Molecular Mechanisms

Ectoine, a compatible solute and osmolyte, is known to be an effective protectant of biomolecules and whole cells against heating, freezing and extreme salinity. Protection of cells (human keratinocytes) by ectoine against ultraviolet radiation has also been reported by various authors, although the underlying mechanism is not yet understood. We present the first electron irradiation of DNA in a fully aqueous environment in the presence of ectoine and at high salt concentrations. The results demonstrate effective protection of DNA by ectoine against the induction of single-strand breaks by ionizing radiation. The effect is explained by an increase in low-energy electron scattering at the enhanced free- vibrational density of states of water due to ectoine, as well as the use of ectoine as an hydroxyl-radical scavenger. This was demonstrated by Raman spectroscopy and electron paramagnetic resonance (EPR)

Direct electron irradiation of DNA in a fully aqueous environment. Damage determination in combination with Monte Carlo simulations

We report on a study in which plasmid DNA in water was irradiated with 30 keV electrons generated by a scanning electron microscope and passed through a 100 nm thick Si3N4 membrane. The corresponding Monte Carlo simulations suggest that the kinetic energy spectrum of the electrons throughout the water is dominated by low energy electrons (<100 eV). The DNA radiation damage, single-strand breaks (SSBs) and double-strand breaks (DSBs), was determined by gel electrophoresis. The median lethal dose of D1/2 = 1.7 ± 0.3 Gy was found to be much smaller as compared to partially or fully hydrated DNA irradiated under vacuum conditions. The ratio of the DSBs to SSBs was found to be 1 : 12 as compared to 1 : 88 found for hydrated DNA. Our method enables quantitative measurements of radiation damage to biomolecules (DNA, proteins) in solutions under varying conditions (pH, salinity, co-solutes) for an electron energy range which is difficult to probe by standard methods

Analysis of vibrating microstructures using dynamic scanning electron microscopy : experiment and theory

Die vorgelegte Arbeit zeigt die Ausarbeitung und die Überprüfung einer Theorie, mit welcher die Ergebnisse aus einem neu entwickelten Mess-Verfahren (DySEM-Technik) beschrieben werden können. Mit dem Begriff "DySEM"(Dynamic Scanning Electron Microscopy) wird ein experimentelles Verfahren bezeichnet, bei dem ein Elektronenstrahl als Mess-Sonde über einem mikroskaligen Schwinger verfahren wird, wobei die Schwingung durch eingesetzte Lock-In Technik frequenzaufgelöst dargestellt werden kann. Neben dem klassischen Sekundärelektronen-Signal wird zur Bildgebung auch der Anteil aus dem Signal genutzt, der sich anregungssynchron ändert. Die DySEM-Technik ermöglicht eine direkte Visualisierung der Schwingungsdynamik der oszillierenden Struktur, da zwischen unterschiedlichen Eigenmoden (flexural, torsional) als auch den jeweiligen höheren Harmonischen optisch eindeutig unterschieden werden kann. Damit bietet sich dieses Verfahren als ein Werkzeug der Modal-Analyse mikroskaliger Schwinger an, welche in mikro- bzw. nanoelektromechanischen Systemen (MEMS bzw. NEMS) häufig Verwendung finden und bei denen eine Optimierung der Designparameter oft erst durch die Bildgebung der Schwingung zu erreichen ist. Zusätzlich zeigen die DySEM-Bilder charakteristische Amplituden-abhängige Bildmerkmale, die theoretisch verstanden werden müssen. Prinzipiell ist die DySEM-Technik nicht an den Elektronenstrahl als Mess-Sonde gekoppelt. Allerdings erweist sich gerade im Zuge fortschreitender Miniaturisierung mit immer kleinskaligeren Schwingern eine elektronenoptische Orts-Auflösung als günstig. Bei der theoretischen Analyse des Abbildungsmechanismus liegt der Fokus auf der Untersuchung der raum-zeitlichen Dynamik der Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und der periodisch darunter hinweg schwingenden Mikrostruktur, für die erstmals ein umfängliches Modell abgeleitet werden konnte, wodurch die detaillierte Interpretation der experimentellen Ergebnisse möglich wurde. Zusätzlich spielen lokale Eigenschaften (Materialeigenschaften) des Schwingers eine Rolle. Ebenso müssen die Beiträge von Energieverlustmechanismen zur Bildgebung berücksichtigt werden. Um die bildgebenden Gleichungen explizit ableiten zu können, beschränkt sich die mathematische Analyse in dieser Arbeit auf die Annahme eines frei oszillierenden, einseitig geklemmten Schwingers ohne Wechselwirkung mit Materie, wie es im DySEM-Experiment durch die Bildgebung im Hochvakuum angenähert wird. Die aufgrund dieses Modells simulierten DySEM-Bilder stimmen mit den experimentell gewonnenen Ergebnissen qualitativ und quantitativ gut überein. Erst das theoretische Modell des bildgebenden Prozesses ermöglicht es, aus dem DySEM-Verfahren ein quantitatives Analyse-Instrument zu machen. Ohne ein solches Verständnis des Zusammenhangs zwischen Bild-Kontrast und Interaktions-Geometrie ist eine quantitative Interpretation der DySEM-Bilder kaum möglich. Denn nur wenn die Unterscheidung zwischen der Nichtlinearität von Bildgebung und der Nichtlinearität eines Mess-Signals eindeutig ist, gelingt die Abgrenzung von linearen und nichtlinearen Effekten der mechanischen Schwingung mit Hilfe der DySEM-Technik. Das bedeutet, dass allein der Vergleich des gemessenen Abbildungsprofils des Schwingers mit der Form, welche die lineare Theorie vorhersagt, aussagekräftig ist. Die Analyse der Bildgebung der schwingenden Mikrostruktur mittels Rasterelektronenmikroskopie wird damit in der vorgelegten Arbeit in einer Kombination von Experiment, Theorie und Simulation erreicht.The thesis presented shows the development and verification of a theory, with which the results of a newly developed measuring method (DySEM technique) can be described. The term "DySEM"(Dynamic Scanning Electron Microscopy) denotes an experimental procedure for measuring the vibrational dynamics of a microscale oscillator using a scanning electron beam. In addition to the classical secondary electron (SE) signal, the dynamic part of the signal can be obtained using a lock-in amplifier synchronized to the excitation frequency. The DySEM technique enables the direct observation of freely vibrating structures, including several modes in the normal and torsional direction as well as their higher harmonics. Thus, this method is a tool of modal analysis of microscale structure in oscillation, which is frequently used in micro- and nanoelectromechanical systems (MEMS and NEMS) and where an optimization of the design parameters often only can be achieved by imaging the vibration. Additionally, the DySEM images contain characteristic amplitude-dependent image features that need to be understood theoretically. Thanks to the precise local definition of electron beam and to lock-in technique the vibration images exhibit high spatial resolution. Thus, in the framework of progressing miniaturization of vibrating structures an electron-optical resolution is proved to be advantageously. In this framework a new quantitative theoretical model is proposed for the interpretation of the characteristic properties of the obtained measurements. The model of imaging generating mechanism relates the experimental images to the spatio-temporal interaction between electron beam and periodically vibrating microstructure. So, for the first time the detailed interpretation of the experimental results was possible. In addition, local properties (material properties) of the micro-oscillator are important. Similarly, the contributions of energy loss mechanisms must be considered for imaging. To explicitly derive the imaging equations, the mathematical analysis is limited in this work to the adoption of a free oscillating unilaterally clamped oscillator without interaction with matter, as it is approximated in DySEM experiment by imaging in high vacuum. Simulated images show very good qualitatively and quantitatively correspondence to the experimental data. First the theoretical model of the imaging process makes it possible to use the DySEM-technique as a quantitative analysis tool. Without such an understanding of the relationship between image contrast and interaction geometry, a quantitative interpretation of the DySEM images is hardly possible. The advantage of DySEM technique is the ability to distinguish between artefacts based on the imaging process and features which carry relevant information (i.e. nonlinear mechanical behavior of the micro-oscillator). The analysis of the imaging of oscillating microstructures by means of scanning electron microscopy is thereby achieved in this work presented as a combination of experiment, theory and simulation

Enhanced DySEM imaging of cantilever motion using artificial structures patterned by focused ion beam techniques

We use a dynamic scanning electron microscope (DySEM) to map the spatial distribution of the vibration of a cantilever beam. The DySEM measurements are based on variations of the local secondary electron signal within the imaging electron beam diameter during an oscillation period of the cantilever. For this reason, the surface of a cantilever without topography or material variation does not allow any conclusions about the spatial distribution of vibration due to a lack of dynamic contrast. In order to overcome this limitation, artificial structures were added at defined positions on the cantilever surface using focused ion beam lithography patterning. The DySEM signal of such high-contrast structures is strongly improved, hence information about the surface vibration becomes accessible. Simulations of images of the vibrating cantilever have also been performed. The results of the simulation are in good agreement with the experimental images

Ectoin schützt DNA gegen ionisierende Strahlung

Ectoine plays an important role in protecting biomolecules and entire cells against environmental stressors such as salinity, freezing, drying and high temperatures. Recent studies revealed that ectoine also provides effective protection for human skin cells from damage caused by UV-A radiation. These protective properties make ectoine a valuable compound and it is applied as an active ingredient in numerous pharmaceutical devices and cosmetics. Interestingly, the underlying mechanism resulting in protecting cells from radiation is not yet fully understood. Here we present a study on ectoine and its protective influence on DNA during electron irradiation. Applying gel electrophoresis and atomic force microscopy, we demonstrate for the first time that ectoine prevents DNA strand breaks caused by ionizing electron radiation. The results presented here point to future applications of ectoine for instance in cancer radiation therapy.Ectoin spielt eine wichtige Rolle beim Schutz von Biomolekülen und ganzen Zellen vor Umweltstressoren wie Salzgehalt, Gefrieren, Trocknen und hohen Temperaturen. Neuere Studien haben gezeigt, dass Ectoin auch menschliche Hautzellen wirksam vor Schäden durch UV-A-Strahlung schützt. Diese schützenden Eigenschaften machen Ectoin zu einer wertvollen Verbindung und es wird als Wirkstoff in zahlreichen pharmazeutischen Geräten und Kosmetika eingesetzt. Interessanterweise ist der zugrunde liegende Mechanismus, der zum Schutz der Zellen vor Strahlung führt, noch nicht vollständig verstanden. Hier stellen wir eine Studie über Ectoin und seinen schützenden Einfluss auf die DNA während der Elektronenbestrahlung vor. Mit Gelelektrophorese und Rasterkraftmikroskopie zeigen wir erstmals, dass Ectoin DNA-Strangbrüche durch ionisierende Elektronenstrahlung verhindert. Die hier vorgestellten Ergebnisse deuten auf zukünftige Anwendungen von Ectoin beispielsweise in der Krebstherapie hin.DFG, STU 245/4–1, Biologische Konsequenzen einer nanoskaligen Energiedeposition: Fokussierung auf die Rolle niederenergetischer Elektrone

Agneta Pleijel, Torgny Lindgren, Gertrude Stein, Ingo Schulze, Heinrich Böll, Reflection on Argentine identity, Filmöversättning och språklekar

Innehåll Red: Inledning Agneta Pleijel: Varför litteraturen? Maria Bergom-Larsson: Lord Nevermore – Europa genom den kvinnliga blicken Sverker Ek: ”Utan berättelser förtorkar tiden”. Kring Agneta Pleijels roman Lord Nevermore Astrid Seeberger: Om mörkret kring människorna som bör skingras. Agneta Pleijels sökande efter sanningen – om den nu finns Ingela Pehrson Berger: ”Jag avbildar inte världen sådan som vi ser den.” Konsten som tema i fyra berättelser av Torgny Lindgren Ingemar Haag: Om sanning och lögn i självbiografisk mening. Gertrude Steins The Autobiography of Alice B. Toklas och Evererybody’s Autobiograph Katharina Strohkirch: Der gejagte Jäger. Emsige Erwerbslosigkeit in Ingo Schulzes Calcutta Thorsten M. Päplow: Heinrich Bölls Irländsk dagbok. Ett exempel på potentialen hos reselitteratur Débora Rottenberg: Identity rewritten: the representation of Indians and Britons in Argentine novels taking place in Tierra del Fuego Thorsten Schröter: På spaning efter den wit som flytt: dubbning och textning av språklekar i filmSerieredaktör: Sture Packalén (professor)</p