Search

Supramolecular fibers in water, micrometers long and several nanometers in width, are among the most studied nanostructures for biomedical applications. These supramolecular polymers are formed through a spontaneous self-assembly process of small amphiphilic molecules by specific secondary interactions. Although many compounds do not possess a stereocenter, recent studies suggest the (co)existence of helical structures, albeit in racemic form. Here, we disclose a series of supramolecular (co)polymers based on water-soluble benzene-1,3,5-tricarboxamides (BTAs) that form double helices, fibers that were long thought to be chains of single molecules stacked in one dimension (1D). Detailed cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM) studies and subsequent three-dimensional-volume reconstructions unveiled helical repeats, ranging from 15 to 30 nm. Most remarkable, the pitch can be tuned through the composition of the copolymers, where two different monomers with the same core but different peripheries are mixed in various ratios. Like in lipid bilayers, the hydrophobic shielding in the aggregates of these disc-shaped molecules is proposed to be best obtained by dimer formation, promoting supramolecular double helices. It is anticipated that many of the supramolecular polymers in water will have a thermodynamic stable structure, such as a double helix, although small structural changes can yield single stacks as well. Hence, it is essential to perform detailed analyses prior to sketching a molecular picture of these 1D fibers.

Supramolecular polymers are known to form strong and resilient hydrogels which can take up large amounts of water while exhibiting ease of processing and self-healing. They also possess similarities with networks of biological macromolecules. The combination of these features makes supramolecular polymers ideal candidates for studying mechanisms and consequences of self-assembly, which are relevant to biological materials. At the same time, this renders investigations of mixed hydrogels based on different supramolecular compounds necessary, since this substantially widens their applicability. Here, we address unusual viscoelastic properties of a class of binary hydrogels made by mixing fibrillar supramolecular polymers that are formed from two compounds: 1,3,5-benzene-tricarboxamide decorated with aliphatic chains terminated by tetra(ethylene glycol) (BTA) and a 20 kg/mol telechelic poly(ethylene glycol) decorated with the same hydrogen bonding BTA motif on both ends (BTA-PEG-BTA). Using a suite of experimental and simulation techniques, we find that the respective single-compound-based supramolecular systems form very different networks which exhibit drastically different rheology. More strikingly, mixing the compounds results in a non-monotonic dependence of modulus and viscosity on composition, suggesting a competition between interactions of the two compounds, which can then be used to fine-tune the mechanical properties. Simulations offer insight into the nature of this competition and their remarkable qualitative agreement with the experimental results is promising for the design of mixed hydrogels with desired and tunable properties. Their combination with a sensitive dynamic probe (here rheology) offer a powerful toolbox to explore the unique properties of binary hydrogel mixtures.

Multicomponent supramolecular polymers are a versatile platform to prepare functional architectures, but a few studies have been devoted to investigate their noncovalent synthesis. Here, we study supramolecular copolymerizations by examining the mechanism and time scales associated with the incorporation of new monomers in benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA)-based supramolecular polymers. The BTA molecules in this study all contain three tetra(ethylene glycol) chains at the periphery for water solubility but differ in their alkyl chains that feature either 10, 12 or 13 methylene units. C10BTA does not form ordered supramolecular assemblies, whereas C12BTA and C13BTA both form high aspect ratio supramolecular polymers. First, we illustrate that C10BTA can mix into the supramolecular polymers based on either C12BTA or C13BTA by comparing the temperature response of the equilibrated mixtures to the temperature response of the individual components in water. Subsequently, we mix C10BTA with the polymers and follow the copolymerization over time with UV spectroscopy and hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry experiments. Interestingly, the time scales obtained in both experiments reveal significant differences in the rates of copolymerization. Coarse-grained simulations are used to study the incorporation pathway and kinetics of the C10BTA monomers into the different polymers. The results demonstrate that the kinetic stability of the host supramolecular polymer controls the rate at which new monomers can enter the existing supramolecular polymers.

A major challenge in supramolecular polymerization is controlling the stability of the polymers formed, that is, controlling the rate of monomer exchange in the equilibrium between monomer and polymer. The exchange dynamics of supramolecular polymers based on benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) can be regulated by copolymerizing molecules with dendronized (dBTA) and linear (nBTA) ethylene glycol-based water-soluble side chains. Whereas nBTAs form long nanofibers in water, dBTAs do not polymerize, forming instead small spherical aggregates. The copolymerization of the two BTAs results in long nanofibers. The exchange dynamics of both the BTA monomers in the copolymer are significantly slowed down in the mixed systems, leading to a more stable copolymer, while the morphology and spectroscopic signature of the copolymers are identical to that of nBTA homopolymer. This copolymerization is the supramolecular counterpart of styrene/ maleic anhydride copolymerization.

Intriguingly, little is known about the impact of dispersity on the crystallization driven self-assembly (CDSA) of amphiphilic block copolymers in aqueous media. Here, we investigate the influence of dispersity on the CDSA of ABA-type amphiphilic block co-oligomers (ABCOs). Two pairs of ABCOs are synthesized comprising discrete (Đ = 1.00) or disperse (Đ = 1.20) isotactic l-lactic acid 16-mers as the semicrystalline hydrophobic block and either oligo(ethylene glycol) methyl ether (MeOoEG) or oligo(tetraethylene glycol succinate) (oTEGSuc) as the discrete hydrophilic block. Self-assembly studies in water with 10% THF reveal uniform nanofibers/2D sheets for the discrete oligomers, but such structural regularity is largely compromised in the disperse oligomers. The results are corroborated by sharp melting transitions in both solution and bulk for the discrete ABCOs, unlike their disperse analogues that show a lack of crystallization. Interestingly, the discrete MeOoEG-LLA oligomer reveals crystallization driven gelation, illustrating the contrasting differences between the discrete oligomers and their disperse counterparts.

In biology, polymorphism is a well-known phenomenon by which a discrete biomacromolecule can adopt multiple specific conformations in response to its environment. The controlled incorporation of polymorphism into noncovalent aqueous assemblies of synthetic small molecules is an important step toward the development of bioinspired responsive materials. Herein, we report on a family of carboxylic acid functionalized water-soluble benzene-1,3,5-tricarboxamides (BTAs) that self-assemble in water to form one-dimensional fibers, membranes, and hollow nanotubes. Interestingly, one of the BTAs with the optimized position of the carboxylic group in the hydrophobic domain yields nanotubes that undergo reversible temperature-dependent dynamic reorganizations. SAXS and Cryo-TEM data show the formation of elongated, well-ordered nanotubes at elevated temperatures. At these temperatures, increased dynamics, as measured by hydrogen-deuterium exchange, provide enough flexibility to the system to form well-defined nanotube structures with apparently defect-free tube walls. Without this flexibility, the assemblies are frozen into a variety of structures that are very similar at the supramolecular level, but less defined at the mesoscopic level.

Nature uses dynamic molecular platforms for the recruitment of weakly associating proteins into higher-order assemblies to achieve spatiotemporal control of signal transduction. Nanostructures that emulate this dynamic behavior require features such as plasticity, specificity and reversibility. Here we introduce a synthetic protein recruitment platform that combines the dynamics of supramolecular polymers with the programmability offered by DNA-mediated protein recruitment. Assembly of benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derivatives functionalized with a 10-nucleotide receptor strand into µm-long supramolecular BTA polymers is remarkably robust, even with high contents of DNA-functionalized BTA monomers and associated proteins. Specific recruitment of DNA-conjugated proteins on the supramolecular polymer results in a 1000-fold increase in protein complex formation, while at the same time enabling their rapid exchange along the BTA polymer. Our results establish supramolecular BTA polymers as a generic protein recruitment platform and demonstrate how assembly of protein complexes along the supramolecular polymer allows efficient and dynamic control of protein activity.

Polar cosolvents are commonly used to guide the self-assembly of amphiphiles in water. Here we investigate the influence of the cosolvent acetonitrile (ACN) on the structure and dynamics of a supramolecular polymer in water, which is based on the well-known benzene-1,3,5-tricarboxamide motif. Hydrogen/deuterium exchange mass spectroscopy measurements show that a gradual increase in the amount of ACN results in a gradual increase in the exchange dynamics of the monomers. In contrast, the morphology of the supramolecular polymers remains unchanged up to 15% of ACN, but then an abrupt change occurs and spherical aggregates are formed. Remarkably, this abrupt change coincides with the formation of micro-heterogeneity in the water-ACN mixtures. The results illustrate that in order to completely characterize supramolecular polymers it is important to add time-resolved measurements that probe their dynamic behavior, to the conventional techniques that are used to assess the morphology of the polymers. Subsequently we have used time-resolved measurements to investigate the influence of the concentration of ACN on the polymerization and depolymerization rates of the supramolecular polymers. Polymerization occurs within minutes when molecularly dissolved monomers are injected from ACN into water and is independent of the fraction of ACN up to 15%. In the depolymerization experiments-initiated by mixing equilibrated supramolecular polymers with dissolved monomers-the equilibration of the system takes multiple hours and does depend on the fraction of ACN. Interestingly, the longest equilibration time of the polymers is observed at a critical solvent composition of around 15% ACN. The differences in the timescales detected in the polymerization and depolymerization experiments are likely correlated to the non-covalent interactions involved, namely the hydrophobic effect and hydrogen-bonding interactions. We attribute the observed fast kinetics in the polymerization reactions to

Numerous self-assembling molecules have been synthesized aiming at mimicking both the structural and dynamic properties found in living systems. Here we show the application of hydrogen/deuterium exchange (HDX) mass spectrometry (MS) to unravel the nanoscale organization and the structural dynamics of synthetic supramolecular polymers in water. We select benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derivatives that self-assemble in H2O to illustrate the strength of this technique for supramolecular polymers. The BTA structure has six exchangeable hydrogen atoms and we follow their exchange as a function of time after diluting the H2O solution with a 100-fold excess of D2O. The kinetic H/D exchange profiles reveal that these supramolecular polymers in water are dynamically diverse; a notion that has previously not been observed using other techniques. In addition, we report that small changes in the molecular structure can be used to control the dynamics of synthetic supramolecular polymers in water.

A library of water-soluble dynamic single-chain polymeric nanoparticles (SCPN) was prepared using a controlled radical polymerisation technique followed by the introduction of functional groups, including probes at targeted positions. The combined tools of electron paramagnetic resonance (EPR) and Overhauser dynamic nuclear polarization (ODNP) reveal that these SCPNs have structural and surface hydration properties resembling that of enzymes.

A library of water-soluble dynamic single-chain polymeric nanoparticles (SCPN) was prepared using a controlled radical polymerisation technique followed by the introduction of functional groups, including probes at targeted positions. The combined tools of electron paramagnetic resonance (EPR) and Overhauser dynamic nuclear polarization (ODNP) reveal that these SCPNs have structural and surface hydration properties resembling that of enzymes.

Previous studies suggest that pregnant women and children are particularly vulnerable to the adverse effects of air pollution. A prospective cohort study in pregnant women and their children enables identification of the specific effects and critical periods. This paper describes the design of air pollution exposure assessment for participants of the Generation R Study, a population-based prospective cohort study from early pregnancy onwards in 9778 women in the Netherlands. Individual exposures to PM10 and NO2 levels at the home address were estimated for mothers and children, using a combination of advanced dispersion modelling and continuous monitoring data, taking into account the spatial and temporal variation in air pollution concentrations. Full residential history was considered. We observed substantial spatial and temporal variation in air pollution exposure levels. The Generation R Study provides unique possibilities to examine effects of short- and long-term air pollution exposure on various maternal and childhood outcomes and to identify potential critical windows of exposure.

The film morphology of pi-conjugated oligomers has been controlled by self-assembly in solution. To this end supramolecular hydrogen-bonded systems of oligo(p-phenylenevinylene) (OPV) carrying ureido-s-triazine hydrogen-bonding groups are used. Neutron scattering experiments in dodecane solutions show that columnar stacks are formed. Films with thicknesses on the order of 100 nm are made that have a supramolecular organization resembling the organization present in solution. Uniform rodlike morphological domains range over several hundreds of nanometers as shown by atomic force microscopy. The rodlike morphology of the OPVs was also preserved when blended with a C-60 derivative, producing stable photovoltaic devices.

RIVM rapport:Het mondiale vliegverkeer is de laatste decennia sterk gestegen en groeit naar verwachting in de komende 20 jaar met 5-6% per jaar. De emissies van sporengassen door het vliegverkeer, zoals kooldioxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen, zwaveldioxide, waterdamp en roet kunnen effecten hebben op het milieu en direct en indirect bijdragen aan klimaatveranderingen. Het AIRFORCE project (Aircraft Influences and Radiative Forcing from Emissions) is een project van de drie onderzoeksinstituten (IMAU, KNMI en RIVM) die samen het Nederlands Centrum voor Klimaatonderzoek (CKO) vormen. De doelstellingen van AIRFORCE zijn: onderzoek naar het effect van vliegtuigemissies op de samenstelling van de atmosfeer en naar de directe en indirecte effecten van vliegtuigemissies via de stralings-forcering op het klimaat. De modelresultaten laten zien dat NOx emissies van het huidige vliegverkeer een toename veroorzaken van de NOx- en ozonconcentraties in de hoge troposfeer en lage stratosfeer, hetgeen leidt tot een positieve stralingsforcering. In het project is de dynamica en het chemisch mechanisme van enkele drie dimensionale chemie-transportmodellen (CTMK/TM3 en MOGUNTIA) sterk verbeterd. De resultaten van modelberekeningen zijn vergeleken met beschikbare metingen van de STREAM/AIRFORCE en POLINAT campagnes. In het kader van AIRFORCE is een pluimmodel ontwikkeld dat de chemische omzettingen in de pluim direct achter verkeersvliegtuigen beschrijft., Global air traffic has increased extensively during the last few decades and is expected to increase further over the next 20 years by about 5-6% per year. Emissions of trace gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, sulphur oxides, water vapour and soot from aircraft can have environmental effects and contribute directly or indirectly to global warming. The three institutes (IMAU, KNMI en RIVM) that form the Netherlands Centre for Climate Research (CKO) participated in the AIRFORCE project (Aircraft Influences and Radiative Forcing from Emissions). The goals of AIRFORCE are: Research on the effect of aircraft emissions on the composition of the atmosphere and on the direct and indirect effects of aircraft emissions on radiative forcing and climate. The model results indicate that NOx emissions from aircraft cause an increase in the NOx and ozone concentrations in the upper troposphere and lower stratosphere, and a positive radiative forcing. The dynamical and chemical mechanisms of several 3-dimensional chemical-transport models (CTMK/TM3 and MOGUNTIA) have been improved considerable in the project. The results have been compared with available measurements from the STREAM/AIRFORCE and POLINAT campaigns. To account for the chemical conversion and dispersion directly behind an aircraft, an aircraft plume model has been developed in the AIRFORCE project, to translate the aircraft NOx emissions into effective emissions that are used as input in the chemical transport models.

RIVM rapport:Het mondiale vliegverkeer is de laatste decennia sterk gestegen en groeit naar verwachting in de komende 20 jaar met 5-6% per jaar. De emissies van sporengassen door het vliegverkeer, zoals kooldioxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen, zwaveldioxide, waterdamp en roet kunnen effecten hebben op het milieu en direct en indirect bijdragen aan klimaatveranderingen. Het AIRFORCE project (Aircraft Influences and Radiative Forcing from Emissions) is een project van de drie onderzoeksinstituten (IMAU, KNMI en RIVM) die samen het Nederlands Centrum voor Klimaatonderzoek (CKO) vormen. De doelstellingen van AIRFORCE zijn: onderzoek naar het effect van vliegtuigemissies op de samenstelling van de atmosfeer en naar de directe en indirecte effecten van vliegtuigemissies via de stralings-forcering op het klimaat. De modelresultaten laten zien dat NOx emissies van het huidige vliegverkeer een toename veroorzaken van de NOx- en ozonconcentraties in de hoge troposfeer en lage stratosfeer, hetgeen leidt tot een positieve stralingsforcering. In het project is de dynamica en het chemisch mechanisme van enkele drie dimensionale chemie-transportmodellen (CTMK/TM3 en MOGUNTIA) sterk verbeterd. De resultaten van modelberekeningen zijn vergeleken met beschikbare metingen van de STREAM/AIRFORCE en POLINAT campagnes. In het kader van AIRFORCE is een pluimmodel ontwikkeld dat de chemische omzettingen in de pluim direct achter verkeersvliegtuigen beschrijft., Global air traffic has increased extensively during the last few decades and is expected to increase further over the next 20 years by about 5-6% per year. Emissions of trace gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, sulphur oxides, water vapour and soot from aircraft can have environmental effects and contribute directly or indirectly to global warming. The three institutes (IMAU, KNMI en RIVM) that form the Netherlands Centre for Climate Research (CKO) participated in the AIRFORCE project (Aircraft Influences and Radiative Forcing from Emissions). The goals of AIRFORCE are: Research on the effect of aircraft emissions on the composition of the atmosphere and on the direct and indirect effects of aircraft emissions on radiative forcing and climate. The model results indicate that NOx emissions from aircraft cause an increase in the NOx and ozone concentrations in the upper troposphere and lower stratosphere, and a positive radiative forcing. The dynamical and chemical mechanisms of several 3-dimensional chemical-transport models (CTMK/TM3 and MOGUNTIA) have been improved considerable in the project. The results have been compared with available measurements from the STREAM/AIRFORCE and POLINAT campaigns. To account for the chemical conversion and dispersion directly behind an aircraft, an aircraft plume model has been developed in the AIRFORCE project, to translate the aircraft NOx emissions into effective emissions that are used as input in the chemical transport models.

RIVM rapport:Het mondiale vliegverkeer is de laatste decennia sterk gestegen en groeit naar verwachting in de komende 20 jaar met 5-6% per jaar. De emissies van sporengassen door het vliegverkeer, zoals kooldioxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen, zwaveldioxide, waterdamp en roet kunnen effecten hebben op het milieu en direct en indirect bijdragen aan klimaatveranderingen. Het AIRFORCE project (Aircraft Influences and Radiative Forcing from Emissions) is een project van de drie onderzoeksinstituten (IMAU, KNMI en RIVM) die samen het Nederlands Centrum voor Klimaatonderzoek (CKO) vormen. De doelstellingen van AIRFORCE zijn: onderzoek naar het effect van vliegtuigemissies op de samenstelling van de atmosfeer en naar de directe en indirecte effecten van vliegtuigemissies via de stralings-forcering op het klimaat. De modelresultaten laten zien dat NOx emissies van het huidige vliegverkeer een toename veroorzaken van de NOx- en ozonconcentraties in de hoge troposfeer en lage stratosfeer, hetgeen leidt tot een positieve stralingsforcering. In het project is de dynamica en het chemisch mechanisme van enkele drie dimensionale chemie-transportmodellen (CTMK/TM3 en MOGUNTIA) sterk verbeterd. De resultaten van modelberekeningen zijn vergeleken met beschikbare metingen van de STREAM/AIRFORCE en POLINAT campagnes. In het kader van AIRFORCE is een pluimmodel ontwikkeld dat de chemische omzettingen in de pluim direct achter verkeersvliegtuigen beschrijft., Global air traffic has increased extensively during the last few decades and is expected to increase further over the next 20 years by about 5-6% per year. Emissions of trace gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, sulphur oxides, water vapour and soot from aircraft can have environmental effects and contribute directly or indirectly to global warming. The three institutes (IMAU, KNMI en RIVM) that form the Netherlands Centre for Climate Research (CKO) participated in the AIRFORCE project (Aircraft Influences and Radiative Forcing from Emissions). The goals of AIRFORCE are: Research on the effect of aircraft emissions on the composition of the atmosphere and on the direct and indirect effects of aircraft emissions on radiative forcing and climate. The model results indicate that NOx emissions from aircraft cause an increase in the NOx and ozone concentrations in the upper troposphere and lower stratosphere, and a positive radiative forcing. The dynamical and chemical mechanisms of several 3-dimensional chemical-transport models (CTMK/TM3 and MOGUNTIA) have been improved considerable in the project. The results have been compared with available measurements from the STREAM/AIRFORCE and POLINAT campaigns. To account for the chemical conversion and dispersion directly behind an aircraft, an aircraft plume model has been developed in the AIRFORCE project, to translate the aircraft NOx emissions into effective emissions that are used as input in the chemical transport models.

RIVM rapport:Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties, The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days.

Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties, The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days.

RIVM rapport:The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days., Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties

RIVM rapport:Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties, The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days.

RIVM rapport:The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days., Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties

RIVM rapport:Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties, The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days.

RIVM rapport:The gas-phase and heterogeneous chemical conversion of nitrogen compounds occurring in the plume of an aircraft in the first two days after emission were investigated with a newly developed aircraft plume model. A parameterization was developed for global chemical transport models to account for the subgrid chemical processes taking place in the plume of an aircraft. The role of different plume dynamics, heterogeneous chemistry, ambient temperatures and concentrations, and different aircraft types in the chemical conversions in the plume were studied. The calculated parameters, relating the aircraft emissions to effective emissions of the aircraft plume after two days, were found to be largely dependent on season, latitude and altitude. In the North Atlantic flight corridor approximately 30% to 70%, depending on the season, of the emitted nitrogen oxides are converted to other oxides of nitrogen in the plume within the first two days., Een pluimmodel is ontwikkeld om de gasfase en heterogene chemische omzettingen in de pluim van een vliegtuig direct na de emissie van uitlaatgassen te kunnen bestuderen. De pluimmodelberekeningen resulteren in hoogte, breedtegraad en seizoensafhankelijke omzettingsfactoren waardoor de NOx (= NO + NO2) emissies van vliegtuigen kunnen worden vertaald in effectieve stikstofoxide emissies van de vliegtuigpluim. Uit deze omzettingsfactoren is een parameterisatie afgeleid die de subgrid effecten in de vliegtuigpluim verdisconteert. De parameterisatie kan direct gebruikt worden voor de emissiefactoren van vliegtuigen in mondiale 3D-modellen. In de pluimparameterisatie zijn geen corridor-effecten meegenomen. Pluimberekeningen laten zien dat de omzetting van NOx in andere stikstofoxiden sterk afhangt van de temperatuur en fotochemische activiteit. In the Noord Atlantische vliegcorridor wordt, afhankelijk van het seizoen, ongeveer 30 tot 70% van de ge-emitteerde NOx binnen twee dagen in de pluim omgezet in andere stikstofverbindingen. NOx wordt in de zomer veel sneller in andere stikstofverbindingen omgezet dat in de winter. De bijdrage van heterogene reacties op sulfaataerosolen, ijsdeeltjes en roetdeeltjes is bestudeerd. De heterogene reactie van N2O5 op sulfaataerosolen kan belangrijk zijn bij lage temperaturen aangezien hierdoor de HNO3 concentratie in de pluim een factor vijf groter kan worden. Onzekerheden in de achtergrond temperatuur hebben een groot effect op de omzetting van stikstofoxiden. Voorlopige gevoeligheidsstudies laten zien dat een variatie in temperatuur in de zomer op kruisvluchthoogte van 10% een variatie van 0.28 in de stikstofoxide fractie, t.o.v. de som van alle stikstofverbindingen, tot gevolg heeft. De onzekerheden in de achtergrond concentraties van stoffen rond de vliegtuigpluim kan ook een groot effect hebben. Variatie van 25% in de achtergrondconcentraties op kruisvluchthoogte in de zomer geeft een variatie van 0.20 in de stikstofoxide fracties