Chemie und Prozesstechnik
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Hepcidin-25 regulates iron homeostasis in response to inflammation, erythropoietic demand and iron stores. The liver synthesizes three types of hepcidin, only hepcidin-25 indirectly regulates and coordinates use and storage of iron. Hepcidin-25 contains a well defined β-sheet and β-hairpin loop stabilized by four disulfide bonds. The N-terminus which plays a crucial role in the biological activity of hepcidin-25 was found to be disordered. The ATCUN motif sequence is present at the N-terminus (Asp-Thr-His). The ATCUN motif (H2N-X-X-His) binds Cu2+ and Ni2+ with high affinity and always contains histidine in its sequence. NMR provides an ideal tool to determine hepcidin-25’s threedimensional(3D) structure taking into account the Cu2+ and Ni2+ binding capacity of hepcidin’s ATCUN motif.
Expression, purification and characterization of the recombinant cysteine-rich biomarker Hepcidin-25
(2018)
Hepcidin regulates iron homeostasis in response to inflammation, erythropoietic demand, and iron stores. The native state of hepcidin-25 is an attractive target for the development of a reliable analytical tool that can quantify the hepcidin concentration in biological samples and reveal iron metabolic disorders. Therefore, a selective immunoassay would have to discriminate between different types of hepcidin and quantify only hepcidin-25’s concentration. The peptide contains a well-defined β-sheets and a β-hairpin loop stabilized by four disulfide bonds. Recently, it was shown that hepcidin-25 contains an ATCUN motif at its N-terminus. This motif is known to have high affinity towards Cu2+ and Ni2+.
One of the aims of this study is to determine the three-dimensional (3D) structure of metal-bound hepcidin-25. Here, we present an optimized procedure for preparing natively folded hepcidin 25 (~2.80 kDa) and structural analysis of metal binding to hepcidin-25. Hepcidin was expressed as a His6-SUMO-hepcidin-25 fusion protein (~16.20 kDa) in Escherichia coli, Origami B strains, and purified as a soluble recombinant protein in three steps. After purification based on the nickel affinity chromatography, the purified His6-SUMO-hepcidin 25 fusion protein was cleaved by the SUMO-specific ULP1 protease. The liberated hepcidin 25 was further purified on a Superdex 30 16/600 column and folded in the last step of purification in the presence of glutathione. Freshly expressed hepcidin was kept in its reduced form to prevent misfolding and allow for efficient removal of the SUMO tag. The presence of natively folded hepcidin 25 after RP-HPLC was confirmed by ESI-MS and NMR spectroscopy. Based on published chemical shifts, we achieved a nearly complete assignment of the labeled and unlabeled hepcidin-25 at pH=3. Comparison of 1H chemical shifts and TOCSY spectra at pH=7 in the presence and absence of Ni2+ demonstrates that the metal binds at the N-terminus of hepcidin 25. Chemical shift changes due to metal complexation decrease further away from the metal binding site.
Analytical Sciences has developed from Ostwald’s “unentbehrlichen Dienstmagd” to a chemical discipline at the core of many of today’s fundamental and applied scientific problems and innovations. An atomic or molecular understanding of basic processes in chemistry, soft matter physics, materials and life science is enabled only through new analytical methods and instrumentation. Similar observations can be found for pressing sociopolitical conflicts of the future: A rational discussion of global climate change or new energy sources is only possible with reliable analytical results. Progress in Analytical Sciences is only possible if the underlying interdisciplinary character is acknowledged and valued. The talk will illustrate the scope of modern Analytical Science through examples from process analysis relevant to modern process intensification and industry 4.0 to bioanalysis and the use of synchrotron radiation to elucidate fundamental reactions materials.
The aim of this presentation is to highlight how psychology can be used to prevent human error. It starts with examples of accidents, incidents and events that have happened due to too little attention being dedicated to human factors. It continues arguing that human factors are one of the main factors influencing the reliability of non-destructive testing and gives definitions of the main terms. Furthermore, it presents a method used to identify risks in mechanized NDT to be used for the purposes of the final disposal of spent nuclear fuel and presents a study, in which human-centred design and eye tracking have been used to optimism the inspection procedure. The conclusion is that human factors methods can be used to identify problems during the inspection process and generate mitigation strategies that can be used to decrease human error and enhance safety.
Um das grundlegende Verhalten des Betons zu verstehen, wird eine zerstörungsfreie Messmethode benötigt, die in der Lage ist, nicht nur Änderungen des Materials wie Feuchtigkeitsumverteilung, Korrosion und Dehnung zu messen, sondern auch die innere Struktur des Materials im Dreidimensionalen aufzulösen, so dass Versagensmechanismen und Transportphänomene direkt auf bestimmte Eigenschaften der heterogenen Materialstruktur bezogen werden können. Die Röntgencomputertomographie (CT) hat sich als ideal für solche Zwecke erwiesen. Diese Präsentation demonstriert die Fähigkeiten der CT zur Identifizierung quantitativer Materialeigenschaften wie Faserorientierung, Rissoberfläche, Korrosionsverteilung und Änderungen des volumetrischen Feuchtigkeitsanteils. Durch die Beschreibung der Ergebnisse einer Reihe von Ex-situ und In-situ Testprogrammen für Bedingungen wie mechanische Belastung, Wassertransport und thermische Exposition, sind auch die Nutzungsmöglichkeiten von diesem Verfahren dargestellt.
Two calibration-free (CF) LIBS approaches are used for the quantitative analysis of cement samples: the CF-LIBS based on the Boltzmann plot method and the Monte Carlo (MC) LIBS based on the iterative spectrum fitting. In CF-LIBS, the inverse problem is solved, i.e. the elemental concentrations are determined by the reconstruction of plasma parameters from spectra. The MC-LIBS technique solves the direct problem by finding the highest correlation between the model-generated and experimental spectrum. The accuracy of both calibration-free LIBS methods suffers from factors such as inaccurately determined instrumental function, the deviation of experimental plasma from the mathematical model used, not taking into account the collection geometry, and from the uncertainty of spectroscopic data. The both calibration-free LIBS approaches are first applied to synthetic spectra which perfectly suit the mathematical model of the method, i.e. the model of the uniform, isothermal, and stationary plasma. This test yields the accuracy of both the approaches for the ideal case. In addition, the accuracy of both the methods is investigated for non-uniform and non-isothermal plasma, because real laser-induced plasma often has high gradients in temperature and particle number densities. Finally, both calibration-free LIBS approaches are applied to experimental spectra obtained from cement samples. The figures of merits of two approaches are compared when working with both synthetic and experimental spectra.
An improved algorithm for calibration-free laser induced breakdown spectroscopy (CF LIBS) will be presented which includes several novel features in comparison with previously proposed similar algorithms. In particular, it allows using spectral lines with arbitrary optical thickness for the construction of Saha-Boltzmann plots, retrieves the absorption path length (plasma diameter) directly from a spectrum, replaces the Lorentzian line profile function by the Voigt function, and allows for self-absorption correction using pre-calculated and tabulated data rather than approximating functions. The tabulated data embody the solutions of the radiative transfer equation for numerous combinations of optical thicknesses and line widths. The algorithm is thoroughly verified using synthetic spectra.
Synchrotron XPS in the soft-X-ray regime is suitable for the detection of light elements commonly found in biological samples. Various model systems of biofilms have been developed and characterised at synchrotron- and lab-based facilities. By obtaining the chemical composition at various information depths, the vertical distribution of iodine in an artificial biofilm have been determined.
Die Computer-gestützte Laminografie (CL) wurde als komplementäre Methode zur Computertomografie für die dreidimensionale Bildgebung von lateral ausgedehnten Objekten entwickelt. Ursprünglich für medizinische Zwecke verwendet, wurde diese Methode kürzlich als zerstörungsfreie nicht-invasive Methode nicht nur in der Materialforschung, sondern auch mit steigendem Interesse für kunsthandwerkliche und historische Objekte eingesetzt. Hier wird die Computer-gestützten Laminografie mit polychromatischer Neutronenstrahlung an einer historischen Tsuba eingesetzt, einem Stichblatt eines japanischen Schwerts. Eine Analyse der Lötstellen gibt Rückschlüsse auf das Herstellungsverfahren. Zudem wurden unterschiedliche Materialsysteme gefunden, vermutlich um dem Tsuba lokal eine höhere Stabilität zu verleihen. Die Messungen wurden an der Imaging-Beamline CONRAD-2 an der Neutronenquelle BER 2 des Helmholtz-Zentrums Berlins (HZB) durchgeführt.
Beton ist das meistbenutzte Baumaterial der Welt. Sein Herstellungsprozess ist auch für schätzungsweise 5% der globalen Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Daher können selbst kleine Verbesserungen in der Festigkeit oder Haltbarkeit zu einer erheblichen Verringerung der Bau- und Wartungskosten, der Umweltschäden und der Gefahr für die Menschen führen. Um das grundlegende Verhalten dieses Materials zu verstehen, ist es notwendig, seine Leistung während thermischer, chemischer und mechanischer Prozesse (d. h. in-situ) zu beobachten. Es wird eine zerstörungsfreie Messmethode benötigt, die in der Lage ist, nicht nur Änderungen des Materials wie Feuchtigkeitsumverteilung, Korrosion und Dehnung zu messen, sondern auch die innere Struktur des Materials im Dreidimensionalen aufzulösen, so dass Versagensmechanismen und Transportphänomene direkt auf bestimmte Eigenschaften der heterogenen Materialstruktur bezogen werden können (wie z.B. die Übergangszone zwischen Gesteinskörnungen und Zementstein oder die Orientierung von eingebetteten Fasern).
Die Röntgencomputertomographie (CT) hat sich als ideal für solche Zwecke erwiesen. Neuere Forschungen an der BAM werden vorgetragen, die die Fähigkeiten der CT zur Identifizierung quantitativer Materialeigenschaften wie Faserorientierung, Rissoberfläche, Korrosionsverteilung und Änderungen des volumetrischen Feuchtigkeitsanteils demonstrieren. Der Nutzen dieser leistungsstarken Analysewerkzeuge wird dann anhand der Ergebnisse einer Reihe von Ex-situ und In-situ Testprogrammen für Bedingungen wie mechanische Belastung, Wassertransport und thermische Exposition gezeigt. Speziell entwickelte In-situ Testmaschinen für diese verschiedenen Testprogramme werden ebenfalls beschrieben. Die von der CT gelieferten quantitativen Charakterisierungsinformationen haben sich als ideale Grundlage für die Kalibrierung bzw. Validierung von numerischen Simulationen erwiesen. CT ist auch wesentlich für die Beantwortung von vielen anwendungsspezifischen Fragen, u.a. wie sich verschiedene Gießverfahren auf die Materialleistung auswirken, welche Mineralien sich als Zuschlagstoffe anfällig für langfristige chemische und hydraulische Prozesse erweisen und wie Polymerfasern den Druckaufbau in Beton während der thermischen Belastung beeinflussen.