Skip to main content
Surasak - stock.adobe.com

aeroHEALTH and Data Analysis

"aeroHEALTH & Data Analysis" investigates sources of primary aerosols, physical and chemcial transformations of aerosols during atmospheric aging and links aerosol properties to biologicals effects using statistical and machine learning approaches.

 

"aeroHEALTH & Data Analysis" investigates sources of primary aerosols, physical and chemcial transformations of aerosols during atmospheric aging and links aerosol properties to biologicals effects using statistical and machine learning approaches.

 

Back     

 

About our research

In addition to the focus on the Helmholtz International Laboratory aeroHEALTH (www.aeroHEALTH.eu), aeroHEALTH & Data Analysis seeks to address research objectives on the periphery of aeroHEALTH about analytical instrumentation development for aerosol characterisation, performing laboratory aerosol ageing, and supporting other aerosol research at CMA with advanced data analysis strategies and statistical modelling.

The German-Israeli Helmholtz International Laboratory aeroHEALTH strives to understand the biological and health effects of atmospheric aerosols mechanistically, combining information on primary emissions as well as secondary and ambient aerosols. Atmospheric processing (“ageing”) under atmospheric relevant conditions of biogenic and anthropogenic emissions are simulated on short and long-term scales to connect laboratory observations with the observed health impacts from field experiments. Comprehensive physical and chemical aerosol characterization is therefore a key contribution of TOPIC IX to unravel biological mechanisms in vitro and in vitro exposure studies.

The laboratory-ageing of aerosols is conducted at partner institutes, incl. University of Eastern Finland (Kuopio, Finland), Forschungszentrum Jülich (Germany) and Institute of Atmospheric Optics (Tomsk, Russia), with ageing simulation chambers (“smog chambers”) and oxidation flow reactors (OFR, “flowtubes”). In particular, the comparability of OFR-aged aerosol under harsh oxidation conditions and smog chambers as a more realistic atmospheric processing scenario is investigated by modelling approaches and validation by comprehensive chemical aerosol characterisation.

Aerosol analytical techniques are mainly based on, but not limited to, photoionisation time-of-flight mass spectrometry and hyphenated techniques. Special emphasis is put on the development of hyper-fast gas chromatography to enhance the chemical speciation in the online analysis of processes with dynamic emission profiles, such as solid fuel combustion emissions.

State-of-the-art analytical instrumentation for comprehensive aerosol analysis generates large data sets of “big p, little n”, i.e. many variables, but a low number of data points from individual samples/experiments. Therefore, the low number of degrees of freedom are inappropriate for many statistical techniques and require alternative approaches or extensive validation. Furthermore, aerosol composition often needs to be linked to associated effects, a total aerosol concentration or material properties, such as biological responses of cells after aerosol exposure, source apportionment or monitoring of industrial processes. Consequently, TOPIC IX intersects with all other TOPICs of CMA to develop solutions for problems in the fields of pattern recognition, prediction and classification models.

Scientists at aeroHEALTH & Data Analysis

Martin Bauer

PhD Student

Arne Koch

PhD Student

Patrick Martens

PhD Student

Eric Schneider

PhD Student

Kevin Schnepel

PhD Student

Publications

2022 Scientific Article in Environmental Pollution Environ. Pollut. 316:120526 (2022)

Jeong, S. ; Bendl, J. ; Saraji-Bozorgzad, M.R. ; Käfer, U. ; Etzien, U. ; Schade, J. ; Bauer, M. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Fisch, K. ; Cwierz, P.P. ; Rüger, C.P. ; Czech, H. ; Karg, E.W. ; Heyen, G. ; Krausnick, M. ; Geissler, A. ; Geipel, C. ; Streibel, T. ; Schnelle-Kreis, J. ; Sklorz, M. ; Schulz-Bull, D.E. ; Buchholz, B. ; Adam, T. ; Zimmermann, R.

Aerosol emissions from a marine diesel engine running on different fuels and effects of exhaust gas cleaning measures.

2022 Scientific Article in ACS Earth and Space Chemistry ACS Earth Space Chem. 6, 1358-1374 (2022)

Hartner, E. ; Paul, A. ; Käfer, U. ; Czech, H. ; Hohaus, T. ; Gröger, T.M. ; Sklorz, M. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Jeong, S. ; Brejcha, R. ; Ziehm, T. ; Zhang, Z.H. ; Schnelle-Kreis, J. ; Adam, T. ; Rudich, Y. ; Kiendler-Scharr, A. ; Zimmermann, R.

On the complementarity and informative value of different electron ionization mass spectrometric techniques for the chemical analysis of secondary Organic aerosols.

2022 Scientific Article in Environment International Environ. Int. 166:107366 (2022)

Pardo, M. ; Offer, S. ; Hartner, E. ; Di Bucchianico, S. ; Bisig, B. ; Bauer, S. ; Pantzke, J. ; Zimmermann, E. ; Cao, X. ; Binder, S. ; Kuhn, E. ; Huber, A. ; Jeong, S. ; Käfer, U. ; Schneider, E. ; Mesceriakovas, A. ; Bendl, J. ; Brejcha, R. ; Buchholz, A. ; Gat, D. ; Hohaus, T. ; Rastak, N. ; Karg, E.W. ; Jakobi, G. ; Kalberer, M. ; Kanashova, T. ; Hu, Y. ; Ogris, C. ; Marsico, A. ; Theis, F.J. ; Shalit, T. ; Gröger, T.M. ; Rüger, C.P. ; Oeder, S. ; Orasche, J. ; Paul, A. ; Ziehm, T. ; Zhang, Z.H. ; Adam, T. ; Sippula, O. ; Sklorz, M. ; Schnelle-Kreis, J. ; Czech, H. ; Kiendler-Scharr, A. ; Zimmermann, R. ; Rudich, Y.

Exposure to naphthalene and β-pinene-derived secondary organic aerosol induced divergent changes in transcript levels of BEAS-2B cells.

2022 Scientific Article in Environmental Health Perspectives Environ. Health Perspect. 130:27003 (2022)

Offer, S. ; Hartner, E. ; Di Bucchianico, S. ; Bisig, B. ; Bauer, S. ; Pantzke, J. ; Zimmermann, E. ; Cao, X. ; Binder, S. ; Kuhn, E. ; Huber, A. ; Jeong, S. ; Käfer, U. ; Martens, P. ; Mesceriakovas, A. ; Bendl, J. ; Brejcha, R. ; Buchholz, A. ; Gat, D. ; Hohaus, T. ; Rastak, N. ; Jakobi, G. ; Kalberer, M. ; Kanashova, T. ; Hu, Y. ; Ogris, C. ; Marsico, A. ; Theis, F.J. ; Pardo, M. ; Gröger, T.M. ; Oeder, S. ; Orasche, J. ; Paul, A. ; Ziehm, T. ; Zhang, Z.H. ; Adam, T. ; Sippula, O. ; Sklorz, M. ; Schnelle-Kreis, J. ; Czech, H. ; Kiendler-Scharr, A. ; Rudich, Y. ; Zimmermann, R.

Effect of atmospheric aging on soot particle toxicity in lung cell models at the air-liquid interface: Differential toxicological impacts of biogenic and anthropogenic Secondary Organic Aerosols (SOAs).

2022 Scientific Article in Atmospheric Chemistry and Physics Atmos. Chem. Phys. 22, 1793-1809 (2022)

Zhang, Z.H. ; Hartner, E. ; Utinger, B. ; Gfeller, B. ; Paul, A. ; Sklorz, M. ; Czech, H. ; Yang, B.X. ; Su, X.Y. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Schnelle-Kreis, J. ; Jeong, S. ; Gröger, T.M. ; Pardo, M. ; Hohaus, T. ; Adam, T. ; Kiendler-Scharr, A. ; Rudich, Y. ; Zimmermann, R. ; Kalberer, M.

Are reactive oxygen species (ROS) a suitable metric to predict toxicity of carbonaceous aerosol particles?

2022 Scientific Article in Science of the Total Environment, The Sci. Total Environ. 806:150489 (2022)

Ihantola, T. ; Hirvonen, M.R. ; Ihalainen, M. ; Hakkarainen, H. ; Sippula, O. ; Tissari, J. ; Bauer, S. ; Di Bucchianico, S. ; Rastak, N. ; Hartikainen, A. ; Leskinen, J. ; Yli-Pirilä, P. ; Martikainen, M.V. ; Miettinen, M. ; Suhonen, H. ; Rönkkö, T.J. ; Kortelainen, M. ; Lamberg, H. ; Czech, H. ; Martens, P. ; Orasche, J. ; Michalke, B. ; Yildirim, A.Ö. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R. ; Jalava, P.I.

Genotoxic and inflammatory effects of spruce and brown coal briquettes combustion aerosols on lung cells at the air-liquid interface.

2020 Scientific Article in Particle and Fibre Toxicology Part. Fibre Toxicol. 17:27 (2020)

Ihantola, T. ; Di Bucchianico, S. ; Happo, M. ; Uski, O. ; Bauer, S. ; Kuuspalo, K. ; Sippula, O. ; Tissari, J. ; Oeder, S. ; Hartikainen, A. ; Rönkkö, T.J. ; Martikainen, M.-V. ; Huttunen, K. ; Vertiainen, P. ; Suhonen, H. ; Kortelainen, M. ; Lamberg, H. ; Leskinen, A. ; Sklorz, M. ; Michalke, B. ; Dilger, M. ; Weiss, C. ; Dittmar, G. ; Beckers, J. ; Irmler, M. ; Buters, J.T.M. ; Cadeias, J. ; Czech, H. ; Yli-Pirilä, P. ; Abbaszade, G. ; Jakobi, G. ; Orasche, J. ; Schnelle-Kreis, J. ; Kanashova, T. ; Karg, E.W. ; Streibel, T. ; Passig, G. ; Hakkarainen, H. ; Jokiniemi, J. ; Zimmermann, R. ; Hirvonen, M.-R. ; Jalava, P.I.

Influence of wood species on toxicity of log-wood stove combustion aerosols: A parallel animal and air-liquid interface cell exposure study on spruce and pine smoke.

2018 Scientific Article in Journal of Molecular and Clinical Medicine J. Mol. Clin. Med. 1, 23-35 (2018)

Kanashova, T. ; Sippula, O. ; Oeder, S. ; Streibel, T. ; Passig, J. ; Czech, H. ; Kaoma, T. ; Sapcariu, S.C. ; Dilger, M. ; Paur, H.-R. ; Schlager, C. ; Mülhopt, S. ; Weiss, C. ; Schmidt-Weber, C.B. ; Traidl-Hoffmann, C. ; Michalke, B. ; Krebs, T. ; Karg, E.W. ; Jakobi, G. ; Scholtes, S. ; Schnelle-Kreis, J. ; Sklorz, M. ; Orasche, J. ; Müller, L. ; Reda, A. ; Rüger, C ; Neumann, A. ; Abbaszade, G. ; Radischat, C. ; Hiller, K. ; Grigonyte, J. ; Kortelainen, M. ; Kuuspalo, K. ; Lamberg, H. ; Leskinen, J. ; Nuutinen, I. ; Torvela, T. ; Tissari, J. ; Jalava, P. ; Kasurinen, S. ; Uski, O. ; Hirvonen, M.-R. ; Buters, J.T.M. ; Dittmar, G. ; Jokiniemi, J.K. ; Zimmermann, R.

Emissions from a modern log wood masonry heater and wood pellet boiler: Composition and biological impact on air-liquid interface exposed human lung cancer cells.

2018 Scientific Article in Journal of Geophysical Research - Atmospheres J. Geophys. Res. Atmos. 123, 6175-6195 (2018)

Corbin, J.C. ; Pieber, S.M. ; Czech, H. ; Zanatta, M. ; Jakobi, G. ; Massabò, D. ; Orasche, J. ; El Haddad, I. ; Mensah, A.A. ; Stengel, B. ; Drinovec, L. ; Močnik, G. ; Zimmermann, R. ; Prévôt, A.S.H. ; Gysel, M.

Brown and black carbon emitted by a marine engine operated on heavy fuel oil and distillate fuels: Optical properties, size distributions, emission factors.

2017 Scientific Article in Environmental Science and Pollution Research Environ. Sci. Pollut. Res. 24, 10976-10991 (2017)

Streibel, T. ; Schnelle-Kreis, J. ; Czech, H. ; Harndorf, H. ; Jakobi, G. ; Jokiniemi, J. ; Karg, E.W. ; Lintelmann, J. ; Matuschek, G. ; Michalke, B. ; Müller, L. ; Orasche, J. ; Passig, J. ; Radischat, C. ; Rabe, R. ; Reda, A. ; Rüger, C.P. ; Schwemer, T. ; Sippula, O. ; Stengel, B. ; Sklorz, M. ; Torvela, T. ; Weggler, B.A. ; Zimmermann, R.

Aerosol emissions of a ship diesel engine operated with diesel fuel or heavy fuel oil.

2016 Scientific Article in Atmospheric Chemistry and Physics Atmos. Chem. Phys. 16, 13251-13269 (2016)

Tiitta, P. ; Leskinen, A. ; Hao, L. ; Yli-Pirilä, P. ; Kortelainen, M. ; Grigonyte, J. ; Tissari, J. ; Lamberg, H. ; Hartikainen, A.L. ; Kuuspalo, K. ; Kortelainen, A. ; Virtanen, A. ; Lehtinen, K.E.J. ; Komppula, M. ; Pieber, S.M. ; Prevot, A.S.H. ; Onasch, T.B. ; Worsnop, D.R. ; Czech, H. ; Zimmermann, R. ; Jokiniemi, J. ; Sippula, O.

Transformation of logwood combustion emissions in a smog chamber: Formation of secondary organic aerosol and changes in the primary organic aerosol upon daytime and nighttime aging.

2015 Scientific Article in PLoS ONE PLoS ONE 10:e0126536 (2015)

Oeder, S. ; Kanashova, T. ; Sippula, O. ; Sapcariu, S.C. ; Streibel, T. ; Arteaga-Salas, J.M. ; Passig, J. ; Dilger, M. ; Paur, H.R. ; Schläger, C. ; Mülhopt, S. ; Diabaté, S. ; Weiss, C. ; Stengel, B. ; Rabe, R. ; Harndorf, H. ; Torvela, T. ; Jokiniemi, J.K. ; Hirvonen, M.R. ; Schmidt-Weber, C.B. ; Traidl-Hoffmann, C. ; BéruBé, K.A. ; Wlodarczyk, A.J. ; Prytherch, Z. ; Michalke, B. ; Krebs, T. ; Prévôt, A.S. ; Kelbg, M. ; Tiggesbäumker, J. ; Karg, E.W. ; Jakobi, G. ; Scholtes, S. ; Schnelle-Kreis, J. ; Lintelmann, J. ; Matuschek, G. ; Sklorz, M. ; Klingbeil, S. ; Orasche, J. ; Richthammer, P. ; Müller, L. ; Elsasser, M. ; Reda, A. ; Gröger, T.M. ; Weggler, B.A. ; Schwemer, T. ; Czech, H. ; Rüger, C.P. ; Abbaszade, G. ; Radischat, C. ; Hiller, K. ; Buters, J.T.M. ; Dittmar, G. ; Zimmermann, R.

Particulate matter from both heavy fuel oil and diesel fuel shipping emissions show strong biological effects on human lung cells at realistic and comparable in vitro exposure conditions.

Contact

Dr. Hendryk Czech

Head of aeroHEALTH & Data Analysis