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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.
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.
This paper describes Food-MetNet, a coordinated preparatory initiative to establish the European Metrology Network on Food Safety (EMN-FS). Food-MetNet aims to establish a long-term ongoing dialogue between the metrology community and relevant stakeholders, in particular, European Union Reference Laboratories (EURLs), National Reference Laboratories (NRLs) and the Joint Research Centre (JRC). This dialogue is meant to support the collection of needs from stakeholders, the take-up of metrological research output and the development of the roadmaps needed to navigate future research.
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.
Lead (Pb) isotope amount ratios are commonly used in applications ranging from archaeology and forensic sciences to terrestrial and extra-terrestrial geochemistry. Despite their utility and frequency of use, only three certified isotope amount ratio reference materials are currently available for Pb: NIST SRMs 981, 982 and 983. Because SRM 981 has a natural Pb isotopic composition, it is mainly used for correcting instrumental mass discrimination or fractionation. This means that, at present, there are no other certified isotope reference materials with natural Pb isotopic composition that could be used for validating or verifying an analytical procedure involving the measurement of Pb isotope amount ratios.
To fill this gap, two new reference materials, both certified for their Pb isotopic composition, have been produced together with a complete uncertainty assessment. These new reference materials offer SI traceability and an independent means of validating or verifying analytical procedures used to produce Pb isotope amount ratio measurements.
ERM-EB400 is a bronze material containing a nominal Pb mass fraction of 45 mg/kg. ERM-AE142 is a high purity solution of Pb with a nominal mass fraction of 100 mg/kg. Both materials have been specifically produced to assist analysts in verifying or validating their analytical procedures. Note that while one of these reference materials requires the chemical separation of Pb from its matrix (ERM-EB400), the other does not (ERM-AE142). Details on the certification of these isotope reference materials are provided in this report.
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.
Dieser Bericht beschreibt die Zertifizierung von 3 synthetischen Isotopenmischungen aus natürlicher und angereicherter Borsäure. Diese Isotopen-ZRM liegen als konzentrierte, wäs-serige Borsäure-Lösungen vor und sind bezüglich ihrer Isotopenzusammensetzung zertifi¬ziert. Der Bor-Gesamtgehalt ist als Richtwert angegeben. Die Unsicherheiten sind erweiterte Messunsicherheiten mit k=2. Sie sind in Klammern angegeben und beziehen sich auf die letzten beiden Stellen. Die vorliegenden Isotopen-ZRM sind bezüglich ihrer Isotopenzu¬sam-mensetzung mit erweiterten relativen Messunsicherheiten kleiner 0,12% zertifiziert. Die ab-solute, kombinierte Standardunsicherheit des prozentualen Stoffmengenanteils der Isotope (Isotopenhäufigkeit) liegt zwischen 0.012 und 0.017.
Bulk enstatite chondrites (EC) and their achondritic counterpart, the aubrites, have the lightest measured Si isotope composition of all rocks in the solar system. Some authors proposed that the enrichment of 28Si in EC metal by equilibrium or kinetic isotope fractionation processes in the solar nebula may have led to the negative δ30/28Si of bulk EC. Because EC are also depleted in refractory elements, loss of a heavy Si component with refractory elements might be an alternative explanation. To further constrain their genesis, we analysed for the first time in situ Si-isotope ratios simultaneously with major- and trace element abundances in silicate and metal phases of Sahara 97072 (EH3) and Indarch (EH4).
Als Folge der industriellen Produktion und der vielfältigen industriellen Nutzung von organischen Lösungsmitteln sind eine Vielzahl von Edukten, Zwischen- und Endprodukten in die Umwelt eingetragen worden und führen zu massiven Verunreinigungen des Bodens und des Grundwassers. Die Untersuchung und Sanierung des Grundwassers stellt einen aktuellen Schwerpunkt in der Altlastenbearbeitung dar. Vielfach werden klassische pump & treat-Verfahren zur Grundwassersanierung verwendet. Diese aktiven Sicherungs- und Sanierungsmaßnahmen werden jedoch unter dem Gesichtspunkt der Verhältnismäßigkeit häufig als ineffizient eingeschätzt. Als Alternative sollen die natürlichen Abbauprozesse im Grundwasserleiter genutzt oder gezielt verstärkt werden, um auf diesem Weg eine in-situ-Sanierung des Grundwasserleiters zu erreichen. In den letzten Jahren haben sich verschiedene Sanierungsverfahren etabliert, bei denen durch die Zugabe von Hilfsstoffen die mikrobiologische Aktivität des Aquifers erhöht wird bzw. Stoffe zugeführt werden, die mit den Schadstoffen reagieren (in-situ chemische Oxidation bzw. Reduktion, ISCO). An ausgewählten Standorten ist auch die aktive Sanierung (pump & treat, on-site- Sanierung) mit biologischem Schadstoffabbau (Bio-Filter) kombiniert worden. Um den Sanierungsverlauf zu verfolgen und zu optimieren, ist die Beprobung von Grundwasser aus dem Grundwasserleiter oder aus laufenden Anlagen erforderlich. In Fällen der gesteigerten mikrobiologischen Aktivität des Grundwassers treten gehäuft Probleme bei der Stabilisierung der Wasserproben auf. Die forcierten Abbauprozesse der Schadstoffe gehen nach der Probenahme in der Probenflasche weiter, bis die Energiebasis der Mikrobiologie aufgebraucht ist. Durch eine geringe Temperaturerhöhung beschleunigen sich diese Prozesse zusätzlich. In der Folge können die Schadstoffgehalte teilweise innerhalb weniger Stunden stark reduziert werden. Im Analysenlabor wird dann ein Schadstoffgehalt nachgewiesen, der nicht mehr die Verhältnisse im Aquifer bzw. im Ablauf der Reinigungsstufen widerspiegelt. Eine Einschätzung des Sanierungsfortschritts oder der Reinigungsleistung ist unter diesen Bedingungen stark fehlerbehaftet und kann zu groben Fehlinterpretationen führen. Grundwasserproben, die einem Aquifer mit hoher natürlicher oder initiierter mikrobiologischer Abbauaktivität entstammen, müssen daher zusätzlich stabilisiert werden, um den Ist-Zustand zum Zeitpunkt der Probenahme zu erfassen. Die Konservierung von Wasserproben bei der Probenahme von Grundwasser ist in der Normung umfangreich beschrieben: Die EN ISO 5667-3 von 2004 ist im Normausschuss (NA 119-01-03-01-01) überarbeitet und 2012 als Norm verabschiedet worden (EN ISO 5667-3, 03.12, deutsche Fassung DIN EN ISO 5667-3, 03-2013) [1], In Einzelfällen hat sie sich nicht als ausreichend erwiesen, um die Stabilität der organischen Schadstoffe in den oben beschriebenen Wasserproben zu gewährleisten.
In vitro cultured lung cancer cells are not suitable for animal-based breath biomarker detection
(2015)
In vitro cultured lung cancer cell lines were investigated regarding the possible identification of volatile organic compounds as potential biomarkers. Gas samples from the headspace of pure culture medium and from the cultures of human lung adenocarcinoma cell lines A549 and Lu7466 were exposed to polypropylene fleece in order to absorb odour components. Sniffer dogs were trained with loaded fleeces of both cell lines, and honey bees were trained with fleeces exposed to A549. Afterwards, their ability to distinguish between cell-free culture medium odour and lung cancer cell odour was tested. Neither bees nor dogs were able to discriminate between odours from the cancer cell cultures and the pure culture medium. Solid phase micro extraction followed by gas chromatography with mass selective detection produced profiles of volatiles from the headspace offered to the animals. The profiles from the cell lines were largely similar; distinct differences were based on the decrease of volatile culture medium components due to the cells' metabolic activity. In summary, cultured lung cancer cell lines do not produce any biomarkers recognizable by animals or gas chromatographic analysis.
