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Keywords
The ideal combination among biomolecules and nanomaterials is the key for reaching biosensing units with high sensitivity. The challenge, however, is to find out a stable and sensitive film architecture that can be incorporated on the sensor’s surface. In this paper, we report on the benefits of incorporating a layer-by-layer (LbL) nanofilm of polyamidoamine (PAMAM) dendrimer and carbon nanotubes (CNTs) on capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) field-effect sensors for detecting urea. Three sensor arrangements were studied in order to investigate the adequate film architecture, involving the LbL film with the enzyme urease: (i) urease immobilized directly onto a bare EIS [EIS-urease] sensor; (ii) urease atop the LbL film over the EIS [EIS-(PAMAM/CNT)-urease] sensor; and (iii) urease sandwiched between the LbL film and another CNT layer [EIS-(PAMAM/CNT)-urease-CNT]. The surface morphology of all three urea-based EIS biosensors was investigated by atomic force microscopy (AFM), while the biosensing abilities were studied by means of capacitance–voltage (C/V) and dynamic constant-capacitance (ConCap) measureaments at urea concentrations ranging from 0.1 mM to 100 mM. The EIS-urease and EIS-(PAMAM/CNT)-urease sensors showed similar sensitivity (∼18 mV/decade) and a nonregular signal behavior as the urea concentration increased. On the other hand, the EIS-(PAMAM/CNT)-urease-CNT sensor exhibited a superior output signal performance and higher sensitivity of about 33 mV/decade. The presence of the additional CNT layer was decisive to achieve a urea based EIS sensor with enhanced properties. Such sensitive architecture demonstrates that the incorporation of an adequate hybrid enzyme-nanofilm as sensing unit opens new prospects for biosensing applications using the field-effect sensor platform.
Picosecond dynamics in haemoglobin from different species: A quasielastic neutron scattering study
(2014)
In der Biotechnologie stellt Einzelstrang-DNA (ssDNA) eine Schlüsselrolle dar und fungiert z. B. als Baustein für die nanoskalige Feinmechanik oder als Affinitätsligand, ein sog. Aptamer. Hinsichtlich der industriellen Verwendung bieten Aptamere im Vergleich zu Antikörpern viele Vorteile, wie z. B. eine gute Renaturierung bzw. die Selektion für cytotoxische Moleküle. Aktuell wächst die Nachfrage für chimäre Aptamere von bis zu 200 n, um die simultane Bindung bzw. die Modifikation mehrerer Moleküle zu realisieren. Bis heute wird ssDNA mittels einer sequentiellen Synthese hergestellt, die eine Effizienz von ca. 99,5 % je Zyklus und bereits bei einer Produktlänge von 100 n nur noc hAusbeuten von max. 60 % zeigt. Um dem Bedarf an ssDNA im Bereich > 100 n zu entsprechen, wurden zwei enzymatische Verfahren zur Produktion dieser Makronukleotide entworfen. Die erste Technik basiert auf einerFestphasen-PCR und ermöglicht sowohlein Primer- als auch ein Templatrecycling. Das zweite Verfahren beruht auf einer Plasmidbasierten In-vivo-Amplifikation, der sog. AptaGENE®-Technologie. In einer einzigen Klonierung werden bis zu 100 Kopien des Monomers in einen Vektor kloniert. Nach einer Transformation folgt der reguläre Produktionsprozess in Form einer Kultivierung, Plasmidpräparation und sequenziellen Aufarbeitung von bis zu 6 · 10¹⁵ Makronukleotiden pro Milliliter Fermentationsvolumen.
The concept of an injective affine embedding of the quantum states into a set of classical states, i.e., into the set of the probability measures on some measurable space, as well as its relation to statistically complete observables is revisited, and its limitation in view of a classical reformulation of the statistical scheme of quantum mechanics is discussed. In particular, on the basis of a theorem concerning a non-denseness property of a set of coexistent effects, it is shown that an injective classical embedding of the quantum states cannot be supplemented by an at least approximate classical description of the quantum mechanical effects. As an alternative approach, the concept of quasi-probability representations of quantum mechanics is considered.
The metabolic activity of Chinese hamster ovary (CHO) cells was observed using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS). The dependency toward different glucose concentrations (17–200 mM) follows a Michaelis–Menten kinetics trajectory with Kₘ = 32.8 mM, and the obtained Kₘ value in this experiment was compared with that found in literature. In addition, the pH shift induced by glucose metabolism of tumor cells transfected with the HPV-16 genome (C3 cells) was successfully observed. These results indicate the possibility to determine the tumor cells metabolism with a LAPS-based measurement device.
Vestibular effects of a 7 Tesla MRI examination compared to 1.5 T and 0 T in healthy volunteers
(2014)
Ultra-high-field MRI (7 Tesla (T) and above) elicits more temporary side-effects compared to 1.5 T and 3 T, e.g. dizziness or “postural instability” even after exiting the scanner. The current study aims to assess quantitatively vestibular performance before and after exposure to different MRI scenarios at 7 T, 1.5 T and 0 T. Sway path and body axis rotation (Unterberger's stepping test) were quantitatively recorded in a total of 46 volunteers before, 2 minutes after, and 15 minutes after different exposure scenarios: 7 T head MRI (n = 27), 7 T no RF (n = 22), 7 T only B₀ (n = 20), 7 T in & out B₀ (n = 20), 1.5 T no RF (n = 20), 0 T (n = 15). All exposure scenarios lasted 30 minutes except for brief one minute exposure in 7 T in & out B₀. Both measures were documented utilizing a 3D ultrasound system. During sway path evaluation, the experiment was repeated with eyes both open and closed. Sway paths for all long-lasting 7 T scenarios (normal, no RF, only B₀) with eyes closed were significantly prolonged 2 minutes after exiting the scanner, normalizing after 15 minutes. Brief exposure to 7 T B₀ or 30 minutes exposure to 1.5 T or 0 T did not show significant changes. End positions after Unterberger's stepping test were significantly changed counter-clockwise after all 7 T scenarios, including the brief in & out B₀ exposure. Shorter exposure resulted in a smaller alteration angle. In contrast to sway path, reversal of changes in body axis rotation was incomplete after 15 minutes. 1.5 T caused no rotational changes. The results show that exposure to the 7 Tesla static magnetic field causes only a temporary dysfunction or “over-compensation” of the vestibular system not measurable at 1.5 or 0 Tesla. Radiofrequency fields, gradient switching, and orthostatic dysregulation do not seem to play a role.
Generation Y
(2014)
Wohnungseigentümergemeinschaft - Einstimmigkeitserfordernis bei Errichtung einer Mobilfunkantenne
(2014)
Der BGH (BGH v. 25.1.2014 – V ZR 48/13, MDR 2014, 399) hatte darüber zu befinden, ob auf dem Dach eines Hauses, das im Eigentum einer Wohnungseigentümergemeinschaft steht, auch gegen den Willen eines einzelnen Eigentümers eine Mobilfunkantenne angebracht werden kann. Das Urteil führt in das Spannungsfeld einer Abwägung zwischen Mehrheits- und Individualinteressen innerhalb einer WEG. Insoweit betont der BGH den grundsätzlichen Vorrang der Individualinteressen, jedenfalls soweit es um Beeinträchtigungen geht, die verständlicherweise von einem Eigentümer abgelehnt werden können. Der BGH verlangt im Ergebnis im Zweifel eine allseitige Zustimmung. Das Urteil ist zu begrüßen, lässt aber für die Zukunft Abgrenzungsfragen offen.
Begriffsbestimmungen
(2014)
Primäre Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind möglichst hohe Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivität. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue Rührerelemente auf einen Maßstab von 1000 L übertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g –1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g – 1 und Konzentrationen von 152 g L –1 erreicht werden. Zurzeit können unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L –1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen können. Eine solche Verbesserung der Zugänglichkeit für cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kulturüberstände verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kulturüberständen von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 % möglich.
The development of a cost-effective hydrolysis for crude cellulose is an essential part of biorefinery developments. To establish such high solid hydrolysis, a new solid state reactor with static mixing is used. However, concentrations >10% (w/w) cause a rate and yield reduction of enzymatic hydrolysis. By optimizing the synergetic activity of cellulolytic enzymes at solid concentrations of 9%, 17% and 23% (w/w) of crude Organosolv cellulose, glucose concentrations of 57, 113 and 152 g L⁻¹ are reached. However, the glucose yield decreases from 0.81 to 0.72gg⁻¹ at 17% (w/w). Optimal conditions for hydrolysis scale-up under minimal enzyme addition are identified. As result, at 23% (w/w) crude cellulose the glucose yield increases from 0.29 to 0.49gg⁻¹. As proof of its applicability, biobutanol, succinic and itaconic acid are produced with the crude hydrolysate. The potential of the substrate is proven e.g. by a high butanol yield of 0.33gg⁻¹.
Einige Arten der Braun- und Weißfäulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze können für eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse für Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufwändige Aufschlussapparate zurückgreifen zu müssen. Weißfäulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter für enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zugänglich wird. Braunfäulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Veränderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomasseveränderung werden mithilfe spezifischer Färbemethoden durchgeführt, durch die morphologische Veränderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden können.
Die Nutzung von Biomasse aus pflanzlichen Abfällen für die stoffliche Verwertung rückt immer stärker in den Vordergrund. Dabei ist vor allem die ganzheitliche Verwertung der Stoffströme von Bedeutung, da diese einen integrativen Ansatz ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Produktion von Einzellerproteinen (Single-Cell Proteins, SCPs) mithilfe von unterschiedlichen Rohsubstraten dargelegt. Somit können Reststoffströme, die in keiner Konkurrenz zur Produktion von Lebensmitteln stehen, für die Herstellung von Futter- und auch Nahrungsmitteln Verwendung finden. Die zunächst thermisch vorbehandelten Ausgangsmaterialien stammen aus forstwirtschaftlichen und grünen Abfällen und ermöglichen durch eine anschließende enzymatische Hydrolyse die Freisetzung von Monosacchariden. Aus diesen erfolgt die SCP-Produktion fermentativ mithilfe der drei Modellorganismen Bakterium, Hefe und Pilz. Hierfür wird sowohl das flüssige Hydrolysat als auch der feste Reststoff auf der Basis einer Feststofffermentation genutzt. Auf diese Weise ist eine vollständige Verwertung der Ausgangsmaterialien möglich. Mit den gewonnen Daten erfolgt abschließend eine Bewertung der SCPs aus nachwachsenden Rohstoffen als alternative Proteinquelle.
Technische Cellulose wurde als möglicher Rohstoff zur fermentativen Produktbildung untersucht. Hierfür wird Cellulose in der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt und daraus Hydrolysat gewonnen. Die Prüfung der technischen Hydrolysate als Substrate erfolgte anhand eines breiten Spektrums an Bioprodukten, von Kraftstoffen wie Ethanolund Butanol, bis zu den Dicarbonsäuren Itacon- und Bernsteinsäure. Dabei werden Bakterien, Hefen und Pilze als Produktionsorganismen eingesetzt. Die einzelnen Herstellverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Substrathandhabung. Im Fall der Ethanol- und Butanol-Gewinnung kann eine simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) durchgeführt werden. Aufgrund der Produkttoxizität erfordert die Butanol-Herstellung dabei eine In-situ-Produktabtrennung durch Lösemittelimprägnierte Partikel. Die Herstellung der beiden Dicarbonsäuren unterscheidet sich in der Sensitivität der verwendeten Mikroorganismen gegenüber Inhibitoren, die in Spuren im Hydrolysat enthalten sind. Die Bernteinsäurebildung mit Actinobacillussuccinogenes kann mit unbehandeltem Hydrolysat erfolgen. Dagegen erfordert die Gewinnung von Itaconsäure mit A. terreus eine Detoxifizierung des Hydrolysats. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sämtliche Bioraffinerie-Hydrolysate als Substrate für unterschiedliche Fermentationen geeignet sind.