Neue DNA-Biosensoren mit direkter elektrochemischer Detektion auf Basis von Metall-PNA-Konjugaten

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung neuartiger Biosensoren für die DNA-Analytik auf der Basis von Konjugaten aus Peptid-Nukleinsäure(PNA) mit kovalent gebundenen Metallocenen (Ferrocen und Cobaltocenium) beschrieben. Kommerziell erhältliche DNA-Arrays sind hinsichtlich der Erkennung von Punktmutationen in den Targets limitiert, da DNA-Oligomere als Sonden über keine ausreichend hohe Spezifität verfügen. PNA-Oligomere hingegen hybridisieren mit komplementären DNA-Sequenzen via Watson-Crick-Basenpaarung, jedoch zeigen die Duplizes eine erhöhte Schmelztemperatur und zugleich eine gesteigerte Empfindlichkeit gegenüber Fehlstellen im Vergleich zu DNA•DNA-Hybriden. Die kovalent an die PNA gebundenen Metallocene gestatten eine elektrochemische Detektion der erfolgten Hybridisierung mittels Square-Wave-Voltammetrie (SWV) und Cyclovoltammetrie (CV). Es wurden neuartige Konjugate aus elektrochemisch aktiven Metallverbindungen und Peptidnukleinsäuren (PNA) synthetisiert und charakterisiert. Ferner wurde das Hybridisierungsverhalten mit voll-komplementärer sowie mit Fehlstellen-haltiger DNA mittels UV-Schmelzexperimenten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine intern gelegene Fehlstelle einen weitaus größeren Destabilisierungseffekt mit sich bringt als eine terminal liegende. Ferner wurde anhand dieser Experimente das Hybridisierungsverhalten auf Oberflächen immobilisierter Hybride im Vorfeld geprüft und die Temperaturbedingungen für die elektrochemischen Messungen optimiert. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden die PNA-Metall-Oligomere als Einzelstränge sowie als PNA•DNA-Hybride via SH-Gruppen auf die Oberfläche eigens präparierter Gold-Mikroelektroden aufgebracht. Die Oberfläche und Zusammensetzung dieser so genannten „self-assembled monolayers“ (SAMs) wurde mit Hilfe der Ellipsometrie und der Röntgen-Photo-Elektronenspektroskopie charakterisiert. Die immobilisierten Metall-PNA-Einzelstränge wurden mit voll-komplementärer und Fehlstellen-haltiger DNA zusammengebracht und die Hybridisierung mit SWV sowie mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) verfolgt. Im Sinne einer Array-Technik konnte mit Metall-PNA als Sonde auf elektrochemischem Wege zwischen voll-komplementärem und Fehlstellen-haltigem DNA-Target unterschieden werden

In memoriam M. Rainer Lepsius: Eine kritische Würdigung der Schrift „Soziale Schichtung in der industriellen Gesell-schaft“

Der Beitrag setzt sich mit der von Rainer M. Lepsius in den 1960er Jahren entworfenen Konzept einer soziologischen Ungleichheitsforschung auseinander. Es wird die von Lepsius kenntnisreich dargestellt Theoriedebatte auf heute bezogen und vor allem auf die Anschlussfähigkeit an den mechanism approach hingewiesen. Als besondere Leistung von Lepsius wird dessen Plädoyer für eine empirisch-erfahrungswissenschaftliche Ungleichheitsforschung vermerkt, die früh auf zwei Mechanismen der Ungleichheitsbildung hinweist: die Differenzierung von Positionen und deren Zuweisung auf die einzelnen Individuen

Behavioral Recovery and Early Decision Making in Patients with Prolonged Disturbance in Consciousness after Traumatic Brain Injury

The extent of behavioral recovery that occurs in patients with traumatic disorders of consciousness (DoC) following discharge from the acute care setting has been under-studied and increases the risk of overly pessimistic outcome prediction. The aim of this observational cohort study was to systematically track behavioral and functional recovery in patients with prolonged traumatic DoC following discharge from the acute care setting. Standardized behavioral data were acquired from 95 patients in a minimally conscious (MCS) or vegetative state (VS) recruited from 11 clinic sites and randomly assigned to the placebo arm of a previously completed prospective clinical trial. Patients were followed for 6 weeks by blinded observers to determine frequency of recovery of six target behaviors associated with functional status. The Coma Recovery Scale-Revised and Disability Rating Scale were used to track reemergence of target behaviors and assess degree of functional disability, respectively. Twenty percent (95% confidence interval [CI]: 13-30%) of participants (mean age 37.2; median 47 days post-injury; 69 men) recovered all six target behaviors within the 6 week observation period. The odds of recovering a specific target behavior were 3.2 (95% CI: 1.2-8.1) to 7.8 (95% CI: 2.7-23.0) times higher for patients in MCS than for those in VS. Patients with preserved language function ("MCS+") recovered the most behaviors (p ≤ 0.002) and had the least disability (p ≤ 0.002) at follow-up. These findings suggest that recovery of high-level behaviors underpinning functional independence is common in patients with prolonged traumatic DoC. Clinicians involved in early prognostic counseling should recognize that failure to emerge from traumatic DoC before 28 days does not necessarily portend unfavorable outcome

A portable device for nucleic acid quantification powered by sunlight, a flame or electricity.

A decentralized approach to diagnostics can decrease the time to treatment of infectious diseases in resource-limited settings. Yet most modern diagnostic tools require stable electricity and are not portable. Here, we describe a portable device for isothermal nucleic-acid quantification that can operate with power from electricity, sunlight or a flame, and that can store heat from intermittent energy sources, for operation when electrical power is not available or reliable. We deployed the device in two Ugandan health clinics, where it successfully operated through multiple power outages, with equivalent performance when powered via sunlight or electricity. A direct comparison between the portable device and commercial qPCR (quantitative polymerase chain reaction) machines for samples from 71 Ugandan patients (29 of which were tested in Uganda) for the presence of Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus DNA showed 94% agreement, with the four discordant samples having the lowest concentration of the herpesvirus DNA. The device's flexibility in power supply provides a needed solution for on-field diagnostics

Robust Unsupervised Learning via L-statistic Minimization.

Designing learning algorithms that are resistant to perturbations of the underlying data distribution is a problem of wide practical and theoretical importance. We present a general approach to this problem focusing on unsupervised learning. The key assumption is that the perturbing distribution is characterized by larger losses relative to a given class of admissible models. This is exploited by a general descent algorithm which minimizes an L - statistic criterion over the model class, weighting small losses more. Our analysis characterizes the robustness of the method in terms of bounds on the reconstruction error relative to the underlying unperturbed distribution. As a byproduct, we prove uniform convergence bounds with respect to the proposed criterion for several popular models in unsupervised learning, a result which may be of independent interest. Numerical experiments with \textsc{kmeans} clustering and principal subspace analysis demonstrate the effectiveness of our approach

Valorization of organic carbon in primary sludge via semi-continuous dark fermentation: First step to establish a wastewater biorefinery

In this study, lab-scale, bench-scale, and pilot-scale experiments were carried out to optimize short-chain fatty acids production from primary sludge. Batch tests showed the requirement of short retention times and semi-continuous operation mode showed a plateau of maximum daily productivity at 36-hours hydraulic retention time with minimal methanation. Optimization from pH 5 to pH 10 at 36 h-hydraulic retention time under long-term semi-continuous operating mode revealed that production of short-chain fatty acids was pH dependent and highest yields could be achieved at pH 7 by establishing optimum redox conditions for fermentation. Pilot-scale experiments at 32 °C showed that daily productivity (3.1 g∙L$_{reactor}$$^{-1}$∙d$_{HRT}$$^{-1}$) and yields (150 mg∙g$_{VS}$$^{-1}$; OLR = 21 g$_{VS}$∙L$_{reactor}$$^{-1}$∙d$_{HRT}$$^{-1}$; pH 7) of short-chain fatty acids could be significantly improved, specifically for acetic and propionic acids. From these results, a robust dark fermentation step for recovery of valuable products from the solids treatment step in a biorefinery can be achieved

Mechanismen in der erklärenden Soziologie: zur Logik und Forschungspraxis mechanismischer Erklärungen am Beispiel des Machtmechanismus

"In die Klärung der Frage, welche Aufgaben, Arbeitsweisen und Ansprüche die Soziologie haben kann, ist im Anschluss an die Mikro-Makro-Diskussion durch die Entwicklung mehrstufiger Erklärungsmodelle und die methodologisch eingebundene Diskussion adäquater Handlungstheorien wieder Bewegung gekommen, und beginnt sich mit der Behandlung sozialer Mechanismen ein integratives Forschungsprogramm abzuzeichnen, das einerseits an den klassischen Erklärungs- und Analysebestand anknüpft, und andererseits auch Defizite und Probleme bei der Erklärung sozialer Sachverhalte zu beheben oder doch zumindest zu bearbeiten verspricht. Im Anschluss an die Ausarbeitung einer mehrstufigen Erklärungslogik und eines soziologischen Erklärungsmodells soll gezeigt werden, dass und in welchem Sinne die Soziologie ein erklärendes und integratives Programm verfolgen kann, in dessen Mittelpunkt soziale Mechanismen stehen. Die Verfasser wollen dazu einerseits den Vorschlag unterbreiten, soziale Phänomene in vierstufigen Mehrebenenargumenten mit einem handlungstheoretischen Fundament zu erklären und damit zu zeigen, angesichts welcher sozialer Interdependenzen und Situationskonstellationen und auf welchen Wegen und mit welchen Konsequenzen es Akteuren gelingt, soziale Mechanismen in Gang zu setzen. Sie wollen damit behaupten, dass sich Ablaufmuster aus dem situationsgebundenen, intentionalen Handeln der Akteure (für die unterschiedliche Grade und Formen des Wissens, verschiedene Handlungskapazitäten und Ausstattungen in Rechnung gestellt werden können) erklärt werden können und dass sich deren Typik aus erwartbaren Rückwirkungen auf die Handlungssituation und das weitere Tun der Akteure erschließen und auch der empirischen Beobachtung zugänglich machen lässt. In den Sozialwissenschaften allgemein und in der Soziologie im Besonderen liegen vielfältige, allerdings weit verstreute und zumeist unverbundene Rekonstruktionen, Erklärungen und Analysen 'typischer Ablaufmuster' in sozialen, ökonomischen, politischen und kulturellen Handlungsfeldern vor. Für die Ökonomie lässt sich auf die traditionelle Erklärung und Analyse (pareto-optimaler) Verteilungen knapper Ressourcen über den Markt (was durchaus verschiedene Marktformen zulässt) verweisen und in der Soziologie auf Prozesse der Akkumulation von Macht, Anerkennung, Positionen, aber auch von Wissen und Symbolen auf Individuen, die ihren beredten Ausdruck in Strukturen sozialer Ungleichheit finden. Sie meinen, die in verschiedenen sozialen Kontexten beobacht- und rekonstruierbaren Mechanismen im Rahmen eines mehrstufigen Erklärungsmodells mit Hilfe verschiedener Situationsmodelle und einer kontrollierten Variation des Handlungsmodells zusammenführen, deren allgemeine Logik handlungstheoretisch erschließen und auf konkrete historische Situationen übertragen zu können. Am Beispiel des Macht-Mechanismus soll die heuristische Fruchtbarkeit der skizzierten Vorgehensweise exemplifiziert und die daran anschließenden Möglichkeiten zu einer kontinuierlichen Verbesserung und Erweiterung mechanismischer Modelle dokumentiert werden. Damit wollen sie die Möglichkeiten für die Soziologie demonstrieren, theoretisch ausbau- und empirisch bestätigungsfähige 'Forschungsprogramme' zu definieren und Anschlussmöglichkeiten zu den Nachbardisziplinen herzustellen." (Autorenreferat

Classical and quantum properties of cylindrically polarized states of light

We investigate theoretical properties of beams of light with non-uniform polarization patterns. Specifically, we determine all possible configurations of cylindrically polarized modes (CPMs) of the electro-magnetic field, calculate their total angular momentum and highlight the subtleties of their structure. Furthermore, a hybrid spatio-polarization description for such modes is introduced and developed. In particular, two independent Poincar\'e spheres have been introduced to represent simultaneously the polarization and spatial degree of freedom of CPMs. Possible mode-to-mode transformations accomplishable with the help of conventional polarization and spatial phase retarders are shown within this representation. Moreover, the importance of these CPMs in the quantum optics domain due to their classical features is highlighted.Comment: 22 pages, 8 figure