log p values, a parameter reflecting the overall hydrophobicity of the molecules, which is one important parameter to predict the interaction with lipid membranes. While all four molecules tend to embed in a similar region of the lipid membrane, their presence has different impacts on membrane structure and dynamics. Most notably, sunitinib, exhibiting the lowest log p value of the four inhibitors, effectively influences membrane integrity, while the others do not. This shows that the estimation of the effect of drug molecules on lipid membranes can be rather complex. In this context, experimental studies on lipid membranes are necessary to (i) identify drugs that may disturb membranes and (ii) characterize drug–membrane interactions on a molecular level. Such knowledge is important for understanding the efficacy and potential side effects of respective drugs.Peer Reviewe

Decision making preferences in the medical encounter – a factorial survey design

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Up to now it has not been systematically investigated in which kind of clinical situations a consultation style based on shared decision making (SDM) is preferred by patients and physicians. We suggest the factorial survey design to address this problem.</p> <p>This method, which so far has hardly been used in health service research, allows to vary relevant factors describing clinical situations as variables systematically in an experimental random design and to investigate their importance in large samples.</p> <p>Methods/Design</p> <p>To identify situational factors for the survey we first performed a literature search which was followed by a qualitative interview study with patients, physicians and health care experts. As a result, 7 factors (e.g. "Reason for consultation" and "Number of therapeutic options") with 2 to 3 levels (e.g. "One therapeutic option" and "More than one therapeutic option") will be included in the study. For the survey the factor levels will be randomly combined to short stories describing different treatment situations.</p> <p>A randomized sample of all possible short stories will be given to at least 300 subjects (100 GPs, 100 patients and 100 members of self-help groups) who will be asked to rate how the decision should be made. Main outcome measure is the preference for participation in the decision making process in the given clinical situation.</p> <p>Data analysis will estimate the effects of the factors on the rating and also examine differences between groups.</p> <p>Discussion</p> <p>The results will reveal the effects of situational variations on participation preferences. Thus, our findings will contribute to the understanding of normative values in the medical decision making process and will improve future implementation of SDM and decision aids.</p