Biocompatibility of a polymer based on Off-Stoichiometry Thiol-Enes + Epoxy (OSTE+) for neural implants.

The flexibility of implantable neural probes has increased during the last 10 years, starting with stiff materials such as silicone to more flexible materials like polyimide. We have developed a novel polymer based on Off-Stoichiometry Thiol-Enes + Epoxy (OSTE+, consisting of a thiol, two allyls, an epoxy resin and two initiators), which is up to 100 times more flexible than polyimide. Since a flexible neural probe should be more biocompatible than a stiff probe, an OSTE+ probe should be more biocompatible than one composed of a more rigid material. We have investigated the toxicity of OSTE+ as well as of OSTE+ that had been incubated in water for a week (OSTE+H2O) using MTT assays with mouse L929 fibroblasts. We found that OSTE+ showed cytotoxicity, but OSTE+H2O did not. Extracts were analyzed using LC-MS and GC-MS in order to identify leaked chemicals

Analys av nickel med ICP-MS

Vid en granskning av nickelhalter för perioden 1985-2007 upptäcktes ett nivåskifte i tidsserierna på flera stationer mellan 2001 och 2002. Skiftet visade sig bero på att prover innan 2002 inte korrigerades för kalciuminterferens, medan prover under åren 2002-2007 korrigerades. Syftet med denna rapport är att utreda om resultaten före 2002 i efterhand kan korrigeras för kalciuminterferensen. Från 2002 finns ett antal prover (N=347) med resultat som både är kalciumkorrigerade och som inte är det. Skillnaden mellan dessa resultat korrelerar bra mot kalciumhalten i provet. Om den erhållna omräkningsformeln NiCa-korr (μg/l) = Niej Ca-korr (μg/l) – 0,495 * Ca (mekv/l) används för att räkna om värdena innan 2002 så försvinner det tydliga nivåskiftet i tidsserierna (se exempel figur A). Det certifierade referensmaterialet som analyserades styrker dessutom att omräkningen är korrekt genom att de omräknade värdena av SLRS-4 stämmer överens med det certifierade värde

Totalkväveanalyser vid Institutionen för vatten och miljö

Vattenkemiska laboratoriet vid Institutionen för vatten och miljö vid SLU har sedan 1987 bestämt halten totalkväve parallellt på två olika sätt för ett stort antal prover. Ett av sätten, som benämns Tot-N_sum, är att totalkvävehalten beräknas genom att summera Kjeldahlkvävet och summan av nitrit- och nitratkväve. Det andra sättet var att analysera totalhalten av kväve spektrofotometriskt efter persulfatuppslutning (Tot-N_ps). Den senare metoden ersattes 2007 med en bestämning av totalhalten kväve med en kemiluminiscensdetektor efter katalytisk oxidation till kväveoxider (Tot-N_TNb). Syftet med arbete har varit att jämföra resultaten mellan de olika bestämningssätten och utreda eventuella skillnade

Mälaren

Regelbunden miljöövervakning i Mälaren har pågått i snart 50 år och har sitt ursprung i de problem med kraftig övergödning som förelåg under mitten av 1960-talet. Sjön är intensivt utnyttjad som recipient för många olika typer av utsläpp, bland annat så tillförs en volym som motsvarar drygt 5% av det vatten som lämnar Mälaren genom Norrström från kommunala avloppsreningsverk, dagvatten och industrier i området. Att övervaka olika typer av påverkan är av yttersta vikt för att kunna se till att vattenkvaliteten inte försämras, utan att den i stället skall ständigt förbättras. Ett av de viktigaste stegen för att förbättra vattenkvaliteten i såväl Mälaren som i många andra svenska sjöar och vattendrag var införandet av ett kemiskt reningssteg i alla större avloppsreningsverk under slutet av 1960-talet och början av 70-talet. Detta har resulterat i de största förändringarna över tiden som kan ses i övervakningsdata genom att fosforhalterna i både Mälarens olika bassänger och i merparten av dess tillflöden började minska kraftigt i slutet av 60-talet, vilket även har resulterat i minskade problem med massförekomst av cyanobakterier i de mest drabbade fjärdarna Galten, Ekoln och Skarven. Under 1960- och 1970-talen var så kallade algblomningar med dessa cyanobakterier eller blågrön-alger som de tidigare kallades ett vanligt problem under högsommaren i stora delar av Mälaren. Problemen kvarstår dock i vissa delar, men är inte lika omfattande som när övervakningsprogrammets startade. Bedömningar av Mälarfjärdarnas nuvarande status med avseende på totalhalterna av fosfor för perioden 2009-2011 visar på en måttlig status med undantag för Görväln där statusen var god. Generellt sett är den sydöstra delen av Mälaren mer näringsfattig än övriga delar av Mälaren. Även kvävetillförseln till Mälaren via de större vattendragen har överlag minskat något under de senaste decennierna, men minskningarna har inte varit lika stora som för fosfor. Detta beror på att fokus för övergödningsproblemen i sötvatten vanligtvis är på fosfor. På senare tid har dock kväverening införts på många avloppsreningsverk, men då primärt för att minska kvävebelastningen på havet. Den minskade kvävetillförseln har inte resulterat i några drastiskt minskade totalhalter av kväve i merparten av Mälarens vatten, vilket delvis kan bero på att vissa cyanobakterier kan kompensera den minskade tillgången i vattnet med att fixera kväve från luften. En annan tänkbar orsak är ökade kvävebelastning från till exempel Mälarens jordbruksintensiva närområde. Trots att innehållet av övergödande näringsämnen i Mälarens vatten har minskat sedan 60-talet, så är sjön fortfarande påverkad av övergödning. Förutom de näringsämnen som når Mälaren via tillflödena, så kommer även en stor del från sjöns närområde. Närområdet har inte några stora vattendrag, utan transporten ut i sjön sker främst via mindre vattendrag som diken och små bäckar och åar. Området är viktigt eftersom en stor del av jordbruksmarken ligger i där. Dessutom är det få större sjöar i området, vilket gör att retentionen av näringsämnena är låg. Uppskattningsvis kommer ca 25 % av den totala jordbruksbelastningen av fosfor från Mälarens närområde. Totalt sett uppskattas att hela 64 % av fosfortillförseln kommer från jordbruket, medan andelen för kvävet är drygt hälften så stor. Andra betydande fosforkällor är enskilda avlopp, avloppsreningsverk och dagvatten, samt läckage från skogsmark, vilka vardera står för ca 6-8 % av fosfortillförseln. Avloppsreningsverkens utsläpp av kväve är mer betydande än fosforutsläppen och ca en fjärdedel av kvävet till Mälaren beräknas komma från de olika reningsverken. Sedan början av 2000-talet har de större avloppsreningsverken ålagts att begränsa kväveutsläppen. Detta har åstadkommits genom att exempelvis införa kväverening i vissa avloppsreningsverk, reducera kväve i utgående vatten från reningsverk i våtmarker eller genom att sommartid låta en del av det renade vattnet gå till energiskogsodlingar för att reducera näringsinnehållet. Det pågår även stora ansträngningar för att reducera fosfortillförseln från enskilda avlopp, till exempel genom att se till att dessa i större utsträckning ansluts till kommunala avloppsreningsverk. Ett annat viktigt vattenkvalitetsproblem är den ständigt ökade vattenfärgen. Under de senaste 50 åren har vattenfärgen ökat i Mälaren. Det mesta av färgökningen som sker i den västra delen av Mälaren når dock inte hela vägen österut genom sjön. Både fysikaliska, kemiska och biologiska processer leder till att färgen minskar när vattnet passerar igenom Mälaren. Vattenfärgen orsakas främst av löst organiskt material i form av humusämnen, samt i viss mån av järn- och manganföreningar. Att färgen blir brunare är i sig inget problem, men ökningen av löst organiskt material ger en försämring av råvattenkvaliteten till vattenverken. Det organiska materialet ökar behovet av att använda kemikalier i verken, då dessa ämnen kan gynna bakterietillväxt i vattenledningsnäten, vilket även kan medföra ett ökat behov av klorering i nätet för att hålla tillbaka bakterietillväxten. Stora mängder organiskt material i vattnet orsakade av exempelvis övergödning tär på syrgasförrådet i vattnet när det organiska materialet skall brytas ner. Detta är märkbart i de mest näringspåverkade och djupa fjärdarna i Mälaren. Lägst syrgashalter återfinns i Skarven där tillståndet har försämrats under de senaste 50 åren. Värst blir situationen under långa och varma somrar med en lång period av stabil temperaturskiktning i vattnet. Detta gör att vattnet förhindras att blandas om och ingen ny syrgas förs ner till de djupare delarna. Låga syrgashalter påverkar faunan negativt och kan i vissa fall resultera i fiskdöd. Syrgaskoncentrationerna i bottenvattnet är också en viktig faktor för andra bottenlevande djur. Bland annat har det noterats markanta minskningar i populationerna av vitmärlor (små kräftdjur) i Görväln och Södra Björkfjärden. Minskningarna sammanfaller med upprepade perioder med låga syrgaskoncentrationer i bottenvattnet. Mälaren är en artrik sjö vad gäller växtplanktonsammansättningen, vilket är att förvänta i en stor sjö med varierad morfologi och vattenkemi i de olika delbassängerna. Detta skapar olika förutsättningar för många olika typer av växtplankton att trivas i. Bedömningarna av den ekologiska statusen i Mälarens olika delbassänger med avseende på växtplankton tyder på att förhållandena är stabila vad gäller hur de påverkas av näringsnivåerna i sjön. Galten är den delbassäng som ligger sämst till vid bedömningar av den samlade ekologiska statusen. Under nittiotalet var statusen otillfredsställande, men trenden är positiv och statusen har under senare år sakta förbättrats till att nu vara måttlig. Granfjärden och Ekoln pendlar mellan att vara i måttlig status och god status. Statusen i Granfjärden har försämrats något den senaste treårsperioden till att vara måttlig, efter att ha varit i god status under en tid. För Ekoln är förhållandet det motsatt, då statusen under en period har varit måttlig, men har de senaste åren varit god. Södra Björkfjärden är den delbassäng som får bäst ekologisk status med avseende på näringspåverkan och den pendlar mellan hög och god status. Även Görvälns status har de senaste åren legat stabilt på den goda sidan av god-måttlig gränsen. Djurplanktonsamhället i Mälarens olika delar visar under det senaste decenniet på en minskande genomsnittlig individstorlek orsakad av en större andel hjuldjur och cyclopoida hoppkräftor. Orsaken till denna minskning kan bero på förändringar i livsmiljön till följd av klimatförändringar, vilket har lett till ökande ytvattentemperatur och ökande halter av bruna humusämnen. Minskande fosforhalter och ökande vattenfärg påverkar växtplanktonproduktion negativt. Detta tillsammans med en ökad andelen dött organiskt material i form av humusämnen i dieten för filtrerande djurplankton innebär att födokvaliteten försämras för dessa, vilket i sin tur leder till långsammare tillväxt och sämre reproduktion för filtrerande arter. Eftersom en minskande individstorlek påverkar födovävens effektivitet negativt kan en fortsatt utveckling i denna riktning få negativa effekter på fiskproduktionen. Vid senare tids nätprovfisken har 19 av Mälarens tidigare dokumenterade 35 fiskarter fångats. Arter som normalt påträffas nära stränder eller i rinnande vatten har däremot inte påträffats i nätprovfisket, inte heller påträffades några främmande arter. Några arter som fångades i provfiskena är relativt ovanliga som t.ex. vimma, faren och nissöga. Abborre och mört dominerar den bottennära biomassan i Ekoln och Prästfjärden, medan abborre, björkna och gös är vanligast i Blacken-Ridöfjärden. På större djup i Prästfjärden var lake, nors och siklöja relativt vanliga. Siklöjebeståndet har på senare tid varierat mellan några få individer till några hundra individer per hektar. De kommersiella fångsterna av siklöja ligger fortfarande på historiskt sett mycket låga nivåer och har pendlat mellan 1 till 15 ton per år under 2000-talet, vilket kan jämföras med i medeltal omkring 150 ton per år 1964-1989. Siklöjebeståndet minskade mycket kraftigt under slutet av 1980-talet, vilket tros bero på kombinationen av ett varmare klimat med ett flertal isfria vintrar och ett fiske efter rombärande siklöja på hösten som intensifierades ett par decennier innan kraschen. Kraschen skulle även kunna bero på den förändring i djurplanktonfaunan mot de generellt sett mindre individer som noterats. Gösfångsterna är liksom tidigare relativt varierande mellan åren och inga tydliga trender kan urskiljas. Det förhöjda minimimåttet på gös sedan 1 juli 2012 förväntas vara positivt för beståndet i framtiden och ger förhoppningsvis ännu bättre gösfångster på sikt. Mälaren har hyst främmande arter under lång tid och idag finns det minst 23 etablerade främmande arter. Bland de första att kolonisera var vattenpest, som först observerades omkring 1870 och vandrarmussla, med en första observation 1924. Det finns ännu ingen riktigt problematisk invasionsart i Mälaren även om vandrarmussla, vattenpest och sjögull lokalt har en stark påverkan på ekosystemet. Även kräftpesten har påverkat systemet i och med att den slog ut den inhemska flodkräftan. Störst synbara effekter för allmänheten bland de främmande arterna står vandrarmusslan för som bland annat sätter sig på båtskrov och som kan orsaka skärsår om man trampar på den vid bad. Under 2010-2012 har det pågått ett försök med så kallad kompensationsodling av vandrarmussla i Ekoln. Begreppet kompensationsodling innebär att musslorna får växa på odlingsriggar likt de som används för blåmusslor i havet. Efter skörden mals musslorna ner till ett mjöl som kan användas som hönsfoder. Musselmjöl kan därmed ersätta fiskmjöl och utgöra en ekologisk hållbar proteinkälla i produktionen av ägg och/eller slakthöns. Därmed återförs en del av den näring som läcker ut från jordbruksmarken tillbaka till jordbruket. Preliminära uppskattningar visar att musslorna på en rigg årligen skulle kunna fixera 2 ton kväve och 250 kg fosfor. Detta kan jämföras med de ca 3 500 ton kväve och 160 ton fosfor som lämnar Mälaren och hamnar i havet varje år. En hel del åtgärder har visserligen redan satts in för att minska övergödningen i Mälaren och för att minska belastningen på Östersjön, men det behövs sannolikt mer. Ett problem är trögheten i våra mark- och vattensystem som gör att det kan ta tid innan effekterna av insatta åtgärder verkligen syns i våra sjöar och vattendrag. En stor del av den fosfor som släpptes ut fram till slutet av 1960-talet ligger fortfarande kvar i sedimenten och fungerar som en intern fosforkälla, vilket markerar vikten av att arbeta långsiktigt och förebyggande. Vikten av att fortsätta åtgärdsarbetet med att reducera tillförseln av näringsämnen bland annat från jordbruket kan illustreras med att för de två mest jordbruksdominerade vattendragen, Sagån och Örsundaån, ökar fortfarande fosfortransporten

Silicon neural interfaces -Design and biomedical aspects-

This thesis covers the development of a silicon neural interface, with focus on silicon sieve electrode fabrication, design, nerve regeneration, signal recording and biocompatibility. A study of how the via hole size and transparency of the perforated sieve membrane influences the nerve regeneration is presented together with a study on soft tissue responses to planar and porous silicon. A method to characterise the electric properties of different sieve electrode configurations in vitro is presented. The development and fabrication of silicon neural interfaces is also described. In vivo, the sieve electrode is implanted between the proximal and distal stumps of a transected nerve, allowing the nerve fibres to regenerate through the sieve and establish a physical contact with microelectrodes on the sieve membrane. Successful regeneration in the peripheral nerve showing registrations of compound action potentials in the rat sciatic nerve are reported. Sieve electrodes with different via hole sizes and transparencies were implanted in the rat sciatic nerve for 12 weeks. It was found that a better nerve regeneration was achieved in configurations with a high transparency (30 %) and small holes (30 µm). Also neural regeneration through a sieve electrode has been demonstrated at spinal cord level. Since sieve electrodes are intended for chronic use the tissue response evoked by the electrode is of importance. Planar and porous silicon elicited a tissue response similar to that observed for titanium. Porous silicon and porous titanium induced a smaller capsule formation as compared to planar implants. Different methods to microfabricate silicon sieve electrodes are also reported. Standard anisotropical etching in KOH was used to etch the pyramid shaped via holes and phosphorous doping was used to generate the neural recording electrodes. To increase the degree of transparency the pn etch stop technique was used to fabricate thin (7 µm) perforated membranes. To be able to integrate individual phosphorous doped recording electrodes on the perforated pn etched stopped membrane a new electrochemical etch process was introduced, i.e. field restricted pn etch stop. Porous silicon is also investigated as a neural electrode material, showing improved impedance characteristics i.e. a high electrode interface capacitance as compared to non-porous silicon electrodes. The findings of a suitable sieve electrode transparency and hole size, improved electrode characteristics and biomaterial properties gives indications for the next generation sieve electrodes