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Organisationseinheit der BAM
The huge atomic heterogeneity of high-entropy materials along with a possibility to unravel the behavior of individual components at the atomic scale suggests a great promise in designing new compositionally complex systems with the desired multi-functionality. Herein, we apply multi-edge X-ray absorption spectroscopy (extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray absorption near edge structure (XANES), and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD)) to probe the structural, electronic, and magnetic properties of all individual constituents in the single-phase face-centered cubic (fcc)-structured nanocrystalline thin film of Cr20Mn26Fe18Co19Ni17 (at.%) high-entropy alloy on the local scale. The local crystallographic ordering and component-dependent lattice displacements were explored within the reverse Monte Carlo approach applied to EXAFS spectra collected at the K absorption edges of several constituents at room temperature. A homogeneous short-range fcc atomic environment around the absorbers of each type with very similar statistically averaged interatomic distances (2.54–2.55 Å) to their nearest-neighbors and enlarged structural relaxations of Cr atoms were revealed. XANES and XMCD spectra collected at the L2,3 absorption edges of all principal components at low temperature from the oxidized and in situ cleaned surfaces were used to probe the oxidation states, the changes in the electronic structure, and magnetic behavior of all constituents at the surface and in the sub-surface volume of the film. The spin and orbital magnetic moments of Fe, Co, and Ni components were quantitatively evaluated. The presence of magnetic phase transitions and the co-existence of different magnetic phases were uncovered by conventional magnetometry in a broad temperature range.
Cardiolipin (CL) is a major cardiac mitochondrial phospholipid maintaining regular mitochondrial morphology and function in cardiomyocytes. Cardiac CL production includes ist biosynthesis and a CL-remodeling process. Here we studied the impact of CL-biosynthesis and the enzyme Cardiolipin Synthase (CLS) on cardiac function.
CLS and cardiac CL-species were significantly downregulated in cardiomyocytes following catecholamine-induced cardiac damage in mice, accompanied by increased oxygen consumption rates, signs of oxidative stress and mitochondrial uncoupling. RNAi-mediated cardiomyocyte-specific knockdown of CLS in Drosophila melanogaster resulted in marked cardiac dilatation, severe impairment of systolic performance and slower diastolic filling velocity assessed by fluorescence-based heart imaging. Finally, we showed that CL72:8 is significantly decreased in cardiac samples from patients with heart failure with reduced ejection fraction (HFrEF). In summary, we identified CLS as a regulator of cardiac function. Considering the cardiac depletion of CL-species in HFrEF, pharmacological targeting of CLS may be a promising therapeutic approach.zeige mehrzeige weniger
Background - It is known that dietary intake of polyunsaturated fatty acids may improve cardiac function. However, relatively high daily doses are required to achieve sufficient cardiac concentrations of beneficial omega‐3 fatty acids. The liver X receptor (LXR) is a nuclear hormone receptor and a crucial regulator of lipid homeostasis in mammals. LXR activation has been shown to endogenously reprogram cellular lipid profiles toward increased polyunsaturated fatty acids levels. Here we studied whether LXR lipid reprogramming occurs in cardiac tissue and exerts cardioprotective actions.
Methods and Results - Male 129SV mice were treated with the LXR agonist AZ876 (20 µmol/kg per day) for 11 days. From day 6, the mice were injected with the nonselective β‐agonist isoproterenol for 4 consecutive days to induce diastolic dysfunction and subendocardial fibrosis while maintaining systolic function. Treatment with isoproterenol led to a marked impairment of global longitudinal strain and the E/e' ratio of transmitral flow to mitral annular velocity, which were both significantly improved by the LXR agonist. Histological examination showed a significant reduction in isoproterenol‐induced subendocardial fibrosis by AZ876. Analysis of the cardiac lipid composition by liquid chromatography‐high resolution mass spectrometry revealed a significant increase in cardiac polyunsaturated fatty acids levels and a significant reduction in saturated fatty acids by AZ876.
Conclusions - The present study provides evidence that the LXR agonist AZ876 prevents subendocardial damage, improves global longitudinal strain and E/e' in a mouse model of isoproterenol‐induced cardiac damage, accompanied by an upregulation of cardiac polyunsaturated fatty acids levels. Cardiac LXR activation and beneficial endogenous cardiac lipid reprogramming may provide a new therapeutic strategy in cardiac disease with diastolic dysfunction.
The cross talk between adipose tissue and the heart has an increasing importance for cardiac function under physiological and pathological conditions. This study characterizes the role of fat body lipolysis for cardiac function in Drosophila melanogaster.
Perturbation of the function of the key lipolytic enzyme, brummer (bmm), an ortholog of themammalian ATGL (adipose triglyceride lipase) exclusively in the fly’s fat body, protected the heart against starvation-induced dysfunction.
We further provide evidence that this protection is caused by the preservation of glycerolipid stores, resulting in a starvation-resistant maintenance of energy supply and adequate cardiac ATP synthesis. Finally, we suggest that alterations of lipolysis are tightly coupled to lipogenic processes, participating in the preservation of Lipid energy substrates during starvation. Thus, we identified the inhibition of adipose tissue lipolysis and subsequent energy preservation as a protective mechanism against cardiac dysfunction during catabolic stress.
Atherosclerosis is a progressive inflammatory vascular disease characterized by endothelial dysfunction and plaque burden. Extracellular matrix (ECM)-associated plasma proteins play an important role in disease development. Our magnetic resonance imaging (MRI) study investigates the feasibility of using two different molecular MRI probes for the simultaneous assessment of ECM-associated intraplaque albumin deposits caused by endothelial damage and progressive inflammation in atherosclerosis. Male apolipoprotein E-deficient (ApoE-/-)-mice were fed a high-fat diet (HFD) for 2 or 4 months. Another ApoE-/--group was treated with pravastatin and received a HFD for 4 months. T1- and T2*-weighted MRI was performed before and after albumin-specific MRI probe (gadofosveset) administration and a macrophage-specific contrast agent (ferumoxytol). Thereafter, laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry and histology were performed. With advancing atherosclerosis, albumin-based MRI signal enhancement and ferumoxytol-induced signal loss areas in T2*-weighted MRI increased. Significant correlations between contrast-to-noise-ratio (CNR) post-gadofosveset and albumin stain (R2 = 0.78, p < 0.05), and signal loss areas in T2*-weighted MRI with Perls’ Prussian blue stain (R2 = 0.83, p < 0.05) were observed. No interference of ferumoxytol with gadofosveset enhancement was detectable. Pravastatin led to decreased inflammation and intraplaque albumin. Multi-target MRI combining ferumoxytol and gadofosveset is a promising method to improve diagnosis and treatment monitoring in atherosclerosis.
Inhibition of respiratory viruses is one of the most urgent topics as underlined by different pandemics in the last two decades. This impels the development of new materials for binding and incapacitation of the viruses. In this work, we have demonstrated that an optimal deployment of influenza A virus (IAV) targeting ligand sialic acid (SA) on a flexible 2D platform enables its binding and wrapping around IAV particles. A series of 2D sialylated platforms consisting graphene and polyglycerol are prepared with different degrees of SA functionalization around 10%, 30%, and 90% named as G-PG-SAL, G-PG-SAM, and G-PG-SAH, respectively. The cryo-electron tomography (Cryo-ET) analysis has proved wrapping of IAV particles by G-PG-SAM.
A confocal-based colocalization assay established for these materials has offered the comparison of binding potential of sialylated and non-sialylated nanoplatforms for IAV. With this method, we have estimated the binding potential of the G-PG-SAM and G-PG-SAH sheets for IAV particles around 50 and 20 times higher than the control sheets, respectively, whereas the low functionalized G-PG-SAL have not shown any significant colocalization value.
Moreover, optimized G-PG-SAM exhibits high potency to block IAV from
binding with the MDCK cells.
Die Kenntnis von Materialeigenschaften spielt bei der Entwicklung oder Optimierung von Betonen und Bauweisen für den Straßenbau sowie der Qualitätssicherung eine bedeutende Rolle. Gleichermaßen bilden physikalische Materialkennwerte die Grundlage für die rechnerische Dimensionierung und die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahndecken. Eine relevante Kenngröße bei der Untersuchung thermisch induzierter Spannungs- und Verformungszustände stellt der thermische Ausdehnungskoeffizient dar. Im Zuge der systematischen Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung, aber auch im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Betonfahrbahndecken gilt es zu hinterfragen, ob lastunabhängige Formänderungseigenschaften der verwendeten Betone aktuell ausreichend Beachtung finden, ob allgemeine Literaturwerte für die heutigen Fahrbandeckenbetone stets Gültigkeit besitzen und ob deren Implementierung in numerische Modelle zu realitätsnahen Vorhersagen führt. Für eine empirische Herangehensweise ist die Verfügbarkeit adäquater Prüfverfahren von entscheidender Bedeutung. In Deutschland existiert aktuell jedoch kein standardisiertes oder genormtes Verfahren für die prüftechnische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Beton. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die in diesem Beitrag vorgestellt sowie hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten und Messungenauigkeiten diskutiert werden. Außerdem werden ausgewählte Ergebnisse aus Analysen an Bestandsbetonen aus dem BAB-Netz dargestellt. Im Ergebnis sollen die Untersuchungen einen Beitrag zur Schaffung der prüftechnischen Voraussetzungen für eine abgesicherte Quantifzierung der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen leisten.
Stahlwerksschlacken besitzen keine ausgeprägte Hydraulizität. Deshalb haben sie bislang als Kompositmaterial im Zement noch keine Verbreitung gefunden. Stattdessen werden LD-Konverter- und Elektroofen-Schlacken insbesondere im Straßenbau in ungebundenen Tragschichten, aber auch in bituminös gebundenen Trag- und Deckschichten eingesetzt. Das Ziel einer zentralen Forschungsaufgabe bei der Loesche GmbH war und ist die Modifizierung dieser Schlacken, um daraus Produkte mit hohen Gebrauchswerteigenschaften zu generieren. Durch die Modifikationen soll hydraulisch hochreaktives Material bei gleichzeitiger Rückgewinnung des Metallinhaltes erzeugt werden.
Bei mineralischen Bauabfällen und industriellen Reststoffen sind mit zu Heterogenität und Feinheit der Materialien auch die größten Verwertungsdefizite zu verzeichnen. Mangels geeigneter Trenn- und Sortierverfahren stellt eine stoffliche Verwertung im Prozess "Aufbaukörnungen" insbesondere für die feinen Fraktionen Alternative dar.
Die Eignung von Mauerwerkbruch mit unterschiedlichen Zusammensetzungen für die Herstellung von Aufbaukörnungen wurde nachgewiesen. Testreihen im Labor und unter Praxisbedingungen in einem Betonwerk zeigen, dass die Eigenschaften von Leichtbetonen mit Aufbaukörnungen als leichte Gesteinskörnung mit denen herkömmlicher Leichtbetone hervorragend vergleichbar sind.
Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts werden die Eignungsuntersuchungen von thermisch porosierten Leichtgranulaten für den Einsatz in Leichtbetonen -mörteln vertieft. Unter Einsatz der Leichtgranulate sollen Sonderbetone zur Herstellung von Leichtbetonelementen konzipiert werden. In Restauriermörteln und Steinersatzmassen für die Denkmalpflege sollen hingegen insbesondere die fein Leichtgranulate mit Korngrößen < 2 mm eingesetzt. werden.
Understanding the mechanism of interactions of nanomaterials at biointerfaces is a crucial issue to develop new antimicrobial vectors. In this work, a series of water-soluble fullerene-polyglycerol sulfates (FPS) with different fullerene/polymer weight ratios and varying numbers of polyglycerol sulfate branches are synthesized, characterized, and their interactions with two distinct surfaces displaying proteins involved in target cell recognition are investigated. The combination of polyanionic branches with a solvent exposed variable hydrophobic core in FPS proves to be superior to analogs possessing only one of these features in preventing interaction of vesicular Stomatitis virus coat glycoprotein (VSV-G) with baby hamster kidney cells serving as a model of host cell. Interference with L-selectin-ligand binding is dominated by the negative charge, which is studied by two assays: a competitive surface plasmon resonance (SPR)-based inhibition assay and the leukocyte cell (NALM-6) rolling on ligands under flow conditions. Due to possible intrinsic hydrophobic and electrostatic effects of synthesized compounds, pico- to nanomolar half maximal inhibitory concentrations (IC50) are achieved. With their highly antiviral and anti-inflammatory properties, together with good biocompatibility, FPS are promising candidates for the future development towards biomedical applications.
Das Projektziel bestand in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von leichter Gesteinskörnung für Beton und Mörtel aus ziegelhaltigen Bau- und Abbruchabfällen durch thermische Porosierung. Hierzu erfolgte nach einem mehrstufigen mechanischen Prozess eine thermische Stabilisierung der RC-Granulate (RCG). Nach Laborversuchen wurden RCG im halbtechnischen Maßstab hergestellt. Als Ausgangsmaterial dienten Mauerwerkbruch bzw. Gemische aus Mauerwerkbruch und Ton. Dabei wurde die gesamte Prozesskette vom Granulieren der Ausgangsmehle bis zur thermischen Behandlung im Drehrohrofen in einem Produktionsschritt dargestellt. Die erzeugten RCG sind mit Rohdichten zwischen 780 und 1800 kg/m³ leichte Gesteinskörnungen. In den Applikationsuntersuchungen erfolgte eine vollständige Verwertung des gesamten beim Brennprozess entstehenden Materials, von den Körnungen kleiner 2 mm für leichte Steinergänzungsmörtel (Leichtmörtel) bis zu den Körnungen 2-8 mm für Leichtbeton. Die RCG und die damit erzeugten Betone wurden umfangreich charakterisiert. Die Leichtbetone mit RCG wurden abschließend in Applikationsversuchen eingesetzt.
The presence of microplastic (MP) particles in aquatic environments raised concern About possible enrichment of organic and inorganic pollutants due to their specific surface and chemical properties. In particular the role of metals within this context is still poorly understood. Therefore, the aim of this work was to develop a fully validated acid digestion protocol for metal analysis in different polymers, which is a prerequisite to study such interactions.
The proposed digestion protocol was validated using six different certified reference materials in the microplastic size range consisting of polyethylene, polypropylene, acrylonitrile butadiene styrene and polyvinyl chloride. As ICP-MS/MS enabled time-efficient, sensitive and robust analysis of 56 metals in one measurement, the method was suitable to provide mass fractions for a multitude of other elements beside the certified ones (As, Cd, Cr, Hg, Pb, Sb, Sn and Zn). Three different microwaves, different acid mixtures as well as different temperatures in combination with different hold times were tested for optimization purposes.
With the exception of Cr in acrylonitrile butadiene styrene, recovery rates obtained using the optimized protocol for all six certified reference materials fell within a range from 95.9% ± 2.7% to 112% ± 7%. Subsequent optimization further enhanced both precision and recoveries ranging from 103% ± 5% to 107 ± 4% (U; k = 2 (n = 3)) for all certified metals (incl. Cr) in acrylonitrile butadiene styrene. The results clearly show the analytical challenges that come along with metal analysis in chemically resistant plastics. Addressing specific analysis Tools for different sorption scenarios and processes as well as the underlying kinetics was beyond this study’s scope. However, the future application of the two recommended thoroughly validated total acid digestion protocols as a first step in the direction of harmonization of metal analysis in/on MP will enhance the significance and comparability of the generated data. It will contribute to a better understanding of the role of MP as vector for trace metals in the environment.
An understanding of the interactions of 2D nanomaterials with pathogens is of vital importance to developing and controlling their antimicrobial properties. In this work, the interaction of functionalized graphene with tunable hydrophobicity and bacteria is investigated. Poly-(ethylene glycol)-block-(poly-N-isopropylacrylamide) copolymer (PEG-b-PNIPAM) with the triazine joint point was attached to the graphene Surface by a nitrene [2 + 1] cycloaddition reaction. By thermally switching between hydrophobic and hydrophilic states, functionalized graphene sheets were able to bind to bacteria. Bacteria were eventually disrupted when the functionality was switched to the hydrophobic state. On the basis of measuring the different microscopy methods and a live/dead viability assay, it was found that Escherichia coli (E. coli) bacteria are more susceptible to hydrophobic interactions than B. cereus bacteria, under the same conditions. Our investigations confirm that hydrophobic interaction is one of the main driving forces at the presented graphene/bacteria interfaces and promotes the antibacterial activity of graphene derivatives significantly.
Die Kenntnis von Materialeigenschaften spielt bei der Entwicklung oder Optimierung von
Betonen und Bauweisen für den Straßenbau sowie der Qualitätskontrolle und -sicherung eine bedeutende Rolle. Gleichermaßen bilden physikalische Materialkennwerte die Grundlage für die rechnerische Dimensionierung und die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahndecken.
Einen relevanten Kennwert bei der Untersuchung thermisch induzierter Spannungsund Verformungszustände stellt der thermische Ausdehnungskoeffizient von Beton dar.
Dieser beeinflusst beispielsweise maßgeblich das Längsdehnungsverhalten des Deckensystems sowie das Ausmaß von Plattenkrümmungen und Fugenbewegungen. Im Zuge der systematischen Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung aber auch im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Fahrbahndecken gilt es zu hinterfragen, ob lastunabhängige Formänderungseigenschaften, wie z. B. der thermische Ausdehnungskoeffizient der verwendeten Betone, aktuell ausreichend Beachtung finden, ob allgemeine Literaturwerte für die heutigen Fahrbandeckenbetone stets Gültigkeit besitzen und ob deren Implementierung in moderne Rechenmodelle zu validen Ergebnissen führt. Für eine empirische Herangehensweise ist die Verfügbarkeit adäquater Prüfverfahren von entscheidender Bedeutung. In Deutschland existiert aktuell jedoch kein standardisiertes oder genormtes Verfahren für die prüftechnische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Beton. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die in diesem Beitrag vorgestellt und hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten und Messungenauigkeiten diskutiert werden.
Außerdem erfolgt die Darstellung ausgewählter Ergebnisse aus Analysen an Bestandsbetonen aus dem BAB-Netz. Im Ergebnis sollen die Untersuchungen einen Beitrag zur Schaffung der prüftechnischen Voraussetzungen für eine abgesicherte Quantifzierung der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen leisten.
Mineralische Bauabfälle stellen in den Industrienationen den größten Abfallstrom dar.
Allein in Deutschland fallen jährlich mehr als 50 Mio. Tonnen Bauschutt an, der hauptsächlich aus Beton- und Mauerwerkbruch besteht. Dabei nehmen die Verwertungs- und Recyclingquoten bei den bereits etablierten herkömmlichen Einsatzgebieten für aufbereitete Bau- und Abbruchabfälle mit zunehmender Heterogenität des Materials ab. Ein höherwertiges Recycling mit dem Ziel das aufbereitete Material in hochwertigen Betonprodukten einzusetzen erfolgt heute in Deutschland lediglich im Rahmen von Pilotprojekten. So können die groben Körnungen des Betonbruchs als rezyklierte Gesteinskörnung im Beton eingesetzt werden. Besonders eingeschränkte Verwertungsmöglichkeiten liegen für Mauerwerkbruch vor, einem Gemisch aus Beton, Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton, Mörtel, Natursteinen und anderen mineralischen Bestandteilen. Die Ursache hierfür ist neben der heterogenen Zusammensetzung des Materials auch dessen feine Kornverteilung, die durch den bei der mechanischen Aufbereitung zwangsläufig anfallenden Feinkornanteil von 30 bis über 40 Prozentbedingt ist.
Defizite in der Verwertung bestehen also besonders bei heterogenen feinkörnigen Gemischen. Hier müssen Ansätze gefunden werden, um eine hochwertige Wiederverwertung zu ermöglichen. Dafür ist eine möglichst gute Trennung der einzelnen Materialfraktionen ein bewährter Ansatz. Während Metalle mittels Band- und Wirbelstromabscheidern und leichte Fremdbestandteile über Windsichtung und Dichtesortierung ausgetragen werden können, ist eine Trennung der Materialien Ziegel, Mörtel und Beton, insbesondere für die feinen Fraktionen, derzeit technologisch und wirtschaftlich nicht umsetzbar. Ein rohstoffliches Recycling dieser heterogen zusammengesetzten Abfälle unter Nutzung ihrer chemisch-mineralogischen Zusammensetzung ohne eine vorherige Trennung in die einzelnen Materialfraktionen bietet sich als Alternative an. Ergebnisse zur Herstellung von Leichtgranulaten aus Mauerwerkbruch und Tonen in einem thermischen Prozess ähnlich der Blähtonherstellung wurden bereits mehrfach veröffentlicht. Diese Recycling-Granulate (RCG) sollen unter anderem als leichte Gesteinskörnung für Betone verwendet werden. Gegenstand dieses Beitrags sind Ergebnisse aus dem Verbundforschungsprojekt „RC-Leichtgranulate“ zum Einsatz der RCG in Leichtbeton.
Particle size modality in bi-modal iron oxide suspensions was resolved by exploiting complex ac-susceptibility (ACS), small angle X-ray scattering (SAXS) and photon cross-correlation spectroscopy. To explain dynamic magnetic response of bi-modal suspensions, the Debye model was expanded to a linear superposition form allowing for the contribution of both particle fractions. This modified and adopted model is able to resolve the bi-modal particle size distributions. The SAXS curves of mono- and bi-modal suspensions were fitted well using a Monte Carlo simulation scheme, allowing the detection of bi-modal particle size distributions with high precision.