Local-scale optical properties of single-crystal ferroelectrics

Das Ziel dieser Arbeit ist die optische Untersuchung von ferroelektrischen Domänen und Domänenwänden auf lokaler Skala. Dafür wurden neuartige nichtinvasive Ansätze entwickelt, die auf der Anwendung optischer Rastersondenmikroskopie basieren. Die untersuchten Schlüsseleigenschaften umfassen den elektrooptischen Effekt für verschiedene Domänenorientierungen und die Brechungindexänderungen an Domänenwänden an Bariumtitanat-Einkristallen. Die lokale Messung der elektrooptischen Eigenschaften wurde mit räumlich stark begrenzten elektrischen Feldern durchgeführt, die mittels elektrisch leitfähigen Spitzen angelegt wurden. Dieser experimentelle Ansatz erlaubt nicht nur die Messung verschiedener elektrooptischer Koeffzienten, sondern auch die Unterscheidung von allen auftretenden, auch antiparallelen, Domänenausrichtungen. Durch Anlegen eines zusätzlichen elektrischen Feldes mittels der gleichen Spitze konnte auch das ferroelektrische Schalten mit dieser optischen Methode untersucht werden. Die Experimente wurden durch eine numerische Modellierung der elektrischen Feldverteilung und der resultierenden elektrooptischen Antwort begleitet. Die Ergebnisse der Modellierung sind dabei in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Dies erlaubt auch die Trennung von Beiträgen verschiedener elektrooptischer Koeffzienten und den entsprechenden Feldkomponenten. ür die experimentelle Untersuchung von den theoretisch vorhergesagten Brechungsindexprofilen einzelner Domänenwände, wurde die Sensitivität der optischen Sonde auf lokale Änderungen des Brechungsindex mittels Polarisations- und Positionsmodulation erhöht. Obwohl die Abbildung einer einzelnen Domänenwand nicht gelang, konnte damit zumindest eine obere Grenze für den optischen Effekt einer Domänenwand experimentell gewonnen werden, welche verträglich mit den theoretischen Vorhersagen ist.The goal of this thesis is the optical investigation of ferroelectric domains and domain walls at the very local scale. For that, novel noninvasive approaches based on optical scanning probe microscopy are developed. The key properties investigated are the electrooptic effect for different domain orientations and refractive-index changes at single domain walls of barium titanate single crystals. The local probing of the electro-optic response is performed with strongly confined electric fields, applied via a conductive tip. With this approach we can not only probe different electro-optic coeffcients, but also identify all occurring domain orientations, even antiparallel ones. The application of additional bias fields by the same tip is used to investigate ferroelectric switching and domain growth by optical means. The experiments are supported by numerical modelling of the electric-field distribution and the resulting electro-optic response. The modelling shows excellent agreement with the measurements, and allows us to separate the contributions of different electro-optic coeffcients and their associated electric-field components. For the experimental observation of the theoretically predicted refractive-index profiles at single ferroelectric domain walls, polarization and position modulation of the optical probe is used to obtain high sensitivity to local modifications of the refractive index. An upper limit to the optical effect to the optical effect of a single domain wall is deduced from the experiment, which is compatible with the effect predicted by theory

Identifizierung von Aurora-A als essentielles Protein im MYCN-amplifizierten Neuroblastom und Relevanz der c-Myc/Miz1-Interaktion für die MYC-induzierte Tumorgenese in vivo

Myc-Onkoproteine (c-Myc, N-Myc und L-Myc) sind in einer Vielzahl humaner maligner Tumore in erhöhten Mengen nachgewiesen worden und in der Lage, in verschiedenen Mausmodellen maligne Tumore zu induzieren. Dabei wurden die onkogenen Funktionen von Myc bisher größtenteils einer transkriptionellen Aktivierung spezifischer Zielgene zugeschrieben. In den letzten zehn Jahren wurde jedoch auch eine Bedeutung der transkriptionellen Repression durch die Bindung des Transkriptionsfaktors Miz1 für eine Reihe biologischer Funktionen von Myc gezeigt. Darüber hinaus wurde in Mausmodellen beobachtet, dass eine Hemmung der Myc-Funktion zu einer Regression etablierter Tumore führen kann. Allerdings ist eine direkte Inhibierung der Funktion von Myc bisher nicht erfolgreich gewesen. Eine Identifizierung von Proteinen, die spezifisch für Myc-induzierte Tumore essentiell sind, stellt eine therapeutische Alternative dar. Im Neuroblastom korreliert eine Amplifikation von MYCN mit einer ungünstigen Prognose. In der vorliegenden Arbeit wurde Aurora-A als essentielles Protein für die Proliferation MYCN-amplifizierter Neuroblastomzellen nachgewiesen. Aurora-A ist für kontinuierlich hohe Mengen von N-Myc während des Zellzyklus verantwortlich, indem es den phosphorylierungsinduzierten, mitotischen Abbau von N-Myc inhibiert. Hierbei interagiert Aurora-A direkt mit phosphoryliertem N-Myc und beeinträchtigt die durch die Ubiquitinligase SCF(Fbxw7α) induzierte proteasomale Degradation von N-Myc in einer Kinaseaktivitäts-unabhängigen Weise, vermutlich durch Veränderung der Ubiquitinverknüpfung von polyubiquitiniertem N-Myc. Dies stellt, zusätzlich zur bereits beschriebenen Zentrosomenamplifikation, eine neue Kinase-unabhängige onkogene Funktion von Aurora-A dar, welche vermutlich auch in anderen Tumoren mit hohen Aurora-A-Mengen für das Tumorzellwachstum essentiell ist. Die Bedeutung der repressiven Funktion von c-Myc wurde dagegen in einem Mausmodell unter Verwendung einer Mutation in c-Myc (V394D) untersucht, welche die Bindung an Miz1 und somit die Repression von Zielgenen verhindert. Dies führt zur Verzögerung einer c-Myc-induzierten Entstehung von T-Zelllymphomen. Dabei reprimiert Myc-wt die TGFβ-induzierte p15Ink4b-Expression sowie die zelluläre Seneszenz als tumorprotektiven Mechanismus. Dagegen ist das Miz1-bindungsdefiziente c-Myc-V394D dazu nicht in der Lage, weswegen vermutlich zusätzliche Mutationen notwendig sind, deren Entstehung zur Verzögerung der Tumorgenese führt

Tropospheric Aqueous-Phase Oxidation of Isoprene-Derived Dihydroxycarbonyl Compounds

The dihydroxycarbonyls 3,4-dihydroxy-2-butanone (DHBO) and 2,3-dihydroxy-2-methylpropanal (DHMP) formed from isoprene oxidation products in the atmospheric gas phase under low-NO conditions can be expected to form aqSOA in the tropospheric aqueous phase because of their solubility. In the present study, DHBO and DHMP were investigated concerning their radical-driven aqueous-phase oxidation reaction kinetics. For DHBO and DHMP the following rate constants at 298 K are reported: k(OH + DHBO) = (1.0 ± 0.1) × 109 L mol-1 s-1, k(NO3 + DHBO) = (2.6 ± 1.6) × 106 L mol-1 s-1, k(SO4-+ DHBO) = (2.3 ± 0.2) × 107 L mol-1 s-1, k(OH + DHMP) = (1.2 ± 0.1) × 109 L mol-1 s-1, k (NO3 + DHMP) = (7.9 ± 0.7) × 106 L mol-1 s-1, k(SO4- + DHMP) = (3.3 ± 0.2) × 107 L mol-1 s-1, together with their respective temperature dependences. The product studies of both DHBO and DHMP revealed hydroxydicarbonyls, short chain carbonyls, and carboxylic acids, such as hydroxyacetone, methylglyoxal, and lactic and pyruvic acid as oxidation products with single yields up to 25%. The achieved carbon balance was 75% for DHBO and 67% for DHMP. An aqueous-phase oxidation scheme for both DHBO and DHMP was developed on the basis of the experimental findings to show their potential to contribute to the aqSOA formation. It can be expected that the main contribution to aqSOA occurs via acid formation while other short-chain oxidation products are expected to back-partition into the gas phase to undergo further oxidation there

Changes of Radial Diffusivity and Fractional Anisotopy in the Optic Nerve and Optic Radiation of Glaucoma Patients

Purpose of this study was to evaluate with diffusion-tensor imaging (DTI) changes of radial diffusivity (RD) and fractional anisotropy (FA) in the optic nerve (ON) and optic radiation (OR) in glaucoma and to determine whether changes in RD and FA correlate with disease severity. Therefore, glaucoma patients and controls were examined using 3T. Regions of interest were positioned on RD and FA maps, and mean values were calculated for ON and OR and correlated with optic nerve atrophy and reduced spatial-temporal contrast sensitivity (STCS) of the retina. We found, that RD in glaucoma patients was significantly higher in the ON (0.74 ± 0.21 versus 0.58 ± 0.17·10−3 mm2 s−1; P < 0.05) and OR (0.79 ± 0.23 versus 0.62 ± 0.14·10−3 mm2 s−1; P < 0.05) compared to controls. Aside, FA was significantly decreased (0.48 ± 0.15 versus 0.66 ± 0.12 and 0.50 ± 0.20 versus 0.66 ± 0.11; P < 0.05). Hereby, correlation between changes in RD/FA and optic nerve atrophy/STCS was observed (r > 0.77). In conclusion, DTI at 3 Tesla allows robust RD and FA measurements in the ON and OR. Hereby, the extent of RD increase and FA decrease in glaucoma correlate with established ophthalmological examinations

Bulk organic aerosol analysis by PTR-MS: an improved methodology for the determination of total organic mass, O:C and H:C ele- mental ratios and the average molecular formula

International audienceWe have recently shown in this journal (Müller et al., Anal. Chem. 2017, 89, 10889-10897) how a proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR-MS) analyzer measured particulate organic matter in urban atmospheres using the "Chemical Analysis of Aerosol Online" (CHARON) inlet. Our initial CHARON studies did not take into account fragmentation of protonated analyte molecules, which introduced a small but significant negative bias in the determination of bulk organic aerosol parameters. Herein, we studied the ionic fragmentation of 26 oxidized organic compounds typically found in atmospheric particles. This allowed us to derive a correction algorithm for the determination of the bulk organic mass concentration, m OA , the bulk-average hydrogen to carbon ratio, (H:C) bulk, the bulk-average oxygen-to-carbon, (O:C) bulk , and the bulk-average molecular formula, MF bulk. The correction algorithm was validated against AMS data using two sets of published data. Finally, we determined MF bulk of particles generated from the reaction of -pinene and ozone and compared and discussed the results in relation to the literature

3D Analytics: Opportunities and Guidelines for Information Systems Research

Progress in sensor technologies has made three-dimensional (3D) representations of the physical world available at a large scale. Leveraging such 3D representations with analytics has the potential to advance Information Systems (IS) research in several areas. However, this novel data type has rarely been incorporated. To address this shortcoming, this article first presents two showcases of 3D analytics applications together with general modeling guidelines for 3D analytics, in order to support IS researchers in implementing research designs with 3D components. Second, the article presents several promising opportunities for 3D analytics to advance behavioral and design-oriented IS research in several contextual areas, such as healthcare IS, human-computer interaction, mobile commerce, energy informatics and others. Third, we investigate the nature of the benefits resulting from the application of 3D analytics, resulting in a list of common tasks of research projects that 3D analytics can support, regardless of the contextual application area. Based on the given showcases, modeling guidelines, research opportunities and task-related benefits, we encourage IS researchers to start their journey into this largely unexplored third spatial dimension

Better insurance could effectively mitigate the increase in economic growth losses from U.S. hurricanes under global warming

Global warming is likely to increase the proportion of intense hurricanes in the North Atlantic. Here, we analyze how this may affect economic growth. To this end, we introduce an event-based macroeconomic growth model that temporally resolves how growth depends on the heterogeneity of hurricane shocks. For the United States, we find that economic growth losses scale superlinearly with shock heterogeneity. We explain this by a disproportional increase of indirect losses with the magnitude of direct damage, which can lead to an incomplete recovery of the economy between consecutive intense landfall events. On the basis of two different methods to estimate the future frequency increase of intense hurricanes, we project annual growth losses to increase between 10 and 146% in a 2°C world compared to the period 1980–2014. Our modeling suggests that higher insurance coverage can compensate for this climate change–induced increase in growth losses

Vollsynthetische Rekonstruktion eines Genclusters aus Bacillus cereus VD169 zur Produktion des Antibiotikums FR-900493

Die Substanz FR-900493 zählt zu den Nukleosid-Antibiotika mit ADR-GlyU Grundstruktur, zu welchen auch die bekannteren Caprazamycine und Muraymycine gehören. Der Wirkmechanismus all dieser Substanzen besteht in der Hemmung der MraY-Translokase, einem Enzym, das einen essentiellen Zwischenschritt im Rahmen der Peptidoglykan-Biosynthese katalysiert. FR-900493 wurde erstmalig im Jahr 1989 aus Kulturen des Stammes Bacillus cereus No. 2045 isoliert. Hierbei konnten antibakterielle Eigenschaften gegen Staphylococcus aureus und Bacillus subtilis nachgewiesen werden. Obwohl die biosynthetischen Gencluster aller anderen Nukleosid-Antibiotika bereits identifiziert und beschrieben wurden, ist dies für FR-900493 bis heute nicht der Fall. Zudem ist die Genomsequenz des Produzentenstammes in den öffentlichen Datenbanken bisher nicht hinterlegt. Diese Arbeit beschreibt erstmalig ein Gencluster, das zur Produktion dieser noch wenig erforschten Substanz befähigt. Es wurde mittels „Genome Mining“ in der Genomsequenz von Bacillus cereus VD169 entdeckt, welcher aufgrund eines ebenfalls vorhandenen Virulenzplasmides für nähere Untersuchungen jedoch nicht zur Verfügung stand. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher das ~25 kb umfassende Gencluster aus 45 künstlichen Einzelfragmenten vollsynthetisch rekonstruiert. Während dieses Gesamtprozesses kamen verschiedene Methoden der synthetischen Biologie zum Einsatz. Der sukzessive Aufbau erfolgte hierbei unter Anwendung der in vitro Methode des Gibson-Assembly. Um Sequenzfehler auszuschließen, wurde die Integrität der Zwischenstufen durch zahlreiche Sequenzierungen kontinuierlich überprüft. Nach erfolgreicher Rekonstruktion wurde das Gencluster in den heterologen Produzenten Bacillus subtilis 168 integriert. Allerdings zeigte sich zunächst keine Produktion neuer Sekundärmetaboliten. Eine Analyse mittels RT-PCR ergab, dass Teile des rekonstruierten Genclusters noch transkriptionell inaktiv waren. Daher wurden zur Aktivierung dieses stillen Genclusters zwei synthetische Hilfskonstrukte integriert, um damit konstitutiv aktive Promotoren einzubringen. Eine weitere Betrachtung der Transkription mittels RT-PCR bestätigte den Erfolg dieser Strategie. Nach erneuter Transformation des nun aktivierten Genclusters in Bacillus subtilis 168 resultierten schließlich mehrere Transformanten, die tatsächlich das Nukleosid-Antibiotikum FR-900493 sowie weitere biosynthetische Intermediate produzierten

Gemfibrozil-Induced Intracellular Triglyceride Increase in SH-SY5Y, HEK and Calu-3 Cells

Gemfibrozil is a drug that has been used for over 40 years to lower triglycerides in blood. As a ligand for peroxisome proliferative-activated receptor-alpha (PPARα), which is expressed in many tissues, it induces the transcription of numerous genes for carbohydrate and lipid-metabolism. However, nothing is known about how intracellular lipid-homeostasis and, in particular, triglycerides are affected. As triglycerides are stored in lipid-droplets, which are known to be associated with many diseases, such as Alzheimer’s disease, cancer, fatty liver disease and type-2 diabetes, treatment with gemfibrozil could adversely affect these diseases. To address the question whether gemfibrozil also affects intracellular lipid-levels, SH-SY5Y, HEK and Calu-3 cells, representing three different metabolically active organs (brain, lung and kidney), were incubated with gemfibrozil and subsequently analyzed semi-quantitatively by mass-spectrometry. Importantly, all cells showed a strong increase in intracellular triglycerides (SH-SY5Y: 170.3%; HEK: 272.1%; Calu-3: 448.1%), suggesting that the decreased triglyceride-levels might be due to an enhanced cellular uptake. Besides the common intracellular triglyceride increase, a cell-line specific alteration in acylcarnitines are found, suggesting that especially in neuronal cell lines gemfibrozil increases the transport of fatty acids to mitochondria and therefore increases the turnover of fatty acids for the benefit of additional energy supply, which could be important in diseases, such as Alzheimer’s disease

Isostructural Family of Rare‐Earth MOFs Synthesized from 1,1,2,2‐Tetrakis(4‐phosphonophenyl)ethylene

The tetraphosphonic acid 1,1,2,2-tetrakis(4-phosphonophenyl)ethylene (H8L) was used as linker in the synthesis of eight new isostructural, phosphonate-based metal-organic frameworks of composition [M2(H2O)2(H2L)] ⋅ xH2O (M=Y3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+, Lu3+; 1.5<x<4), denoted as M-CAU-34. The compounds were synthesized under hydrothermal reaction conditions, using the corresponding metal nitrates as starting materials. The determination of the crystal structure was achieved by a combination of electron and powder X-ray diffraction (PXRD) data. In addition, a thorough characterization by thermogravimetric and elemental analysis, IR- and Raman-spectroscopy as well as H2O-sorption is given