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By the fabrication of periodically arranged nanomagnetic systems it is possible to engineer novel physical properties by realizing artificial lattice geometries that are not accessible via natural crystallization or chemical synthesis. This has been accomplished with great success in two dimensions in the fields of artificial spin ice and magnetic logic devices, to name just two. Although first proposals have been made to advance into three dimensions (3D), established nanofabrication pathways based on electron beam lithography have not been adapted to obtain free-form 3D nanostructures. Here we demonstrate the direct-write fabrication of freestanding ferromagnetic 3D nano-architectures. By employing micro-Hall sensing, we have determined the magnetic stray field generated by our free-form structures in an externally applied magnetic field and we have performed micromagnetic and macro-spin simulations to deduce the spatial magnetization profiles in the structures and analyze their switching behavior. Furthermore we show that the magnetic 3D elements can be combined with other 3D elements of different chemical composition and intrinsic material properties.
Three-dimensional (3D) nanomagnetism, where spin configurations extend into the vertical direction of a substrate plane allow for more complex, hierarchical systems and the design of novel magnetic effects. As an important step towards this goal, we have recently demonstrated the direct-write fabrication of freestanding ferromagnetic 3D nano-architectures of ferromagnetic CoFe in shapes of nano-tree and nano-cube structures by means of focused electron beam induced deposition. Here, we present a comprehensive characterization of the magnetic properties of these structures by local stray-field measurements using a high-resolution micro-Hall magnetometer. Measurements in a wide range of temperatures and different angles of the externally applied magnetic field with respect to the surface plane of the sensor are supported by corresponding micromagnetic simulations, which explain the overall switching behavior of in part rather complex magnetization configurations remarkably well. In particular, the simulations yield coercive and switching fields that are in good quantitative correspondence with the measured coercive and switching fields assuming a bulk metal content of 100 at % consisting of bcc Co 3 Fe. We show that thermally-unstable magnetization states can be repetitively prepared and their lifetime controlled at will, a prerequisite to realizing dynamic and thermally-active magnetic configurations if the building blocks are to be used in lattice structures.
A measurement of the transverse momentum spectra of jets in Pb-Pb collisions at sNN−−−√=2.76 TeV is reported. Jets are reconstructed from charged particles using the anti-kT jet algorithm with jet resolution parameters R of 0.2 and 0.3 in pseudo-rapidity |η|<0.5. The transverse momentum pT of charged particles is measured down to 0.15 GeV/c which gives access to the low pT fragments of the jet. Jets found in heavy-ion collisions are corrected event-by-event for average background density and on an inclusive basis (via unfolding) for residual background fluctuations and detector effects. A strong suppression of jet production in central events with respect to peripheral events is observed. The suppression is found to be similar to the suppression of charged hadrons, which suggests that substantial energy is radiated at angles larger than the jet resolution parameter R=0.3 considered in the analysis. The fragmentation bias introduced by selecting jets with a high pT leading particle, which rejects jets with a soft fragmentation pattern, has a similar effect on the jet yield for central and peripheral events. The ratio of jet spectra with R=0.2 and R=0.3 is found to be similar in Pb-Pb and simulated PYTHIA pp events, indicating no strong broadening of the radial jet structure in the reconstructed jets with R<0.3.
The large conductance voltage- and Ca2+-activated potassium (BK) channel has been suggested to play an important role in the signal transduction process of cochlear inner hair cells. BK channels have been shown to be composed of the pore-forming alpha-subunit coexpressed with the auxiliary beta-1-subunit. Analyzing the hearing function and cochlear phenotype of BK channel alpha-(BKalpha–/–) and beta-1-subunit (BKbeta-1–/–) knockout mice, we demonstrate normal hearing function and cochlear structure of BKbeta-1–/– mice. During the first 4 postnatal weeks also, BKalpha–/– mice most surprisingly did not show any obvious hearing deficits. High-frequency hearing loss developed in BKalpha–/– mice only from ca. 8 weeks postnatally onward and was accompanied by a lack of distortion product otoacoustic emissions, suggesting outer hair cell (OHC) dysfunction. Hearing loss was linked to a loss of the KCNQ4 potassium channel in membranes of OHCs in the basal and midbasal cochlear turn, preceding hair cell degeneration and leading to a similar phenotype as elicited by pharmacologic blockade of KCNQ4 channels. Although the actual link between BK gene deletion, loss of KCNQ4 in OHCs, and OHC degeneration requires further investigation, data already suggest human BK-coding slo1 gene mutation as a susceptibility factor for progressive deafness, similar to KCNQ4 potassium channel mutations. © 2004, The National Academy of Sciences. Freely available online through the PNAS open access option.
Genetic code expansion facilitates position-selective modification of nucleic acids and proteins
(2020)
Transcription and translation obey to the genetic code of four nucleobases and 21 amino acids evolved over billions of years. Both these processes have been engineered to facilitate the use of non-natural building blocks in both nucleic acids and proteins, enabling researchers with a decent toolbox for structural and functional analyses. Here, we review the most common approaches for how labeling of both nucleic acids as well as proteins in a site-selective fashion with either modifiable building blocks or spectroscopic probes can be facilitated by genetic code expansion. We emphasize methodological approaches and how these can be adapted for specific modifications, both during as well as after biomolecule synthesis. These modifications can facilitate, for example, a number of different spectroscopic analysis techniques and can under specific circumstances even be used in combination.
Polymorphic G-quadruplex (G4) secondary DNA structures have received increasing attention in medicinal chemistry owing to their key involvement in the regulation of the maintenance of genomic stability, telomere length homeostasis and transcription of important proto-oncogenes. Different classes of G4 ligands have been developed for the potential treatment of several human diseases. Among them, the carbazole scaffold with appropriate side chain appendages has attracted much interest for designing G4 ligands. Because of its large and rigid π-conjugation system and ease of functionalization at three different positions, a variety of carbazole derivatives have been synthesized from various natural or synthetic sources for potential applications in G4-based therapeutics and biosensors. Herein, we provide an updated close-up of the literatures on carbazole-based G4 ligands with particular focus given on their detailed binding insights studied by NMR spectroscopy. The structure-activity relationships and the opportunities and challenges of their potential applications as biosensors and therapeutics are also discussed. This review will provide an overall picture of carbazole ligands with remarkable G4 topological preference, fluorescence properties and significant bioactivity; portraying carbazole as a very promising scaffold for assembling G4 ligands with a range of novel functional applications.
Die Regime gegen Massenvernichtungswaffen erfüllen wichtige sicherheitspolitische Funktionen und tragen dazu bei, Terrorismus mit diesen Waffen zu verhindern. Eine regimetheoretische Analyse zeigt für alle drei Regime stabilisierende und destabilisierende Tendenzen sowie eine Spaltung zwischen Nord und Süd. Im nuklearen Nichtverbreitungsregime wirkt die Diskriminierung zwischen Kernwaffen- und Nichtkernwaffenstaaten in Verbindung mit der mangelhaften Umsetzung der Abrüstungsverpfl ichtung destabilisierend. Das Biowaffen-Regime zeigt eine neue Dynamik zum Thema Biosicherheit, aber auch anhaltende Konfl ikte um Technologieaustausch und Verifikation. Obwohl das CWÜ derzeit am stabilsten erscheint, gilt es, drohende Probleme z.B. im Bereich Verifi kation und Abrüstung abzuwenden. Wenn die Regime ihrer Aufgabe effektiv nachkommen sollen, müssen die strukturellen Defizite bearbeitet sowie jeweils die Abrüstungs-, Nichtverbreitungs- und Kooperationsbestimmungen gleichermaßen vollständig und ausgewogen umgesetzt werden.
Rüstungskontrolle entwickelte sich während des Ost-West-Konflikts zu einem wichtigen Element für die Stabilisierung des internationalen Systems und zur Verhütung eines Atomkriegs, wobei jedoch die Rahmenbedingungen der bipolaren Blockkonfrontation immer wieder einschränkend wirkten. Das Ende des Kalten Krieges brachte zunächst eine Welle des Optimismus und der Hoffnung mit sich, dass nun größere Fortschritte in der Rüstungskontrolle möglich sein sollten. Und in der Tat stellten sich in der ersten Hälfte der 1990er Jahre Erfolge ein: Unter anderem wurden die Zahl der atomaren Sprengköpfe reduziert, Chemiewaffen und Antipersonenminen verboten, der nukleare Umfassende Teststoppvertrag (CTBT) abgeschlossen und der Vertrag über konventionelle Streitkräfte in Europa (KSE) an die neuen Bedingungen angepasst. Ab Mitte der 1990er Jahre setzte jedoch eine Stagnation in der Rüstungskontrolle ein, die sich spätestens mit der Amtsübernahme der Bush-Administration zu einer handfesten Krise auswuchs. Von manchen Beobachter/innen und Praktiker/innen wurde gar das Ende der Rüstungskontrolle – zumindest in ihrer bisher bekannten Form – postuliert oder diagnostiziert.
Zwischen Macht und Gerechtigkeit : Zustand und Perspektiven des nuklearen Nichtverbreitungsregimes
(2008)
Das nukleare Nichtverbreitungsregime weist eine erstaunliche Erfolgsstory auf. Die Zahl der Staaten, die kernwaffenorientierte Aktivitäten in verschiedenen Stadien des Fortschritts aufgegeben haben, ist weitaus größer als die der Kernwaffenstaaten. Auf dem Höhepunkt seines Erfolgs droht dem Regime jedoch Ungemach aus zwei Richtungen: Eine kleine Anzahl von „Ausbrechern“ und „Außenseitern“ unterminiert seine zentrale Zielsetzung, die Weiterverbreitung dieser Waffen aufzuhalten. Die Verweigerungshaltung der Kernwaffenstaaten gegenüber ihrer Abrüstungspflicht verstößt gegen den im Regime eingelassenen Gerechtigkeitsgrundsatz und zerstört damit seine Legitimität. Diese Erkenntnis ist mittlerweile aus dem „Ghetto“ der unverdrossenen Abrüstungsenthusiasten in den sicherheitspolitischen Mainstream vorgedrungen. Von ihrer Durchsetzungsfähigkeit wird letztlich die Zukunft des Regimes abhängen – mit weitreichenden Konsequenzen für die globale Sicherheit.
Der „demokratische Frieden“ und seine außenpolitischen Konsequenzen Demokratien führen gegeneinander keine Kriege; oder jedenfalls „fast“ keine. Dieser statistische Befund ist ziemlich robust gegenüber Veränderungen in der Definition von „Demokratie“ und von „Krieg“. Demokratien erfreuen sich überdies im Durchschnitt größeren Wohlstands, vermeiden erfolgreich Hungersnöte, bieten ihren Bürgerinnen und Bürgern mehr Freiheit und lassen sich eher auf internationale Organisationen und auf die Rechtsbindung in internationalen Verträgen ein als Staaten mit anderen Regierungsformen; dies sind natürlich Durchschnittswerte, von denen es Abweichungen gibt. Aber die Nachricht ist ziemlich klar: Demokratien bieten eine vergleichsweise bessere Form von „Good Governance“ als andere Systeme.