Quantitative monitoring of an activated sludge reactor using on-line UV-visible and near infrared spectroscopy

The performance of an activated sludge reactor can be significantly enhanced through use of continuous and real-time process-state monitoring, which avoids the need to sample for off-line analysis and to use chemicals. Despite the complexity associated with wastewater treatment systems, spectroscopic methods coupled with chemometric tools have been shown to be powerful tools for bioprocess monitoring and control. Once implemented and optimized, these methods are fast, nondestructive, user friendly, and most importantly, they can be implemented in situ, permitting rapid inference of the process state at any moment. In this work, UV-visible and NIR spectroscopy were used to monitor an activated sludge reactor using in situ immersion probes connected to the respective analyzers by optical fibers. During the monitoring period, disturbances to the biological system were induced to test the ability of each spectroscopic method to detect the changes in the system. Calibration models based on partial least squares (PLS) regression were developed for three key process parameters, namely chemical oxygen demand (COD), nitrate concentration (N-NO3−), and total suspended solids (TSS). For NIR, the best results were achieved for TSS, with a relative error of 14.1% and a correlation coefficient of 0.91. The UV-visible technique gave similar results for the three parameters: an error of ~25% and correlation coefficients of ~0.82 for COD and TSS and 0.87 for N-NO3−. The results obtained demonstrate that both techniques are suitable for consideration as alternative methods for monitoring and controlling wastewater treatment processes, presenting clear advantages when compared with the reference methods for wastewater treatment process qualification.Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) - PPCDT/AMB/60141/2004, bolsa de doutoramento SFRH/BD/32614/200

Essentials of Aquaphotomics and Its Chemometrics Approaches

Aquaphotomics is a novel scientific discipline involving the study of water and aqueous systems. Using light-water interaction, it aims to extract information about the structure of water, composed of many different water molecular conformations using their absorbance bands. In aquaphotomics analysis, specific water structures (presented as water absorbance patterns) are related to their resulting functions in the aqueous systems studied, thereby building an aquaphotome-a database of water absorbance bands and patterns correlating specific water structures to their specific functions. Light-water interaction spectroscopic methods produce complex multidimensional spectral data, which require data processing and analysis to extract hidden information about the structure of water presented by its absorbance bands. The process of extracting information from water spectra in aquaphotomics requires a field-specific approach. It starts with an appropriate experimental design and execution to ensure high-quality spectral signals, followed by a multitude of spectral analysis, preprocessing and chemometrics methods to remove unwanted influences and extract water absorbance spectral pattern related to the perturbation of interest through the identification of activated water absorbance bands found among the common, consistently repeating and highly influential variables in all analytical models. The objective of this paper is to introduce the field of aquaphotomics and describe aquaphotomics multivariate analysis methodology developed during the last decade. Through a worked-out example of analysis of potassium chloride solutions supported by similar approaches from the existing aquaphotomics literature, the provided instruction should give enough information about aquaphotomics analysis i.e. to design and perform the experiment and data analysis as well as to represent water absorbance spectral pattern using various forms of aquagrams-specifically designed aquaphotomics graphs. The explained methodology is derived from analysis of near infrared spectral data of aqueous systems and will offer a useful and new tool for extracting data from informationally rich water spectra in any region. It is the hope of the authors that with this new tool at the disposal of scientists and chemometricians, pharmaceutical and biomedical spectroscopy will substantially progress beyond its state-of-the-art applications

Akute Angioödeme : eine retrospektive Analyse zu Diagnose, Krankheitsverlauf und Therapiemanagement an der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie des Universitätsklinikums Ulm

Akute Angioödeme sind plötzlich auftretende Schwellungen der Haut und Schleimhäute, die durch unterschiedlichste pathophysiologische Mechanismen verursacht werden können. Bei einer Manifestation im Bereich der oberen Atemwege können sie zu lebensbedrohlichen Obstruktionen führen. Eine schnelle und effektive Therapie ist deshalb unerlässlich. Eine genaue Differenzierung der unterschiedlichen Angioödemursachen ist im Notfall aufgrund der zeitaufwändigen Labordiagnostik jedoch sehr schwierig und nur mit Hilfe einer ausführlichen Anamnese sowie anhand des klinischen Erscheinungsbildes möglich. Eine für die klinische Praxis sinnvolle Einteilung anhand der Mediatoren, Histamin und Bradykinin, ist entscheidend bei der Therapieauswahl sowie für den weiteren Krankheitsverlauf. In diese retrospektive Analyse wurden alle Patienten, die sich mit akut symptomatischen Angioödemattacken in einem Zeitraum vom 01.10.2010 bis zum 30.09.2016 in der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie des Universitätsklinikums Ulm erstmalig vorstellten, eingeschlossen. Die Datenerhebung erfolgte aus der klinikeigenen elektronischen Patientenakte. Ausgewertet wurden die Angioödemursachen, Schwellungslokalisationen, das zeitliche Auftreten, der Krankheitsverlauf sowie das Therapiemanagement. Insgesamt ergaben sich so 203 Fälle. Medikamenten-induzierte (RAE) und Mastzellmediator-vermittelte Angioödeme waren mit 41,4% und 24,6% am häufigsten. In 23,6% blieb die Angioödemursache unklar. Hereditäre Angioödem (HAE) traten mit 3,4% nur selten auf. Differentialdiagnosen wie entzündliche und durch eine mechanische Reizung verursachte Schwellungen machten insgesamt nur 6,9% aus. Die meisten RAE wurden durch Angiotensin-Converting-Enzyme-Hemmer verursacht (79,8%). Unter den HAE war der Typ I (85,7%) am häufigsten. Das durchschnittliche Alter aller Patienten zum Zeitpunkt der akuten Symptomatik lag bei 57,5 Jahren. Patienten mit RAE waren, mit einem mittleren Alter von 69,9 Jahren, statistisch signifikant älter als alle anderen. Insgesamt waren die Patienten in 52,7% weiblichen und in 47,3% männlichen Geschlechts. Am häufigsten (59,6%) befanden sich die Schwellungen enoral. Angioödeme im Bereich der Extremitäten, Genitalien und gastrointestinale Beschwerden traten fast ausschließlich bei HAE auf. Es zeigte sich eine weitgehend gleichmäßige saisonale Verteilung aller Angioödemattacken über das Jahr sowie eine Häufung in den frühen Morgenstunden (44,4%) und innerhalb des Bereitschaftsdienstes (16:15 - 07:45 Uhr, 66,7%). Die Zeitspanne der Einnahmedauer der Renin-Angiotensin-Aldosteron-System-beeinflussenden Medikamente vor erstmaligem Auftreten der RAE reichte von knapp einem Tag bis hin zu mehr als 20 Jahren. In 77,8% war eine stationäre Therapie und Überwachung erforderlich. Vor allem bei RAE war dies vergleichsweise häufig der Fall (90,5%). Im Gegensatz dazu konnten HAE oft ambulant (85,7%), z.B. durch die selbstständige Applikation eines Notfallsets, therapiert werden. Die mittlere Dauer der Symptomatik und auch der stationären Aufenthalte war bei RAE, vor allem im Vergleich zu den Zeiten der HAE, deutlich verlängert. Insgesamt erfolgte in 82,8% eine rein antiallergische Standardtherapie mit Glukokortikoiden, Antihistaminika und Epinephrin-Vernebelung. Nur HAE wurden zum größten Teil (85,7%) Bradykinin-spezifisch mit dem Bradykinin-2-Rezeptor-Antagonisten Icatibant oder C1-Esterase-Inhibitor-Konzentraten behandelt. RAE wurden trotz ihres bekannten Bradykinin-vermittelten Pathomechanismus nur in sehr schweren Verläufen und erst bei fehlender Rückbildung unter der antiallergischen Standardtherapie entsprechend zusätzlich mit einer Bradykinin-spezifischen Medikation behandelt (13,1%). In 3,4% kam es zu einem kritischen Verlauf, d.h. es war zur Sicherung der Atemwege eine Intubation und bei persistierender Schwellung teilweise zusätzlich eine Tracheostomie erforderlich. Das Risiko hierfür war bei enoraler Schwellungsmanifestation 4-fach und für RAE 9-fach erhöht. Da akute Angioödeme im Kopf-Hals-Bereich zu lebensbedrohlichen Atemwegsobstruktionen führen können, ist eine schnelle Diagnose und gezielte Therapie entscheidend. Wie in anderen Studien bereits bewiesen wurde, ist die antiallergische Standardtherapie bei Bradykinin-vermittelten Angioödemen der spezifischen Therapie unterlegen. Vor allem bei RAE könnten so in Zukunft durch eine sofortige Bradykinin-spezifische Therapie der Krankheitsverlauf entscheidend verkürzt und lange stationäre Aufenthalte sowie kritische Verläufe verhindert werden

Phänotypische und funktionelle Charakterisierung von in-vitro angezüchteten antigen-präsentierenden Zellen

Durch die Kultivierung von Stammzellen aus Nabelschnurblut mit unterschiedlichen Wachstumsfaktoren können APCs angezüchtet werden. Hinsichtlich der Oberflächenantigene können dabei drei Zellpopulationen unterschieden werden, die bezüglich ihrer phänotypischen und funktionellen Eigenschaften einem bestimmten Entwicklungsniveau, bzw. Zelltyp zugeordnet werden können: die heterogene Population (CD1a+/CD14+) ist eine unreife Zellpopulation, deren endgültiger Zelltyp noch nicht festgelegt ist. Dagegen handelt es sich bei den CD14+, bzw. CD1a+ Zellen um homogene und stabile Zellen. Erstgenannte sind Zellen mit Makrophagencharakter, die innerhalb des Immunsystems eine Effektorrolle spielen. Die CD1a+ Zellen hingegen sind dendritische Zellen mit Langerhanscharakter, die regulatorische Aufgaben zwischen der unspezifischen und spezifischen Immunantwort wahrnehmen