This work describes a master’s thesis in engineering physics at Umeå University carried out during the spring semester of 2014. In the thesis the student has constructed and tested a temperature controlled cell for cooling/heating of surface-enhanced-Raman-spectroscopy (SERS) substrates for rapid detection of volatile substances. The thesis was carried out at the Swedish Defence Research Agency (FOI) in Umeå, Sweden. A Linkam Scientific Instruments TS1500 cell was equipped with a Peltier element for cooling/heating and a thermistor temperature sensor. A control system was constructed, based on an Arduino Uno microcontroller board and a pulse-width-modulated (PWM) H-bridge motor driver to control the Peltier element using a proportional-integral (PI) control algorithm. The temperature controlled cell was able to regulate the temperature of a SERS substrate within -15 to +110 °C and maintain the temperature over prolonged periods at ±0.22 °C of the set point temperature. Gas phase of 2-chloro-2-(difluoromethoxy)-1,1,1-trifluoro-ethane (isoflurane) was flowed through the cell and SERS spectra were collected at different temperatures and concentrations. This test showed that the signal is increased when the substrate is cooled and reversibly decreased when the substrate was heated. Keywords: temperature control, Raman scattering, surface enhanced Raman spectroscopy SERS, SERS substrate, volatile substances, Peltier module, thermistor, PWM, H-bridge, PI(D) control. / Detta dokument beskriver ett examensarbete för civilingenjörsexamen i teknisk fysik vid Umeå Universitet som utförts under vårterminen 2014. I examensarbetet har en kyl-/värmecell för temperaturkontroll av substratytor för ytförstärkt ramanspektroskopi (SERS) för snabb detektion av farliga flyktiga ämnen konstruerats och testats. Arbetet utfördes vid Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) i Umeå, Sverige. Utgångspunkten var ett Linkam Scientific Instruments TS1500 mikroskopsteg, vilket utrustades med ett Peltierelement för kylning/värmning och en termistor för temperaturövervakning. Ett styrsystem baserat på ett Arduino Uno mikrostyrenhetskort konstruerades med ett motordrivkort (H-brygga) vilket använder pulsbreddsmodulering (PWM) för att reglera spänningen till Peltierelementet utifrån en PI-regulator. Den färdiga cellen klarade att reglera temperaturen på ett SERS-substrat i ett temperaturspann på ungefär -15 till +110 °C med en temperaturstabilitet på ±0.22 °C av måltemperaturen. Cellen testades sedan på flyktiga ämnen för att visa dess funktion. Difluorometyl-2,2,2-trifluoro-1-kloroetyleter (isofluran) i gasfas, med instrumentluft som bärargas, flödades genom cellen och SERS-spektra erhölls vid olika koncentrationer och temperaturer. Vid samtliga koncentrationer visades att lägre temperatur ger ökad signalstyrka. När ytan sedan värmdes upp sjönk signalen reversibelt tillbaka till ursprungsvärdet. Nyckelord: temperaturkontroll, ytförstärkt ramanspektroskopi, SERS, flyktiga ämnen, Peltierelement, thermistor, PWM, H-brygga, PI(D)-regulator.

Anopheles gambiae sensu lato mosquitoes are among the dominant malaria vectors in sub-Saharan Africa. However, not much is known about the oviposition behaviour of these species necessary for the development of malaria vector control strategies. With the aim of investigating cues associated with selected oviposition sites, artificial oviposition sites- ponds (soil mixed with water) were set-up in an open field at Mbita, Western Kenya in 2012 and 2013. Ponds were allowed to be colonized by wild An. gambiae s.l.. The numbers of Anopheles early instar larvae were counted and used as a proxy for oviposition preference. Water samples were then analysed for physicochemical, bacterial and chemical profiles. The bacterial profiles were analysed using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and the chemical profiles with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The detection of possible oviposition cues from oviposition substrates requires sensitive analytical methods. Volatiles detection was improved seven times. The detection of bacteria deoxyribonucleic acid (DNA) bands with DGGE was also improved to a minimum DNA concentration of 50 ng/µl. Results showed that ponds were colonized differently. Fresh ponds were preferred over slightly older ponds. Bacterial analysis revealed a low number of bacteria colony forming units (CFU) in preferred ponds. Some volatiles, including: 6,10-dimethyl-5,9-undecadien-2-one (geranylacetone) and 4-ethylbenzaldehyde, were associated with the oviposition preferred pond. In addition, low pH and high turbidity were associated with the ponds selected for oviposition. Finally, fungi isolated from the rhizomes of nut grass yielded a promising array of volatiles of which one is known to attract oviposition site seeking malaria mosquitoes. This finding opens the door for a cost effective and environmental friendly method of using fungi in an “attract and kill” strategy targeting malaria vectors. / Myggor i Anopheles gambiae sensu lato komplexet tillhör de myggor som är bäst på att sprida malaria parasiter i afrika söder om Sahara. Kunskapen om de här myggornas äggläggningsbeteende är begränsad. Den här kunskapen behövs för att kunna utveckla nya och förbättra tillgängliga malaria vektor kontroll metoder. Nya metoder som kan komplettera de som används idag (insecticides treated nets (ITNs) och indoor residual spraying (IRS)) behövs eftersom de metoderna har problem med resistensutveckling. Två studier utfördes på icipe fältstation i Mbita västra Kenya under 2012 och 2013 med målet att identifiera faktorer som påverkar myggornas äggläggningsbeteende. Baljor fyllda med en blandning av jord och vatten (äggläggningssubstrat) användes för att tillverka artificiella äggläggningsplatser som liknar de vattenpölar som de här myggarterna gärna lägger ägg i. Baljorna koloniserades av vilda myggor och antalet mygglarver som detekterades i baljorna jämfördes och användes som en proxy för äggläggningspreferens. Fysikaliska och kemiska parametrar mättes på jordvattenblandningarna i baljorna och prover togs för att analysera bakteriepopulationer med hjälp av denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) och flyktiga ämnen med hjälp av gas-kromatografi kopplat till mass-spektrometri (GC-MS). För att kunna detektera de låga halter av flyktiga ämnen och bakterier som fanns i de här proverna krävdes det känsliga metoder. Antalet flyktiga ämnen som kunde detekteras ökades sju gånger genom att tillsätta NaCl till vattenproverna innan doften insamlades och termisk desorption användes istället för lösningsmedels desorption. För att förbättra detektionsgränsen för bakterier amplifierades bakterie-DNA i två PCR reaktioner som sedan mixades och koncentrerades. Resultaten från fältstudierna med baljorna visade att de koloniserades olika av Anopheles myggorna. Baljor med nyblandat substrat innehöll dubbelt så många mygglarver som baljor med jord-vattensubstrat som åldrats under en längre tid. Lägre mängd bakterier, lägre pH och högre grumlighet var gemensamt för de baljor som myggorna föredrog. De flyktiga ämnen som detekterades i de olika baljor varierade mellan olika försök och inget ämne fanns med i alla upprepningar av ett försök. Trots det detekterades några ämnen oftare i de baljor som myggorna föredrog att lägga ägg jämfört med de med en mindre mängd mygglarver. De inkluderar geranylacetone och 4-ethylbenzaldehyde. Svampar isolerades från rotstockar av gräs som fanns i den jord som användes för att göra äggläggningssubstraten i fältstudierna. De flyktiga ämnen som avgavs från svampkulturerna analyserades. Bland annat så identifierades ett ämne som fungerar som en äggläggningsattrahent för An. gambiae s.l. myggor.Resultaten från den här avhandlingen kommer att kunna användas för att utveckla miljövänliga ”attract and kill” metoder för att kontrollera malaria myggor. / <p>QC 20160211</p>