Entwicklung und Charakterisierung von Gassterilisationsprozessen am Beispiel der Oberfl��chensterilisation mittels Wasserstoffperoxid und Ethylenoxid

Bei der Auswahl einer Sterilisationsmethode stehen, gem���� den Vorgaben des Europ��ischen Arzneibuches, die Sterilisation mittels Hitze (Dampf bzw. Hei��luft) oder ionisierender Strahlung im Vordergrund. Diese so genannten Referenzverfahren verf��gen neben einem breiten Wirkungsspektrum ��ber eine hohe Effektivit��t und zeichnen sich durch eine gute Reproduzierbarkeit aus. H��ufig jedoch verbieten die physikalisch ��� chemischen Eigenschaften des zu sterilisierenden Gutes eine Anwendung der Referenzverfahren. In derartigen F��llen muss nach geeigneten Alternativverfahren gesucht werden, will man eine aseptische Herstellung vermeiden. Besonders bei thermolabilen G��tern hat sich der Einsatz von gasf��rmigen Agenzien mit keimt��tender Wirkung bew��hrt. Bei entsprechenden Rahmenbedingungen ist hier eine Sterilisation unterhalb der Raumtemperatur m��glich. Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendbarkeit der Ethylenoxidsterilisation bzw. der Sterilisation mittels gasf��rmigen Wasserstoffperoxids (Vapour Phase Hydrogen Peroxide) auf verschiedene Materialoberfl��chen am Beispiel zweier aktueller Anwendungen aus der pharmazeutischen Industrie. Dabei werden die Vor- und Nachteile der beiden Verfahren aufgezeigt und in Relation zu den Referenzverfahren gestellt. Im Rahmen der abschlie��enden mikrobiologischen Leistungsbeurteilung beider Verfahren werden verschiedene methodische Ans��tze, wie Halbzyklus und Fraction Negative Analysis zur Anwendung gebracht und bewertet.

Entwicklung einer Anordnung zur Nutzung von Massenschwerebewegungen beim Quarzitabbau im Rheinischen Schiefergebirge

Die (Wieder-)Nutzung auf Schwerkraft basierender F��rdertechniken, die insbesondere durch das niedrige Energiepreisniveau in den Jahrzehnten nach dem 2. Weltkrieg in der Tagebautechnik nahezu vollst��ndig verdr��ngt wurden, ist bei den heutigen wirtschaftlichen Randbedingungen und anzustrebenden ��kologischen Standards eine Herausforderung f��r die bergbautreibende Industrie. Seit Aufnahme der Entwicklung des F��rderkonzeptes ��� Gef��hrte Versturztechnik ��� Mitte der 1990er Jahre haben sich die Kosten f��r Roh��l vor Steuern nach dem Tiefstand um das Jahr 1998 bis heute mehr als verdreifacht, alleine seit 2004 mehr als verdoppelt. Gesetzliche Regelwerke wie die europ��ische IVU-Richtlinie 96/61/EG zur ���integrierten Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung��� fordern, Genehmigungen nur noch bei Einsatz der besten verf��gbaren Techniken (BVT oder BAT: ���best available techniques���) zu erteilen. Die Umsetzung in nationale Vorschriften wie das Bundes-Immissionsschutzgesetz und nachgeordnete Regelwerke fordern hierauf aufbauend, dass Umweltbelastungen nicht in andere Medien verlagert werden d��rfen. Die Anordnung einer Versturzrinne zur Nutzung von Massenschwerebewegungen am Beispiel von Quarzitabbau im Rheinischen Schiefergebirge bei denen die F��rderbezugsebene unterhalb der Strossen liegt, die zur sichern und selektiven Gewinnung des Rohstoffs aufgefahren werden m��ssen, erf��llt durch R��ckgriff auf ein vermeintlich ���archaisches��� F��rderkonzept durch Nutzung der Schwerkraft die obigen Anforderungen. Offenkundige Umweltbelastungen, die alleine durch die Verbrennung von Dieselkraftstoff und hieraus resultierender Schadstoff- und W��rmeeintr��ge in die Luft beim verbreiteten Einsatz von SLKW zur Abw��rtsf��rderung entstehen, k��nnen erheblich vermindert werden. Der Aspekt der Betriebssicherheit einer solchen Anordnung kann durch Auffahren eines geradlinigen Bauwerks mit an das F��rdergut angepassten Dimensionen sowie Einrichtungen zur Beschr��nkung der kinetischen Energie erreicht werden. Diese stellen auch gleichzeitig sicher, dass die Zerkleinerung des durch die Versturzrinne abw��rts transportierten Materials betrieblich zul��ssige Grenzen nicht ��berschreitet. Hierf��r kann auf das umfangreiche Wissen zu Massenschwerebewegungen R��ckgriff genommen werden. Dem Aspekt des Umweltschutzes, der sich in Bezug auf das Medium Luft auf den autochtonen Staub reduziert, kann durch Vorrichtungen zur Staubniederschlagung Rechnung getragen werden. Vertiefende Untersuchungen sind erforderlich, um die mit komplexen, aber erprobten Techniken arbeitende Tagebauindustrie auch in dicht besiedelten Regionen wieder an die Nutzung von Schwerkraft (-gest��tzten) F��rdertechniken heranzuf��hren. Auch das Konzept ��� Gef��hrte Versturztechnik ��� ist auf konkrete Anwendungsf��lle hin in Details anzupassen.

Zur Geschichte des "Anilinblasenkrebses" bei Farbenarbeitern am Beispiel der Farbwerke Hoechst

Durch die Entwicklung der chemischen Industrie im 19. Jahrhundert traten v��llig neue medizinische Probleme auf. 1895 postulierte Dr. Ludwig Rehn, ein Chirurg am St��dtischen Krankenhaus in Frankfurt am Main, auf dem Chirurgenkongre�� erstmals einen Zusammenhang zwischen dem Blasenkarzinom und seinem geh��uften Auftreten bei Arbeitern der organisch-chemischen Farbenfabriken. Er hatte bemerkt, da�� er in relativ kurzer Zeit einige Patienten mit Blasenkrebs operiert hatte, die auff��lligerweise alle in derselben Fabrik arbeiteten. Da diese Krankheit sehr selten war, versuchte er in Zusammenarbeit mit Heinrich Paul Schwerin das Ph��nomen zu ergr��nden. Einerseits mu��te die sch��dliche Substanz selbst genau identifiziert werden, andererseits die Kanzerogenese aufgekl��rt sowie eine Therapie gefunden bzw. prophylaktische Ma��nahmen eingeleitet werden. Wie auch heute bei vielen neuen Entdeckungen dauerte es Jahrzehnte, bis ��rzte diese These anerkannten. Besonders starke Anfeindung erfuhr Ludwig Rehn von Fabrik��rzten aufgrund ihrer Verpflichtung f��r das Wohlergehen der Arbeiter und ihrer Abh��ngigkeit von der wirtschaftlichen Prosperit��t der Fabriken, z. B. von Friedrich Wilhelm Grandhomme. Es ergab sich die bis heute bestehende Schwierigkeit, zwischen den W��nschen der produzierenden, arbeitspl��tzeschaffenden Industrie und dem Schutz der Arbeitnehmer und der Umwelt einen Konsens herzustellen. Die Probleme Therapie und Prophylaxe sowie Identifikation aller Blasenkrebs verursachenden Substanzen sind auch im 21. Jahrhundert noch nicht v��llig gekl��rt.

Anwendung der geoelektrischen 3D-Tomographie f��r die Analyse thermisch induzierter Str��mungen im Labor

Sowohl in der Natur als auch in der Industrie existieren thermisch induzierte Str��mungen. Von Interesse f��r diese Forschungsarbeit sind dabei die Konvektionen im Erdmantel sowie in den Glasschmelzwannen. Der dort stattfindende Materialtransport resultiert aus Unterschieden in der Dichte, der Temperatur und der chemischen Konzentration innerhalb des konvektierenden Materials. Um das Verst��ndnis f��r die ablaufenden Prozesse zu verbessern, werden von zahlreichen Forschergruppen numerische Modellierungen durchgef��hrt. Die Verifikation der daf��r verwendeten Algorithmen erfolgt meist ��ber die Analyse von Laborexperimenten. Im Vordergrund dieser Forschungsarbeit steht die Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der dreidimensionalen Temperaturverteilung f��r die Untersuchung von thermisch induzierten Str��mungen in einem Versuchsbecken. Eine direkte Temperaturmessung im Inneren des Versuchsmaterials bzw. der Glasschmelze beeinflusst allerdings das Str��mungsverhalten. Deshalb wird die geodynamisch st��rungsfrei arbeitende Impedanztomographie verwendet. Die Grundlage dieser Methode bildet der erweiterte Arrhenius-Zusammenhang zwischen Temperatur und spezifischer elektrischer Leitf��higkeit. W��hrend der Laborexperimente wird ein z��hfl��ssiges Polyethylenglykol-Wasser-Gemisch in einem Becken von unten her erhitzt. Die auf diese Weise generierten Str��mungen stellen unter Ber��cksichtigung der Skalierung ein Analogon sowohl zu dem Erdmantel als auch zu den Schmelzwannen dar. ��ber mehrere Elektroden, die an den Beckenw��nden installiert sind, erfolgen die geoelektrischen Messungen. Nach der sich anschlie��enden dreidimensionalen Inversion der elektrischen Widerst��nde liegt das Modell mit der Verteilung der spezifischen elektrischen Leitf��higkeit im Inneren des Versuchsbeckens vor. Diese wird mittels der erweiterten Arrhenius-Formel in eine Temperaturverteilung umgerechnet. Zum Nachweis der Eignung dieser Methode f��r die nichtinvasive Bestimmung der dreidimensionalen Temperaturverteilung wurden mittels mehrerer Thermoelemente an den Beckenw��nden zus��tzlich direkte Temperaturmessungen durchgef��hrt und die Werte miteinander verglichen. Im Wesentlichen sind die Innentemperaturen gut rekonstruierbar, wobei die erreichte Messgenauigkeit von der r��umlichen und zeitlichen Aufl��sung der Gleichstromgeoelektrik abh��ngt.

Entwicklung eines Tests zur Abl��sung von Tierversuchen beim Nachweis von Pertussis-Toxin

Weltweit existiert keine zum Tierversuch alternative Methode, um adsorbierte Pertussis-Impfstoffe auf restliche Toxin-Aktivit��t hin zu untersuchen. Der im Europ��ischen Arzneibuch vorgeschriebene Tierversuch besitzt nach Erfahrungen der Industrie, internationaler Pr��fbeh��rden sowie des Paul-Ehrlich-Institutes eine schlechte Aussagekraft. Er ist wenig standardisierbar und weist h��ufig ein zweifelhaftes Ergebnis auf, so dass Wiederholungen und damit einhergehend ein hoher Verbrauch an Versuchstieren unumg��nglich sind. Enth��lt der Impfstoff Reste von nicht-inaktiviertem Pertussis-Toxin (PTx), muss mit schweren und schwersten Nebenwirkungen bei den Impflingen gerechnet werden. In dieser Arbeit wurde ein In vitro-Nachweis f��r aktives PTx entwickelt. rnAngeregt durch Publikationen, wonach Pertussis-Toxin humane Monozyten aktiviert, wurde zun��chst versucht, diesen Effekt zum Toxin-Nachweis auszunutzen. Die vorliegende Arbeit zeigt jedoch eindeutig, dass Pertussis-Toxin selbst nicht zur Stimulation humaner Monozyten f��hrt. Vielmehr konnte nachgewiesen werden, dass die Aktivierung dieser Immunzellen auf Kontaminationen durch Lipopolysaccharide zur��ckzuf��hren ist. Damit wurden die Aussagen in den oben erw��hnten Ver��ffentlichungen widerlegt. Dieses Ergebnis wurde bereits zur Publikation eingereicht.rnNunmehr wurden verschiedene Ans��tze zum Nachweis von Pertussis-Toxin entwickelt, welche seine enzymatischen Aktivit��ten als NAD-Glycohydrolase und ADP-Ribosyltransferase ausnutzen. Zun��chst wurde versucht, die Hydrolyse von NAD zu ADP-Ribose und Nicotinamid photometrisch nachzuweisen. Wegen unbefriedigender Sensitivit��t wurde dieses Verfahren zu einem fluorometrischen Nachweis weiterentwickelt. Verwendet wurde hier fluorogenes etheno-NAD, welches von Pertussis-Toxin als Substrat akzeptiert wird. Letzteres Prinzip ist zum In vitro-Nachweis von Pertussis-Toxin geeignet, wird jedoch durch das in Impfstoffen h��ufig verwendete Adsorbens Aluminiumhydroxid gest��rt. Deshalb wurde dieser Ansatz aufgegeben und ein neuer Weg verfolgt, welcher am Energiestoffwechsel von humanen Zellen ansetzt. Eine Konsequenz des Angriffs von Pertussis-Toxin auf seine Zielzellen im Respirationstrakt besteht ��� nach komplexen Reaktionen des Signaltransduktionsweges ��� im Absenken des ATP-Gehaltes. Als menschliche Surrogat-Zellen wurden frisch isolierte periphere mononukle��re Zellen (PBMCs) sowie die permanente Lymphozyten-Zelllinie Jurkat eingesetzt und deren ATP-Gehalt mittels Luziferin-Luziferase-Lumineszenz gemessen. Der Test wird nicht durch Lipopolysaccharid gest��rt und auch Aluminiumhydroxid ��bt erst nach mehreren Stunden Inkubation einen interferierenden Einfluss aus. Ebenso konnte aktives Pertussis-Toxin mit Hilfe kryokonservierter PBMCs detektiert werden, auch in orientierenden Versuchen mit komplexen Impfstoffen. Der Pertussis-ATP-Test kommt der In vivo-Situation in der Zelle sehr nahe, weil beide Untereinheiten des Toxins in einem Test ��berpr��ft werden. Demnach soll er Bestandteil einer geplanten internationalen Studie zu alternativen Pertussis-Toxin-Testungen sein.

Strategisches TV-Management: Erl��sdiversifizierung privater deutscher Free-TV-Unternehmen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erl��sdiversifizierung privater deutscher Free-TV-Unternehmen. Im Zentrum stehen dabei die Entwicklung eines Nutzwerttheo-rie-basierten Modells zur Bestimmung attraktiver Diversifikationsfelder und dessen empirische ��berpr��fung. Zur Modellbildung werden sowohl der market-based als auch der resource-based View des strategischen Managements ber��cksichtigt und methodisch integriert. Zun��chst werden anhand von Fallstudien der Mediengruppe RTL Deutsch-land und der ProSiebenSat.1 Media AG der strategische Optionsraum bestehend aus 15 Diversifizierungsm��rkten identifiziert und die Kernressourcen deutscher Free-TV-Unternehmen untersucht. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird das soge-nannte COAT-Diversifizierungsmodell als Rahmenmodell f��r die Planung und Bewer-tung von Diversifizierungsstrategien entworfen (COAT = Online Content Distribution, Offline Activities und Add-On Services/ Transaction TV). Durch eine ausf��hrliche Be-fragung von 26 hochrangigen Managern, Senderchefs und Branchenbeobachtern der deutschen TV-Industrie wird das entworfene Modell ��berpr��ft und die Attraktivit��t der identifizierten Diversifizierungsm��rkte ermittelt. Im Zentrum des Modells und der Ex-pertenbefragung steht die Durchf��hrung einer Nutzwertanalyse, anhand derer zum einen die Marktattraktivit��t der verschiedenen Diversifizierungsm��rkte ermittelt wird (market-based View), und zum anderen die Bedeutung der Kernressourcen eines Free-TV-Unternehmens in den verschiedenen Diversifizierungsm��rkten untersucht wird (ressour-ce-based View). Hierzu werden f��r beide Dimensionen entsprechende Subkriterien de-finiert und eine Nutzwertbewertung f��r jedes Kriterium in jedem der 15 M��rkte vorge-nommen. Aus den ermittelten Teilnutzwerten k��nnen f��r jeden untersuchten Markt ein ��bergreifender marktorientierter Nutzwert NM und ein ressourcenorienterter Nutzwert NR ermittelt werden. Im Resultat l��sst sich ein Nutzwert-Portfolio aufspannen, in dem die 15 Diversifizierungsm��rkte entsprechend ihrer ressourcen- und marktorientierten Nutzwertkombinationen in vier Gruppen kategorisiert werden: Diversifizierungsm��rkte mit 1) sehr hoher Attraktivit��t, 2) hoher Marktchance, 3) hoher Opportunit��t oder rn4) geringer Attraktivit��t. Abschlie��end werden erste Normstrategien f��r die einzelnen Diversifizierungskategorien abgeleitet und die Eignung des COAT-Diversifizierungs-modells f��r die strategische Planung analysiert.rn

Interactions of inhaled nanoparticles with the alveolar-capillary barrier of the human respiratory tract

In dieser Arbeit wurden zytotoxische Effekte sowie die inflammatorische Reaktionen des distalen respiratorischen Traktes nach Nanopartikelexposition untersucht. Besondere Aufmerksamkeit lag auch auf der Untersuchung unterschiedlicher zellul��rer Aufnahmewege von Nanopartikeln wie z.B. Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose oder auch Clathrin- und Caveolae-unabh��ngige Endozytose (mit m��glicher Beteiligung von Flotillinen). Drei unterschiedliche Nanopartikel wurden hierbei gew��hlt: amorphes Silica (aSNP), Organosiloxan (AmorSil) und Poly(ethyleneimin) (PEI). Alle unterschiedlichen Materialien gewinnen zunehmend an Interesse f��r biomedizinische Forschungsrichtungen (drug and gene delivery). Insbesondere finden aSNPs auch in der Industrie vermehrt Anwendung, und stellen somit ein ernstzunehmendes Gesundheitsrisiko dar. Dieser wird dadurch zu einem begehrten Angriffsziel f��r pharmazeutische Verabreichungen von Medikamenten ��ber Nanopartikel als Vehikel aber bietet zugleich auch eine Angriffsfl��che f��r gesundheitssch��dliche Nanomaterialien. Aus diesem Grund sollten die gesundheitssch��digenden Risiken, sowie das Schicksal von zellul��r aufgenommenen NPs sorgf��ltig untersucht werden. In vivo Studien an der alveolaren-kapillaren Barriere sind recht umst��ndlich. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit ein Kokulturmodel benutzt, dass die Alveolar-Kapillare Barrier in vivo nachstellt. Das Model besteht aus dem humanen Lungenepithelzelltyp (z.B. NCI H441) und einem humanen microvascul��ren Endothelzelltyp (z.B. ISO-HAS-1), die auf entgegengesetzten Seiten eines Transwell-Filters ausges��t werden und eine dichte Barriere ausbilden. Die NP Interaktion mit Zellen in Kokultur wurde mit denen in konventioneller Monokultur verglichen, in der Zellen 24h vor dem Experiment ausges��t werden. Diese Studie zeigt, dass nicht nur die polarisierte Eigenschaft der Zellen in Kokultur sondern auch die unmittelbare N��he von Epithel und Endothelzelle ausschlaggebend f��r durch aSNPs verursachte Effekte ist. Im Hinblick auf inflammatorische Marker (sICAM, IL-6, IL8-Aussch��ttung), reagiert die Kokultur auf aSNPs empfindlicher als die konventionelle Monokultur, wohingegen die Epithelzellen in der Kokultur auf zytotoxikologischer Ebene (LDH-Aussch��ttung) unempfindlicher auf aSNPs reagierten als die Zellen in Monokultur. Aufnahmestudien haben gezeigt, dass die Epithelzellen in Kokultur entschieden weniger NPs aufnehmen. Somit zeigen die H441 in der Kokultur ��hnliche epitheliale Eigenschaften einer sch��tzenden Barriere, wie sie auch in vivo zu finden sind. Obwohl eine ausreichende Aufnahme von NPs in H441 in Kokultur erreicht werden konnte, konnte ein Transport von NPs durch die epitheliale Schicht und eine Aufnahme in die endotheliale Schicht mit den gew��hlten Inkubationszeiten nicht gezeigt werden. Eine Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose von NPs konnte mittels Immunfluoreszenz weder in der Mono- noch in der Kokultur nachgewiesen werden. Jedoch zeigte sich eine Akkumulation von NPs in Flotillin-1 und-2 enthaltende Vesikel in Epithelzellen aus beiden Kultursystemen. Ergebnisse mit Flotillin-inhibierten (siRNA) Epithelzellen, zeigten eine deutlich geringere Aufnahme von aSNPs. Zudem zeigte sich eine eine reduzierte Viabilit��t (MTS) von aSNP-behandelten Zellen. Dies deutet auf eine Beteiligung von Flotillinen an unbekannten (Clathrin oder Caveolae -unabh��ngig) Endozytosemechanismen und (oder) endosomaler Speicherung. Zusammenfassend waren die Aufnahmemechanismen f��r alle untesuchten NPs in konventioneller Monokultur und Kokultur vergleichbar, obwohl sich die Barriereeigenschaften deutlich unterscheiden. Diese Arbeit zeigt deutlich, dass sich die Zellen in Kokultur anders verhalten. Die Zellen erreichen hierbei einen h��heren Differenzierungsgrad und eine Zellkommunikation mit anderen relevanten Zelltypen wird erm��glicht. Durch das Einbringen eines dritten relevanten Zelltyps in die Kokultur, des Alveolarmakrophagen (Zelllinie THP-1), welcher die erste Verteidigungsfront im Alveolus bildet, wird diese Aussage weiter bekr��ftigt. Erste Versuche haben gezeigt, dass die Triplekultur bez��glich ihrer Barriereeigenschaften und IL-8-Aussch��ttung sensitiver auf z.B. TNF-��� oder LPS-Stimulation reagiert als die Kokultur. Verglichen mit konventionellen Monokulturen imitieren gut ausgebildete, multizellur��re Kokulturmodelle viel pr��ziser das zellul��re Zusammenspiel im K��rper. Darum liefern Nanopartikelinteraktionen mit dem in vitro-Triplekulturmodel aufschlussreichere Ergebnisse bez��glich umweltbedingter oder pharmazeutischer NP-Exposition in der distalen Lung als es uns bisher m��glich war.

HCl gas gettering of 3d transition metals for crystalline silicon solar cell concepts

In order to reduce the costs of crystalline silicon solar cells, low-cost silicon materials like upgraded metallurgical grade (UMG) silicon are investigated for the application in the photovoltaic (PV) industry. Conventional high-purity silicon is made by cost-intensive methods, based on the so-called Siemens process, which uses the reaction to form chlorosilanes and subsequent several distillation steps before the deposition of high-purity silicon on slim high-purity silicon rods. UMG silicon in contrast is gained from metallurgical silicon by a rather inexpensive physicochemical purification (e.g., acid leaching and/or segregation). However, this type of silicon usually contains much higher concentrations of impurities, especially 3d transition metals like Ti, Fe, and Cu. These metals are extremely detrimental in the electrically active part of silicon solar cells, as they form recombination centers for charge carriers in the silicon band gap. This is why simple purification techniques like gettering, which can be applied between or during solar cell process steps, will play an important role for such low-cost silicon materials. Gettering in general describes a process, whereby impurities are moved to a place or turned into a state, where they are less detrimental to the solar cell. Hydrogen chloride (HCl) gas gettering in particular is a promising simple and cheap gettering technique, which is based on the reaction of HCl gas with transition metals to form volatile metal chloride species at high temperatures.rnThe aim of this thesis was to find the optimum process parameters for HCl gas gettering of 3d transition metals in low-cost silicon to improve the cell efficiency of solar cells for two different cell concepts, the standard wafer cell concept and the epitaxial wafer equivalent (EpiWE) cell concept. Whereas the former is based on a wafer which is the electrically active part of the solar cell, the latter uses an electrically inactive low-cost silicon substrate with an active layer of epitaxially grown silicon on top. Low-cost silicon materials with different impurity grades were used for HCl gas gettering experiments with the variation of process parameters like the temperature, the gettering time, and the HCl gas concentration. Subsequently, the multicrystalline silicon neighboring wafers with and without gettering were compared by element analysis techniques like neutron activation analysis (NAA). It was demonstrated that HCl gas gettering is an effective purification technique for silicon wafers, which is able to reduce some 3d transition metal concentrations by over 90%. Solar cells were processed for both concepts which could demonstrate a significant increase of the solar cell efficiency by HCl gas gettering. The efficiency of EpiWE cells could be increased by HCl gas gettering by approximately 25% relative to cells without gettering. First process simulations were performed based on a simple model for HCl gas gettering processes, which could be used to make qualitative predictions.

Development of a system measuring adhesion forces in powder collectives

Fine powders commonly have poor flowability and dispersibility due to interparticle adhesion that leads to formation of agglomerates. Knowing about adhesion in particle collectives is indispensable to gain a deeper fundamental understanding of particle behavior in powders. Especially in pharmaceutical industry a control of adhesion forces in powders is mandatory to improve the performance of inhalation products. Typically the size of inhalable particles is in the range of 1 - 5 ��m. In this thesis, a new method was developed to measure adhesion forces of particles as an alternative to the established colloidal probe and centrifuge technique, which are both experimentally demanding, time consuming and of limited practical applicability. The new method is based on detachment of individual particles from a surface due to their inertia. The required acceleration in the order of 500 000 g is provided by a Hopkinson bar shock excitation system and measured via laser vibrometry. Particle detachment events are detected on-line by optical video microscopy. Subsequent automated data evaluation allows obtaining a statistical distribution of particle adhesion forces. To validate the new method, adhesion forces for ensembles of single polystyrene and silica microspheres on a polystyrene coated steel surface were measured under ambient conditions. It was possible to investigate more than 150 individual particles in one experiment and obtain adhesion values of particles in a diameter range of 3 - 13 ��m. This enables a statistical evaluation while measuring effort and time are considerably lower compared to the established techniques. Measured adhesion forces of smaller particles agreed well with values from colloidal probe measurements and theoretical predictions. However, for the larger particles a stronger increase of adhesion with diameter was observed. This discrepancy might be induced by surface roughness and heterogeneity that influence small and large particles differently. By measuring adhesion forces of corrugated dextran particles with sizes down to 2 ��m it was demonstrated that the Hopkinson bar method can be used to characterize more complex sample systems as well. Thus, the new device will be applicable to study a broad variety of different particle-surface combinations on a routine basis, including strongly cohesive powders like pharmaceutical drugs for inhalation.

Impact of anthropogenic stressors on the population genetics of the common bioindicator Dreissena polymorpha (Pallas, 1771)

Toxicant inputs from agriculture, industry and human settlements have been shown to severely affect freshwater ecosystems. Pollution can lead to changes in population genetic patterns through various genetic and stochastic processes. In my thesis, I investigated the impact of anthropogenic stressors on the population genetics of the zebra mussel Dreissena polymorpha. In order to analyze the genetics of zebra mussel populations, I isolated five new highly polymorphic microsatellite loci. Out of those and other already existing microsatellite markers for this species, I established a robust marker set of six microsatellite loci for D. polymorpha. rnMonitoring the biogeographical background is an important requirement when integrating population genetic measures into ecotoxicological studies. I analyzed the biogeographical background of eleven populations in a section of the River Danube (in Hungary and Croatia) and some of its tributaries, and another population in the River Rhine as genetic outgroup. Moreover, I measured abiotic water parameters at the sampling sites and analyzed if they were correlated with the genetic parameters of the populations. The genetic differentiation was basically consistent with the overall biogeographical history of the populations in the study region. However, the genetic diversity of the populations was not influenced by the geographical distance between the populations, but by the environmental factors oxygen and temperature and also by other unidentified factors. I found strong evidence that genetic adaptation of zebra mussel populations to local habitat conditions had influenced the genetic constitution of the populations. Moreover, by establishing the biogeographical baseline of molecular variance in the study area, I laid the foundation for interpreting population genetic results in ecotoxicological experiments in this region.rnIn a cooperation project with the Department of Zoology of the University of Zagreb, I elaborated an integrated approach in biomonitoring with D. polymorpha by combining the analysis techniques of microsatellite analysis, Comet assay and micronucleus test (MNT). This approach was applied in a case study on freshwater contamination by an effluent of a wastewater treatment plant (WWTP) in the River Drava (Croatia) and a complementary laboratory experiment. I assessed and compared the genetic status of two zebra mussel populations from a contaminated and a reference site. Microsatellite analysis suggested that the contaminated population had undergone a genetic bottleneck, caused by random genetic drift and selection, whereas a bottleneck was not detected in the reference population. The Comet assay did not indicate any difference in DNA damage between the two populations, but MNT revealed that the contaminated population had an increased percentage of micronuclei in hemocytes in comparison to the reference population. The laboratory experiment with mussels exposed to municipal wastewater revealed that mussels from the contaminated site had a lower percentage of tail DNA and a higher percentage of micronuclei than the reference population. These differences between populations were probably caused by an overall decreased fitness of mussels from the contaminated site due to genetic drift and by an enhanced DNA repair mechanism due to adaptation to pollution in the source habitat. Overall, the combination of the three biomarkers provided sufficient information on the impact of both treated and non-treated municipal wastewater on the genetics of zebra mussels at different levels of biological organization.rnIn my thesis, I could show that the newly established marker set of six microsatellite loci provided reliable and informative data for population genetic analyses of D. polymorpha. The adaptation of the analyzed zebra mussel populations to the local conditions of their habitat had a strong influence on their genetic constitution. We found evidence that the different genetic constitutions of two populations had influenced the outcome of our ecotoxicological experiment. Overall, the integrated approach in biomonitoring gave comprehensive information about the impact of both treated and non-treated municipal wastewater on the genetics of zebra mussels at different levels of biological organization and was well practicable in a first case study.