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Interfacing artificial devices with the human brain is the central goal of neurotechnology. Yet, our imaginations are often limited by currently available paradigms and technologies. Suggestions for brain−machine interfaces have changed over time, along with the available technology.
Mechanical levers and cable winches were used to move parts of the brain during the mechanical age. Sophisticated electronic wiring and remote control have arisen during the electronic age, ultimately leading to plug-and-play computer interfaces. Nonetheless, our brains are so complex that these visions, until recently, largely remained unreachable dreams. The general problem, thus far, is that most of our technology is mechanically and/or electrically engineered, whereas the brain is a living, dynamic entity. As a result, these worlds are difficult to interface with one another. Nanotechnology, which encompasses engineered solid-state objects and integrated circuits, excels at small length scales of single to a few hundred nanometers and, thus, matches the sizes of biomolecules, biomolecular assemblies, and parts of cells. Consequently, we envision nanomaterials and nanotools as opportunities to interface with the brain in alternative ways. Here, we review the existing literature on the use of nanotechnology in brain−machine interfaces and look forward in discussing perspectives and limitations based on the authors’ expertise across a range of complementary disciplines from neuroscience, engineering, physics, and chemistry to biology and medicine, computer science and mathematics, and social science and jurisprudence. We focus on nanotechnology but also include information from related fields when useful and complementary.
The key comparison CCQM-K102: Polybrominated diphenyl ethers in sediment was coordinated by the JRC, Directorate F - Health, Consumers & Reference Materials, Geel (Belgium) under the auspices of the Organic Analysis Working Group (OAWG) of the Comité Consultatif pour la Quantité de Matière (CCQM). Thirteen National Metrology institutes or Designated Institutes and the JRC participated. Participants were requested to report the mass fraction (on a dry mass basis) of BDE 47, 99 and 153 in the freshwater sediment study material. The sediment originated from a river in Belgium and contained PBDEs (and other pollutants) at levels commonly found in environmental samples. The comparison was designed to demonstrate participants' capability of analysing non-polar organic molecules in abiotic dried matrices (approximate range of molecular weights: 100 to 800 g/mol, polarity corresponding to pKow < −2, range of mass fraction: 1–1000 μg/kg). All participants (except one using ultrasonic extraction) applied Pressurised Liquid Extraction or Soxhlet, while the instrumental analysis was performed with GC-MS/MS, GC-MS or GC-HRMS. Isotope Dilution Mass Spectrometry approach was used for quantification (except in one case). The assigned Key Comparison Reference Values (KCRVs) were the medians of thirteen results for BDE 47 and eleven results for BDE 99 and 153, respectively. BDE 47 was assigned a KCRV of 15.60 μg/kg with a combined standard uncertainty of 0.41 μg/kg, BDE 99 was assigned a KCRV of 33.69 μg/kg with a combined standard uncertainty of 0.81 μg/kg and BDE 153 was assigned a KCRV of 6.28 μg/kg with a combined standard uncertainty of 0.28 μg/kg. The k-factor for the estimation of the expanded uncertainty of the KCRVs was chosen as k = 2.
Der Frequenzbereich der Terahertzwellen liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht – also etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz (THz). Der VDI-Statusreport „Terahertzsysteme und Anwendungen“ stellt die unterschiedlichen Konzepte für Terahertzsysteme vor und zeigt Anwendungsbeispiele, bei denen die Terahertztechnik erfolgreich eingesetzt wird. Umfangreiche Literaturangaben ermöglichen eine intensivere Beschäftigung mit allen Themen des VDI-Statusreports.
Diese Richtlinie definiert Kenngrößen und Messverfahren, um Terahertzsysteme für die Zeitbereichsspektroskopie (TDS)zu spezifizieren. So können Hersteller ihre Systeme übereinstimmend beschreiben und Anwender einfach Systeme vergleichen. Systeme für die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie sind aktive Systeme und nutzen verschiedene Techniken sowohl zur Erzeugung als auch zur zeitaufgelösten Messung von breitbandigen Terahertzimpulsen. Die dazugehörigen Terahertzspektren und -Phasen werden nach einer zeitlichen Abtastung über eine Fourier-Transformation berechnet. In dieser Richtlinie wird ein Überblick über die Funktionsweisen von Zeitbereichsspektrometern gegeben, die eingesetzten Messverfahren näher erläutert sowie die benötigten Begriffe und Kenngrößen definiert. Die Richtlinie konzentriert sich dabei auf Systeme, die auf sogenannten Abtastmessverfahren (Sampling-Messverfahren) basieren.
Strong coupling effects in magnetocaloric materials are the key factor to achieve a large magnetic entropy change. Combining insights from experiments and ab initio calculations, we review relevant coupling phenomena, including atomic coupling, stress coupling, and magnetostatic coupling. For the investigations on atomic coupling, we have used Heusler compounds as a flexible model system. Stress coupling occurs in first‐order magnetocaloric materials, which exhibit a structural transformation or volume change together with the magnetic transition. Magnetostatic coupling has been experimentally demonstrated in magnetocaloric particles and fragment ensembles. Based on the achieved insights, we have demonstrated that the materials properties can be tailored to achieve optimized magnetocaloric performance for cooling applications.
Strong coupling effects in magnetocaloric materials are the key factor to achieve a large magnetic entropy change. Combining insights from experiments and ab initio calculations, we review relevant coupling phenomena, including atomic coupling, stress coupling, and magnetostatic coupling. For the investigations on atomic coupling, we have used Heusler compounds as a flexible model system. Stress coupling occurs in first‐order magnetocaloric materials, which exhibit a structural transformation or volume change together with the magnetic transition. Magnetostatic coupling has been experimentally demonstrated in magnetocaloric particles and fragment ensembles. Based on the achieved insights, we have demonstrated that the materials properties can be tailored to achieve optimized magnetocaloric performance for cooling applications.
Die nicht ionisierende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Terahertz-Frequenzen ermöglicht berührungslose und zerstörungsfreie Mess- und Prüftechnik in zahlreichen Bereichen. Nach ersten Anwendungen in der Astronomie und der Atmosphärenforschung wurden in letzter Zeit Anwendungsfelder in der Sicherheitstechnik, der Medizintechnik, der Nachrichtentechnik und der zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle erschlossen. Dielektrische Materialien wie Kunststoffe und Keramiken können von Terahertz-Wellen durchdrungen werden. Das ermöglicht Untersuchungen des Objektinneren ohne spezielle Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. beim Röntgen notwendig sind. Die Richtlinie erleichtert die Verständigung zwischen Nutzern, Herstellern und dem Vertrieb von Terahertz-Systemen. In der Richtlinie werden bekannte Einsatzgebiete sowie die eingesetzten Verfahren und Funktionsprinzipien aufgeführt, um den Leser bei der Auswahlentscheidung zu unterstützen. Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen und Hinweisen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, zum Strahlenschutz und zur regulierten Frequenzvergabe werden die verschiedenen Geräteklassen von Terahertz-Systemen ausführlich vorgestellt. Die Richtlinie gibt Hinweise zur messtechnischen Charakterisierung von Terahertz-Wellen. Einsatzgebiete von Terahertz-Systemen, wie die zerstörungsfreie Prüfung, die Dicken- und Abstandsmessung, die Tomografie und die chemische Analytik, werden mit ihren spezifischen Eigenschaften im Detail beschrieben. Umfangreiche Literaturverweise vereinfachen eine vertiefte Beschäftigung mit den Themen der Richtlinie. Eine tabellarische Übersicht mit einer Zusammenfassung, welche Terahertz-Systeme für welche Anwendungsfelder eingesetzt werden können, vervollständigt die Richtlinie.
Diaminodicyanoquinones: Fluorescent dyes with high dipole moments and electron-acceptor properties
(2019)
Fluorescent dyes are applied in various fields of research,includingsolarcellsandlight-emittingdevices,andas reporters for assays and bioimaging studies.Fluorescent dyes with an added high dipole moment pave the way to nonlinear optics and polarity sensitivity.Redox activity makes it possible to switch the moleculeQsphotophysical properties.Diaminodicyanoquinone derivatives possess high dipole moments,yet only lowfluorescence quantum yields,and have therefore been neglected as fluorescent dyes.Here we investigate the fluorescencepropertiesofdiaminodicyanoquinonesusingacombined theoretical and experimental approach and derive molecules with afluorescence quantum yield exceeding 90%. The diaminodicyanoquinone core moiety provides chemical versatility and can be integrated into novel molecular architectures with unique photophysical features.
Towards the standardization of biochar analysis: the COST action TD1107 interlaboratory comparison
(2016)
Biochar produced by pyrolysis of organic residues is increasingly used for soil amendment and many other applications. However, analytical methods for its physical and chemical characterization are yet far from being specifically adapted, optimized, and standardized. Therefore, COST Action TD1107 conducted an interlaboratory comparison in which 22 laboratories from 12 countries analyzed three different types of biochar for 38 physical–chemical parameters (macro- and microelements, heavy metals, polycyclic aromatic hydrocarbons, pH, electrical conductivity, and specific surface area) with their preferential methods. The data were evaluated in detail using professional interlaboratory testing software. Whereas intralaboratory repeatability was generally good or at least acceptable, interlaboratory reproducibility was mostly not (20% < mean reproducibility standard deviation < 460%). This paper contributes to better comparability of biochar data published already and provides recommendations to improve and harmonize specific methods for biochar analysis in the future.
