Microwave devices: carbon nanotubes as cold cathodes

To communicate, spacecraft and satellites rely on microwave devices, which at present are based on relatively inefficient thermionic electron sources that require heating and cannot be switched on instantaneously. Here we describe a microwave diode that uses a cold-cathode electron source consisting of carbon nanotubes and that operates at high frequency and at high current densities. Because it weighs little, responds instantaneously and has no need of heating, this miniaturized electron source should prove valuable for microwave devices used in telecommunications.     

Infrared phononic nanoantennas: Localized surface phonon polaritons in SiC disks

The electromagnetic interaction of light with polar materials shows a sharp and well defined electromagnetic response in the infrared (IR) region that consists mainly of excitation of optical phonons. Similar to surface plasmons in the visible region, surface phonons can couple efficiently to infrared light in micron-sized antennas made of polar materials. We applied the boundary element method to calculating the infrared electromagnetic response of single SiC disks acting as effective infrared antennas as a function of different parameters such as disk size and thickness. We also analyzed the effect of locating a probing metallic tip near the SiC disk to scatter light in the proximity of the SiC disk, thereby obtaining new spectral peaks connected with localized modes between the tip and the SiC disk. We then further investigated their application in IR scanning probe microscopy. A near-field map of the phononic resonances enhances the understanding of the nature of the IR extinction peaks.     

热输入对深海X70粗晶区组织和韧性的影响

为解决深海X70管线钢在实际焊接中粗晶区(CGHAZ)的脆化问题,在不同热循环工艺下对X70管线钢进行了热模拟研究。采用Gleeble-3800热模拟机模拟X70管线钢CGHAZ,研究CGHAZ在10～60 kJ/cm不同热输入(HI)条件下组织和韧性的变化规律,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和夏比冲击试验等手段表征CGHAZ的组织和韧性。结果表明,不同热输入下试验钢的组织主要由粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和马-奥组元(M-A组元)组成;当HI不断增大时,BF比例减少,GB比例增加,M-A组元粗化,冲击吸收能先升高再降低;当HI为20 kJ/cm时,BF和GB可获得优异组合,断口为韧性断裂,冲击吸收能达到173.8 J;当HI大于20 kJ/cm时,断口解离断裂,冲击吸收能下降明显,最低为18.8 J。因此,较低的热输入可提高CGHAZ的韧性,使X70管线钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。研究结果可为优化焊接工艺提供理论依据。     

临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析

针对高超声速飞行器在临近空间巡航时出现的通信"黑障"问题,根据RAM C提供的飞行试验数据,建立一维等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体与太赫兹波的相互作用机理,并从等离子体厚度、等离子体电子密度、等离子体碰撞频率和太赫兹波入射角等条件得到了太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性曲线。仿真结果表明:把太赫兹波段作为临近空间平台通信,有利于解决"黑障"问题,其中在大气窗口0.22THz处的衰减均在30dB以下。此论证结果可为临近空间平台设计的高超声速飞行器选用通信频段时提供参考。     

Chemical modifiers of passive ion permeability of the erythrocyte membrane

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über die Probleme gegeben, die bei der Interpretation der Wirkung von Substanzen auftreten, welche die passive Ionenpermeabilität der Erythrozytenmembran beeinflussen. Dabei wird besonderes Gewicht auf Hemmstoffe der Anionenpermeabilität gelegt.1-Fluoro-2,4-Dinitrobenzol (DNBF) und 5-Methoxy-2-Nitrotropon (MNT) können mit Aminogruppen kovalente Bindungen eingehen. Beide Substanzen werden von der Erythrozytenmembran irreversibel gebunden. Sie hemmen die Permeabilität für Anionen und steigern sie für Kationen. Die Wirkung des MNT auf die Kationenpermeabilität wird allerdings nur sichtbar, wenn es zusammen mit einer nahezu hämolytischen Menge an Äthanol dem Inkubationsmedium zugesetzt wird. Die Beobachtungen stehen im Einklang mit der Hypothese, dass die Erythrozytenmembran ein Anionenaustauscher ist, in dem Aminogruppen als Träger der positiven Festladungen vorhanden sind.Schwieriger lässt sich die Hemmwirkung einer Reihe von Stoffen erklären, die nicht mit Aminogruppen reagieren können. Dinitrophenol und Benzoat hemmen den Sulfationenfluss nichtkompetitiv, ohne dabei eine Steigerung des Kaliumeffluxes herbeizuführen. Auch aliphatische Verbindungen, darunter primäre Alkohole und Amine, können die Anionenpermeabilität vermindern, wobei bereits ein deutlicher Hemmeffekt auftritt, bevor der Kaliumefflux vergrössert wird. Die einzige Gemeinsamkeit dieser chemisch sehr heterogenen Gruppe an Hemmstoffen ist der polar-apolare Charakter ihrer Moleküle, was zu einer Anreicherung dieser Stoffe an Grenzflächen zwischen Lipid und Wasser führen sollte.Die Beziehung zwischen Sulfatpermeabilität und Hemmstoffkonzentration lässt sich mit Hilfe einer einfachen, aus der Enzymkinetik bekannten Formel beschreiben. Zwischen dem gemessenen Sulfatfluss und der aufgrund der Festladungshypothese berechneten Sulfatkonzentration in der Membran besteht ein exponentieller Zusammenhang, der durch eine empirische Gleichung wiedergegeben werden kann. Mit Hilfe dieser Gleichung lässt sich der Anionenfluss auch in Gegenwart eines Hemmstoffes (Phenol) beschreiben, wobei sich nur eine der beiden empirischen Konstanten erheblich ändert.Die geschilderten Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass die Anionen bei der Penetration durch die Erythrozytenmembran mindestens zwei verschiedene, hintereinander geschaltete Permeabilitätsbarrieren überwinden müssen.     

Prepeptide sequence of epidermin, a ribosomally synthesized antibiotic with four sulphide-rings

The genetic basis for the biosynthesis of large polypeptide antibiotics such as nisin has not been explained so far. We show here that the structural gene epiA encoding the antibiotic epidermin from Staphylococcus epidermidis is located on a 54-kilobase plasmid and codes for a 52-amino-acid prepeptide, which is processed to the tetracyclic 21-peptide amide antibiotic. The mature sequence of epidermin corresponds to the C-terminal 22-peptide segment of pre-epidermin and contains the precursor amino acids Ser, Thr and Cys, from which the unusual amino-acid constituents are derived. The more lipophilic epidermin is cleaved at a hydrophilic turn between Arg-1 and Ile+1 from the N-terminal segment-30 to -1, which probably assumes a partially amphiphilic alpha-helix conformation. We propose that the N-terminus (-30 to -1) plays a cooperative role during modification reactions and prevents toxicity of the mature epidermin to the producing strain before the antibiotic is cleaved off and secreted.     

Structure and mechanism of the M2 proton channel of influenza A virus

The integral membrane protein M2 of influenza virus forms pH-gated proton channels in the viral lipid envelope. The low pH of an endosome activates the M2 channel before haemagglutinin-mediated fusion. Conductance of protons acidifies the viral interior and thereby facilitates dissociation of the matrix protein from the viral nucleoproteins--a required process for unpacking of the viral genome. In addition to its role in release of viral nucleoproteins, M2 in the trans-Golgi network (TGN) membrane prevents premature conformational rearrangement of newly synthesized haemagglutinin during transport to the cell surface by equilibrating the pH of the TGN with that of the host cell cytoplasm. Inhibiting the proton conductance of M2 using the anti-viral drug amantadine or rimantadine inhibits viral replication. Here we present the structure of the tetrameric M2 channel in complex with rimantadine, determined by NMR. In the closed state, four tightly packed transmembrane helices define a narrow channel, in which a 'tryptophan gate' is locked by intermolecular interactions with aspartic acid. A carboxy-terminal, amphipathic helix oriented nearly perpendicular to the transmembrane helix forms an inward-facing base. Lowering the pH destabilizes the transmembrane helical packing and unlocks the gate, admitting water to conduct protons, whereas the C-terminal base remains intact, preventing dissociation of the tetramer. Rimantadine binds at four equivalent sites near the gate on the lipid-facing side of the channel and stabilizes the closed conformation of the pore. Drug-resistance mutations are predicted to counter the effect of drug binding by either increasing the hydrophilicity of the pore or weakening helix-helix packing, thus facilitating channel opening.