Abstract: Het gebruik van plasmon-actieve nanodeeltjes heeft de laatste 10 jaar zeer veel interesse gewekt bij onderzoekers in verschillende toepassingsdomeinen zoals fotokatalyse of oppervlakte versterkte Raman spectroscopie. Er is echter een grote limiterende factor bij het gebruik van edelmetaal nanodeeltjes zoals goud en zilver en dat is de stabiliteit. Deze oxideren en aggregeren snel, zeker in oxidatieve omgeving zoals in lucht. Een interessante aanpak om plasmon-actieve nanodeeltjes te stabiliseren, is om ze te omgeven in een schil, met andere woorden om een kern-schil nanodeeltje te vormen. Er zijn een heel aantal verschillende manieren waarop kern-schil nanodeeltjes gesynthetiseerd kunnen worden. In eerste instantie werden metaal nanodeeltjes omgeven door een (dunne) TiO2 laag. Afhankelijk van de hoeveelheid TiO2 precursor kon de dikte van de laag gecontroleerd worden tot enkele nanometers dik. De stalen werden getest voor de fotokatalytische afbraak van een vaste laag stearinezuur waarbij toevoeging van 2 wt% metaal@TiO2 op P25 leidde tot een significante verbetering in afbraakefficiëntie in vergelijking met zuiver P25. Een andere manier voor het stabiliseren van metaal nanodeeltjes is door ze te omgeven met een polymeerschil. Op deze manier kon de laagdikte gecontroleerd worden met sub-nanometer controle wat een zeer belangrijke factor is voor de hoeveelheid near-field versterking dat buiten de polymeer schil kan gaan. Een XTT test werd uitgevoerd om te bepalen wat de zuurstofactivatie snelheid was van goud en zilver (en goud-zilver bimetallische) nanodeeltjes, al dan niet omgeven door een (niet-)geleidende polymeer laag. Wanneer de stalen gecoat werden met vier niet-geleidende polymeerlagen zakte de zuurstofactivatie nagenoeg tot nul. Aan de andere kant, als goud nanodeeltjes werden omgeven door een geleidende schil was er nog steeds zuurstofactivatie, hoewel lager dan in het geval van goud zonder laag. Het laatste deel van deze thesis focuste meer op mogelijke toepassingen in luchtzuivering. In dit werk werd een glazen buis, gecoat aan de binnenkant met (Ag@polymer gemodificeerd) TiO2, als een spiraal rond een UVA lamp gewikkeld. De geoptimaliseerde spiraalreactor werd dan vergeleken met een conventionele cilindervormige fotoreactor, met dezelfde dimensies en totale katalysatorbelading, over een grote range aan experimentele condities. Uit de resultaten bleek dat de spiraalreactor significant betere afbraakefficiënties vertoonde in vergelijking met de conventionele cilindervormige reactor over een grote range aan debieten. Een adsorptiestap in combinatie met de geoptimaliseerde spiraalreactor zou kunnen leiden tot een zeer krachtige luchtzuiveringstechnologie.

Abstract: In order to find out whether the existing laser systems can be employed to remove superimposed layers of paint on secco wall paintings in a selective way, laser tests were carried out on three types of prepared samples simulating three stratigraphies that are frequently encountered in practice. OM, EPMA, colorimetry, mu Raman, and FT-IR were used to evaluate the results. It was found that Q-switched Nd:YAG lasers emitting at 1,064 nm could be employed to remove unwanted layers of oil paint and limewash, but the treatment of large areas requires implementation of a computer-controlled X-Y-Z station in order to control the parameters. However, the applicability of this technique will remain limited as ablation at the established optimum parameters implied a discoloration of the pigments cinnabar, yellow ochre, and burnt sienna. Moreover, it was observed that no ablation took place when the limewash thickness exceeds 25 mu m. Unwanted layers of acrylic could be removed in an efficient way with an excimer laser emitting at 193 nm.

Abstract: Aptamers are short, synthetic DNA or RNA molecules that are characterized by a specific 3D conformation which enables specific target recognition. Aptamers are promising tools in many application fields from sensing to therapeutics. One of the major challenges in the aptamer field is understanding the relationship between the sequence and what determines the higher-order structure and specific interactions with targets. Therefore, this PhD thesis focuses on the use of different mass spectrometry (MS) based approaches to characterize aptamers and their interactions. Several of these approaches are already widely applied to study other biomolecules, such as proteins, but are still largely unexplored for aptamers and oligonucleotides in general. A first focus was put on obtaining information on the higher-order structure and conformational stability of aptamers using a combination of MS and with ion mobility (IM) spectrometry by performing collision-induced unfolding (CIU) experiments. CIU was shown to hold great promise to analyze the conformational dynamics and gas-phase stabilities of aptamers. Next, the capabilities and limitations of native IM-MS for the analysis of noncovalent interactions of aptamers were demonstrated. The conformational behavior and interactions of cocaine-binding aptamers were studied and it was found that relative binding affinities of aptamers that only differ slightly in sequence and structure can be determined using native MS. Moreover, native IM-MS allowed the detection of small conformational changes upon binding of a target, which were found to be dependent on the binding mode of the aptamer. An adaptive binding mechanism was suggested for flexible aptamers that require more reorganization upon binding. In the final part of this thesis, the importance of thoroughly characterizing and validating aptamer-target interactions before using them in an application was emphasized. Moreover, the gathered insights were applied in our own development of a proof-of-concept aptamer-based sensor. This was shown by investigating the interactions of ampicillin aptamers which were found to not bind the target they were selected for in the first place. A multi-analytical approach combining complementary techniques was used for this purpose since no single technique is generally applicable to characterize all aptamers and their interactions and to obtain a comprehensive picture of the aptamer-target interactions. Furthermore, such multi-analytical approach was used to characterize a testosterone-binding aptamer while developing an aptamer-based electrochemiluminescent sensing strategy for this target. This shows the importance of native MS, in combination with other techniques, to thoroughly understand the aptamer-target interactions in the development of a designed application.