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In Kardiomyozyten, die sich in vitro aus embryonalen Stammzellen der Maus differenziert haben, treten räumlich-zeitliche Kalziumsignale wie Ca2+-Oszillationen, -Wellen und -Sparks auf. Nachdem die Kardiomyozyten mechanisch und enzymatisch isoliert und mit Fluoreszenzindikatoren beladen wurden, konnten die Kalziumsignale mithilfe der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie sichtbar gemacht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Ca2+-Oszillationsfrequenz mit zunehmendem Alter der Zellen wächst. Parallel dazu wurde eine Abnahme der relativen Fluoreszenzintensität gemessen. Durch Applikation von Antimycin A (60 µmol/l), einem Hemmstoff der Atmungskette, konnte der Einfluss von Mitochondrien auf die Entstehung von Ca2+-Oszillationen näher untersucht werden. Messungen des Komplex III der Atmungskette und des Glycolyseleitenzyms Phosphohexoseisomerase bestätigten die Vermutung, wonach Mitochondrien und nicht das sarkoplasmatische Retikulum bei der Ausbildung von Ca2+-Oszillationen in der ersten Altersgruppe eine dominante Rolle spielen. Mithilfe von Carbachol und Cäsiumchlorid wurde überprüft, ob die beobachteten Ca2+-Oszillationen durch extrazelluläre Faktoren beeinflußt werden können. Es wurde weiter beobachtet, dass mit fortschreitendem Alter der Zellen immer häufiger Ca2+-Sparks auftraten. Ca2+-Wellen bewegten sich mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 100 µm/s durch das Zellinnere.,In murine cardiac myocytes derived from embryonic stem cells there are observed spatio-temporal calcium patterns like oscillations, waves and sparks. After mechanically and enzymatically isolation of the cells they were loaded with fluorescence indicators. The calcium patterns were made visible by a confocal laser scanning microscope. A growing frequency of calcium oscillations and a decrease of relative fluorescence intensity with progressing age of the cells was measured. By applicating Antimycin A, an inhibitor of respiratory chain, the influence of mitochondria on the development of calcium oscillations was investigated. Measurements of two different enzymes of respiratory chain and glycolyse confirmed our assumption that mitochondria and not the sarcoplasmatic reticulum play an important role in developing calcium oscillations in early differentiated cardiac myocytes. By carbachol and caesiumchloride was tested, if calcium oscillations can be influenced from extracellular space. Furthermore an increasing number of sparks was observed in the cells with growing age. The speed of calcium waves ranged between 60-100 µm/s. Other phenomenas were calcium oscillations of long duration and spatio-temporal calcium patterns in the cell nucleus.,
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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von gitterperiodischen Strukturen aus makroporösem Silizium und deren Untersuchung hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Photonische Kristalle. Dazu wurde ein beleuchtungsgesteuertes, elektrochemisches Verfahren verwendet, um gitterperiodisch angeordnete Porenkanäle mit Porendurchmessern um 1,0 µm und Porenlängen um 100 µm an photolithographisch vordefinierten Stellen in n-Typ Siliziumsubstraten zu erzeugen. Durch ein Mikrostrukturierungsverfahren konnten Stege aus diesem großflächigen Porengitter herauspräpariert werden, so daß transmissionsspektroskopische Untersuchungen in der Ebene der Gitterperiodizität durchgeführt werden konnten. Mittels Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie wurde polarisationsaufgelöst die Abhängigkeit der photonischen Bandlücke vom Verhältnis des Porenradius r zur Gitterkonstante a der Kristalle untersucht. Für r/a-Werte zwischen 0,4 und 0,488 fand sich eine zweidimensional vollständige photonische Bandlücke mit einer maximalen Ausdehnung bei r/a=0,48, in guter Übereinstimmung mit dem theoretischen Maximum bei r/a=0,478. Bei diesem Wert erstreckt sich die photonische Bandlücke von 2,99 µm bis 3,55 µm Wellenlänge. Die relative Breite der Bandlücke, definiert als Quotient aus ihrer Breite und ihrer Mittenfrequenz, ergab sich zu 17%. In den Transmissionsmessungen wurden an den Bandkanten Signalüberhöhungen gefunden, die durch Betrachtung nach einem Modell von Fabry-Perot-Resonanzen erklärt werden konnten. Mittels eines Differenzfrequenz-Lasersystems konnte die Intensitätsabschwächung photonischer Kristalle für Wellenlängen innerhalb der Bandlücke auf bis zu 10 dB/Porenreihe bestimmt werden. Mit diesem System wurden in einem linearen Wellenleiter, welcher in einen photonischen Kristall durch eine photolithographische Methode integriert worden war, Frequenzbereiche mit einmodiger und multimodiger Ausbreitung innerhalb der Bandlücke des umgebenden Kristalls nachgewiesen. Die Transmission eines auf dieselbe Weise erzeugten Mikroresonators, bestehend aus einer einzelnen, fehlenden Pore im Kristallgitter, konnte mit Hilfe eines Optisch-Parametrischen-Oszillators mit einer Güte von 18 gemessen werden. Die Anforderungen an das hier untersuchte System bzgl. Funktionalität im Nahen Infrarot werden diskutiert.,This thesis is about the fabrication and characterization of macroporous silicon based photonic crystals. A light-controlled electrochemical process was used to create macropores of diameters about 1.0 µm and pore lengths of 100 µm in n-type silicon substrates. By a seeding-process, based on photolithography and subsequent alkaline etching, the pore arrangement became regular to form a two-dimensional photonic crystal. To perform transmission spectroscopy perpendicular to the pore axes, a microstructuring method was used to isolate bars of photonic crystal from the large substrate. The position of the photonic band gap was investigated by fourier-transform-infrared spectrocopy depending on light polarization and air filling ratio of the samples, defined as pore radius r over lattice constant a. In good agreement with theoretical calculations, a complete, two-dimensional photonic band gap was found at r/a values inbetween 0.4 and 0.488. The maximum with of the band gap, ranging from 2.99 µm to 3.55 µm wavelength, was found at r/a=0.48 (theory: 0.478). The maximum relative width, which is defined as frequency width over center frequency, was 17%. Transmission peaks for frequencies at the band edges could be explained based on a model of Fabry-Perot-resonances. With the help of a difference-frequency-generation laser setup the attenuation of a transmission signal for frequencies within the photonic band gap was determined 10 dB/pore row. In a waveguide structure integrated in the crystal by photolithography frequency intervals within the band gap exhibiting single-mode and multi-mode propagation were investigated. The transmission signal of an integrated microcavity structure was measured with an optical-parametric oscillator. The quality factor of the resonance peak was 18. Requirements for macroporous silicon based photonic crystals for the near infrared spectral range are discussed.,
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Proteine gewinnen in der Arzneimitteltherapie immer mehr an Bedeutung. Jedoch müssen diese Arzneimittel in der Regel in recht hoher Frequenz als Injektion verabreicht werden. Um die Häufigkeit zu senken, war es das Ziel ein System zu entwickeln, welches mit einer einmaligen Injektion die Therapie für mehrere Monate sicherstellt. Daraufhin wurden Oleogele auf 12-Hydroxystearinsäurebasis entwickelt. Diese konnten mit Proteinlösung als W/O-Emusilon beladen werden. Es folgte eine Charakterisierung hinsichtlich morphologischer Eigenschaften mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie und Phasenkontrastmikroskopie. Außerdem wurde eine physikochemische Untersuchung mittels oszillierender Rheometrie und ESR-Spektroskopie durchgeführt. Die Freisetzungstudien erfolgten mit Hilfe von multispektraler Fluoreszenzbildgebung sowohl an einem eigens entwickelten Modell als auch im Tierversuch. Es zeigte sich, dass mit diesen Systemen eine kontrollierte Freisetzung über bis zu vier Monat möglich war.,Proteins are getting more and more important in drug therapy. But these drugs have to be applied very often by injection. To reduce the frequency it was the aim to develop a system which ensures the therapy for months by only one injection. Therefor, 12-hydroxystearic acid oleogels have been developed. These could be loaded with a solution of protein as W/O emulsion. A characterization of the morphological properties by confocal laser scanning microscopy and phase contrast microscopy followed. Furthermore, the physicochemical investigation was done by oscillation rheometry and ESR spectroscopy. Finally, the release studies were performed by multispectral fluorescence imaging with an especially developed model in vitro and also in vivo. It was found that the system shows a controlled release of protein for up to four month.,
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In der vorliegenden Arbeit wird die Stick-Slip-Neigung eines Radialwellendichtrings in der Bauart der Doppellippendichtung am Anwendungsbeispiel der Abdichtung der Kühlmittelpumpe im Fahrzeug untersucht. Luftschallmessungen an einem Rheometer und am Fahrzeug, sowie Highspeed-Messungen der Stick-Slip-Schwingung mit nachgeschalteter Auswertung der Schwingamplituden mittels Kreuzkorrelation zeigen komplexe Schwingphänomene am Dichtring, welche sich teilweise nicht mit bestehenden Grundaussagen und Beobachtungen zu Stick-Slip erklären lassen. Um die Stick-Slip-Neigung an der Originalgeometrie bei gleichzeitig großer Bandbreite von dynamischen Einflussfaktoren untersuchen zu können, wird im Rahmen der Arbeit ein Ansatz zur Simulation von Stick-Slip-Effekten untersucht, wonach ein Mehrkörpersimulations-Modell mit einem modal reduzierten 3D-FE-Modell des gesamten Dichtrings vorgestellt wird. Durch geeignete Wahl der Hauptfreiheitsgrade und die Anwendung analytischer Kontaktberechnung anhand einfacher Geometrien im MKS-Programm ADAMS/Engine, können recheneffizient umfangreiche Parameterstudien zu Einflüssen aus Drehzahl, Beschleunigung, Wellenschwingung, Kühlmitteldruck und Reibverhältnissen in unterschiedlichen Bereichen des Dichtrings durchgeführt werden. Die Simulationen am Modell zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Messungen und können zudem die Abweichungen der gemessenen Stick-Slip-Phänomene zu den aus der Literatur bekannten Beobachtungen erklären. So wird das MKS-Modell dazu genutzt, sinkende oder konstante Stick-Slip-Frequenzen mit steigender Drehzahl, gleichzeitig auftretende, lokal unterschiedliche Stick-Slip-Schwingformen an ein und demselben Bauteil, sowie stark variierende Stick-Slip-Frequenzen mit Frequenzsprüngen in aufeinanderfolgenden Prüfläufen bei augenscheinlich gleichen Randbedingungen zu erklären. Auch werden Sprünge im Antriebsmoment gemessen und simuliert, wenn eine Stick-Slip-Schwingung am Dichtring ein- oder aussetzt, oder es zu einem Frequenzsprung kommt. Anhand des Modells wird verdeutlicht, dass die beschriebenen Phänomene aus einer Kombination aus Struktur- und Reibungseinflüssen, sowie dynamischen Einflussgrößen resultieren, welche ohne Einbeziehung der Geometrie, der linear-elastischen Materialeigenschaften und der kinematischen Randbedingungen im Modell nicht simuliert werden könnten.,In the present paper the stick-slip effects of a radial shaft seal, which is mounted in a cooling pump, are observed. The cooling pump, in which the double lip seal is located, is mounted in a vehicle. Airborne acoustic measurements at a rheometer and at a vehicle as well as analysis of oscillation amplitudes of the sealing lip utilizing the cross-correlation lead to the conclusion that complex vibrations occur, which cannot be explained with existing observations on stick-slip. In order to observe stick-slip effects at the original geometry and at the presence of influencing dynamic factors, a multi-body simulation model is being presented, which contains a reduced 3D finite elements model of the entire seal. By suitable selection of degrees of freedom and the usage of contact calculations of simple geometries as provided in the software ADAMS/Engine, various parametric studies according influences from rotational speed, acceleration, coolant pressure, shaft vibrations and frictional conditions in different locations of the sealing lip are carried out. The simulation results are in good agreement with the measurements and help understand the differences in comparison with existing observations. Therefore the model is being used to explain decreasing or constant stick-slip frequencies with increasing sliding speed. Also locally different deflection shaped in the sealing lip, jumps in stick-slip frequency and differences in test runs under obvious same testing conditions can be explained by the simulations. Additionally jumps in the frictional torque are being measured and simulated when stick-slip starts, ends or a jump in the stick-slip-frequency occurs. The simulation results clearly indicate that measured phenomena result from a combination of structural influences of the sealing geometry, dynamic influences of the shaft and frictional conditions at the sealing lip. It appears that the mentioned stick-slip effects could not be simulated without the consideration of these influence factors. Therefore the modelling approach as a multi body system with a reduced linear-elastic structure of the seal is an effective potential solution.,
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Mit Hilfe von ab initio Quantenchemieberechnungen, wurden die kleinen (NiO5)8- und (NiO6)10--Cluster in einer Anordnung von Punktladungen eingebettet, um die NiO(001)- Oberfläche bzw. den NiO-Festkörper zu modellieren. Beginnend vom theoretischen, uneingeschränkten Hartree-Fock (UHF) Niveau errechnen wir die Eigenschaften des Grundzustands, um Einblicke in die elektronische Struktur und Anregung zu erhalten. Wir schätzen die Anregungenergien und die Oszillatorstärken mit Hilfe der Einzelanregungskonfigurationswechselwirkungstechnik (CIS). Anschließend demonstrieren wir die Elektronenkorrelationseffekte anhand der d-d Übergänge auf verschiedenen Niveaus der korrelierten ab initio Theorie, wie z.B. die CI-Berechnung mit allen Doppelsubstitutionen (CID) und CI-Berechnung mit allen Einzel- und Doppelsubstitutionen (CISD). Unsere Hauptmethode, die quadratische Konfigurationswechselwirkungsnäherung mit allen Einzel-, Doppel- und Dreifachanregungen (QCISD(T)) erklärt die elektronischen Korrelationseffekte besser, indem sie den Konfigurationsraum der Vielkörperwellenfunktionen als Kombination von Anregungen betrachtet. Im zweiten Stadium unserer Arbeit, werden die nichtlinearen optischen Eigenschaften der NiO(001) Oberfläche unter Verwendung der Energien und Wellenfunktionen aus früheren Berechnungen bestimmt. Es ist bekannt, daß Systeme mit Inversionssymmetrie keine Antwort bei der doppelter Frequenz abgeben (kein SHG-Tensor in der elektrische Dipolübergangsnäherung). Andererseits, kann eine an der Oberfläche gebrochene Inversionssymmetrie eine Quelle der SHG-Antwort eines zentralsymmetrischen NiO-Kristalls sein. Wir unterstützen diese Erklärungsmöglichkeit, indem wir die SHG-Intensität als Funktion der Photonenergie bei unterschiedlichen Konfigurationen von Lichtquelle und Detektor berechnen und diese mit den vorhandenen experimentellen Daten vergleichen. Zusätzlich werden die Beiträge aller beteiligten elektronischen Übergange zu den nicht-linearen Suszeptibilitäts-tensoren (XXZ=XZX), (YYZ=YZY), (ZXX), und (ZYY) gezeigt. Wir merken an, dass es für die optische Spinmanipulation wichtig ist, die Spinbahnkopplung in die elektronische Theorie einzubeziehen. Die Spinbahnkopplung Effekte führen zur Aufspaltung der angeregten d-d-Zustände. Diese Feinstrukturen der tiefliegenden Anregung für den NiO-Festkörper und die NiO(001)-Oberfläche bilden einen wesentlichen Teil unserer Arbeit und sind zum ersten Mal berechnet worden.,Using ab initio quantum chemistry calculations, the small (NiO5)8- and (NiO6)10- clusters were embedded in a set of point charges to model the NiO(001) surface and bulk NiO, respectively. Starting from the unrestricted Hartree-Fock (UHF) level of theory, we calculate ground-state properties to provide some insight of electronic structure and excitation. We estimate the excitation energies and oscillator strengths using the single excitation configuration interaction (CIS) technique. We then demonstrate the electron correlation effects on the d-d transitions at several levels of ab initio correlated theory such as CI calculation with all double substitutions (CID) and CI calculation with all single and double substitutions (CISD). Our main method, the quadratic configuration interaction with all single, double, and triple substitutions (QCISD(T)) approach, more fully includes electronic correlation effects by building the configuration space of many-body wave functions as a combination of excitations. On the second stage of our work, the non-linear optical properties of the NiO(001) surface are computed by using the energies and wave functions from the former calculations. It is well known that the systems with inversion symmetry yield no response on the double frequency (no SHG tensor within the electric dipole transition approximation). However, the inversion symmetry breaking on the surface can be a source of SHG response from centrosymmetric NiO crystal. We advocate this possibility by computing the SHG intensity as a function of photon energy at different configurations of the light source and detector, and compare this with available experimental data. In addition, the contributions of each involved electronic transition to the (XXZ=XZX), (YYZ=YZY), (ZXX), and (ZYY) non-linear susceptibility tensor are shown. We note that, for the optical spin manipulation, it is important to include spin-orbit coupling in the electronic theory, which results in the splitting of the d-d excited states. These fine structures of low-lying excitations for both bulk NiO and the NiO(001) surface form an essential part of our work and have been obtained for the first time.,
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