Refine
Document Type
- Article (4)
- Monograph/Edited Volume (2)
- Doctoral Thesis (1)
- Postprint (1)
Is part of the Bibliography
- yes (8)
Keywords
- aptamers (3)
- fiber etching (3)
- biomarker (2)
- fiber Bragg gratings (2)
- fiber-optical sensors (2)
- nanostructure fabrication (2)
- ultra-fast laser inscription (2)
- Aptamere (1)
- Biomarker (1)
- C-reactive (1)
Very few principles have been unraveled that explain the relationship between soil properties and soil biota across large spatial scales and different land-use types. Here, we seek these general relationships using data from 52 differently managed grassland and forest soils in three study regions spanning a latitudinal gradient in Germany. We hypothesize that, after extraction of variation that is explained by location and land-use type, soil properties still explain significant proportions of variation in the abundance and diversity of soil biota. If the relationships between predictors and soil organisms were analyzed individually for each predictor group, soil properties explained the highest amount of variation in soil biota abundance and diversity, followed by land-use type and sampling location. After extraction of variation that originated from location or land-use, abiotic soil properties explained significant amounts of variation in fungal, meso-and macrofauna, but not in yeast or bacterial biomass or diversity. Nitrate or nitrogen concentration and fungal biomass were positively related, but nitrate concentration was negatively related to the abundances of Collembola and mites and to the myriapod species richness across a range of forest and grassland soils. The species richness of earthworms was positively correlated with clay content of soils independent of sample location and land-use type. Our study indicates that after accounting for heterogeneity resulting from large scale differences among sampling locations and land-use types, soil properties still explain significant proportions of variation in fungal and soil fauna abundance or diversity. However, soil biota was also related to processes that act at larger spatial scales and bacteria or soil yeasts only showed weak relationships to soil properties. We therefore argue that more general relationships between soil properties and soil biota can only be derived from future studies that consider larger spatial scales and different land-use types.
Femtosecond-Pulsed laser written and etched fiber bragg gratings for fiber-optical biosensing
(2018)
We present the development of a label-free, highly sensitive fiber-optical biosensor for online detection and quantification of biomolecules. Here, the advantages of etched fiber Bragg gratings (eFBG) were used, since they induce a narrowband Bragg wavelength peak in the reflection operation mode. The gratings were fabricated point-by-point via a nonlinear absorption process of a highly focused femtosecond-pulsed laser, without the need of prior coating removal or specific fiber doping. The sensitivity of the Bragg wavelength peak to the surrounding refractive index (SRI), as needed for biochemical sensing, was realized by fiber cladding removal using hydrofluoric acid etching. For evaluation of biosensing capabilities, eFBG fibers were biofunctionalized with a single-stranded DNA aptamer specific for binding the C-reactive protein (CRP). Thus, the CRP-sensitive eFBG fiber-optical biosensor showed a very low limit of detection of 0.82 pg/L, with a dynamic range of CRP detection from approximately 0.8 pg/L to 1.2 mu g/L. The biosensor showed a high specificity to CRP even in the presence of interfering substances. These results suggest that the proposed biosensor is capable for quantification of CRP from trace amounts of clinical samples. In addition, the adaption of this eFBG fiber-optical biosensor for detection of other relevant analytes can be easily realized.
Femtosecond-pulsed laser written and etched fiber bragg gratings for fiber-optical biosensing
(2018)
We present the development of a label-free, highly sensitive fiber-optical biosensor for online detection and quantification of biomolecules. Here, the advantages of etched fiber Bragg gratings (eFBG) were used, since they induce a narrowband Bragg wavelength peak in the reflection operation mode. The gratings were fabricated point-by-point via a nonlinear absorption process of a highly focused femtosecond-pulsed laser, without the need of prior coating removal or specific fiber doping. The sensitivity of the Bragg wavelength peak to the surrounding refractive index (SRI), as needed for biochemical sensing, was realized by fiber cladding removal using hydrofluoric acid etching. For evaluation of biosensing capabilities, eFBG fibers were biofunctionalized with a single-stranded DNA aptamer specific for binding the C-reactive protein (CRP). Thus, the CRP-sensitive eFBG fiber-optical biosensor showed a very low limit of detection of 0.82 pg/L, with a dynamic range of CRP detection from approximately 0.8 pg/L to 1.2 µg/L. The biosensor showed a high specificity to CRP even in the presence of interfering substances. These results suggest that the proposed biosensor is capable for quantification of CRP from trace amounts of clinical samples. In addition, the adaption of this eFBG fiber-optical biosensor for detection of other relevant analytes can be easily realized.
In dieser Arbeit steht die Entwicklung einer Sensorplattform für biochemische Anwendungen, welche auf einem optischen Detektionsprinzips beruht, im Vordergrund. Während der Entwicklung wurden zwei komplementäre Konzeptideen behandelt, zum einen ein Sensor, der auf photonischen Kristallen und Wellenleiterstrukturen basiert und zum anderen einen faserbasierten Sensor, der chemisch modifizierte Faser-Bragg-Gitter enthält. Das optische Detektionsprinzip in beiden Sensorideen ist die resultierende Brechungsindexänderung als messbare physikochemische Kenngröße.
Das aus der Natur bekannte Phänomen der photonischen Kristalle, das u. a. bei Opalen und bei Schmetterlingen zu finden ist, wurde bereits 1887 von Lord Rayleigh beschrieben. Er beschrieb die optischen Eigenschaften von periodischen mehrschichtigen Filmen, welche als vereinfachtes Modell eines eindimensionalen photonischen Kristalls verstanden werden können. Die Periodizität der Brechungsindexänderung resultiert in einem optischen Filter für Frequenzen in einem bestimmten spektralen Bereich, weshalb dann dort keine Lichtausbreitung mehr möglich ist. Wird dieses System aber durch eine Defektstelle in der Brechungsindexperiodizität gestört, sodass daraus zwei perfekt periodische Systeme entstehen, ist die Lichtausbreitung für eine bestimmte Frequenz dennoch möglich. In der Folge resultiert daraus ein schmalbandiges Signal im Transmissionsspektrum. Die erlaubte Frequenz ist dabei u. a. abhängig vom Brechungsindexunterschied des periodischen Systems, d.h. Veränderung des Brechungsindexes einer Schicht führt zu einer spektralen Verschiebung der erlaubten Frequenz, dadurch kann dieses Sensorkonzept für biochemische Sensorik ausgenutzt werden [1]. Diese Entwicklung des auf photonischen Kristallen basierenden Sensors war eine Kooperation mit dem Industriepartner „Nanoplus GmbH“. In der Doktorarbeit wurden Simulationen und praktischen Arbeiten zur Designentwicklung des Sensors und die Arbeiten an einem ersten Modellaufbau für die biochemischen Anwendungen durchgeführt.
Für den faserbasierten Sensor wurden Faser-Bragg-Gitter in den Faserkern hineingeschrieben. Hill et al. entdeckten 1978, dass solche Gitterstrukturen genau wie photonische Kristalle als optische Filter fungieren [2]. Die Gitter bestehen dabei aus Änderungen des Brechungsindexes im Faserkern. Im Laufe der nächsten vierzig Jahren wurden verschiedene Einschreibetechniken und Gitterstrukturen entwickelt, weshalb die Eigenschaften der jeweiligen Gitterstrukturen variieren. Eine solche Gitterstruktur sind u. a. die Faser-Bragg-Gitter, deren Gitterperiode, d. h. die Abstände der Brechungsindexmodifikationen, sich im Nanometer- bis Mikrometerbereich befinden. Aufgrund der kleinen Gitterperiode wird eine rückwärtsführende Welle im Kern für eine bestimmte Frequenz bzw. Wellenlänge, der Bragg-Wellenlänge, erzeugt. Im Endeffekt resultiert daraus ein schmalbandiges Signal sowohl im Transmissionsspektrum, als auch im Reflexionsspektrum. Die Resonanzwellenlänge ist dabei proportional zu der Gitterperiode und dem effektiven Brechungsindex, welcher vom Brechungsindex des Kerns und des kernumgebenen Materials abhängig ist. Letztlich eignet sich diese Technik für physikochemische Sensorik. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Gitter mit Hilfe einer relativen neuen Herstellungsmethode in die Fasern geschrieben [3]. Anschließend stand die Entwicklung eines Biosensors im Vordergrund, wobei zunächst ein Protokoll zum Ätzen der Faser mit Flusssäure entwickelt worden ist, dass das System sensitiv zum umgebenen Brechungsindex macht. Am Ende wurde ein Modellaufbau realisiert, indem ein Modellsystem, hier die Detektion vom C-reaktiven Protein mittels spezifischen einzelsträngigen DNS-Aptameren, erfolgreich getestet und quantifiziert worden ist.
1 Mandal, S.; Erickson, D. Nanoscale Optofluidic Sensor Arrays. Opt. Express 2008, 16 (3), 1623–1631.
2 Hill, K. O.; Fujii, Y.; Johnson, D. C.; Kawasaki, B. S. Photosensitivity in Optical Fiber Waveguides: Application to Reflection Filter Fabrication. Appl. Phys. Lett. 1978, 32 (10), 647–649.
3 Martínez, A.; Dubov, M.; Khrushchev, I.; Bennion, I. Direct Writing of Fibre Bragg Gratings by Femtosecond Laser. Electron. Lett. 2004, 40 (19), 1170.
An der Universität Potsdam wurden im Rahmen des Qualitätspakt Lehre-Projekts „Qualität etablieren in Lehre und Lernen (QueLL)“ Maßnahmen für eine Verbesserung der Studienbedingungen und eine Weiterentwicklung der Lehre und des Lernens durchgeführt. Die während der neunjährigen Projektlaufzeit thematisierten Fragestellungen, erarbeiteten Lösungsansätze und entsprechenden Erfahrungen werden im vorliegenden Sammelband in Form von wissenschaftlichen Auseinandersetzungen und Werkstattberichten dargestellt und diskutiert.
Die Beiträge spiegeln in ihrer thematischen Vielfalt unterschiedliche universitäre Übergangsphasen wider, wie in diesem Fall den Übergang in die Hochschule, Übergänge innerhalb der Hochschule (im Kontext der Organisationsentwicklung, der Weiterbildung akademischer Statusgruppen oder der Entwicklung einer digitalen Lehr-Lernkultur) und schließlich den Übergang in die Berufspraxis. Denn während der Projektlaufzeit hat sich gezeigt, dass die Gestaltung von Lehre und Lernen letztlich immer eine Gestaltung solcher Übergänge ist: sowohl zwischen den innerinstitutionellen Ebenen und Bereichen als auch zwischen Akteur/innen der Hochschule und schließlich ebenso innerhalb des Student Life Cycle. Weiterhin wird anhand der Beiträge deutlich, dass die Entwicklung von Lehre und Studium nicht als isolierte Aufgabe verstanden werden kann, sondern in die Strukturen und Prozesse der Universität hineinwirken und Formen der Zusammenarbeit etablieren sollte, die es braucht, um Projekte nachhaltig zu gestalten.
Ziel dieses Bandes ist es, zur Diskussion über Gelingensbedingungen einer nachhaltigen Entwicklung von Lehre und Lernen beizutragen. Damit richtet er sich an Akteur/innen aus der Hochschulleitung, an Lehrende und Forschende sowie Mitarbeitende des Third Space.
Background: Most studies on food choice have been focussing on the individual level but familial aspects may also play an important role. This paper reports of a novel study that will focus on the familial aspects of the formation of food choice among men and women aged 50-70 years by recruiting spouses and siblings (NutriAct Family Study; NFS). Discussion: Until August 4th 2017, 4783 EPIC-Participants were contacted by mail of which 446 persons recruited 2 to 5 family members (including themselves) resulting in 1032 participants, of whom 82% had started answering or already completed the questionnaires. Of the 4337 remaining EPIC-participants who had been contacted, 1040 (24%) did not respond at all, and 3297 (76%) responded but declined, in 51% of the cases because of the request to recruit at least 2 family members in the respective age range. The developed recruitment procedures and web-based methods of data collection are capable to generate the required study population including the data on individual and inter-personal determinants which will be linkable to food choice. The information on familial links among the study participants will show the role of familial traits in midlife for the adoption of food choices supporting healthy aging.