Umwelt
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This paper describes a new ultrasonic measuring device called “W-Box”. It was developed based on the requirements of the DFG Forschergruppe (research unit) CoDA for a portable device for monitoring of concrete specimens, models and actual structures using embedded ultrasonic transducers as well as temperature and humidity sensors. The W-Box can send ultrasonic pulses with a variable frequency of 50–100 kHz to one selectable transducer and records signals from up to 75 multiplexed channels with a sample rate of 1 MHz and a resolution of 14 bits. In addition, it measures temperature and humidity with high accuracy, adjustable amplification, restarts automatically after a power failure and can be fully controlled remotely. The measured data are automatically stored locally on-site data quality checks and transferred to remote servers. The comparison of the W-Box with a laboratory setup using commercial devices proves that it is equally reliable and precise, at much lower cost. The W-Box also shows that their measurement capacities, with the used embedded ultrasonic transducers, can reach above 6 m in concrete.
Recent progress has shown that using wavelengths between 1,000 and 2,000 nm, referred to as the shortwave-infrared or near-infrared (NIR)-II range, can enable high-resolution in vivo imaging at depths not possible with conventional optical wavelengths.
However, few bioconjugatable probes of the type that have proven invaluable for multiplexed imaging in the visible and NIR range are available for imaging these wavelengths. Using rational design, we have generated persulfonated indocyanine dyes with absorbance maxima at 872 and 1,072 nm through catechol-ring and aryl-ring fusion, respectively, onto the nonamethine scaffold. Multiplexed two-color and three-color in vivo imaging using monoclonal antibody and dextran conjugates in several tumor models illustrate the benefits of concurrent labeling of the tumor and healthy surrounding tissue and lymphatics.
These efforts are enabled by complementary advances in a custom-built NIR/shortwave-infrared imaging setup and software package for multicolor real-time imaging.
Der AK 3.7 ist ein "erweiterter" AK und je zur Hälfte mit NAMUR-Vertretern und Vertretern der Geräte- und Softwarehersteller besetzt. Er wurde ins Leben gerufen, um Begrifflichkeiten der digitalen Transformation aufzugreifen, wie etwa Smarte Sensorik, Sensordatenfusion, Schwarmsensorik oder Softsensorik. Eine erste Aufgabe bestand darin, einige exemplarische Anwendungsfälle der Nutzung smarter Eigenschaften von Feldgeräten sowie deren zukünftige Kommunikationsmöglichkeiten sowohl mit Bezug auf Bestandsanlagen als auch mit Blick auf einen potentiellen Technologiewechsel zu betrachten. Neuer Scope des AK 3.7 ist eine "Next Generation Automation" um einen potentiellen Technologiewechsel rechtzeitig vorauszudenken. Dieses erfolgt unter vollständiger gedanklicher Trennung von heutiger Automatisierung und auch vom NOA-Konzept.
Ebenso wird ein Technologiewechsel in der Produktion der Prozessindustrie (wahrscheinlich modulbasiert) postuliert. Ziel des AK 3.7 wird es in Zukunft sein, diese Anforderungen an smarte Feldgeräte aufzugreifen und gemeinsam mit den thematisch überlappenden Interessenskreisen in Standards zu übersetzen.
The concept of a ‘plastisphere microbial community’ arose from research on aquatic plastic debris, while the effect of plastics on microbial communities in soils remains poorly understood. Therefore, we examined the inhabiting microbial communities of two plastic debris ecosystems with regard to their diversity and composition relative to plastic-free soils from the same area using 16S rRNA amplicon sequencing. Furthermore, we studied the plastic-colonizing potential of bacteria originating from both study sites as a measure of surface adhesion to UV-weathered polyethylene (PE) using high-magnification field emission scanning electron microscopy (FESEM). The high plastic content of the soils was associated with a reduced alpha diversity and a significantly different structure of the microbial communities. The presence of plastic debris in soils did not specifically enrich bacteria known to degrade plastic, as suggested by earlier studies, but rather shifted the microbial community towards highly abundant autotrophic bacteria potentially tolerant to hydrophobic environments and known to be important for biocrust formation. The bacterial inoculates from both sites formed dense biofilms on the surface and in micrometer-scale surface cracks of the UV-weathered PE chips after 100 days of in vitro incubation with visible threadlike EPS structures and cross-connections enabling surface adhesion. High-resolution FESEM imaging further indicates that the microbial colonization catalyzed some of the surface degradation of PE. In essence, this study suggests the concept of a ‘terrestrial plastisphere’ as a diverse consortium of microorganisms including autotrophs and other pioneering species paving the way for those members of the consortium that may eventually break down the plastic compounds.
Die große Herausforderung in der Detektion von Mikroplastik (MP)‑Partikeln (1-1000 µm) besteht darin, sie neben Millionen von natürlichen Partikeln in Umweltproben nachzuweisen. Zum Aufspüren von Senken, Eintragspfaden und für Monitoring-Kampagnen ist ein schnelles, automatisiertes Verfahren unerlässlich. Ein solches Verfahren wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit der ThermoExtraktion/Desorption-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TED-GC/MS) in den letzten Jahren entwickelt.
Increasing contamination of environmental waters with pharmaceuticals represents an emerging threat for the drinking water quality and safety. In this regard, fast and reliable analytical methods are required to allow quick countermeasures in case of contamination. Here, we report the development of a magnetic bead-based immunoassay (MBBA) for the fast and cost-effective determination of the analgesic diclofenac (DCF) in water samples, based on diclofenac-coupled magnetic beads and a robust monoclonal anti-DCF antibody. A novel synthetic strategy for preparation of the beads resulted in an assay that enabled for the determination of diclofenac with a significantly lower limit of detection (400 ng/L) than the respective enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). With shorter incubation times and only one manual washing step required, the assay demands for remarkably shorter time to result (< 45 min) and less equipment than ELISA. Evaluation of assay precision and accuracy with a series of spiked water samples yielded results with low to moderate intra- and inter-assay variations and in good agreement with LC–MS/MS reference analysis. The assay principle can be transferred to other, e.g., microfluidic, formats, as well as applied to other analytes and may replace ELISA as the standard immunochemical method.
Pseudomonas aeruginosa biofilms exhibit an intrinsic resistance to antibiotics and constitute a considerable clinical threat. In cystic fibrosis, a common feature of biofilms formed by P. aeruginosa in the airway is the occurrence of mutants deficient in flagellar motility. This study investigates the impact of flagellum deletion on the structure and antibiotic tolerance of P. aeruginosa biofilms, and highlights a role for the flagellum in adaptation and cell survival during biofilm development. Mutations in the flagellar hook protein FlgE influence greatly P. aeruginosa biofilm structuring and antibiotic tolerance. Phenotypic analysis of the flgE knockout mutant compared to the wild type (WT) reveal increased fitness under planktonic conditions, reduced initial adhesion but enhanced formation of microcolony aggregates in a microfluidic environment, and decreased expression of genes involved in exopolysaccharide formation. Biofilm cells of the flgE knock-out mutant display enhanced tolerance towards multiple antibiotics, whereas its planktonic cells show similar resistance to the WT. Confocal microscopy of biofilms demonstrates that gentamicin does not affect the viability of cells located in the inner part of the flgE knock-out mutant biofilms due to reduced penetration. These findings suggest that deficiency in flagellar proteins like FlgE in biofilms and in cystic fibrosis infections represent phenotypic and evolutionary adaptations that alter the structure of P. aeruginosa biofilms conferring increased antibiotic tolerance.
Schwarze mikrokoloniale Pilze besiedeln zunehmend von Menschen geschaffene Habitate, wie schadstoffbelastete Böden, Statuen, Gebäudefassaden und Dächer. Sie verfärben und zersetzen die Oberflächen von anfälligen Materialien oder reduzieren die Lichtausbeute von Solaranlagen. Die Biologie dieser Pilze und ihre Relevanz für die Materialforschung stehen im Fokus unserer Studien an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Mit einer Kollektion schwarzer Pilze, die von Solaranlagen isoliert wurden, bringen wir klima- und materialrelevante Biodiversität in den Stammbaum des Lebens. Die Überlebensstrategien dieser Organismen versuchen wir mit molekularbiologischen und genetischen Untersuchungsansätzen zu entschlüsseln.
Portable, antikörperbasierte Analysenverfahren für die Schadstofferfassung im Wasserkreislauf
(2021)
Die Wasseranalytik wird bestimmt von zwei Hauptbedarfen, einerseits der Erfassung der Gewässergüte und Grundwassergüte als Basis für die Bereitstellung einwandfreien Trinkwassers und zum anderen des Monitorings der Wasserqualität in den Prozessen der Wasseraufbereitung und der Abwasserreinigung. Für beide Anwendungsbereiche ist eine laborbasierte Analytik eher hinderlich, werden die Analysenergebnisse doch eigentlich vor Ort benötigt, um etwa Beprobungskampagnen rasch anpassen zu können. Des Weiteren werden die Daten auch schnell benötigt, um zeitnah in die technischen Prozesse einzugreifen. Organische Kontaminanten werden meist über chromatographische Verfahren, häufig gekoppelt mit einer massenspektrometrischen Detektion, in instrumentellen Labormethoden erfasst, und die hochauflösende Massenspektrometrie und die Non-target-Analytik haben viel zum Wissen über das Vorkommen, insbesondere von sogenannten „Emerging Contaminants“, beigetragen, sowie zum Verständnis der beteiligten Eintragspfade und Abbauwege. Moderne, portable Analysenmethoden und insbesondere Sensoren werden zukünftig aber ihren Platz in der Schadstofferfassung im Wasserkreislauf einnehmen. Dies gilt insbesondere für antikörperbasierte Analysenverfahren, da erst diese oft die nötige Selektivität und Sensitivität in die Detektionsmethoden einbringen.
One of the most important chemicals used in the production of polymer plastics and coatings is bisphenol A. However, despite the large number of studies on the toxicity and hormonal activity of BPA, there are still open questions and thus considerable media attention regarding BPA toxicity. Hence, it is necessary to develop a sensitive, simple, cost-efficient, specific, portable, and rapid method for monitoring bisphenol A and for high sample throughput and on-site screening analysis. Lateral flow immunoassays have potential as rapid tests for on-site screening. To meet sensitivity criteria, they must be carefully optimized. A latex microparticle-based LFIA for detection of BPA was developed. The sensitivity of the assay was improved by non-contact printing of spot grids as the control and test lines with careful parameter optimization. Results of the test could be visually evaluated within 10 min with a visual cut-off of 10 µg/L (vLOD). Alternatively, photographs were taken, and image analysis performed to set up a calibration, which allowed for a calculated limit of detection (cLOD) of 0.14 µg/L. The method was validated for thermal paper samples against ELISA and LC–MS/MS as reference methods, showing good agreement with both methods