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- 1.8 Umweltanalytik (7)
- 4 Material und Umwelt (7)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (7)
- 7 Bauwerkssicherheit (6)
EXAFS investigation of an intermediate crystalline phase in TiO2-rich strontium borate glasses
(1995)
The load-independent Vickers hardness (HV) of the individual phases in a non-reacted Nb3Sn
wire has been measured and the yield strength (YS) of the individual components estimated
from the HV values. The YS and tensile strength (Rm) of the composite wire are calculated
according the rule of mixtures (ROM). Calculated tensile properties are compared with tensile
test results that were obtained for the entire composite wire, for the wire after removal of the
Cu stabiliser and for single Nb-7.5wt.%Ta fibres.
Characterization of organic aerogels as model materials for thermal conductivity measurements
(2008)
IGUS is the International Group of Experts on the Explosion Risks of Unstable Substances. IGUS was established in 1962 with the objective to harmonize test methods used by different countries to identify and quantify the explosive properties of unstable materials. Over the years, IGUS has continued to offer scientists, who are advisers to their governments, and others, a forum to exchange data and information. The Energetic and Oxidizing Substances (EOS) working group as a sub-group of IGUS is dealing with test methods, Classification and safety aspects relating to organic peroxides, self-reactive substances and other energetic substances, fertilizers, ammonium nitrate and oxidizers.
The EOS working group holds an annual meeting alternating between Europe, the United States and Japan. The 2011 meeting took place from the 27th to the 29th of April 2011 at the Madison Hotel in Washington, D. C. The meeting was hosted by the Organic Peroxide Producers Safety Division (OPPSD) of the Society of Plastics Industry, Inc. (SPI). This was the fourth EOS meeting held in the USA since 1994. Of particular importance is the fact that 39 colleagues from authorities, universities, research institutes and industries attended the meeting. The delegates came from USA, Canada, China, France, The Netherlands, Norway, Sweden, Italy, Japan, United Kingdom and Germany. This confirms the breadth and scope of this forum and the value the participants associate with being able to contact other colleagues from around the world enabling the effective exchange of scientific results and discussion on the wide-ranging Problems concerning energetic and oxidizing materials.
Economists have been searching for the sources of economic growth since the end of the 18th century. For Adam Smith the division of labour and the accumulation of capital were causes for the increasing wealth of nations. The Austrian-American economist Joseph Alois Schumpeter further established that innovations in products and processes are prerequisites for economic growth:
»The fundamental drive that starts up the capitalist machine and keeps it running comes from the new consumer goods, the new production and transport methods, the new markets, the new forms of industrial organisation, which capitalist entrepreneurship creates.«
Building on these fundamental ideas, during the 1950s American Robert M. Solow – later a Nobel prize winner – developed the first formal mathematical model of economic growth. Solow was able to use a simple model to Show that economic growth within the USA could be described by three determinants: an increase in capital (e.g. machinery and infrastructure), an increase in labour, and technical progress. Later other economists were able to further refine Solow‘s growth theory. While technical progress was accepted during the early years as a fact, it became ever easier to theoretically describe and quantify its causes. The central idea of these new models is that the state and
businesses invest in research and development, thus continually stimulating economic growth through new products and production methods.
Validierung zerstörungsfreier Messmethoden zur zuverlässigen Erfassung von Bewehrungskorrosion
(2011)
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in ein Konzept zur Durchführung und Auswertung der Potentialfeld- und Polarisationsmessung eingegangen, um den Ingenieuren in der Praxis ein effizienten Werkzeug zur zerstörungsfreien Erfassung des Korrosionszustandes anzubieten. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Revealing hydrogen embrittlement mechanisms in steels is of great interest to scientists and engineers. Neutron radiography makes it possible to measure in-situ hydrogen diffusion with high spatial and temporal resolution at concentrations as low as 20 ppm. We compare hydrogen-charged specimens with hydrogen-free reference specimens and use calibration standards to normalize the hydrogen concentrations. This allows quantitative tracking of the hydrogen concentration evolution as a function of time, space and temperature. Furthermore, a view into the material with 'neutron eyes' facilitates the detection of cavities that contain molecular hydrogen.
Im Rahmen eines von der Kulturstiftung des Bundes und der Kulturstiftung der Länder geförderten
Projektes zum Erhalt naturkundlicher Nasssammlungen wurden 1) der Zustand der Sammlungen bewertet
(Profiling; Analyse der Vergällungsmittel), 2) über Workshops Expertenwissen in das Projekt gebracht,
3) neue archivbeständige Materialien und Managementmaßnahmen eingeführt (Borosilikat-Gläser und -
Röhrchen, Augenwatte, Tefloneinlagen, Japanpapier, archivbeständige Kleber und Papier, Etikettenaufbewahrung;
digitales Dichtemessgerät, Alcomon-Indikator, Kontrollintervalle), 4) Erhaltungsmaßnahmen
zur langfristigen Konservierung in großem Umfange durchgeführt (Messen der Alkoholkonzentration,
Umsetzen von Präparaten in geeignetere Gefäße, Wiederverschluss von Schaugläsern) und 5) Erfahrungen
und Diskussionsergebnisse zusammengestellt, nicht ohne auf Wissenslücken und wünschenswerte
Forschungsaspekte hinzuweisen. Das Projekt profitierte besonders von der Expertise aus den Materialwissenschaften
und der Papierrestaurierung. Das Museum für Naturkunde Berlin kooperierte eng mit
dem Berliner Medizinhistorischen Museum der Charité, der Zoologischen Staatssammlung München und
dem Forschungsinstitut Senckenberg in Frankfurt. Letzteres Museum führte ein eigenes, themenverwandtes
KUR-Projekt Restauration der Sammlungen 'Vergleichende Anatomie, Embryologie und Histologie'
des Naturmuseums Senckenberg durch.
Composite materials fulfil a great variety of functions in a wide field of applications. Testing the composite properties under environmental conditions is a must for development and quality control. Common tensile strength test instruments have limitations, like single sample handling only. Present test methods for multi-layers, e.g. peel test, permit semi-quantitative ,or qualitative evaluation only. A new instrument based on analytical centrifugation is introduced, using centrifugal force as test load, permitting to determine bonding and adhesive strength of up to 8 samples simultaneously.
Über die Entwicklung von Anwendungsregeln für reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlzuggliedern
(2014)
Der vorliegende Beitrag stellt den Entwicklungsstand von Anwendungsregeln für reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlzuggliedern zusammenfassend dar. Dabei wird insbesondere auf die jüngsten Veränderungen in den normativen Grundlagen und bauaufsichtlichen Regelungen eingegangen und im Hinblick auf Sicherheitsaspekte bewertet.
Die Verringerung der Teilsicherheit für den Bauteilwiderstand nicht stabilitätsgefährdeter Bauteile im Regelwerk für die Kaltbemessung von Stahltragwerken ist hier als besonders kritisch anzusehen, da hierdurch ein systematisches Sicherheitsdefizit für den Brandfall verursacht wird.
Weiterhin werden neuste Forschungsergebnisse bei der Entwicklung von Bewertungsregeln von reaktiven Brandschutzsystemen auf Vollkreisprofilen unter Zugbeanspruchung vorgestellt und diskutiert. Die Untersuchungen behandeln die Fragestellung, inwieweit Prüfungen mit Zugbeanspruchungen an Kreisvollprofilen erforderlich sein werden.
In this study the processes driving the EU Ecodesign Directive's preparatory studies forward are summarised and issues occurring in recent product groups are reviewed. As product groups move away from standard mass-produced products, finding ways to bring them under the scope of the Ecodesign Directive becomes more controversial and complex. Through literature review, challenges facing study consultants are outlined and their specific impacts are demonstrated through outline case studies of the fans, industrial ovens, machine tools and thermal insulation product groups. Inconsistencies in the process are found where possible and matched up to the historical process to determine whether preparatory studies could be made more effective or should be more flexible, given the limited resources available at the European Commission and amongst Member States. A number of recommendations for improving the regulation process and the structure of the preparatory study are presented, based upon literature review and the presented analysis.
Aluminiumlegierungen gehören neben Stahl zu den im Maschinenbau am häufigsten verwendeten Werkstoffen. Für innovative Baustrukturen in vielfältiger Formensprache aber auch in den klassischen Bereichen wie im Schiffsbau oder bei der Fertigung von Reaktorbehältern vom Kraftwerksbau bis zur Lebensmittelindustrie verwenden Ingenieure Aluminiumwerkstoffe.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methode zur Hochdurchsatzanalyse von partikelgebundenen Split-and-Mix-Peptidbibliotheken. Dabei wurde ein System entwickelt, das Partikelbibliotheken in kurzer Zeit auf ihre Bindung zu einem Zielmolekül hin untersucht und im nächsten Schritt eine direkte „Ein-Partikel“-Sequenzierung der Peptide von der festen Phase ermöglicht. Die Analyse der Bindung eines Zielmoleküls an ein selektiv bindendes Peptid wurde dabei in einem Modellsystem simuliert. Dazu wurde FITC-markiertes Neutravidin 3 mit festphasengebundenen biotinylierten und nicht-biotinylierten Peptiden inkubiert. Die Bindung von Neutravidin-FITC an die biotinylierten Peptide konnte erfolgreich mittels eines Fluoreszenzmikroskops nachgewiesen werden, wobei diese Methode für eine Hochdurchsatzanalyse ungeeignet war. So wurde die Analyse des Fluoreszenzassays auf einen Microarrayscanner übertragen (siehe Abbildung 33). Dies gelang erfolgreich wobei die hohe Eigenfluoreszenz des Tentagel-Harzes zu falsch positiven Ergebnissen führte. Mit einem Wechsel zum längerwelligen Fluoreszenzfarbstoff ATTO-633 konnten falsch positive Ergebnisse vermieden werden. Somit wurde die zeitintensive Fluoreszenzanalyse von einem Fluoreszenzmikroskop erfolgreich auf einen Microarrayscanner übertragen, welcher in kurzer Zeit (ca. 5 min pro Objektträger) eine Vielzahl an peptidbeladenen Partikeln gleichzeitig analysieren kann.
Mit einer neuartigen analytischen Zentrifuge können Klebverbindungen, Beschichtungen und Kompositwerkstoffe untersucht werden. Die Idee der Wissenschaftler an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung: Die Proben müssen nicht mehr eingespannt, sondern nur noch eingesteckt werden. Durch das einfache Einstecken der Prüfkörper ist eine sehr schnelle Beladung möglich. Zudem können bis zu acht Proben gleichzeitig unter identischen Bedingungen geprüft werden. Konventionelle Zugprüfmaschinen waren und sind nur in der Lage, einen (eingespannten) Probekörper zu testen. Das von BAM-Forschern bereits 2004 zum Patent angemeldete Funktionsprinzip wurde seitdem von der Berliner LUM GmbH als Lizenznehmer zum marktreifen Produkt weiterentwickelt.
Components in the Aerospace, Power and Automotive engineering sectors are frequently subjected to cyclic stresses induced by thermal fluctuations and mechanical loads. For the design of such components, reliable material property data are required which need to be acquired using well accepted and reproducible test procedures for thermo-mechanical fatigue (TMF) loading. Available materials TMF property data are limited so that there is a need for further TMF data generated by TMF testing. The TMF behaviour of materials is often desired to be simulated in models which describe the cyclic stress-strain behaviour, the fatigue life and the cyclic crack growth behaviour. There is a continuous need for the development and amendment of such models. Models can be validated by using materials in industrial applications which are subjected to TMF loading.
Die meisten organischen Biozide gehören zu der Gruppe der schwerflüchtigen organischen Verbindungen (SVOC – semi volatile organic compounds). Zu den klassischen Bioziden zählen u.a. Lindan, Pentachlorphenol PCP) und Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT) und zu den neueren u.a. Dichlofluanid, Tebuconazol und Permethrin. Biozide kamen in Museen vor allem in den 50er und 60er Jahren zum Schutz der Exponate zum Einsatz,1 wo sie hauptsächlich in Depoträumen zu finden sind, in welchen sie zum akuten und zum präventiven Schutz vor Schadorganismen eingesetzt wurden.2 Im Laufe der Zeit wurde jedoch festgestellt, dass sich der Einsatz von Bioziden negativ auf die menschliche Gesundheit auswirkt und auch zu Schäden an den behandelten Exponaten führen kann. 3 Verschiedene Möglichkeiten der Biozidanalytik und der Einfluss von Senkeneffekten auf die Analytik werden in diesem Beitrag vorgestellt.
Mit den Technologie-Roadmaps „Prozesssensoren 2005–2015“ [1] (2006) und „Prozesssensoren 2015+“ [2] und [3] (2009) wurden Grundlagen für alle Unternehmen der Prozessindustrie geschaffen, um zielgerichtet auf Kundenbedürfnisse der Prozessindustrie zugeschnittene Produktentwicklungen, technologische Weiterentwicklungen und Forschungsprojekte zum Erfolg zu bringen. Die Roadmap „Prozesssensoren 2015+“ fand große Akzeptanz aufgrund der soliden Betrachtung der Prozesse und der daraus abgeleiteten Thesen. Diese Aussagen haben in vollem Umfang weiterhin Gültigkeit. Im Rückblick auf die damals formulierten Entwicklungsziele wurden viele dieser Ziele im prognostizierten Zeithorizont auf den Weg gebracht und teilweise bereits umgesetzt. In dieser Technologie-Roadmap werden einige Beispiele dazu aufgezeigt.
The room temperature tensile properties of iron with different purity levels (commercially pure, high-purity, and ultra-high-purity) were characterized at different strain rates in the framework of an international Round-Robin involving four laboratories (BAM, IMR-TU, NIST, and SCKCEN). The test results were collected and analyzed by NIST, and are presented in this Technical Note.
Data from all the participating laboratories were found in good agreement, thus allowing a clear assessment of the influence of strain rate and purity level on tensile properties (mechanical resistance and ductility). A clear increase of yield strength and, to a lesser extent, tensile strength was observed for all materials as strain rate increases and purity level decreases. The highest strain rate sensitivity was associated with the highest purity level (ultra-high-purity Fe). Ductility trends were less unequivocal, but typically an increase of elongation at fracture and reduction of area was detected as strain rate and purity level increase. Significant differences in tensile properties were observed between the two investigated types of high-purity Fe, which can be attributed to an influence of the production process in terms of melting environment (atmosphere and crucible), as well as differences in chemical compositions.
In November 2007, OECD’s Working Party on Manufactured Nanomaterials (WPMN) launched the Sponsorship Programme for the Testing of Manufactured Nanomaterials (hereafter the Testing Programme). The objective was to conduct specific tests, relevant to human health and environmental safety endpoints, on a variety of manufactured nanomaterials (MN). The outcomes of the Testing Programme were intended to assess the applicability of the existing test guidelines1 to nanomaterials, as well as to provide useful information on any intrinsic properties of MNs, which are different from the same bulk material with greater external dimensions. Understanding the properties of NMs is crucial to choose appropriate strategies for hazard identification, risk assessment or risk management measures. The Testing Programme involved delegations from OECD member countries, some non-member economies and other stakeholders. The broad international representation, from a range of delegations enabled the programme to pool expertise and resources without which this programme would not have been possible.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) wurde von der AG 3 der Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe gebeten, Anforderungen an Behälter für die Endlagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe im Hinblick auf ih-re Rückholbarkeit während des Endlagerbetriebes und ihre Bergbarkeit nach Ver-schluss des Endlagers über einen Zeitraum von 500 (bis 1.000 ?) Jahren darzu-stellen. Die BAM kommt diesem Wunsch auf der Grundlage ihrer langjährigen Er-fahrungen und Fachkenntnisse auf den Gebieten der Bauartprüfung und der si-cherheitstechnischen Begutachtung von Transport- und Lagerbehältern für radio-aktive Stoffe nach.
Über das Korrosionsverhalten nichtrostender Stähle bei atmosphärischer Beanspruchung liegen umfangreiche Erfahrungen aus jahrzehntelangen praktischen Anwendungen weltweit vor. Systematische Auslagerungsversuche unter spezifischen Umgebungsbedingungen ergänzen diese Erfahrungen. Die daraus gewonnenen Daten erlauben die beanspruchungsgerechte Werkstoffauswahl. Unter vielen atmosphärischen Bedingungen sind die nichtrostenden Stähle bei freier Bewitterung, auch unter langzeit- oder dauerfeuchten Bedingungen vollständig korrosionsbeständig. Die Auswahl der nichtrostenden Stähle muss den jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst werden, um in jedem Fall sicherzustellen, dass der passive Zustand aufrechterhalten bzw. eine erneute Passivierung unter den Einsatzbedingungen möglich ist. Störungen der Passivschichtausbildung führen zu verminderter Korrosionsbeständigkeit mit den für nichtrostende Stähle typischen örtlichen Korrosionserscheinungen. Das Merkblatt gibt Hinweise zur Werkstoffauswahl, zur Oberflächenausführung, zur Konstruktion sowie zu Verarbeitung, Nachbehandlung und Reinigung.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Methodenentwicklung eines automatischen
Messverfahrens zur akustischen Detektion von Delaminationen in Stahlbeton. Ziel war
das Konstruieren einer Messeinheit, welche mittels eines Zahnrads kontinuierlich auf eine
Stahlbetonoberfläche klopft und den somit einstehenden Körperschall mit einem Richtmikrofon
aufnimmt. Somit können Rückschlüsse über den Zustand des Betons getroffen
werden.
Das Grundkonzept bildet die Frequenzbandanalyse von Audioaufnahmen mittels einer
gefensterten Schnellen Fourier Transformation. Ein auftragen des Frequenzbands über
die gefahrene Strecke bietet die exakte Positionierung einer Fehlstelle. Für die Validierung
der Methodengenauigkeit entstand ein Betonprobekörper mit eingebrachten Fehlstellen,
welche unter mechanischer Anregung durch das Zahnrad ähnlich dumpfe Töne wie eine
reale Delamination erzeugen. Die Ergebnisse der Tonanalyse zeigen eindeutige Frequenzänderungen
beim Übergang von einem intakten zu einen fehlerhaften Bereich.
Im Bauwesen angesiedelt, ist die vorliegende Arbeit besonders für LeserInnen aus dem
Bereich der Zerstörungsfreie Schadensdiagnose interessant.
Design und Aufbau verschiedener Messysteme zur Ermittlung des Feuchtigkeitsprofiles von Estrich
(2016)
Zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Fußbodenstrich werden bis zu diesem Zeitpunkt hauptsächlich die Calcium-Carbid Methode (CM) oder das thermogravimetrische Darr-Verfahren angewendet. Für die Anwendung beider Methoden muss der Estrich zerstört werden. Die aus der Messung gewonnenen Messdaten sind jedoch nur einmalig und punktuell. Damit sind diese Verfahren nur bedingt aussagefähig. Des Weiteren variieren die Messdaten von Estrichtyp zu Estrichtyp. Zusammen mit Partnern aus der Forschung und Industrie wird an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) eine Messkampagne durchgeführt, mit dem Ziel, verschiedene Prüfverfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Sensitivität zu untersuchen. Hierfür sind zwei neue Messsysteme entwickelt worden, welche auf der zerstörungsfreien Messung basieren. Dafür werden in den Estrich zum einen Sensoren, welche die relative Luftfeuchte messen und zum anderen eine Multiringelektrode, eingebettet. Die Messungen finden in verschiedenen Estricharten und Materialdicken statt, welche bei Normklima mit einer Temperatur von 23 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % trocknen. Aus den erhaltenen Messdaten kann ein zeitliches und tiefenabhängiges Feuchtigkeitsprofil des Estrichs erstellt werden.
Der BetoScan Light ist eine mobile autonome Messplattform zur automatisierten Ausführung von verschiedenen zerstörungsfreien Messverfahren. Das System besitzt eine kamerabasierte Navigation und ist fähig, anhand eines aufgestellten Schildes, welches als Ziel dient, eine Spur mit möglichst geringer Abweichung von der geraden Luftlinie abzufahren. Dabei wer-den in kurzen Abständen Bilder von einer, auf dem System angebrachten, Kamera aufge-nommen, welche dann einer Kantenanalyse unterzogen werden. Anhand der erkannten Kan-ten, kann ein Schild, welches ein spezielles Muster trägt, vom System geortet werden. Das System verfügt über drei Steuerungsmodi: der direkten Steuerung per Controller, der automa-tisierten Steuerung bei schrittweiser Fahrt, hierbei stoppt das System in bestimmten Abstän-den für eine bestimmte Zeit und die automatisierte Steuerung ohne Stopps. Die abschließen-den Testfahrten wurden mit einer Logitech C270 Webcam durchgeführt. Dabei ergab sich mit der C270 eine maximale Abweichung von 3,8 cm auf 10 Meter Teststrecke. Das System kann als genau und zuverlässig betrachtet werden.
The Sponsorship Programme for the Testing of Manufactured Nanomaterials (further referred to as “the Testing Programme”) was concluded in March 2013, and the publication of the dossiers via the OECD website (www.oecd.org/science/nanosafety) started in June 2015. As indicated in the “Guidance manual for the testing of manufactured nanomaterials: OECD’s sponsorship programme”, after conclusion of the Testing Programme a next step is to consider “the status, need for, and coordination of further test development”. Parallel to concluding the final stages of the Testing Programme, a series of workshops have taken place, in which for different topics the applicability of existing OECD test guidelines for nanomaterials was discussed and the need for new ones analysed. One workshop focussed on physico-chemical methods, addressing in detail the relevance of each physico-chemical endpoint proposed in the Testing Programme for the regulation of nanomaterials. The methods were discussed in more general terms. However, as most of the proposed endpoints are new to the OECD Test Guidelines Programme, a much more detailed evaluation of the applied methods would
be highly relevant.
To this extent,the Netherlands volunteered to lead an initial detailed evaluation of the applicability of the test methods applied to determine the physico-chemical properties of different types of nanomaterials in the Testing Programme. This initial focus on physico-chemical properties was prompted by the essential need for an adequate and complete characterisation of nanomaterials to enable a further evaluation of their (toxicological) properties.
A number of experts from several delegations volunteered to review and evaluate the methods applied to determine the physico-chemical properties of the nanomaterials in the Testing Programme.
Materials and chemical producers require detailed knowledge of surface chemistry for research into new products. One way to understand a surface without damaging it is to bombard it with an electron beam, causing its atoms to emit characteristic X-rays enabling identification. The measurement of these must be precise as many elements emissions are close in energy – traceable reference materials will ensure instruments using this technique are stable and accurate.
Measuring organic layers
(2016)
Many innovative products - from touchscreens to solar panels to pharmaceuticals – utilise multiple organic layers to create complex functionality. New techniques have been developed to remove and measure layers individually enabling improved product development and assisting with quality assurance. However, manufacturers cannot be certain of the depth of layer being removed and new reference materials for these techniques are needed to increase uptake, and remove a major barrier to innovation.
Modifying or controlling surface chemistry is important in new product development, quality control and research. This is particularly true where functionality of surfaces, thin films and interfaces are key to the application, such as organic solar cells and devices for medical diagnostics. Surface chemical analysis aims to provide quantitative elemental, chemical state and functional group information from the surface of materials, but requires comparable test data and improved measurement traceability.
This author interview is by Dr Michael G. Weller, Head of Division 1.5 Protein Analysis at Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). BAM (www.bam.de/en) is a senior scientific and technical institute with responsibility to the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy. Dr Weller's review paper, Quality issues of research antibodies is available for download in Analytical Chemistry Insights.
Ultrasonic methods are well established in various aspects of concrete testing. They are used for imaging the interior geometry of constructions, estimation of concrete strength or monitoring lab investigations. However, so far the detection of distributed damages, especially in an early stage, has been almost impossible. The arrival of new technologies as deep penetration ultrasonic echo devices, new imaging techniques, embedded transducers for permanent monitoring and sensitive data processing techniques adopted from seismology have opened new fields of work. Recent research has been focused to detect changes in concrete elements induced by stress, temperature, moisture or chemical attacks.
Das Ziel dieser Arbeit war es, die Vernetzung (Crosslinking) zwischen Protein G und einem Antikörper so durchzuführen, dass es zu keiner Modifikation der Antigen-Bindungsstelle des Antikörpers kommt. Zudem wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Immunoassay entwickelt, mithilfe dessen zwanzig verschiedene Crosslinker in Hinblick auf ihre Fähigkeit Protein G zu funktionalisieren, untersucht werden konnten. Es konnten fünf Reagenzien identifiziert werden, die eine Derivatisierung von Protein G sowie eine anschließende Immobilisierung des Antikörpers auf dem Protein ermöglichen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass mithilfe dieses Verfahrens sowohl die Immunpräzipitation als auch die massenspektrometrische Identifizierung und Charakterisierung von Proteinkomplexen erleichtert und verbessert werden kann.
The aim of this work was the preparation of a novel stationary monolithic phase for affinity chromatography and HPLC-applications. Therefore, we have chosen porous glass filters that are available with different pore sizes as raw materials to prepare monolithic columns. We purchased VitraPOR 4 (10-16 μm pore size) and VitraPOR 5 (1.0-1.6 μm pore size) monolithic glass filters. The physical properties of these glass filters were characterized. The surface area, pore size distribution and the porosity were determined using mercury intrusion porosimetry and BET. These glass filters only exhibit flow through pores and therefore show no bimodal pore size distribution in the mercury intrusion curves. Due to their low permeability, the applied filters that exhibit an inner diameter of 8.0 mm and a length of 15.0±0.1 mm could be operated at flow rates more than 10 ml/min. High flow rates are favorable for fast separation experiments.
In this thesis a protocol based on a direct competitive and non-competitive immunoassay using the microarray format was developed to screen emulated hybridoma supernatants against the drug carbamazepine (CBZ). As support, epoxy slides were manufactured by coating microscope glass slides with epoxy silanes. The manufactured epoxy slides showed similar capacity for protein immobilization as commercially available NEXTERION slides, but showed a higher autofluorescence background. On the epoxy slides, protein A, Cys-A, G and Cys-G were immobilized as antibody capturing coating. It could be shown that the Cys-tag considerably increased the immobilization of all compared proteins, especially of protein G. Protein Cys-G immobilized at pH 8-9 was considered the most suitable protein for antibody immobilization due to good spot uniformity and a high binding capacity for IgG. Additionally, in immobilization experiments it could be shown, that 10-500 fold excess of bovine IgG, introduced by two different fetal bovine serum (FBS) products, showed no significant competition on the immobilization of mice or goat IgG on protein Cys-G. To examine the captured antibodies for affinity to CBZ, the CBZ-TOTA-DY654 tracer was custom synthesized. It could be demonstrated, that the tracer antibody interaction was competitive with the tracer precursor, CBZ-TOTA-NH2 and CBZ. Furthermore, the synthesized tracer was also successfully used by externals to evaluate CBZ affine hybriodoma cells in flow cytometry. In the simulated screening, five antibodies with known affinity to CBZ were diluted in a cell culture medium. The screening method allowed to differentiate between affine antibodies (IC50 < 20 µg/ml) and unaffine antibodies (IC50 > 20 µg/ml), when concentrations of 0.1 µg/ml IgG or greater have been used. Of five applied antibodies, all highly affine clones (CE2 and B3212M) were reported as positives while no false-positive samples were observed. The screening included competitive, with around 89500 fold excess of CBZ, and non-competitive tracer incubation on different segments of the same chip, which resulted in total signal suppression on the competitive segment. The screening was performed in 20 hours, only a few nanoliters, of each simulated supernatant, were consumed in the screening process, furthermore in the method standard 96 well MTPs were used and no cleanroom facilities were required.
Ausgehend von dem in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Bestimmung aromatischer Aminosäuren konnte eine Analysemethode zur Proteinbestimmung über die optische Detektion von Tyrosin und Phenylalanin nach chromatographischer Trennung der Protein-Hydrolysate entwickelt werden, die gegenüber dem Verfahren aus der Literatur erhebliche Vorteile besitzt. Der Einsatz von Rundbodenvials stellt eine Neuerung und kostengünstige Alternative zu der konventionellen Hydrolyse in Vakuumhydrolyseröhrchen wie auch zu den Mikrowellenvials der Mikrowellenhydrolyse dar, die das Potential für Miniaturisierungen der Proben hat und sich zudem für große Probendurchsätze eignet. Anstelle der Mikrowellenheizungen wurde ein konventionelles Ölbad als Heizquelle verwendet. Somit ergibt sich eine Verbesserung auch darin, dass diese Methode geringere Geräteinvestitionen erfordert. Wie die Ergebnisse nahelegen, sind sowohl Salzsäure als auch Bromwasserstoffsäure geeignete Reagenzien, die bei der sauren Hydrolyse von Proteinen verwendet werden können. Mit Hilfe antioxidativer Zusätze können Nebenreaktionen erfolgreich vermieden werden. Hier haben sich L-Cystein und Oxalsäure als wirkungsvolle Additive herausgestellt. Wichtige Verbesserungen betreffen vor allem die Zeitersparnis bei der Hydrolyse, die Aufarbeitung der Hydrolysate und die chromatographischen Separationen. Erstere konnte gegenüber der konventionellen Methode von 22 Stunden auf 45 Minuten reduziert werden. Die chromatographische Trennung wurde so weit optimiert, dass die Laufzeit von 64 auf 35 Minuten verkürzt werden konnte. Zudem konnte auf das zeitraubende und kontaminationsanfällige Eindampfen der Hydrolysate verzichtet werden. Während der Aufarbeitung der Hydrolysate konnten die Menge eingesetzter Chemikalien reduziert und damit mögliche Störungen während der optischen Detektion verringert werden. Letztere wurde zum einen durch das Einbeziehen der UV-Absorption bei 260 nm erweitert, sodass eine Alternative zur Absorption bei 215 nm vorliegt, die ebenere Basislinien im Chromatogramm ermöglicht. Zum anderen wurde gezeigt, dass mit Hilfe der Fluoreszenz die Empfindlichkeit der Methode gegenüber der UV-Absorption erheblich verbessert werden kann. Anhand der Probe eines Birkenpollenextraktes ließ sich die Anwendbarkeit der optimierten Methode auf Realproben demonstrieren.
Research and Development in Non-Destructive Testing in Civil Engineering at BAM has de-veloped over more than two decades. Highlights of present research are ultrasound phase array probes, ground penetrating radar applications for the assessment of existing structures and Laser Induced Breakdown Spec-troscopy (LIBS) to determine which chemical elements on the surface of a specimen are. RFID sensor devel-opments for wireless moisture monitoring and data fusion for the combined analysis of sensor data are fast developing areas. In addition, a selection of application cases is briefly described.
Fast and robust purification of antibodies from human serum with a new monolithic protein A column
(2017)
The use of antibodies is becoming more and more important. Therewith the need for fast and robust methods for their purification and columns with a long lifetime is growing. In this application, we describe a fast and robust protein A affinity chromatography method with a new monolithic column. Antibodies were successfully purified in less than 1.5 minutes with a flowrate of 5 mL/min highlighting the advantages of this column and method.
Water and aqueous reagents are essential in any biological process or system. But apart from a few special low vapor-pressure cases, liquids have not been accessible to any technique requiring UHV conditions. EnviroESCA opens up this exciting field of applications.
In this paper first results from water based samples are presented as a proof of concept to demonstrate the special capabilities of EnviroESCA analyzing liquid samples. The following solutions were investigated under near ambient pressure conditions: i.) water, ii.) brine, iii.) an oil in water dispersion, iv.) aqueous iron(II) sulfate heptahydrate, and v.) a suspension of nano silver particles in water.
In a color X-ray camera spatial resolution is achieved by means of a polycapillary optic conducting X-ray photons from small regions on a sample to distinct energy dispersive pixels on a CCD matrix. At present, the resolution limit of color X-ray camera systems can go down to several microns and is mainly restricted by Pixel dimensions. The recent development of an efficient subpixel resolution algorithm allows a release from pixel size, limiting the resolution only to the quality of theoptics. In this work polycapillary properties that influence the spatial resolution are systematized and assessed both theoretically and experimentally. It is demonstrated that with the current technological Level reaching one micron resolution is challenging, but possible.
A recent Opinion Article by Jan Voskuil (JV), Aeonian Biotech, discussed the challenges in validation of research antibodies. It was openly peer reviewed by Michael Weller (MW), Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), Germany. In this blog, both discuss these challenges, the reproducibility crisis and open data.
Mit dem KorroPad Verfahren ist es dem Anwender möglich den Zustand der Passivschicht nichtrostender Stähle auf sehr einfache und schnelle Weise einschätzen zu können. Das Verfahren eignet sich dazu, den Grad der Passivität in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen und der Zeit nachzuvollziehen. Dies ermöglicht dem Anwender und Verarbeiter von nichtrostenden Stählen, die Lagerungsbedingungen und -zeiten einer frisch bearbeiteten Stahloberfläche zu ermitteln, welche für die Ausbildung einer stabilen Passivschicht notwendig sind, bevor diese risikoarm eingesetzt werden kann. Wie die hier dargestellten Beispiele und auch weitere zahlreiche praktische Anwendungen gezeigt haben, eignet sich das KorroPad ebenfalls für die Identifikation kritischer Prozessparameter bei der Verarbeitung nichtrostender Stähle. Mit dem Verfahren lassen sich viele rozessbedingte Einflussfaktoren auf die Oberflächengüte wie auch auf den Werkstoff charakterisieren. Aufgrund der schnellen und einfachen Auswertung der Prüfergebnisse können positive wie auch negative Veränderungen hinsichtlich der Passivschichtstabilität zügig erkannt werden. Dies ermöglicht es dem Anwender schnell zu reagieren, um kritische Einflüsse zu korrigieren und um eine Optimierung von Inhouse-Prozessen durchzuführen. Weitere Einsatzgebiete sind im Bereich der Wareneingangs- und/oder Warenausgangskontrolle denkbar, überall wo es um die Frage der Passivschichtstabilität einer nichtrostenden Stahloberfläche geht.
Die Beschaffenheit des Gefüges hat entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften eines Werkstoffes. Besonders die Faktoren „Porosität“ und „Anisotropie“ sind für viele industrielle Anwendungen von großem Interesse. Ein Beispiel ist deren Einfluss auf die Permeabilität und Tortuosität von Filterstrukturen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung wurde zur Analyse von offen-porigen Strukturen ein Algorithmus zur Anwendung auf rekonstruierte 3D CT-Datensätze beliebiger Probenkörper entwickelt. Dieser basiert auf der Analyse von Grenzflächen und ermittelt anhand deren richtungsabhängigen Häufigkeiten die Orientierungsverteilung sowie den Anisotropiegrad der Poren im Raum. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Algorithmus in einer C++-basierten Software implementiert und an simulierten Porenvolumen und realen, binarisierten Datensätzen am Beispiel eines Polymers mit geschlossener Porosität sowie einer (offen) porösen Keramik getestet. Dabei ergab sich eine zuverlässige Bestimmung der gesuchten Parameter in drei Dimensionen. Die Verwendung des Algorithmus ist dabei nicht auf offen-porige Strukturen beschränkt, sondern kann auch zur Analyse von geschlossenen Porositäten eingesetzt werden.
Recently, we suggested an unconventional approach [the so-called Internal-Field-Guarded-Active-Region Design (IFGARD)] for the elimination of the crystal polarization field induced quantum confined Stark effect (QCSE) in polar semiconductor heterostructures. And in this work, we demonstrate by means of micro-photoluminescence techniques the successful tuning as well as the elimination of the QCSE in strongly polar [000-1] wurtzite GaN/AlN nanodiscs while reducing the exciton life times by more than two orders of magnitude. The IFGARD based elimination of the QCSE is independent of any specific crystal growth procedures. Furthermore, the cone-shaped geometry of the utilized nanowires (which embeds the investigated IFGARD nanodiscs) facilitates the experimental differentiation between quantum confinement- and QCSE-induced emission energy shifts. Due to the IFGARD, both effects become independently adaptable.
In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Nanomaterialien auf ihre Bindungsfähigkeit zu Proteinen untersucht. Zu Beginn standen dabei die Herstellung stabiler Dispersionen der einzelnen Nanopartikel und die Stabilität der gebildeten Konjugate im Vordergrund. Der Nachweis einer erfolgreichen Konjugatbildung, sprich der Beschichtung von Nanopartikel mit Proteinen, wurde sowohl qualitativ mittels DLS-Messungen als auch über quantitative Protein-Bestimmungen erbracht. Für die Quantifizierung konnten verschiedene Methoden eingesetzt werden. Neben der klassischen Vorgehensweise, welche indirekt über die Quantifizierung von ungebundenem Protein im Überstand erfolgt, konnten ihm Rahmen dieser Arbeit verschiedene direkte Bestimmungsmethoden entwickelt werden. So wurden mittels kolorimetrischer Tests, wie dem BCA-Assay und dem Bradford-Assay, Nanodiamantdispersionen mit Hilfe einer Korrekturwellenlänge vermessen und quantifiziert. Ebenso zum Einsatz kam die Methode der Aminosäureanalytik, welche aufgrund ihrer guten Rückführbarkeit auf Aminosäurestandards Ergebnisse mit hoher Richtigkeit generieren kann und ebenso die Detektion kleiner Proteinmengen möglich macht.
Nach den erfolgten quantitativen Betrachtungen wurden die Protein-beschichteten Nanopartikel auf ihre Anwendbarkeit als Analoga von Virus-like Particles (VLP) bei einer Immunisierung zur Gewinnung von polyklonalen Antikörpern gegen humanes Ceruloplasmin in Kaninchen überprüft. Es konnte mittels ELISA gezeigt werden, dass die Konjugate erfolgreich für die Herstellung von Antikörpern eingesetzt werden können und im zeitlichen Verlauf einer Immunisierung eine Steigerung des Antikörper-Titers zu erreichen ist.
Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer magnetischen Anreicherungsmethode für eine Bead-basierte Substanzbibliothek zur Identifizierung von Proteinbindern. Im Ramen des Forschungsbelegs wurde bereits eine Anreicherungsmethode für ein Modellsystem einer Peptidbibliothek entwickelt. Das Modellsystem bestand dabei aus zwei verschiedenen Peptiden. Als Positivkontrolle wurde das FLAG-Peptid gewählt, welches selektiv gegen den Anti-FLAG-Antikörper bindet, und ein weiteres Peptid wurde als Negativkontrolle gewählt. Anhand dieses Modellsystems konnte die zuvor entwickelte Anreicherungsmethode von 20.000 auf 1.000.000 Beads vergrößert werden. Hierbei wurde ein Anreicherungsfaktor von 818 und eine gute Wiederfindungsrate von 82% erreicht.
Quantitative analysis of a bulk sample requires that the
composition of the sample is homogeneous over the analyzed
volume. For inhomogenous samples the calculation of
the matrix effects is not correct and this can lead to wrong results in the element concentrations. For samples containing a layer structure a different quantitative evaluation has to be applied. This can be provided with the standard-based analysis in ESPRIT in combination with the STRATAGem software.
This application note presents how EnviroESCA can be used to analyze bacterial samples under near ambient pressure conditions in various states of hydration using different levels of humidity. Such investigations of bacterial cell wall surfaces in their hydrated state are essential for studying biological interfaces at work.
The use of innovative near-ambient pressure (NAP-)XPS instrumentation allows the detailed analysis of irregularly-surfaced biofilms. NAP-XPS enables the surface analysis of bacterial samples in their natural hydrated state without complex sample preparation techniques such as freeze-drying or fast-freezing, which are needed for XPS analysis in ultrahigh vacuum.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz.
The accurate EDS microanalysis of light elements such as boron and carbon by spectrum imaging will be demonstrated using a sintered hard ceramic material composed of the three major phases titanium boride (TiB2), titanium carbide (TiC), silicon carbide (SiC) and minor phases, sub-μm in size.
The combination of these three materials leads to improved mechanical and tribological properties. Silicon carbide is a material used for mechanical seals. It has the disadvantage of reduced failsafe running functions, causing increased wear when running dry. The added titanium components (TiC and TiB2) improve the failsafe running functions. This technology has already been transferred to industrial applications.
Copper alloys have found widespread application in various fields. The elemental composition determines the properties of the alloys and consequently their application. Therefore, knowing the composition of a copper alloy is very important.
Metrological institutes like the BAM (German Federal Institute for Materials Research and Testing) offer reference materials that can be used to prove the accuracy of the applied analysis method.
The aim of this application note is to demonstrate how Micro-X-ray fluorescence spectroscopy (Micro-XRF) expediently supplements the analysis of copper alloys by
using Bruker’s micro-focus X-ray source XTrace attached to a scanning electron microscope (SEM) and operating with an energy dispersive spectrometer.
Four cement-based and four calcium-sulphate-based screed types are investigated. The samples have a diameter of 300 mm and a height of 35 or 70 mm. Up to ten humidity sensors are embedded directly during the concreting of the screed samples. Thus, the humidity over the sample height is monitored during hardening, hydration, evaporation, and oven drying. Furthermore, the screed samples are weighted during every measurement to determine the total mass and the corresponding moisture loss.
To define the pore system precisely, mercury intrusion porosimetry as well as gas adsorption is performed. According to the data, the entire pore volume distribution is known. The measured pore diameters range from 0.8 nm to 100 μm and the total porosity of the examined screeds ranges between 11 % and 22 %.
Based on these measurement data, moisture transport, pore saturation as well as sorption isotherms and their hysteresis may be calculated quantitatively as described by Strangfeld et al.
This application note presents how EnviroESCA can be used to analyze E. coli biofilms on silicon under near ambient pressure conditions in various states of hydration. Such investigations of the outer bacterial cell surface in their hydrated state are essential for studying biological interfaces at work.
Spec2Seq
(2018)
Improvement of effectiveness of in-service inspection in nuclear power plants (IAEA-TECDOC-1853)
(2018)
This publication represents a consensus among experts drawn from the IAEA and global practitioners to compile a set of common or good individual practices for use at nuclear power plants to improve ISI effectiveness. It sets forth a number of strategies and practices for improving the effectiveness of ISI and investigates the role of ISI in maintaining or improving safety at plants and the relationship of ISI improvement to cost. Strategies for improving ISI effectiveness are discussed, with consideration given to the entire framework of ISI, including effective selection of the proper inspection scope, inspection interval and NDE efficiency.
This publication is an update of the publication IAEA-TECDOC-1400, Improvement of In-service Inspection in Nuclear Power Plants, which was published in 2004. It takes into account new techniques and technologies for qualification processes for methodologies, equipment, procedures and personnel as well human factors in NDE inspections.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Validierung eingebetteter Sensorik zur pH-Wert Bestimmung basierend auf Fluoreszenspektroskopie.
Bisherige Karbonatisierungsmessungen basieren auf zerstörenden Methoden. Durch das Einbetonieren von immer erreichbaren pH-Sonden wird die Überprüfung zerstörungsfrei.
Um ein fehlerfreies, reproduzierbares Ergebnis zu gewährleisten, mussten diese pH-Sonden zunächst getestet und eine ausreichend präzise Methode zur Messung entwickelt werden.
Durch das Vorgeben unterschiedlicher pH-Milieus und dem Testen verschiedener Messmethoden und Versuchsaufbauten werden Situationen im Beton simuliert.
Hierzu werden die pH-Sonden mit unterschiedlich starken basischen und neutralen Lösungen in Kontakt gebracht, wodurch der in den Sonden befindliche Indikator je nach pH-Wert eine blaue oder orange Färbung annimmt. In den Sonden befindliche Quantenpunkte werden durch einen Laser angeregt. Diese Quantenpunkte fluoreszieren aufgrund der Anregung im blauen und orangen Spektrum. Mithilfe der Fluoreszenzspektroskopie wird die durch den Indikator gefilterte Fluoreszenz in Reflexion und Transmission gemessen. Die Ergebnisse werden genutzt, um ein Verhältnis zwischen den zwei Wellenlängen zu berechnen, anhand dessen zu erkennen ist, welche Farbe der Indikator in den Sonden angenommen hat. Die experimentelle Validierung dient der Optimierung der Methodik, des Versuchsaufbaus und der Zusammensetzung der Sonden. Nach eine Reihe unterschiedlicher Versuche, werden Bedingungen geschaffen, welche zu den gewünschten Ergebnissen führen. Das in Reflexion gemessene Licht kann Aussage darüber geben, welche Farbe der Indikator annimmt und das Verhältnis zwischen dem blauen und dem orangen Spektrum gibt die erwarteten Werte zurück. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen in Betonprobekörpern angewandt werden, um die hier erprüfte Methode in Realbedingungen zu testen.
Roadmap for the purity determination of pure metallic elements – Basic rinciples and helpful advice
(2018)
High purity materials can serve as a realisation of the Système International d’Unitès (SI) unit amount of substance for the specific element. Solutions prepared from such high purity materials using gravimetric preparation and the concept of molar mass are used as calibration solutions in many fields of analytical chemistry. Calibration solutions prepared this way provide the traceability to the SI and are the metrological basis in elemental analysis.
The preparation and characterization of such primary pure substances, representing the realisation of the SI unit amount of substance, is undertaken only by a small number of National Metrology Institutes (NMI) and Designated Institutes (DI).
Many other NMIs and DIs, however, prepare elemental calibration solutions as calibrants for their measurement services, such as the certification of matrix Reference Materials or the provision of reference values for Proficiency Testing schemes. The elemental calibration solutions used for this purpose are not a direct service to customers, such as preparing secondary calibration solutions, but provide the source of traceability for the other services. Hence, it is necessary for the NMI or DI to obtain data on the purity of the pure metals or other materials used to prepare the solutions with measurement uncertainties meeting the needs of the above described services. This is commonly undertaken as a “fit for purpose” assessment, appropriate for the uncertainty requirement of the service provided to customers.
As a consequence, total purity measurements are a long-term strategy of CCQM-IAWG. Several studies were conducted (CCQM-P107, CCQM-K72 and CCQM-P149) on the measurement of the purity of zinc. From these studies, several conclusions can be drawn for the purity assessment of a pure (metallic) element. These conclusions will be put together in this document in order to assist all NMIs/DIs in performing a purity assessment, whenever needed.
Die neue Crosslinking-Methode ist hilfreich, um Immunglobuline des Isotyps G ortspezifisch an ihrer Bindungsstelle mit Protein A oder G zu konjugieren. Die Kopplungen von Protein A und G konnten erfolgreich an Maus- und Human-IgG durchgeführt, sowie die Bedingungen untersucht und optimiert werden. Die Aktivierung von Protein G mit Glutaraldehyd erfolgt am besten bei pH 8 und die anschließende Kopplung mit Maus-IgG1 bei einem pH-Wert von 6. Jedoch wurden mit SIAB und Sulfo-SIAB als Crosslinker im Vergleich zu Glutaraldehyd noch höhere Signale erhalten. Für die Kopplung von SIAB sind 40% DMSO im Reaktionspuffer günstig, währenddessen Sulfo-SIAB gut wasserlöslich ist daher keine Lösungsvermittler benötigt. Es ergab sich ein optimaler pH-Wert von 7,4 um Protein A mit SIAB zu aktivieren und den gleichen pH-Wert um die Kopplung mit Maus-IgG1 durchzuführen. Für die Kopplung von Protein G mit Maus-IgG1 hingegen zeigten die Experimente, dass ein leicht saurer pH-Wert bei pH 6 für den IgG-Kopplungsschritt am günstigsten ist. Während die Inkubationszeit von Maus-IgG1 mit Protein G bei 16 h liegt, muss mit Protein A bis zu 40 h inkubiert werden, um das Kopplungsmaximum zu erreichen. Des Weiteren wurde das Crosslinking von Human-IgG (Herceptin) mit SIAB untersucht. Dabei zeigte sich, wie in der Abbildung 47 zu sehen ist, dass Protein A und G vergleichbar gut an Human-IgG zu koppeln sind. Für das Crosslinking von Protein G mit Maus-IgG1 ist dagegen ein deutlich besserer Umsatz im Vergleich zu Protein A zu erkennen (Abbildung 48). Heterobifunktionale Linker können mit der reaktiveren Gruppe die erste Bindung eingehen, um erst nach Zugabe eines weiteren Reagenzes die zweite Bindung auszubilden und zudem intramolekulare Reaktionen möglichst zu vermeiden.
Im Vergleich zu anderen Proteinen ist die Identifizierung von Antikörpern anhand ihrer Sequenz zum Beispiel mittels "peptide mass fingerprinting" schwierig. Da die Sequenzinformation eines Antikörpers aufgrund der hypersomatischen Mutation während der Affinitätsreifung nicht im Genom eines Organismus gespeichert ist, kann die Aminosäuresequenz nicht auf einfachem Weg der DNA-Sequenzierung gewonnen werden. Das ist nur in seltenen Fällen möglich, wenn dem Endanwender der Zellklon der Antikörper-produzierenden Zelle zugänglich ist. Eine Sequenzierung auf Protein-Ebene ist sehr aufwändig und teuer und wird daher fast nie für die Charakterisierung von analytischen Antikörpern verwendet. Der Mangel an Validierung dieser analytischen Antikörper, die bei Experimenten verwendeten werden, löst aber eine Reihe Probleme aus, die die Wiederholbarkeit dieser Experimente schwierig und in einigen Fällen unmöglich macht. Das sorgt jährlich für verschwendete Forschungsgelder in Milliardenhöhe und hindert den wissenschaftlichen Fortschritt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer einfachen und schnellen Methode, die es trotzdem ermöglicht, die Identifikation von Antikörpern sicherzustellen. Dazu wurde eine Methode basierend auf dem "peptide mass fingerprinting" gewählt. Das Problem der unbekannten Aminosäuresequenz der Antikörper wurde gelöst, indem lediglich die Peptidmuster der entstehenden Fingerprint-Spektren zur Identifikation herangezogen wurden. MALDI wurde dabei als Ionisationsmethode für die Massenspektrometrie gewählt, da die resultierenden Spektren im Gegensatz zu ESI-MS einfach auszuwerten sind. Auch kann auf eine vorige Trennung der Peptide mittels LC verzichtet werden, was zusätzlich Analysenzeit spart. Für die Proteinspaltung wurde eine simple saure Hydrolyse mittels Ameisensäure gewählt. Im Vergleich zum herkömmlichen Trypsin-Verdau konnten auf zeitraubende Arbeitsschritte wie Denaturierung, Reduktion und Alkylierung der Antikörper verzichtet werden. Die Hydrolyse mittels Ameisensäure wurde bisher nur auf kleine und mittelgroße Proteine angewendet, sodass im ersten Teil dieser Arbeit mehrere Schritte optimiert wurden bevor zufriedenstellende Fingerprint-Spektren von Antikörpern erhalten wurden.
The primary screening of hybridoma cells is a time-critical and laborious step during the development of monoclonal antibodies. Often critical errors occur in this phase, which supports the notion that the generation of monoclonal antibodies with hybridoma technology is difficult to control and hence a risky venture. We think that it is crucial to improve the screening process to eliminate most of the immanent deficits of the conventional approach. With this new microarray-based procedure, several advances could be achieved: Selectivity for excellent binders, high throughput, reproducible signals, avoidance of misleading avidity (multivalency) effects, and simultaneous performance of competition experiments. The latter can directly be used to select clones of desired cross-reactivity properties. In this paper, a model system with two excellent clones against carbamazepine, two weak clones and blank supernatant has been designed to examine the effectiveness of the new system. The excellent clones could be detected largely independent of the IgG concentration, which is unknown during the clone screening since the determination and subsequent adjustment of the antibody concentration is not possible in most cases. Furthermore, in this approach, the enrichment, isolation, and purification of IgG for characterization is not necessary. Raw cell culture supernatant can be used directly, even when fetal calf serum (FCS) or other complex media had been used. In addition, an improved method for the oriented antibody-immobilization on epoxy-silanized slides is presented. Based on the results of this model system, we conclude that this approach should be preferable to most other protocols leading to many of false positives, causing expensive and lengthy confirmation steps to weed out the poor clones.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Versuchsstandes zur Di-ckenbestimmung von Werkstoffen mithilfe von frequenzmoduliertem luftgekoppelten Ultra-schall. Zur Erzeugung des frequenzmoduliertem Signals wird ein fluidischer Oszillator ver-wendet. Die Schwingungsfrequenz des Oszillators ist von der Größe, der Geometrie und den Druckverhältnissen im Oszillator abhängig, welche durch ein Druckventil veränderbar sind. Zur Datenfassung dienen zwei Laservibrometer. Weiterhin soll die schlussendliche Dicken-bestimmung mithilfe eines Kreuzkorrelationsverfahrens erreicht werden. Während der Ent-wicklung wurden Messungen im Medium Luft, als auch mit Polyamid-Probekörpern durchge-führt. Für die Luftmessungen wurde das Ultraschallsignal an zwei Messpunkten erfasst und der Abstand zwischen diesen Messpunkten daraufhin versucht zu ermitteln. Diese Abstand-messungen wurden mit unterschiedlichen Abständen von 6 bis 15 Zentimeter durchgeführt, wobei der Abstand anhand der Daten mit einer Abweichung von unter einem Zentimeter er-folgreich bestimmt werden konnte. Die Messungen am Probekörper waren weniger Erfolg-reich, da keine reproduzierbare Dickenbestimmung erreicht werden konnte. Trotzdem kann die Entwicklung aufgrund der erfolgreichen Abstandmessung in der Luft sowie den neuen Erkenntnissen aus den Messungen am Probekörper als Erfolg betrachtet werden.
Die steigende Nachfrage von zerstörungsfreien Prüfverfahren, welche die Zeitinvestition verbessern und eine kontinuierliche Messung ermöglichen, erfordert die Entwicklung des luftgekoppltes Impakt-Echo-Messverfahrens. Diese Entwicklung kann durch die fluidische Anregung ermöglicht werden.
Das Ziel dieser vorliegenden Arbeit war der Aufbau einer Messapparatur, die auf Schnelligkeit setzt und kontinuierlich misst. Nach der Durchführung der fluidischen Anregung wurden mit Hilfe eines Laservibrometers die Daten aufgenommen. Zur Analysierung der auf diese Weise erhobenen Messwerte wurden sie mittels der Fast-Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert.
Für den Zweck der Validierung wurden Zylinder-Probekörper und Platten-Probekörper wurden verwendet. Die Messungen an den Zylinder-Probekörpern lieferten erfolgreiche Ergebnisse, während die Messungen an den Platten-Probekörpern weitere Untersuchung und Entwicklung benötigten werden.
Preactivation crosslinking – An efficient method for the oriented immobilization of antibodies
(2019)
Crosslinking of proteins for their irreversible immobilization on surfaces is a proven and popular method. However, many protocols lead to random orientation and the formation of undefined or even inactive by-products. Most concepts to obtain a more targeted conjugation or immobilization requires the recombinant modification of at least one binding partner, which is often impractical or prohibitively expensive. Here a novel method is presented, which is based on the chemical preactivation of Protein A or G with selected conventional crosslinkers. In a second step, the antibody is added, which is subsequently crosslinked in the Fc part. This leads to an oriented and covalent immobilization of the immunoglobulin with a very high yield. Protocols for Protein A and Protein G with murine and human IgG are presented. This method may be useful for the preparation of columns for affinity chromatography, immunoprecipitation, antibodies conjugated to magnetic particles, permanent and oriented immobilization of antibodies in biosensor systems, microarrays, microtitration plates or any other system, where the loss of antibodies needs to be avoided, and maximum binding capacity is desired. This method is directly applicable even to antibodies in crude cell culture supernatants, raw sera or protein-stabilized antibody preparations without any purification nor enrichment of the IgG. This new method delivered much higher signals as a traditional method and, hence, seems to be preferable in many applications.
In the last years, the Process Analytical Technology (PAT) research field has become of great importance due to its connection with the industrial world. This industry related research, along with the evolutionary progress that technology has seen lately, has allowed that key analytical techniques in an industrial environment have undergone a radical development. One of these techniques has been the near-infrared spectroscopy (NIRS). This technique, currently common in "online" industrial analysis, has seen a remarkable revolution, especially since the introduction of the microelectromechanical systems technology (MEMS) in the spectroscopy field. Nowadays it is possible to find compact spectrometers no bigger than a wristwatch in the market. Although there is an unavoidable question: can these compact spectrometers actually compete against the traditional spectrometers?
In this project different calibration parameters of two compact NIR spectrometers ("Spectral Engines Oy NIR-One Sensor NM2.0", with 1550 to 1950 nm range; and "NeoSpectra Si-ware", with 1300 to 2550 nm range) were evaluated, and the obtained results were compared with a reference spectrometer ("Bruker Optik GmbH Matrix-F", with 15000 to 4000 cm–1 range). In order to obtain the different calibration parameters, a sequence of quality performance tests were conducted. The results obtained after the different experiments carried out with both compact spectrometers prove that their performance is more than acceptable for routine analysis.
Afterward, model samples of different microplastics in soil at different known concentration were analyzed with all three spectrometers. Chemometric models capable to identify and classify microplastics in soil were established. For this analysis five of the most used plastics worldwide were used: polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS), and polyvinyl chloride (PVC). After the Principal component analysis (PCA), it can be seen that only the NIR-One NM2.0 is capable to differentiate all types of microplastics in soil at concentrations of 1–2 %, while the NeoSpectra Si-ware is unable to identify the PET sample.
Ultra-SAXS can enhance the capabilities of existing SAXS/WAXS beamlines and laboratory instruments. A compact Ultra-SAXS module has been developed, which extends the measurable q-range with 0:0015 < q 1/nm) < 0:2, allowing structural dimensions between 30 < D(nm) < 4000 to be probed in addition to the range covered by a high-end SAXS/WAXS instrument. By shifting the module components in and out on their respective motor stages, SAXS/WAXS measurements can be easily and rapidly interleaved with USAXS measurements.
In 2019 over 30 000 people were killed or injured by explosions caused by explosives like TNT, PETN, HMX and RDX. Therefore, highly sensitive assays for the detection of TNT are needed. In this study we compared two commercially available TNT antibodies: A1.1.1 and EW75C with a highly optimized indirect competitive ELISA based on a BSA-TNA conjugate. As a result, a precision profile for both antibodies was determined with a LOD of 170 pmol L-1 for the clone A1.1.1 and a LOD of 3,2 nmol L-1 for the clone EW75C. The measurements showed that the clone A1.1.1 is a highly sensitive antibody for the detection of TNT while the clone EW75C does show medium performance at most.
In the cross-reactivity characterization of both antibodies many substances, closely related to the structure of TNT were tested. Both antibodies showed strong cross reactivity with trinitroaniline and trinitrobenzene. For the clone A1.1.1, which is known to originate from immunization of mice with an TNP-glycine-KLH conjugate, this has to be expected. Interestingly the clone EW75C, which was not characterized yet, showed similar behavior. This suggests a TNA-conjugate as immunogen for the EW75C antibody as well. None of both antibodies showed cross-reactions to the high explosives PETN, HMX and RDX. Also, the cross-reactions of nitro musks with the antibodies were investigated. Despite their prohibition, nitro musks are still used in Asia especially and are particularly popular in India. The overall superior clone A1.1.1 showed a significant cross-reactivity to musk ambrette. For practical reasons the influence of musk ambrette on this assay when used in natural environment should be investigated.
In further experiments, the highly sensitive TNT antibody A1.1.1 was digested with papain to obtain monovalent Fab-fragments. Due to its high stability against the digestion, a custom protocol for the IgG1 subclass of mice, to which the clone A1.1.1 belongs, was developed, resulting in a quantitative digestion of the intact antibody to Fab fragments. The success of the digestion was determined with MALDI-TOF-MS and SDS-PAGE. It was shown that this protocol worked for many different antibodies of IgG1 subclass as well.
Es wurde im Rahmen dieser Arbeit eine neue Methode der Biokonjugation entwickelt, die es ermöglicht humane Antikörper ortspezifisch mit IgG-bindenden Peptiden zu konjugieren. Als Basis fungierte ein Peptid, welches für den Einsatz gezielt modifiziert wurde. So sollte am C-Terminus ein Biotin eingefügt werden, dass für die spätere Detektion der Biokonjugation genutzt werden kann, während am N-Terminus ein Cross-Linker für die kovalente Bindung zum Antikörper eingefügt wurde. Das Biotin wurde mittels Biotin-Lysin eingebaut. Dies hat den Vorteil, dass die modifizierte Aminosäure direkt in der SPPS genutzt werden kann. Auch der Cross-Linker soll schon während der SPPS in das Peptid integriert werden. Als Cross Linker wurden die zwei heterobifunktionellen Succinimidyl(3-bromoacetamid)propionate und Succinimidyl(4-iodacetyl)aminobenzoat untersucht. Die Aktivierung des Peptides mit dem SBAP-Cross-Linker erfolgte am besten im pH-Bereich zwischen 7,0 und 9,0. Die Modifizierung des Peptides mit dem Iodid-Cross-Linker SIAB unter den gleichen Bedingungen zeigte allerdings keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Da das erste Peptid allerdings in den Folgeexperimenten sehr gute Ergebnisse zeigte, musste kein weiterer Linker getestet werden. Zusätzlich zu der Cross-Linker-Wahl sollte der Abstand zwischen dem Cross-Linker und dem Grundgerüst des Peptides auf den Einfluss der Bindung untersucht werden. Dazu wurden drei Kontrollpeptide synthetisiert, die entweder um zwei Aminosäuren zwischen dem ursprünglichen N-Terminus des Peptides und dem SBAP-Linker verlängert wurden, keinen SBAP-Linker beinhalten oder die Verlängerung ohne SBAP-Linker besaßen. Die erfolgreiche Synthese aller vier Peptide wurde mittels MALDI-TOF-MS bestätigt.
Learned block iterative shrinkage thresholding algorithm for photothermal super resolution imaging
(2020)
Block-sparse regularization is already well-known in active thermal imaging and is used for multiple measurement based inverse problems. The main bottleneck of this method is the choice of regularization parameters which differs for each experiment. To avoid time-consuming manually selected regularization parameters, we propose a learned block-sparse optimization approach using an iterative algorithm unfolded into a deep neural network. More precisely, we show the benefits of using a learned block iterative shrinkage thresholding algorithm that is able to learn the choice of regularization parameters. In addition, this algorithm enables the determination of a suitable weight matrix to solve the underlying inverse problem. Therefore, in this paper we present the algorithm and compare it with state of the art block iterative shrinkage thresholding using synthetically generated test data and experimental test data from active thermography for defect reconstruction. Our results show that the use of the learned block-sparse optimization approach provides smaller normalized mean square errors for a small fixed number of iterations than without learning. Thus, this new approach allows to improve the convergence speed and only needs a few iterations to generate accurate defect reconstruction in photothermal super resolution imaging.
IMS trägt zur Luftfrachtsicherheit bei
Geltende Luftsicherheitsgesetze verpflichten Luftsicherheitsbehörden, Flughafenbetreiber und Fluggesellschaften umfassende Sicherheitsmaßnahmen auf den Flughäfen zu ergreifen, um die Gefahr möglicher terroristischer Bedrohungen zu erkennen und zu verhindern. Wenn ein verdächtiges Objekt durch Röntgenstrahlen identifiziert wurde, kann die IMS als schnelles Analyseverfahren vor Ort orthogonal zur Radiologie eingesetzt werden, um chemische Informationen über Gefahrstoffe wie Sprengstoffe oder Drogen vor dem Abflug zu erhalten.
Vor der Detektion von Sprengstoffen beginnt die Untersuchung eines verdächtigen Objekts mit der Probenahme mittels Wischprobensammlern. Eine Luftsicherheitskontrollkraft wischt dabei Oberflächen des Objekts mit einem Probensammler ab, um Partikel von Gefahrstoffen zu sammeln. Der beladene Probensammler wird anschließend in einen Probeneinlass eingeführt. Nach thermischer Desorption der gesammelten Stoffe erhält der Bediener (z. B. Luftsicherheitskontrollkraft) ein boolesches Ergebnis - "Alarm" oder "Kein Alarm".
Verfahren und Ergebnisse
In dieser Studie wurden drei Verfahren mit vier ECAC-zertifizierten ETD-Geräten zur Entwicklung eines Unsicherheitskonzeptes bezüglich der Probenahme (PN) angewandt:
I) direkte Probenaufnahme durch lösemittelbasierten Auftrag einer bekannten Sprengstoffmenge auf einem Probensammler,
II) Auftragung einer bekannten Menge eines gelösten Sprengstoffs auf einem 10 cm × 10 cm Substrat (Aluminium, Papier, Eisen und Polyvinylchlorid) und manuelle PN nach Lösemittelverdampfung,
III) lösemittelbasierter Sprengstoffauftrag auf eine PTFE- oder PTFE-beschichtete Glasfaseroberfläche, nach Lösemittelverdunstung trockene Übertragung auf das zu beprobende Substrat zur PN.
Nach dem binären Regressionsverfahren wurde die funktionale Abhängigkeit der Detektionswahrscheinlichkeit von einer bekannten Sprengstoffmasse mit einer Logit-Funktion beschrieben:
POD=1/(1+e^(-A·(m-B))).
Dabei ist POD die Wahrscheinlichkeit der Detektion für eine bekannte Sprengstoff-Masse, die Parameter A (logistische Wachstumsrate der Kurve) und B (m-Wert des Mittelpunktes des Sigmoids) sind geschätzte Parameter nach der Methode der kleinsten Quadrate, und m ist die Sprengstoffmasse.
Das entwickelte Messunsicherheitsmodell kombiniert quantitative Ergebnisse aus Wägen, Lösen und Pipettieren sowie qualitative Ergebnisse - "Alarm" oder "Kein Alarm" und die Unsicherheit der PN. Identifizierte Unsicherheitsursachen sind die Durchführung der Wischprobenahme, Staub, Lösemitteleffekte und die Unsicherheit bei der Herstellung von Testlösungen.
Thousands of antibodies for diagnostic and other analytical purposes are on the market. However, it is often difficult to identify duplicates, reagent changes, and to assign the correct original publications to an antibody. This slows down scientific progress and might even be a cause of irreproducible research and a waste of resources. Recently, activities were started to suggest the sole use of recombinant antibodies in combination with the open communication of their sequence. In this case, such uncertainties should be eliminated. Unfortunately, this approach seems to be rather a long-term vision since the development and manufacturing of recombinant antibodies
remain quite expensive in the foreseeable future. Also, nearly all commercial antibody suppliers may be reluctant to publish the sequence of their antibodies, since they fear counterfeiting. De-novo sequencing of antibodies is also not feasible today for a reagent user without access to the hybridoma clone. Nevertheless, it seems to be crucial for any scientist to have the opportunity to identify an antibody undoubtedly to guarantee the traceability of any research activity using antibodies from a third party as a tool. For this purpose, we developed a method for the identification of antibodies based on a MALDI-TOF-MS fingerprint. To circumvent lengthy denaturation, reduction, alkylation, and enzymatic digestion steps, the fragmentation was performed with a simple formic acid hydrolysis step. Eighty-nine unknown monoclonal antibodies were used for this study to examine the feasibility of this approach. Although the molecular assignment of peaks was rarely possible, antibodies could be easily recognized in a blinded test, simply from their mass-spectral fingerprint. A general protocol is given, which could be used without any optimization to generate fingerprints for a database. We want to propose that in most scientific projects relying critically on antibody reagents, such a fingerprint should be established to prove and document the identity of the used antibodies and to assign a specific reagent to a datasheet of a commercial supplier, a public database record or an antibody ID.
You Ask – ACEnano Replies
(2020)
The workshop starts with introductory information about the workshop and the H2020 project ACEnano, followed by two expert round tables, focussing on how the project could address regulator and industry needs, respectively. This is be followed by parallel sessions on tools (based on preferences expressed by those registered to attend, see “Questions”) and finally a question-and-answer session with the attendees.
The experts invited in Round Table 1 have been prepared to answer to questions related to obstacles and advantages for stakeholders such as SMEs to use the ACEnano approaches/tools. Standardisation needs are discussed.
Rund ein Jahr haben DIN und DKE in einem gemeinsamen Projekt mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und zusammen mit ca. 300 Fachleuten aus Wirtschaft, Wissenschaft, öffentlicher Hand und Zivilgesellschaft an der Normungsroadmap Künstliche Intelligenz gearbeitet. Eine hochrangige Steuerungsgruppe unter dem Vorsitz von Prof. Wolfgang Wahlster hat die Erarbeitung koordiniert und begleitet.
Ziel der Roadmap ist die frühzeitige Entwicklung eines Handlungsrahmens für die Normung und Standardisierung, der die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft unterstützt und europäische Wertmaßstäbe auf die internationale Ebene hebt.(...)