Panic Disorder (PD) has been associated with abnormalities in the respiratory system for a long time, and treatment programs aimed at reversing these abnormalities have been developed. Panicogenic effects of biological challenges have been shown to be altered after successful treatment. Furthermore, there is evidence that anxious non-PD patients show similar responses to these challenges and hence may benefit from some kind of breathing training (BT). To test these assumptions, we recruited 45 PD patients, 39 Episodic Anxiety (EA) patients who suffered from subclinical panic attacks, and 20 non-anxious controls (NAC). Patients were randomized to one of two versions of a 4-week therapy with BT, either lower or raise end-tidal pCO2, or a waiting list (WL). Before and after treatment, participants underwent in randomized order a Voluntary Hypoventilation (VHO) test and a Voluntary Hyperventilation (VHT) test in which they were asked to either lower or raise their pCO2 while psychophysiological measures were recorded. Each test consisted of 3 segments: 1 min baseline, 3 min paced breathing, and 8 min recovery. Before treatment, PD and EA patients were more anxious, distressed, tense, and worried than NAC, and felt more dizziness, chest pain, and nausea during the laboratory assessment. However, increases in psychological symptoms or physiological sensations from baseline to the paced breathing segments were not different between groups. The two tests produced similar changes except that anxiety and dizziness increased more during the VHT than VHO. We replicated baseline breathing abnormalities previously reported for PD patients, namely greater respiration rate, tidal volume instability, and number of sighs. However, analyses did not find that patients recovered slower to either challenge. After treatment, both therapies improved on the main outcome measure. Furthermore, BT affected baseline pCO2, resulting in lower levels in the hypocapnic groups and higher levels in the hypercapnic groups without affecting any other measures. We conclude that baseline respiratory abnormalities are specific to PD. However, data suggest that the manipulations might have been too weak to elicit other previously reported group differences. Breathing training was equally effective for the lower and raise BT. Hence, factors unrelated to modifying one’s pCO2 must have accounted for the symptomatic improvement. Breathing training should not be restricted to PD but be applied to all patients suffering from anxiety attacks.

Zugl.: Köln, Univ., Diss., 2009

Regensburg, Univ., Diss., 2003. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003.

Small and affordable CO2 sensors are in high demand for modern applications, such as smart buildings, smartphones, electrical cars or medicine. The thin-film bulk acoustic resonator (FBAR) presents a promising platform to fulfil these demands by functionalising its surface with materials that reversibly interact with CO2. In this thesis, aminopolysiloxane-coated FBARs are prepared and analysed regarding their CO2-sensing performance. It is found that they can reach high CO2 sensitivity with resolutions up to 50 ppm in a dynamic range between 400 ppm and 5000 ppm. It is also shown that common cross-sensitivities, such as changing humidity, can be separated from the CO2 signal. These are promising results on the way to develop a new generation of CO2 sensors. However, it is also found that the sensor sensitivity decreases over time. Analytical examinations show that the main degradation product in aminopolysiloxanes is urea, which forms preferrably in softer polymers and at temperatures above 80 °C. This degradation is found in all analysed compositions of aminopolysiloxanes that were aged for more than one year showing the stability limitations of this sensor concept.:1 Introduction 9 1.1 Motivation for new CO2 sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 The FBAR as a high-potential sensor device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 Content of this work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2 Fundamentals 13 2.1 Gas Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.1 De_nition, History and Classi_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.2 Gas sensor characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.3 State-of-the-art CO2 sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2 FBAR Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.1 Acoustic resonator theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2.2 The Mason Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2.3 Sensing theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2.4 Film resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3 CO2-sensitive materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3.1 General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3.2 Classes of CO2 sorbents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3.3 Suitabe materials for the functionalisation of the FBAR . . . . . . . . 35 3 Experimental details 37 3.1 FBAR designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.1.1 Passive FBARs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.1.2 Active FBARs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2 Gas measurement setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.1 Passive FBARs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2.2 Active FBARs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3 Development of the sensitive layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.1 Material choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.2 Material preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.3.3 Deposition methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3.4 Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.4 Analytical techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.4.1 Fourier-transform infrared spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.4.2 Raman spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4.3 X-ray photoelectron spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4.4 Nuclear magnetic resonance spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4.5 Acoustic measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4 Results and discussion 49 4.1 FBARs functionalised with ethyl cellulose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.1.1 Acoustic characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.1.2 Humidity sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.1.3 Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 6 Contents 4.2 FBARs with aminopolysiloxanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2.1 Acoustic characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2.2 Humidity and CO2 sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.2.3 Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.3 Degradation mechanisms in aminopolysiloxanes . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.3.1 Stability evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.3.2 Analytical characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.3.3 Degradation hypothesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.4 CO2 sensing with an active FBAR array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4.1 Presentation of the functionalised sensor chip . . . . . . . . . . . . . . 82 4.4.2 Sensor characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.4.3 Selective Multigassensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5 Summary 93 6 Outlook 95 7 Appendix 97 7.1 Additional tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 7.2 Additional pictures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Bibliography 103

Böden sind Quelle und Senke für klimarelevante Spurengase (CO2, CH4 und N2O). Die freigesetzten Mengen sind mit denen aus Verbrennung fossiler Rohstoffe vergleichbar und können diese übersteigen, sodass Böden das Klima beeinflussen. Die wichtigsten Einflussgrößen der Bodenentgasung sind Vegetation, Bodenbearbeitung, Bodenfeuchte und Bodentemperatur. In dieser Arbeit wurden CO2-Flüsse für Acker-, Grünland- und Waldböden in Sachsen ganzjährig erfasst und eine Regionalisierung für die Landesfläche durchgeführt. Die Methodik umfasste flächendeckende Kurzeitfeldmessungen, punktuelle Langzeitfeldmessungen sowie gezielte Laborversuche. Zur Realisierung wurden robuste, transportable und präzise Kammersysteme zur manuellen und automatisierten Messung der Bodenentgasung im Freiland und Labor entwickelt. Für die Berechnung der Ökosystematmung aus den Messwerten konnte eine empirische Formel erstellt werden. Aus den Analyseergebnissen wurde raumzeitlich strukturiertes Kartenmaterial für die Ökosystematmung im Freistaat Sachsen in den verschiedenen Ökosystemen erstellt.

Die Detektion von Umweltsignalen und die gezielte zelluläre Reaktion ist eine zentrale und für das Überleben aller Lebewesen essentielle Fähigkeit. Candida albicans, als dominierender humanpathogener Pilz, ist hochgradig verschiedenen biochemischen und physikalischen Umweltbedingungen ausgesetzt, welche sowohl die Zellmorphologie als auch die Virulenz dieses Erregers beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Kohlendioxid, als ubiquitär vorkommendes Gasmolekül, auf die Zellmorphologie und Virulenz untersucht. Erhöhte Konzentrationen von Kohlendioxid stellen ein äußerst robustes Umweltsignal dar, welches die morphologische Transition vom Hefewachstum zum hyphalen Wachstum, einem Hauptvirulenzfaktor, in Candida albicans stimuliert. In diesem Zusammenhang wurde die Rolle der putativen Carboanhydrase Nce103 durch die Generation von knock – out Mutanten untersucht. Die Disruption von NCE103 in C. albicans führt zu einem Kohlendioxid – abhängigen Phänotyp, welcher Wachstum unter aeroben Bedingungen (ca. 0,033% CO2) nicht zulässt, jedoch unter Bedingungen mit einem erhöhten CO2 Gehalt von ca. 5% ermöglicht. NCE103 ist also für das Wachstum von C. albicans in Wirtsnischen mit aeroben Bedingungen essentiell. Durch Untersuchungen zur Enzymkinetik mittels Stopped – flow wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass Nce103 die Funktion einer Carboanhydrase erfüllt. Die biochemische Funktion dieser Carboanhydrase besteht in der Fixation von CO2 bzw. HCO3ˉ in der Zelle zur Unterhaltung der wesentlichen metabolischen Reaktionen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Induktion hyphalen Wachstums durch CO2 in C. albicans nicht durch den Transport von CO2 mittels des Aquaporins Aqy1 beeinflusst wird. CO2 bzw. HCO3ˉ aktiviert in der Zelle direkt eine Adenylylcyclase (Cdc35), welche sich grundlegend von den bisher gut charakterisierten G-Protein gekoppelten Adenylylcylasen unterscheidet. Die Generation von cAMP beeinflusst in der Folge direkt die Transkription hyphenspezifischer Gene und nachfolgend die morphologische Transition vom Hefewachstum zum elongierten, hyphalen Wachstum. Dieser Mechanismus konnte sowohl in Candida albicans als auch in Cryptococcus neoformans nachgewiesen werden, was auf einen panfungal konservierten Signaltransduktionsmechanismus schliessen lässt. Die Inhibition dieser spezifischen Kaskade eröffnet neue Ansätze zur Entwicklung spezifischer antimykotischer Wirkstoffe. / Detection of environmental signals and subsequently directed reaction is essential for the survival of all living organisms. Candida albicans, as the predominant human fungal pathogen is exposed to severely different physical and chemical conditions, which influence cell morphology as well as virulence in human. In the present work, the influence of carbon dioxide as ubiquitous gaseous molecule on virulence and cell morphology was analysed. Elevated concentrations of carbon dioxide are a robust signal to induce the morphological transition from yeast growth to an elongated hyphal growth form, which is believed to be one of the main virulence factors in Candida albicans. The role of the putative carbonic anhydrase Nce103p in carbon dioxide signalling is reviewed by generating knockout mutant strains, which exhibited a carbon dioxide dependent phenotype. Growth under aerobic conditions (0,033 % carbon dioxide) is inhibited but feasible in 5% carbon dioxide. Therefore, Nce103p is essential for growth in host niches with aerobic conditions. Analysis of the biochemical properties of Nce103p by stopped – flow kinetics revealed carbonic anhydrase activity. It is hypothesised, that Nce103p is essential for fixation of carbon dioxide and bicarbonate within the cell in order to sustain basic metabolic reactions. Furthermore, the induction of hyphal growth was independent of aquaporine-mediated transport of carbon dioxide. Bicarbonate rather carbon dioxide activates directly the adenylyl cyclase Cdc35p generating cyclic AMP as second messenger and influencing the transcription of hyphal specific genes in Candida albicans thus promoting the morphological transition from yeast growth to elongated hyphal growth. This signal transduction cascade is present in Candida albicans as well as Cryptococcus neoformans and it is believed to be a pan fungal signal transduction cascade. The specific inhibition of carbon dioxide mediated polymorphism may serve as a new target for antifungal therapeutic agents.

Hintergrund: Die Verletzung eines großen, venösen Gefäßes während eines lapa-roskopischen Eingriffs könnte die Entstehung einer fulminanten Gasembolie begüns-tigen. Die Verwendung von Helium als Insufflationsgas könnte aufgrund der geringen Löslichkeit ein deutlich erhöhtes Auftreten klinisch relevanter Gasembolien verursa-chen. Methodik: Bei insgesamt 20 Versuchstieren wurde unter Verwendung von CO2 [n=10] oder Helium [n=10)] als Insufflationsgase die Vena Cava inferior laparoskopisch inzi-diert. Nach 30 Sekunden wurde die Vene abgeklemmt, die Inzision laparoskopisch genäht und die Vene wieder geöffnet. Perioperativ wurden kontinuierlich Herzfre-quenz (HF), mittlerer arterieller Blutdruck (MAP), pulmonal arterieller Druck (PAP), pulmonal arterieller Verschlußdruck (PAWP), zentralvenöser Druck (ZVD), endexspi-ratorisches CO2 (ETCO2), Herzminutenvolumen (HMV), arterielle Blutgase (pH, Pa-CO2, PaO2) und arterielle Sauerstoffsättigung bestimmt. Ergebnisse: Die Letalität betrug 0% (mittlerer Blutverlust CO2, 157±50 ml; Helium, 173±83 ml). HMV und MAP zeigten in beiden Gruppen nach Inzision der Vene einen Abfall, der jedoch nach kurzer Zeit wieder vollständig kompensiert wurde. Das en-dexspiratorische CO2 stieg signifikant nach Beginn der CO2 Insufflation an (p / Background: Injury of venous vessels during elevated intraperitoneal pressure is thought to cause possible fatal gas embolism, and helium may be dangerous be-cause of its low solubility. Methods: Twenty pigs underwent laparoscopy with either CO2 (n=10) or helium (n=10) with a pressure of 15 mmHg and standardized lacera-tion (1 cm) of the vena cava inferior. After 30 s, the vena cava was clamped, closed endoscopically by a running suture and unclamped again. During the procedure changes of cardiac output (CO), heart rate (HR), mean arterial pressure (MAP), cen-tral venous pressure (CVP), pulmonary artery pressure (PAP), pulmonary artery wedge pressure (PAWP), end tidal CO2 pressure (PETCO2), and arterial blood gas analyses (pH, pO2 and pCO2) were investigated. Results: No animal died during the experimental course (mean blood loss during laceration: CO2, 157±50 ml; helium, 173±83 ml). MAP and CO values showed a decrease after laceration of the vena cava in both groups that had already been completely compensated for before sutur-ing. PETCO2 increased significantly after CO2 insufflation (P

No description available.

Calif., Univ. of California., Diss.--San Diego, 2003. / Kopie, ersch. im Verl. UMI, Ann Arbor, Mich. - Enth. 3 Beitr.

Im Zuge der Stromerzeugung aus regenerativen Quellen gewinnen chemische Energiespeicher, z. B. synthetisches Erdgas (CH4), immer mehr an Bedeutung. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Methanisierung von CO2 an geträgerten Nickelkatalysatoren. Als Vorläuferverbindungen wurden (Ni,Mg,Al)-haltige Hydrotalcite eingesetzt, die sich bei 600 °C an Luft zu schlecht kristallinen, homogenen Mischoxiden zersetzen. Diese können mit einer Periclas-artigen Grundstruktur beschrieben werden, deren Metallpositionen statistisch mit Ni2+-, Mg2+- und Al3+-Ionen besetzt sind. Das entwickelte Mikrostrukturmodell liefert viele Deutungsansätze für das Verhalten der Mischoxide unter reduktiven Bedingungen sowie für die Eigenschaften der resultierenden Ni/(Mg,Al)Ox-Katalysatoren. Erstaunlich sind die nahezu identischen Oberflächeneigenschaften und katalytischen Aktivitäten der Katalysatoren mit Nickelgehalten zwischen 5 mol% und 20 mol%. Alle untersuchten Katalysatoren zeigen eine hervorragende Stabilität gegenüber Sinterung und Verkokung und sind langzeitstabil.