4 Material und Umwelt
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Normgerechte Ausführung resultiert in Qualität, aber sie ist nicht allein ein Garant auch für hohe Qualität. Hierfür sind begleitend immer auch nachgeordnete Richtlinien wie z. B. spezifische Gütekriterien zu erfüllen. Der Vortrag erklärt die Normungsarbeit auf nationaler und internationaler Ebene und schildert die Stärken aber auch die Schwächen bei der Erstellung von Normen. Dabei ist die Konsensbildung zwischen unterschiedlichen interessierten Kreisen mit deren Partikularinteressen oftmals ein Hindernis, das aber über Zusatzvereinbarungen und der Norm nachgeordneten Regeln überwunden werden kann.
Most microorganisms live in environments where nutrients are limited and fluctuate over time. Cells respond to nutrient fluctuations by sensing and adapting their physiological state. Recent studies suggest phenotypic heterogeneity in isogenic populations as an alternative strategy in fluctuating environments, where a subpopulation of cells express a function that allows growth under conditions that might arise in the future. It is unknown how environmental factors such as nutrient limitation shape phenotypic heterogeneity in metabolism and whether this allows cells to respond to nutrient fluctuations. Here, we show that substrate limitation increases phenotypic heterogeneity in metabolism, and this heterogeneity allows cells to cope with substrate fluctuations. We subjected the N2-fixing bacterium Klebsiella oxytoca to different levels of substrate limitation and substrate shifts, and obtained time-resolved single-cell measurements of metabolic activities using nanometre-scale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS). We found that the level of NH4+ limitation shapes phenotypic heterogeneity in N2 fixation. In turn, the N2 fixation rate of single cells during NH4+ limitation correlates positively with their growth rate after a shift to NH4+ depletion, experimentally demonstrating the benefit of heterogeneity. The results indicate that phenotypic heterogeneity is a general solution to two important ecological challenges - nutrient limitation and fluctuations - that many microorganisms face. Currently, we use NanoSIMS to develop a new approach that defines functionally-relevant, phenotypic biodiversity in microbial systems. In the last part of my presentation, I will highlight why the concept of phenotypic diversity is relevant for the understanding of antimicrobial resistance.
The XPS information depth of approximately 10 nm is in the same size range as the outer membrane of the gram-negative bacteria, which makes XPS a suitable tool for determining the elemental composition of the bacterial surface and monitor changes caused by outer stress like dehydration or exposure to antimicrobials. However, bacteria are inherently in a hydrated state, and therefore only compatible to ultra-high vacuum after extensive sample preparation, which may degrade the sample constituents. This issue is addressed by the development of near-ambient pressure (NAP)-XPS, which enables bacteria and biofilms to be characterised in their native wet state. Artificial biofilms, bacteria and biofilms of Escherichia coli have been characterised with the laboratory NAP-XPS instrument EnviroESCA from SPECS GmbH, at pressures ranging from high vacuum to 12 mbar, and in both humid and dry environment. By studying biological samples in their native wet state, new insight about composition and transport of drugs through cell membranes and the extracellular polymeric substance (EPS) of biofilms can be obtained. In this contribution, the latest progress on biofilm characterisation by NAP-XPS will be presented, and measurement capabilities and limitations will be discussed.
A presentation held for the seminar "Ausgewählte analytische Methoden der Physik" hosted by Prof. Birgit Kanngießer at TU Berlin. The first part focus on depth-dependent XPS-measurements (XPS, synchrotron HAXPES) to obtain a concentration profile of iodine in an artificial biofilm. In the second part, NAP-XPS measurements of various bacterial samples are presented.
Zu den unerwünschten Gästen im Museum oder im Haushalt gehört zweifelsohne die Kleidermotte Tineola bisselliella. Es sind die Larven dieses Kleinschmetterlings, die die Schäden verursachen. Neben der konventionellen Schadensabwehr besteht die Möglichkeit, Schlupfwespen zur Bekämpfung der Larven einzusetzen. Der Vortrag rekonstruiert die Natur- und Kulturgeschichte der Kleidermotte anhand ökologischer Studien und historischen Indizien.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz, die jeweils mit polybromierten Flammschutzmitteln (PBFSM) versehen sind. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Auch soll mit Hilfe der RFA und der LA-ICP-MS die Abreicherung der PBFSM in den Modellmaterialien beschrieben werden. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
Gegenstand des Projekts ist die Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polycarbonat, Polytetrafluorethylen, Polystyrol und Polypropylen zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden, die es gestatten, Schnellprüfverfahren zu etablieren, die die Simulation der realen Beanspruchungen im Zeitraffermodell anwendbar machen. Somit sollen standardisierbare Schnellbeanspruchungs-verfahren erarbeitet werden, die als Prüfeinrichtungen etabliert werden und von externen Auftraggebern zur Prüfung der Umweltbeständigkeit und -verträglichkeit von neuen Materialien genutzt werden können. Die Umweltwirkungen (chemisch-physikalisch und mikrobiologisch) sollen so definiert eingesetzt werden, dass eine reproduzierbare Prüfung möglich wird. Aus diesen Verfahren und Methoden sollen Normen abgeleitet werden, die eine standardisierte Materialprüfung ermöglichen.
Environmental sustainability and –stability of Materials concerning the Migration of pollutants
(2018)
MaUS is an acronym for ”Material und Umweltsimulationen“. Plastics are in the focus of environmental politics due to their long-term behaviour and therefore to their persistence. Not only that they appear as visible contaminants in the sea and on the beach, but their unknown behaviour concerning their additives as well as the related transformation products are anxious. Therefore, we wish to establish a certified reference method to provide a method for testing plastics.
Aim of this project is the development of fast motion standard reference methods for testing plastics regarding to their environmental compatibility. To establish these testing methods, we use polystyrene (PS) and polypropylene (PP) with environmental relevant brominated flame retardants, known for their persistent bioaccumulative and toxic (PBT) properties. In case of PS the material contains 1 wt% of 1,2,5,6,9,10-hexabromocyclododecan (HBCD) and in case of PP 0.1 wt% bromodiphenylether (BDE-209), which is known as a substance of very high concern (SVHC). Furthermore, we use polycarbonate (PC), which is still used as material in baby flasks and releases Bisphenol A (BPA), an estrogenic active substance.
As an additional material PTFE is used for its importance as a source for two ubiquitous environmental substances (PFOS and PFOA), whose toxicological effects are still incompletely known.
The focus in this current work is set on the transfer of potential pollutants out of applied materials mentioned above into environmental compartments like water or soil. Here an accelerated aging concept should be developed to shortened time consuming natural processes. For these resulting simulations we use a programmable weathering chamber with dry and wet periods and with high and low temperatures. These programmes run for several weeks and according to a defined sampling schedule we take water samples, run a clean-up procedure by SPE (Molecular imprinted polymers (MiPs) resp. polymer-based cartridges (Waters Oasis HLB)) and analyse them by HPLC-UV resp. LC-MS/MS. Of most interest in case of flame retardants are photocatalytic transformation products. Therefore, we conduct a non-target-screening resp. a suspected target-screening by LC-MS/MS and HRMS.