INMdok (Leibniz Institute for New Materials)
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EGFR Expression in HER2-Driven Breast Cancer Cells
Get PDFThe epidermal growth factor receptor HER2 is overexpressed in 20% of breast cancer cases. HER2 is an orphan receptor that is activated ligand-independently by homodimerization. In addition, HER2 is able to heterodimerize with EGFR, HER3, and HER4. Heterodimerization has been proposed as a mechanism of resistance to therapy for HER2 overexpressing breast cancer. Here, a method is presented for the simultaneous detection of individual EGFR and HER2 receptors in the plasma membrane of breast cancer cells via specific labeling with quantum dot nanoparticles (QDs). Correlative fluorescence microscopy and liquid phase electron microscopy were used to analyze the plasma membrane expression levels of both receptors in individual intact cells. Fluorescent single-cell analysis of SKBR3 breast cancer cells dual-labeled for EGFR and HER2 revealed a heterogeneous expression for receptors within both the cell population as well as within individual cells. Subsequent electron microscopy of individual cells allowed the determination of individual receptors label distributions. QD-labeled EGFR was observed with a surface density of (0.5–5) × 101 QDs/µm2, whereas labeled HER2 expression was higher ranging from (2–10) × 102 QDs/µm2. Although most SKBR3 cells expressed low levels of EGFR, an enrichment was observed at large plasma membrane protrusions, and amongst a newly discovered cellular subpopulation termed EGFR-enriched cells
Critères pour l’évaluation qualitative des publications scientifiques: Résultats du projet visOA
Get PDFDieser Beitrag beschreibt a) die Ergebnisse einer Literaturstudie zur qualitativen Wahrnehmung wissenschaftlicher Publikationen, b) die Konstruktion eines daraus abgeleiteten Kriterienkatalogs zur Wahrnehmung der Qualität wissenschaftlicher Publikationen sowie c) der Überprüfung dieses Katalogs in qualitativen Interviews mit Wissenschaflterinnen und Wissenschaftlern aus dem Fachspektrum Chemie, Physik, Biologie, Materialwissenschaft und Engineering. Es zeigte sich, dass die Wahrnehmung von Qualität auf äußerlichen und von außen herangetragenen Faktoren, inhaltlichen / semantischen Faktoren und sprachlichen, syntaktischen sowie strukturellen Faktoren beruht.This article describes a) the results of a literature study on the qualitative perception of scientific publications, b) the construction of a catalogue of criteria derived from this study for the perception of the quality of scientific publications, and c) the evaluation of this catalogue in qualitative interviews with scientists from the fields of chemistry, physics, biology, materials science and engineering. It was shown that the perception of quality is based on external and externally induced factors, content / semantic factors and linguistic, syntactic and structural factors.Cet article décrit a) les résultats d’une étude documentaire sur la perception qualitative des publications scientifiques, b) la construction d’un catalogue de critères dérivé de cette étude pour la perception de la qualité des publications scientifiques, et c) l’évaluation de ce catalogue dans le cadre d’entretiens qualitatifs avec des scientifiques des domaines de la chimie, de la physique, de la biologie, de la science des matériaux et de l’ingénierie. Il a été démontré que la perception de la qualité se base sur des facteurs externes et introduits de l’extérieur, sur des facteurs liés au contenu/sémantique ainsi que sur des facteurs linguistiques, syntaxiques et structurels
Biotechnologie2020+ Strukturvorhaben: Leibniz Research Cluster (LRC) - Bio/Synthetische multifunktionale Mikro-Produktionseinheiten - Neuartige Wege zur Wirkstoffentwicklung, Teilprojekt 4 : Schlussbericht im Verbundprojekt "Biotechnologie2020+ Strukturvorhaben: Leibniz Research Cluster (LRC) - Bio/Synthetische multifunktionale Mikro-Produktionseinheiten - neuartige Wege zur Wirkstoffentwicklung, Teilprojekt D" : Laufzeit des Vorhabens: 01.04.2015-31.03.2020 : Schaltbare mesostrukturierte Oberflächen
Get PDFDas LRC verfolgt das Ziel, zellfreie Biotechnologie für die Synthese multifunktionaler Mikro-Produktionseinheiten zu entwickeln. Mit der Entwicklung von Reaktionsplattformen für die Manipulation der mehrstufigen Biosynthese auf einer Mikroebene trägt JRG4 am INM zum Gesamtprojekt bei. Die Reaktionsplattformen müssen vier spezifischen Randbedingungen genügen: 1) kompatibel mit den für die Biosynthese angewandten Enzymkatalysatoren und inert gegenüber Reaktanten sein; 2) geschlossene Kompartimente bieten, die festgelegte Reaktionsbedingungen gewährleisten können (pH, Konzentration); 3) einen stimuli-responsiven Mechanismus zur Steuerung des Reaktionswegs enthalten, um komplexe Reaktionsketten zu vereinfachen (Produkte aus den Anfangsstufen gemischt mit Produkten aus späteren Stufen); 4) ständigen Zugriff auf Zwischenprodukte im Reaktionsprozess zur Kontrolle und Analyse gestatten. Dazu wurden drei verschiedene Plattformen entworfen und entwickelt: strukturelle Oberflächen auf Basis von Hohlsäulen, flüssigkeitsvermittelte mobile Oberflächen und thermo-magnetisch responsive Träger. Die strukturellen Oberflächen bestehen aus geometrisch angeordneten Hohlsäulen aus responsiven Materialien, die zur Einleitung und Entnahme von Reaktionslösungen dienen. In Ergänzung zu dieser Grundidee, gemäß der die Mikro-Reaktionsflüssigkeiten der Luft ausgesetzt werden, sollen die flüssigkeitsvermittelten mobilen Oberflächen die als Mikrotropfen vorliegenden Reaktionsflüssigkeiten im umhüllten Zustand manipulieren. Die mobilen Oberflächen weisen eine Struktur von porösem Substrat mit semi-infundiertem perfluoriertem Ferrofluid auf, das mithilfe magnetischer Anregung bewegt werden kann, sodass die Tropfen transportiert, gemischt und separiert werden können. Die thermo-magnetisch responsiven Träger dienen der weiteren Miniaturisierung der Reaktionsplattform. Dieses System setzt sich aus einem MNP-Kern (magnetische Nanopartikel), einer stimuli-responsiven Polymerschale und funktionalen Endgruppen zur Immobilisierung der Enzymkatalysatoren zusammen. Der MNP-Kern dient der Bewegung des Bioreaktors und dem Recycling der Reaktionslösungen, während die stimuli-responsive Polymerschale dem Anhalten bzw. erneuten Anstoßen der Bioreaktionen sowie dazu dient, die Löslichkeit der Biorektoren für das Recycling variieren zu können.[...
Carbide-Derived Niobium Pentoxide with Enhanced Charge Storage Capacity for Use as a Lithium-Ion Battery Electrode
Get PDFNb2O5 has been explored as a promising anode material for use as lithium-ion batteries (LIBs), but depending on the crystal structure, the specific capacity was always reported to be usually around or below 200 mAh/g. For the first time, we present coarse-grained Nb2O5 materials that significantly overcome this capacity limitation with the promise of enabling high power applications. Our work introduces coarse-grained carbide-derived Nb2O5 phases obtained either by a one-step or a two-step bulk conversion process. By in situ production of chlorine gas from metal chloride salt at ambient pressure, we obtain in just one step directly orthorhombic Nb2O5 alongside carbide-derived carbon (o-Nb2O5/CDC). In situ formation of chlorine gas from metal chloride salt under vacuum conditions yields CDC covering the remaining carbide core, which can be transformed into metal oxides covered by a carbon shell upon thermal treatment in CO2 gas. The two-step process yielded a mixed-phase tetragonal and monoclinic Nb2O5 with CDC (m-Nb2O5/CDC). Our combined diffraction and spectroscopic data confirm that carbide-derived Nb2O5 materials show disordering of the crystallographic planes caused by oxygen deficiency in the structural units and, in the case of m-Nb2O5/CDC, severe stacking faults. This defect engineering allows access to a very high specific capacity exceeding the two-electron transfer process of conventional Nb2O5. The charge storage capacities of the resulting m-Nb2O5/CDC and o-Nb2O5/CDC are, in both cases, around 300 mAh/g at a specific current of 10 mA/g, thereby, the values are significantly higher than that of the state-of-the-art for Nb2O5 as a LIB anode. Carbide-derived Nb2O5 materials also show robust cycling stability over 500 cycles with capacity fading only 24% for the sample m-Nb2O5/CDC and 28% for o-Nb2O5/CDC, suggesting low degree of expansion/compaction during lithiation and delithiation
A rational design of a cancer-specific and lysosome-targeted fluorescence nanoprobe for glutathione imaging in living cells
Get PDFDeveloping a versatile probe for targeting the lysosomes of specific cancer cells and subsequently detecting glutathione (GSH) levels is critical in disclosing the roles of GSH in the lysosomal oxidative stress of cancer cells. Herein, we demonstrate an efficient strategy for the preparation of a dual-targeting (both cancer cell- and lysosome-targeting) fluorescence nanoprobe (DTFN) that enables the imaging of GSH in the lysosomes of specific cancer cells. The nanoprobe (DTFN) is obtained by combining folic acid (FA)-modified photostable aggregation-induced emission dots with GSH-responsive manganese dioxide (MnO2) nanosheets via electrostatic interactions. DTFN has outstanding characteristics of good water dispersity, delightful photostability, shorter responsive time ( ∼ 5 min) and wide pH-response range. Intracellular experiments showed that the as-prepared DTFN could be preferentially internalized into a folate receptor (FR)-positive cancer cells via the FR-mediated endocytosis. Subsequently, with the aid of the positively charged amino moiety of the nanoprobe, DTFN can selectively accumulate in lysosomes and successfully achieve the real-time imaging of the lysosomal GSH levels in FR-positive cancer cells. This study highlights a strategy to design a versatile dual-targeting fluorescence probe for enhanced cancer imaging
Printability study of metal ion crosslinked PEG-catechol based inks
Get PDFIn this paper we explore the printability of reversible networks formed by catechol functionalized PEG solutions and metal cations (Al3+, Fe3+ or V3+). The printability and shape fidelity were dependent on the ink composition (metal ion type, pH, PEG molecular weight) and printing parameters (extrusion pressure and printing speed). The relaxation time, recovery rate and viscosity of the inks were analyzed in rheology studies and correlated with thermodynamic and ligand exchange kinetic constants of the dynamic bonds and the printing performance (i.e. shape fidelity of the printed structures). The relevance of the relaxation time and ligand exchange kinetics for printability was demonstrated. Cells seeded on the materials crosslinked with Al3+, Fe3+ ions were viable and revealed well-spread morphologies during 7 day culture, indicating the potential of the formulations to be used as inks for cell encapsulation. The proposed dynamic ink design offers significant flexibility for 3D bioprinting, and enables straightforward adjustment of the printable formulation to meet application-specific needs
Pre-stress of actin cortices is important for the viscoelastic response of living cells
Get PDFoai:opus.bsz-bw.de-inmdok:2Shape, dynamics, and viscoelastic properties of eukaryotic cells are primarily governed by a thin,reversibly cross-linked actomyosin cortex located directly beneath the plasma membrane. We obtaintime-dependent rheological responses of fibroblasts and MDCK II cells from deformation-relaxationcurves using an atomic force microscope to access the dependence of cortex fluidity on pre-stress. We introduce a viscoelastic model that treats the cell as a composite shell and assumes thatrelaxation of the cortex follows a power law giving access to cortical pre-stress, area compressibilitymodulus, and the power law (fluidity) exponent. Cortex fluidity is modulated by interferingwith myosin activity. We find that the power law exponent of the cell cortex decreases withincreasing intrinsic pre-stress and area compressibility modulus, in accordance with previousfinding for isolated actin networks subject to external stress. Extrapolation to zero tension returnsthe theoretically predicted power law exponent for transiently cross-linked polymer networks. In contrast to the widely used Hertzian mechanics, our model provides viscoelastic parametersindependent of indenter geometry and compression velocity
Tactile perception of randomly rough surfaces
Get PDFMost everyday surfaces are randomly rough and self-similar on sufficiently small scales. We investigated the tactile perception of randomly rough surfaces using 3D-printed samples, where the topographic structure and the statistical properties of scale-dependent roughness were varied independently. We found that the tactile perception of similarity between surfaces was dominated by the statistical micro-scale roughness rather than by their topographic resemblance. Participants were able to notice differences in the Hurst roughness exponent of 0.2, or a difference in surface curvature of 0.8 mm-1for surfaces with curvatures between 1 and 3 mm-1. In contrast, visual perception of similarity between color-coded images of the surface height was dominated by their topographic resemblance. We conclude that vibration cues from roughness at the length scale of the finger ridge distance distract the participants from including the topography into the judgement of similarity. The interaction between surface asperities and fingertip skin led to higher friction for higher micro-scale roughness. Individual friction data allowed us to construct a psychometric curve which relates similarity decisions to differences in friction. Participants noticed differences in the friction coefficient as small as 0.035 for samples with friction coefficients between 0.34 and 0.45
Guiding synthetic dynamic soft materials to grow like living organisms
Get PDFLiving organisms share the ability to grow that allows them to absorb, transport, and integrate nutrient to continually increase in size, change in shape and modulate in strength. In contrast, synthetic polymers are constructed in fundamentally different ways and possess fixed structures after fabricated. This thesis presents various approaches to guide synthetic soft materials to grow and to mimic this fundamental growing capability: i) A photo-activation approach to probe the growth of bulky soft materials with controllable size, strength and compositions, ii) Light-induced site-specific self-growth of microstructures from the surface a dynamic soft substrate, iii) Self-growth of fully interlocked poly(disulfide)s based polycatenane elastomers with unique intermolecular interlocking topologies. These functional materials contribute to the supplement of dynamic soft substrates, providing useful information for the future both in chemistry and materials.Lebende Organismen teilen die Fähigkeit zu wachsen. Ihr Aufbau ermöglicht es ihnen, Nährstoffe zu absorbieren, zu transportieren, und zu integrieren, um kontinuierlich an Größe zuzunehmen, ihre Form zu ändern und ihre Stärke zu modulieren. Synthetische Polymere sind dagegen grundsätzlich unterschiedlich aufgebaut. Von der Natur inspiriert, präsentiert diese Arbeit verschiedene Ansätze, um synthetische weiche Materialien wachsen zu lassen und die grundlegende Wachstumsfähigkeit nachzuahmen. Im ersten Teil wird die Photoaktivierung vorgestellt, um das Wachstum voluminöser weicher Materialien zu beeinflussen. Basierend auf diesem Wachstumskonzept wurde ein Elastomer mit kontrollierbarer Größe, Festigkeit und Zusammensetzung hergestellt. Dieser Ansatz kann zur Regulierung der Benetzbarkeit durch Zufuhr von Nährstoffen auf organischer und wässriger Basis während Polymerwachstums ins Auge gefasst werden. Im zweiten Teil wird ein lichtinduziertes und ortsspezifisches Selbstwachstum von Mikrostrukturen auf der Oberfläche eines dynamischen weichen Substrats demonstriert. Die erzielte feine Modulation von Größe, Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften führt zur Erzeugung einer rauen Oberfläche und zur Wiederherstellung großflächiger Oberflächenschäden. Im letzten Teil wird das Selbstwachstum und die Selbstverstärkung von ineinandergreifenden Polycatenanelastomeren auf Poly(disulfid)-Basis mit einzigartigen intermolekularen ineinandergreifenden Topologien erreicht. Die Ergebnisse tragen zum Thema von neuen Topologien von Polymernetzwerkketten bei und liefern nützliche Informationen für die Zukunft seitens ihrer Chemie als seitens neuer Materialien
Nano-design of metal oxide electrodes for Li- and Na-ion hybrid energy storage
Get PDFThe growing use of portable devices and a global transition to electric vehicles has tremendously increased the demand for energy storage devices such as lithium-ion batteries and supercapacitors. Especially the interest is established for better devices exceeding the energy and power performance of current technology. The hybrid supercapacitor (HSC) concept addresses the limits of each device and utilizes the distinct electrochemical features of lithium-ion batteries and supercapacitors. The focus of this Ph.D. thesis is the nano-design of hybrid materials of metal oxides and carbon for better electrochemical performance in lithium- and sodium-ion hybrid energy storage devices. The hybridization of metal oxide and carbon substrate can be achieved by tailored sol-gel synthesis, yielding a homogeneous distribution of nanosized metal oxide domain in the hybrid material. The performance of the hybrids was superior to the composite concept electrodes, but this is not a statement that can be generalized for all sorts of (nano)composites. In addition to the electrode material, also the electrolyte choice has a strong impact on the device operation and safety. The use of alternative solvents and Li- or Na-containing ionic liquids allows to increase the upper temperature and cell voltage at which Li- and Na-based systems can be safely operated at.Der wachsende Einsatz mobiler elektronischer Geräte und der weltweite Übergang hin zur Elektromobilität hat die Nachfrage nach Energiespeichern wie Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren stark erhöht. In diesem Zusammenhang besteht ein besonders großer Bedarf an Technologien, welche die Leistungsmerkmale heutiger Speichermodule in Bezug auf Energie und Leistung deutlich übertreffen können. Ein vielversprechendes Beispiel sind Hybrid-Superkondensatoren (HSC), welche Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren synergetisch kombinieren. Der Fokus dieser Promotionsarbeit liegt auf dem Nano-Design von Hybridmaterialien aus Metalloxiden und Kohlenstoff für eine verbesserte elektrochemische Leistung in hybriden Lithium- oder Natrium-ionen-Energiespeichern. Die Hybridisierung von Metalloxid- und Kohlenstoffsubstrat kann durch eine angepasste Sol-Gel-Synthese erreicht werden, was zu einer homogenen und nanoskaligen Verteilung des Metalloxids im resultierenden Hybridmaterial führt. Elektroden, welche solche Hybridmaterialien einsetzen, können besser Leistungsmerkmale erreichen, als vergleichbare Komposit-Materialien, welche durch rein physikalisches Mischen zweier Phasen erreicht werden. Dieser Umstand lässt sich allerdings nicht pauschal für alle Arten von (Nano)kompositen anwenden. Neben dem Elektrodenmaterial beeinflusst auch die Wahl des Elektrolyten die Leistungsmerkmale von elektrochemischen Energiespeichern. Der Einsatz alternativer organischer Lösungsmittel oder Li- bzw. Na-haltiger ionischer Flüssigkeiten ermöglicht die betriebssichere Verwendung von Li- und Na-HSC Systemen selbst bei erhöhten Temperaturen bzw. erhöhter Zellspannung