Fourier optical processing enables new capabilities in diamond magnetic imaging

Diamond-based magnetic field sensors have attracted great interest in recent years. In particular, wide-field magnetic imaging using nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond has been previously demonstrated in condensed matter, biological, and paleomagnetic applications. Vector magnetic imaging with NV ensembles typically requires an applied field (>10 G) to separate the contributions from four crystallographic orientations, hindering studies of magnetic samples that require measurement in low or independently specified bias fields. Here we decompose the NV ensemble magnetic resonance spectrum without such a bias field by modulating the collected light at the microscope's Fourier plane. In addition to enabling vector magnetic imaging at arbitrarily low fields, our method can be used to extend the dynamic range at a given bias field. As demonstrated here, optically-detected diamond magnetometry stands to benefit from Fourier optical approaches, which have already found widespread utility in other branches of photonics.Comment: 40 pages, 11 figure

Introduction and Removal of Disinfection Byproducts and Mutagenic Activity by Chemical and Photolytic Treatments

La désinfection des eaux de consommation par chloration est connue comme étant à l'origine de la formation de sous-produits organochlorés. Certains de ces sous produits présentent une activité mutagène. Les plus abondants produits organochlorés et les plus fréquemment présents dans les eaux sont les trihalométhanes, les haloacétonitriles, les acides haloacétiques, les chlorocétones et les chlorophénols. En 1981, Holmbom et al ont mentionné l'identification d'une hydroxyfuranone chlorée, le 3-chloro-4-(dichlorométhyl-5-hydroxy-2 (5H)furanone (ou MX), dans des effluents de papeterie.Puis, il a été montré que le MX est un des plus puissants mutagènes, en termes de génotoxicité mesurée par le test d'Ames, avec les souches TA 100. En 1985, le MX a été détecté dans des extraits d'eaux chlorées issues de Finlande. Un peu plus tard, il a été évalué que le MX contribue à plus de 57 % de la génotoxicité des eaux. Le MX a été de nouveau détecté dans des eaux chlorées aux USA, au Canada, au Royaume Uni, au Japon et en Chine.Pendant les deux dernières décennies, les distributeurs d'eau potable ont fait des progrès significatifs dans la diminution des concentrations en organochlorés dans les eaux. Ces améliorations de la qualité des eaux passe par l'utilisation croissante d'eaux brutes de meilleure qualité (eaux souterraines), la surpression de la pré-chloration et l'amélioration du traitement de la coagulation-floculation, de la filtration (en particulier, lente sur sable), de la pré-oxydation (avec d'autres réactifs désinfectants que le chlore) pour conduire à l'utilisation de faibles doses de chlore en désinfection finale. Cependant, il reste des préoccupations d'ordre génotoxique concernant la présence de sous-produits organochlorés dans les eaux de consommation. Cet article est une revue de certains de nos résultats sur la production et l'élimination des Sous-produits de désinfection et l'activité mutagène qu'ils engendrent, après traitement de différentes eaux par le chlore, le dioxyde de chlore, la monochloramine, I'ozone, les radiations W et différents traitements combinés.L'allure de la réponse de mutagénicité et l'identification des sous-produits organochlorés ayant été trouvées similaires pour des solutions de substances humiques chlorées en laboratoire et des eaux potables chlorées, les eaux brutes contenant des substances humiques sont donc tout à fait adaptées aux études de laboratoires sur la formation des sous-produits de désinfection dans les eaux potables. Les eaux étudiées dans ce travail ont été collectées dans le lac Savojärvi situé au sud-ouest de la Finlande, dans l'eau souterraine de St Jansklooster aux Pays Bas et dans les rivières Meuse et Rhin, également aux Pays-Bas. L'eau du lac Savojärvi et celle de St Jansklooster sont des eaux fortement colorées de par la présence de concentrations élevées en substances humiques (COD de 20 mg/l et 6,5 mg/l, respectivement). Les teneurs en COD des eaux de la Meuse et du Rhin étaient de 3,8 mg/l et 4,2 mgA, respectivement. Les prélèvements d'eau ont été filtrés (0,45 µm) et le pH a été ajusté à 7,0 (par une solution de soude et un tampon phosphate) avant toute expérimentation. Les désinfectants et les doses utilisées sont donnés dans Ie tableau 1La MX et autres composés mutagènes ont été extraits des eaux acidifiées (pH 2,1) par extraction liquide-liquide (en 4 fois) par de l'éther éthylique fraîchement distillé. La totalité des extraits ont été déshydratés par congélation à - 20·C. Une partie des extraits a été ensuite évaporée à sec et le résidu a été redis sous dans du diméthyl sulfoxyde et l'activité mutagène a été testée. Une autre partie de l'extrait, dans laquelle a été ajouté l'acide mucobromique comme étalon interne, a été utilisée pour le dosage du MX. Cet extrait a été évaporé à sec, puis méthylé pendant 1 heure à 70 ·C, avec du méthanol en présence de 2 % d'acide sulfurique. Après neutralisation avec 2 % de bicarbonate de sodium et extraction des dérivés methylés par le n-hexane, les extraits ont été analysés par CG/SM.Les produits de réaction volatils, formés pendant l'irradiation UV ont été isolés par la technique de CLSA ("closed-loop stripping apparatus") décrite par Grob et Zurcher en 1976. Une série de 1-chloroalcanes ont été utilisés comme étalons internes.Les acides carboxyliques ont été isolées par extraction liquide-liquide de l'eau acidifié (pH 1) et analyse après estérification par le butanol en milieu acide.Le chloroforme a été extrait de 100 ml de chaque échantillon, par de l'éther de pétrole dopé avec du tetrachloroéthylène comme étalon interne.Les tests de mutagénicité ont été effectués en accord avec la méthode de Ames et al., utilisant la souche TA 100 Salmonella typhimurium, sans activation métabolique. Le 3-chloro-1,2-propanediol a été utilisé comme contrôle positif. La contribution du MX à la mutagénicité de la souche TA 100, a été calculée en multipliant la concentration molaire du MX par la mutagénicite spécifique du MX (5 600 revertants nets/nmol).Le carbone organique dissous (COD) a été dosé par un analyseur de carbone Ionics 555 à la concentration en AOX, avec un analyseur Dohrmann DX 20.L'identification du MX et des autres sous-produits acides a été réalisée par un détecteur de masse HP 5971 couplé à une chromatographie gazeuse HP 5980 (séries 11) et un système de données Vectra 386/25. Les données sur le détermination du MX ont été acquises en mode SlM. L'identification a été basée sur la correspondance des temps de rétention et sur l'intensité relative des pics de fragmentation, en accord avec les données du tableau 2. Les données pour les autres acides ont été acquises en mode ionisation.La séparation a été effectuée sur une colonne capillaire HP 1, de 25 m de longueur et de 20 µm de diamètre intérieur avec une épaisseur de phase stationnaire de 0,33 µm La température du four de chromatographie a été programmée de 50 ac à 270 ·C, à une vitesse de 8 ·C/min. Le spectrophotométre de masse a été réglé en mode impact électronique (70 eV) et la température de la source d'ions, à 140·C. La quantification des acides carboxyliques a été effectuée à l'aide d'une chromatographie gazeuse Varian (modèle 3700) équipée d'un détecteur à ionisation de flamme et d'une station de travail Omega de Perkin Elmere. La quantification du chloroforme a été effectuée avec le même équipement. Les analyses ont été faites en isotherme (50 ·C) et la détection, assurée par un détecteur à capture d'électrons. Les chlorites ont été déterminés par titrage à la DPD-FAS.L'eau du lac riche en substances humiques qui a été traitée par le procédé d'oxydation combinée UV/chlore a été trouvée fortement mutagène et contenant des concentrations de MX et de chloroforme plus élevées que dans l'eau traitée au chlore seul.La même observation a pu être faite concernant la mutagénicité et la concentration en chloroforme des eaux pré-traitées avec des faibles doses d'ozone et par UV/ozone, respectivement.Quand des doses plus élevées de ces oxydants puissants ont été utilisées en prétraitement, I'activité mutagène, les concentrations en MX et chloroforme ont été trouvées plus faibles que dans les eaux chlorées sans pré-traitement.La combinaison UV/ozone a été trouvée être plus efficace que l'ozonation seule dans la destruction des composés précurseurs de mutagénicité et de chloroforme.Plus la teneur en dioxyde de chlore est élevée dans la combinaison chloretdioxyde de chlore, plus les niveaux de mutagénicité et les concentrations de MX, chloroforme et AOX sont faibles. La production de chlorites augmente avec la proportion de dioxyde de chlore.Des aldéhydes, des n-alcanes et des acides carboxyliques de faible masse moléculaire ont été identifiés comme sous-produits du traitement par UV de l'eau de lac riche en substances humiques. L'activité mutagène (rapportée au COD) est approximativement similaire après chloration de l'eau de surface et des eaux souterraines riches en substances humiques, qu'après chloration des eaux des rivières Meuse et Rhin, contenant des faibles teneurs de substances humiques. Toutefois, les précurseurs de MX ont été trouvés être plus abondants dans les eaux riches en substances humiques que dans les eaux de rivières.Samples from four different raw water sources were treated with various disinfectants and subjected to chemical analyses and mutagenicity assays. The following disinfectants were used: chlorine (Cl2), chlorine dioxide (ClO2), monochloramine (NH2Cl), ozone (O3), ultraviolet radiation (UV), and combinations of Cl2/ClO2, O3/Cl2, UV/Cl2, and UV/O3/Cl2. The samples were analysed for adsorbable organic halogens (AOX), chloroform (CHCl3), carboxylic acids, volatile organics, chlorite, the strong mutagen 3-chloro-4 (dichloromethyl)-5-hydroxy-2 (5H)-furanone (MX), and mutagenic activity (as detected by the Ames test).Humic lake water which had been treated with the combination UV/Cl2 exhibited a higher level of mutagenicity and higher concentrations of MX and CHCl3 than water treated with Cl2 alone. The same observation was made for the mutagenicity and the CHCl3 concentration in waters preoxidized with low doses of O3 and UV/O3, respectively. When higher doses of these powerful oxidants were used in the pretreatment step, the level of mutagenicity, MX and CHCI3 were lower than in water chlorinated without pretreatment. The combination UV/O3 was found to be more efficient than O3 alone in destroying the precursor material to the mutagenic compounds and chloroform.The higher the proportion of ClO2 in the combined Cl2/ClO2 process, the lower the levels of mutagenicity, MX, CHCl3, and AOX. The production of inorganic chlorite increased with a higher proportion of ClO2.Aldehydes, n-alkanes, and low molecular-weight carboxylic acids were identified as byproducts following UV treatment of humic lake water.The mutagenic activity (per amount of DOC) was approximately similar after chlorination of humic rich surface- and ground waters as after chlorination of waters from the rivers Meuse and Rhine, containing relatively low amounts of humic matter. The precursors to MX were found to be more abundant in the humic waters than in the river waters

Educational games - are they worth the effort? A literature survey of the effectiveness of serious games

Over the last decade educational games have become more and more popular. There are many games specifically designed as educational games, as well as a number of entertainment games that have been successfully used for educational purposes. The EduGameLab project aims to stimulate the use of games in the classroom. This paper presents a meta-analysis of the effectiveness of game-based learning and focuses specifically on empirical evidence on the effectiveness of using games in education in the last decade. Moreover, the study focuses on usage in formalized school contexts, i.e. pre-school, elementary school, secondary school, high school and higher education. As secondary aims we also assess whether there are any clear methodological trends and whether a link could be found between the outcome of empirical studies and the evaluator being a stakeholder in the game development.</p

Sharing experiences with serious games - the EduGameLab rating tool for parents and teachers

Computer games have been recognized for their educational potential for some time now and the number of educational games available has steadily increased in recent years. As the number of educational games available increases, serious games are starting to face a similar dilemma to other types of educational resources: how can educators or parents easily find the most relevant games and share their experiences from using them these games? To this end the EduGameLab project has developed a tool for sharing experiences about educational games among educators and parents in the form of a database of educational games and experiences of individual educators and parents with these games. The development of this database was based on a metadata schema for formally describing serious games and experiences with these games. In this paper we report on the development of this database, revisit and refine the metadata schema based on our experiences and evaluate the usability and usefulness of the database based on feedback gathered at practical workshops with educators.</p

Nickel: A very fast diffuser in silicon

Nickel is increasingly used in both IC and photovoltaic device fabrication, yet it has the potential to create highly recombination-active precipitates in silicon. For nearly three decades, the accepted nickel diffusivity in silicon has been DNi(T)=2.3×10exp−3 exp(−0.47 eV/kBT) cm2/s, a surprisingly low value given reports of rapid nickel diffusion in industrial applications. In this paper, we employ modern experimental methods to measure the higher nickel diffusivity DNi(T)=(1.69±0.74)×10exp−4 exp(−0.15±0.04 eV/kBT)  cm2/s. The measured activation energy is close to that predicted by first-principles theory using the nudged-elastic-band method. Our measured diffusivity of nickel is higher than previously published values at temperatures below 1150 °C, and orders of magnitude higher when extrapolated to room temperature.Peer reviewe

Removing orientation-induced localization biases in single-molecule microscopy using a broadband metasurface mask

Nanoscale localization of single molecules is a crucial function in several advanced microscopy techniques, including single-molecule tracking and wide-field super-resolution imaging. Until now, a central consideration of such techniques is how to optimize the precision of molecular localization. However, as these methods continue to push towards the nanometre size scale, an increasingly important concern is the localization accuracy. In particular, single fluorescent molecules emit with an anisotropic radiation pattern of an oscillating electric dipole, which can cause significant localization biases using common estimators. Here we present the theory and experimental demonstration of a solution to this problem based on azimuthal filtering in the Fourier plane of the microscope. We do so using a high-efficiency dielectric metasurface polarization/phase device composed of nanoposts with subwavelength spacing. The method is demonstrated both on fluorophores embedded in a polymer matrix and in dL5 protein complexes that bind malachite green

Neurochemical Changes in the Mouse Hippocampus Underlying the Antidepressant Effect of Genetic Deletion of P2X7 Receptors.

Recent investigations have revealed that the genetic deletion of P2X7 receptors (P2rx7) results in an antidepressant phenotype in mice. However, the link between the deficiency of P2rx7 and changes in behavior has not yet been explored. In the present study, we studied the effect of genetic deletion of P2rx7 on neurochemical changes in the hippocampus that might underlie the antidepressant phenotype. P2X7 receptor deficient mice (P2rx7-/-) displayed decreased immobility in the tail suspension test (TST) and an attenuated anhedonia response in the sucrose preference test (SPT) following bacterial endotoxin (LPS) challenge. The attenuated anhedonia was reproduced through systemic treatments with P2rx7 antagonists. The activation of P2rx7 resulted in the concentration-dependent release of [3H]glutamate in P2rx7+/+ but not P2rx7-/- mice, and the NR2B subunit mRNA and protein was upregulated in the hippocampus of P2rx7-/- mice. The brain-derived neurotrophic factor (BDNF) expression was higher in saline but not LPS-treated P2rx7-/- mice; the P2rx7 antagonist Brilliant blue G elevated and the P2rx7 agonist benzoylbenzoyl ATP (BzATP) reduced BDNF level. This effect was dependent on the activation of NMDA and non-NMDA receptors but not on Group I metabotropic glutamate receptors (mGluR1,5). An increased 5-bromo-2-deoxyuridine (BrdU) incorporation was also observed in the dentate gyrus derived from P2rx7-/- mice. Basal level of 5-HT was increased, whereas the 5HIAA/5-HT ratio was lower in the hippocampus of P2rx7-/- mice, which accompanied the increased uptake of [3H]5-HT and an elevated number of [3H]citalopram binding sites. The LPS-induced elevation of 5-HT level was absent in P2rx7-/- mice. In conclusion there are several potential mechanisms for the antidepressant phenotype of P2rx7-/- mice, such as the absence of P2rx7-mediated glutamate release, elevated basal BDNF production, enhanced neurogenesis and increased 5-HT bioavailability in the hippocampus

Energy performance contracting (EPC): a suitable mechanism for achieving energy savings in housing cooperatives? Results from a Norwegian pilot project

The barriers to energy savings in institutions and private homes are well known and include people’s lack of interest, awareness, knowledge and human and financial capacity. Experiences made in several countries show that EPC—energy performance contracting—may be used for overcoming many of these barriers. A typical EPC project is delivered by an energy service company (ESCO) and the contract is accompanied with a guarantee for energy savings. EPC is increasingly taken in use in the professional market (firms and the public sector), but is less common in the residential sector market. It has been suggested that there are several barriers for using EPC in the domestic sector such as the uncertainty involved in estimating forthcoming reductions in private consumption. In this paper, we present the results from a pilot project on the use of EPC in a housing cooperative in Oslo. The project was initiated and observed by the researchers. The research followed a transdisciplinary methodology in that it was conducted by both researcher and practitioner (co-authors) in close collaboration with members of the housing cooperative and the ESCOs, who also contributed to the interpretation of results. We document the process in terms of why the Board decided to join the EPC pilot, the call for offers from ESCOs who guaranteed that purchased annual energy would be reduced by one third, the responses to and negotiations of the offer from the ESCO who became contracted in the initial phase and up to the moment when the General Assembly finally decided to not invest in the proposed energy saving measures. We find that the residents not only had limited interest in energy savings but also lacked confidence in the EPC process. This contributed to the outcome. We discuss the findings in relation to the barriers to using EPC among housing cooperatives. We highlight the need for more knowledge about the client side for understanding how barriers may be overcome. Three specific recommendations for how EPC may successfully be employed among housing cooperatives are suggested as follows: (i) include refurbishment and not only energy savings in the EPC, (ii) identify the residents’ needs in an early phase and (iii) communicate the EPC principle to the residents throughout the process