Mechanosensitivity of astrocytes on optimized polyacrylamide gels analyzed by quantitative morphometry

Cells are able to detect and respond to mechanical cues from their environment. Previous studies have investigated this mechanosensitivity on various cell types, including neural cells such as astrocytes. In this study, we have carefully optimized polyacrylamide gels, commonly used as compliant growth substrates, considering their homogeneity in surface topography, mechanical properties, and coating density, and identified several potential pitfalls for the purpose of mechanosensitivity studies. The resulting astrocyte response to growth on substrates with shear storage moduli of G` = 100 Pa and G` = 10 kPa was then evaluated as a function of coating density of poly-D-lysine using quantitative morphometric analysis. Astrocytes cultured on stiff substrates showed significantly increased perimeter, area, diameter, elongation, number of extremities and overall complexity if compared to those cultured on compliant substrates. A statistically significant difference in the overall morphological score was confirmed with an artificial intelligence-based shape analysis. The dependence of the cells` morphology on PDL coating density seemed to be weak compared to the effect of the substrate stiffness and was slightly biphasic, with a maximum at 10-100 mu g ml(-1) PDL concentration. Our finding suggests that the compliance of the surrounding tissue in vivo may influence astrocyte morphology and behavior.

Eldningsresultat för pellets med tillsats av magnesium

Vid förbränning av biobränslen såsom träpellets bildas partiklar som orsakar avsättningar på ytor i pannans konvektionsparti. Det som leder till försämrad effektivitet och kräver sotning. Dessutom sker utsläpp av partiklar till uteluften som kan ge hälsoeffekter. Vid förbränning kan alkalimetaller, som till exempel kalium, frigöras från bränslet och de kan bilda klibbiga avsättningar tillsammans med klor, svavel eller kisel, som i sin tur samlar in mer partiklar och det bygger på avsättningar i konvektionspartiet. Det förväntas att magnesi-um reagerar (huvudsakligen med klor, svavel och kisel) så att sammansättningar med högre smältpunkter erhålls, vilket kan minska avsättningar i konvektionspartiet. Karlstads Universitet har producerat tre olika typer av träpellets; en referenspellet utan tillsat-ser, en pellet med magnesiumoxid (MgO) och en pellet med magnesiumhydroxid (Mg(OH)2). Kortare eldningsprov med de olika bränslena har genomförts i en 20 kW pelletspanna och uppkomna avsättningar i konvektionspartiet och emissioner har registreras. Avsättningarna i konvektionspartiet kvantifierades med en gravimetrisk metod och analyserades med SEM, vilket gör det möjligt att se vilka grundämnen som förekommer i avsättningarna. Gasformiga emissioner som CO, NO och TOC registrerades liksom partikelutsläpp. Motsvarande försök gjordes också med en kommersiellt tillverkad pellet. Tillsats av MgO och Mg(OH)2 ökade mängden flygaska och partikelutsläpp (PM 2,5). Massan av fasta beläggningar i konvektionspartiet ökade också jämfört med referenspellets utan dessa tillsatser. Dessutom bildades stora mängder flygaska i fallen med magnesiumtillsats. Att tillsatserna bildade flygaska kan förklaras av den normalt mycket låga askhalten i träpel-lets och därmed är också halten av alkalimetaller låg jämfört med pellets som tillverkas av spannmål. Magnesiumtillsatsen syftar till att reagera med alkalimetaller och bilda föreningar med så hög smältpunkt att de inte fastnar i pannans konvektionsparti. Troligen är magnesium-tillsatsen för hög jämfört med mängden alkali i pelletsen. Från SEM-analysen kan man se att mängden kalium minskar med magnesiumtillsatserna och det verkar som att principen fungerar. Dock hamnade stora mängder flygaska med hög andel magnesium i konvektionspartiet (lös flygaska har avlägsnats före den gravimetriska mätning-en och före SEM-analysen av substraten). Detta kan ha förhindrat substraten från att få högre andel fasta avsättningar från bland annat kalium och klor under denna korta mätperiod som genomfördes. Det kan dock inte uteslutas att de minskade avsättningarna av kalium och klor berodde på just tillsatsen av magnesium.

A Gradient-Type Method For Real-Time State Estimation Of Water Distribution Networks

Drinking water distribution networks risk exposure to malicious or accidental contamination. Several levels of responses are conceivable. One of them consists to install a sensor network to monitor the system on real time. Once a contamination has been detected, this is also important to take appropriate counter-measures. In the SMaRT-OnlineWDN project, this relies on modeling to predict both hydraulics and water quality. An online model use makes identification of the contaminant source and simulation of the contaminated area possible. The objective of this paper is to present SMaRT-OnlineWDN experience and research results for hydraulic state estimation with sampling frequency of few minutes. A least squares problem with bound constraints is formulated to adjust demand class coefficient to best fit the observed values at a given time. The criterion is a Huber function to limit the influence of outliers. A Tikhonov regularization is introduced for consideration of prior information on the parameter vector. Then the Levenberg-Marquardt algorithm is applied that use derivative information for limiting the number of iterations. Confidence intervals for the state prediction are also given. The results are presented and discussed on real networks in France and Germany.

Cinematografando o consumo :as narrativas e práticas culturais dos clientes de videolocadoras de Natal (RN)

The present work is an exercise of analysis of cultural practices related to movie consume by the clients of video rental stores in Natal city (Rio Grande do Norte, Brazil). With sociology of practice as support, especially that one which develops from the seminal works of Anthony Giddens and Pierre Bourdieu, we have searched, from the apprehension of the narratives build up by these actors from the movies they attend, to point the way they build exercises of reflexivity and creativity in the reception of works commonly identified as products of the so called mass culture . This path allows us, in the steps of Nestor Garcia Canclini, researcher in reception within Latin-American context, create and, somehow confirm the hypothesis that consume is also useful for thinking . In order to get to this result, we have carried out a camp research that used instruments and techniques both quantitative and qualitative. After the data analysis we came to the conclusion that consume of movies taken as commercial type and as not very noble in the environment of cultural production, also impels exercises of creativity and social reflexivity

Towards global consensus on outcome measures for atopic eczema research: results of the HOME II meeting

The use of nonstandardized and inadequately validated outcome measures in atopic eczema trials is a major obstacle to practising evidence-based dermatology. The Harmonising Outcome Measures for Eczema (HOME) initiative is an international multiprofessional group dedicated to atopic eczema outcomes research. In June 2011, the HOME initiative conducted a consensus study involving 43 individuals from 10 countries, representing different stakeholders (patients, clinicians, methodologists, pharmaceutical industry) to determine core outcome domains for atopic eczema trials, to define quality criteria for atopic eczema outcome measures and to prioritize topics for atopic eczema outcomes research. Delegates were given evidence-based information, followed by structured group discussion and anonymous consensus voting. Consensus was achieved to include clinical signs, symptoms, long-term control of flares and quality of life into the core set of outcome domains for atopic eczema trials. The HOME initiative strongly recommends including and reporting these core outcome domains as primary or secondary endpoints in all future atopic eczema trials. Measures of these core outcome domains need to be valid, sensitive to change and feasible. Prioritized topics of the HOME initiative are the identification/development of the most appropriate instruments for the four core outcome domains. HOME is open to anyone with an interest in atopic eczema outcomes research.

Underlying Event measurements in pp collisions at root s=0.9 and 7 TeV with the ALICE experiment at the LHC

We present measurements of Underlying Event observables in pp collisions at root s = 0 : 9 and 7 TeV. The analysis is performed as a function of the highest charged-particle transverse momentum p(T),L-T in the event. Different regions are defined with respect to the azimuthal direction of the leading (highest transverse momentum) track: Toward, Transverse and Away. The Toward and Away regions collect the fragmentation products of the hardest partonic interaction. The Transverse region is expected to be most sensitive to the Underlying Event activity. The study is performed with charged particles above three different p(T) thresholds: 0.15, 0.5 and 1.0 GeV/c. In the Transverse region we observe an increase in the multiplicity of a factor 2-3 between the lower and higher collision energies, depending on the track p(T) threshold considered. Data are compared to PYTHIA 6.4, PYTHIA 8.1 and PHOJET. On average, all models considered underestimate the multiplicity and summed p(T) in the Transverse region by about 10-30%.

Measurement of prompt J/psi and beauty hadron production cross sections at mid-rapidity in pp collisions at root s=7 TeV

The ALICE experiment at the LHC has studied J/psi production at mid-rapidity in pp collisions at root s = 7 TeV through its electron pair decay on a data sample corresponding to an integrated luminosity L-int = 5.6 nb(-1). The fraction of J/psi from the decay of long-lived beauty hadrons was determined for J/psi candidates with transverse momentum p(t) > 1,3 GeV/c and rapidity vertical bar y vertical bar < 0.9. The cross section for prompt J/psi mesons, i.e. directly produced J/psi and prompt decays of heavier charmonium states such as the psi(2S) and chi(c) resonances, is sigma(prompt J/psi) (p(t) > 1.3 GeV/c, vertical bar y vertical bar < 0.9) = 8.3 +/- 0.8(stat.) +/- 1.1 (syst.)(-1.4)(+1.5) (syst. pol.) mu b. The cross section for the production of b-hadrons decaying to J/psi with p(t) > 1.3 GeV/c and vertical bar y vertical bar < 0.9 is a sigma(J/psi <- hB) (p(t) > 1.3 GeV/c, vertical bar y vertical bar < 0.9) = 1.46 +/- 0.38 (stat.)(-0.32)(+0.26) (syst.) mu b. The results are compared to QCD model predictions. The shape of the p(t) and y distributions of b-quarks predicted by perturbative QCD model calculations are used to extrapolate the measured cross section to derive the b (b) over bar pair total cross section and d sigma/dy at mid-rapidity.

Theophylline is able to partially revert cachexia in tumour-bearing rats

Abstract Background and aims The aim of the present investigation was to examine the anti-wasting effects of theophylline (a methylxantine present in tea leaves) on a rat model of cancer cachexia. Methods The in vitro effects of the nutraceuticals on proteolysis were examined on muscle cell cultures submitted to hyperthermia. Individual muscle weights, muscle gene expression, body composition and cardiac function were measured in rats bearing the Yoshida AH-130 ascites hepatoma, following theophylline treatment. Results Theophylline treatment inhibited proteolysis in C2C12 cell line and resulted in an anti-proteolytic effect on muscle tissue (soleus and heart), which was associated with a decrease in circulating TNF-alpha levels and with a decreased proteolytic systems gene expression. Treatment with the nutraceutical also resulted in an improvement in body composition and cardiac function. Conclusion Theophylline - alone or in combination with drugs - may be a candidate molecule for the treatment of cancer cachexia.

Schichtpräparation und Charakterisierung von Wellenleitern aus Polymeren

In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung verschiedener Präparationsparameter auf die Schichtpräparation von Polymerfilmen durch Schleuderbeschichtung untersucht. Insbesondere war der Einfluß der Konzentration bzw. Viskosität der Polymerlösungen, der Umdrehungszahl und der Präparationstemperatur auf die Schichtdicke und Schichtrauhigkeit von Interesse. Eine systematische Variation der Präparationsparameter wurde an Polystyrol/Toluol-, Polycarbonat/DMF- und Polycarbonat/Cyclohexanon-Lösungen vorgenommen. Es stellte sich heraus, daß eine Schichtpräparation beim Gebrauch des Lösungsmittels DMF erst bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur möglich wurde. Das Auftreten von Defekten in den aus höherkonzentrierten Lösungen hergestellten Schichten ist möglicherweise auf die Bildung von Gelpartikeln in den Lösungen zurückzuführen. Die Lösungsmittelauswahl spielt daher eine Schlüsselrolle bei der Präparation defektfreier Schichten. Es sollte ein Lösungsmittel verwendet werden, dessen Löslichkeitsparameter mit dem zu lösenden Polymeren idealerweise übereinstimmt und das einen hohen Siedepunkt besitzt. Falls die Schichtdicke auf einen bestimmten Wert festgelegt ist, so folgen aus den Polystyrol- und Polycarbonatergebnissen unterschiedliche Schlußfolgerungen zur Reduzierung der Rauhigkeit, die sich jedoch auf einen gemeinsamen Nenner bringen lassen. Betrachtet man die an Polystyrol- und Polycarbonatschichten gewonnenen Resultate gemeinsam, so erscheint es zur Reduzierung der Rauhigkeit bei vorgegebener Schichtdicke sinnvoller, die Präparation bei großer Umdrehungszahl und hoher Konzentration durchzuführen als bei kleiner Umdrehungszahl aus niederkonzentrierten Lösungen. Eine Variation der Präparationstemperatur erweist sich als außerordentlich hilfreich zur Optimierung der Schichtqualität. Dies zeigt sich insbesondere bei der Präparation von Polycarbonat-, D/A-PPV- und Polyvinylkarbazol-Schichten, wenn DMF als Lösungsmittel verwendet wird. Durch eine Temperaturerhöhung ist zudem eine größere Schichtdicke erreichbar. Dies kann sich unter Umständen bei schwerlöslichen Substanzen als vorteilhaft erweisen, um die für Wellenleiteranwendungen erforderliche Mindestschichtdicke zu erreichen. Aus den Abhängigkeiten der Schichtdicke von den Präparationsparametern Konzentration und Umdrehungszahl lassen dich Potenzgesetze der Form ? ableiten. Der Exponent ? hängt vom speziellen Polymer/Lösungsmittelsystem und von der Temperatur ab; für ? wurde meistens ein Wert von -0.5 gefunden. Zur Bestimmung der Exponenten sind nur vier verschiedene Parametersätze (?,?) notwendig. Bei Kenntnis von ? und ? kann die Schichtdicke für eine beliebige (?,?)-Kombination im voraus in guter Näherung bestimmt werden, was in der Praxis häufig nützlich ist. Durch Beachtung dieser Präparationsregeln konnten neben dämpfungsarmen Polystyrol- und Polycarbonatschichten auch filme aus konjugierten Polymeren hergestellt werden, deren Dämpfungskoeffizienten teilweise deutlich unter 1 dB/cm lagen. Hier sind besonders die Resultate an DPOP-PPV und CNE-PPV Schichten hervorzuheben. Die erreichten Dämpfungswerte sind besser bzw. vergleichbar mit den geringsten Werten, die bisher in der Literatur zu konjugierten Polymerfilmen veröffentlicht wurden. Bei einigen Substanzen scheiterte die Präparation ausreichend dicker Filme bzw. Dämpfungsmessungen an einer zu geringen Löslichkeit oder an der Bildung polykristalliner Domänen bzw. sonstiger Defekte. Dies macht deutlich, daß eine erfolgreiche Schichtpräparation wesentlich von der chemischen struktur abhängt. Die Abschätzung des Güteparameters (Figure Of Merit) ergab mit den gemessenen nichtlinear-optischen Suszeptibilitäten ?

Strukturbildung in dünnen Filmen aus Mischungen statistischer Copolymere

Dünne Polymerfilme besitzen einen weiten Anwendungsbereich in vielen High-Tech Applikationen. All diese Anwendungen erfordern ein bestimmtes Anwendungsprofil des dünnen Films. Diese Anforderungen umschließen sowohl die physikalischen Eigenschaften des Films als auch seine Struktur. Um sie zu realisieren, werden oftmals Mischungsfilme aus verschiedenen Polymeren verwendet. Diese neigen jedoch in vielen Fällen zur bereits während der Präparation zu Phasenseparation.Vor diesem Hintergrund wurde untersucht welchen Einfluss die Verträglichkeit der gemischten Polymere auf die Strukturbildung des dünnen Films ausüben. Als Modellsystem hierfür dienten Mischungen statistischer Poly-styrol-stat-para brom-styrol Copolymere.Die Oberflächenstrukturen, die sich währen der Präparation der Mischungsfilme einstellten, wurden mit Rasterkraftmikroskopie untersucht. wobei die Topologie einer statistischen Analyse unterzogen wurde. Zum einen wurde hierzu die spektrale Leistungsdichte der Oberflächenkontour zum anderen die zugehörigen Minkowski-Funktionale berechnet.Neben Oberflächenstrukturen bilden sich während der Präparation auch Entmischungsstrukturen im inneren des Filmes. Zur Charakterisierung dieser Strukturen wurden die Filme durch Streuung unter streifendem Einfall untersucht. Durch eine modellfreie Interpretation der Streuexperimente gelang der Nachweis der inneren StrukturenFür nur schwach unverträglich Filme konnte auf Basis der Streuexperimente eine Replikation der Oberflächenstruktur des Substrates auf die Filmoberflächen nachgewiesen werden. Diese Replikation wurde für verschieden raue Substrate und bezueglich der Kinetik ihrer Abnahme beim Quellen der Filme untersucht.

DNA-Doppelstrangbrüche als zentrales Ereignis alkylierungsinduzierter Zytotoxizität

DNA-Doppelstrangbrüche als zentrales Ereignis alkylierungsinduzierter Zytotoxizität Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Entstehung von DNA-Doppelstrangbrüchen durch gentoxische Agenzien sowie den zytotoxischen Auswirkungen, die DNA-Doppelstrangbrüche für die Säuger-Zelle haben. Im ersten Teil der Arbeit wurden die molekularen Mechanismen untersucht, die am O6-Methylguanin (O6-MeG)-DNA-Schaden, hervorgerufen durch alkylierende Agenzien, ablaufen. Dabei konnte gezeigt werden, das O6-Methylguanin DNA-Methyltransferase (MGMT) O6-MeG/C und O6-MeG/T in vitro mit gleicher Effizienz repariert und daß die Reparatur von O6-MeG nach dem ersten Zellzyklus protektive Auswirkung auf das zelluläre Überleben hat. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit stand die Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen durch gentoxische Agenzien in Mausfibroblasten und CHO-Zellen im Mittelpunkt. Mit Hilfe der Einzelzellgelelektrophorese (SCGE, Comet Assay) wurde gezeigt, daß alkylierende Substanzen und die durch Elektroporation in Zellen hineingebrachten Restriktionsenzyme PvuII und EcoRI DNA-Doppelstrangbrüche zu induzieren vermögen. Die Induktion und Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen nach Elektroporation von PvuII war vom p53-Status der Zellen abhängig, da p53-defiziente Zellen im Gegensatz zu p53-profizienten Zellen höhere DNA-Doppelstrangbruchraten über einen längeren Zeitraum aufwiesen. Im dritten Teil wurden die physiologischen Auswirkungen einer Behandlung von Zellen mit Induktoren von DNA-Doppelstrangbrüchen untersucht. Es wurde gezeigt, daß Alkylanzien in Abhängigkeit vom Vorhandensein von MGMT Apoptose induzieren. Mit PvuII elektroporierte p53-knockout Mausfibroblasten zeigten infolgedessen und im Gegensatz zu p53-wildtyp Zellen hohe Apoptoseraten. Die Induktion der Apoptose nach Behandlung mit PvuII wie auch nach g-Bestrahlung ging einher mit einem Abfall der Proteinmenge des antiapoptotischen Bcl-2. Zusammengenommen weisen die Versuchsergebnisse dieser Arbeit darauf hin, daß nach Behandlung von Zellen mit O6-MeG-generierenden Agenzien wie auch nach g-Bestrahlung DNA-Doppelstrangbrüche das ultimative Signal darstellen können.

Aufstieg und Fall eines Gebirges - Konvektionsmodelle zur variscischen Orogenese

Zusammenfassung der Dissertation von Gerd Jochen ArnoldThema: Aufstieg und Fall eines Gebirges - Konvektionsmodelle zur variscischen Orogenese Diese Arbeit befaßt sich mit der Entwicklung der variscischen Gebirgswurzel. Numerische Modellierung wurden mit dem Finite-Differenzen-Programm FDCON durchgeführt. Dieses berechnet auf einem Gitter die Entwicklung von Konvektion unter Berücksichtigung von Massen-, Impuls- und Energieerhaltung. Der Modellansatz eignet sich für die Untersuchung der Orogenese unter Miteinbeziehung der thermo-mechanischen Wechselwirkung von Kruste und Mantel. Kapitel 1 beschreibt wesentliche Aspekte der variscischen Gebirgsbildung. Die tektonostratigraphische Gliederung erlaubt Rückschlüsse auf das plattentektonische Szenarium während der Gebirgsbildung. Die Kollision involvierte einige Terranes, die sukzessive an Laurasia angebaut wurden und die finale Konvergenz von Gondwana mit den konsolidierten Einheiten. Diese bewirkte den maximalen Aufbau der Varisciden, der durch Hochdruck-Gesteine dokumentiert ist. Diese wurden kurz nach maximaler Krustenverdickung innerhalb weniger Millionen Jahre in geringe Tiefen angehoben. Darauf folgte eine Aufheizung der Kruste, die durch Granite dokumentiert ist. Eine zentrale Frage der Variscidenforschung ist die Ursache für die erhöhten Temperaturen in der späten orogenen Phase. Geringe und gleichförmige Krustenmächtigkeiten unter den heutigen europäischen Varisciden legen die Vermutung nahe, daß sich Teile der Mantelwurzel des Gebirges abgelöst und abgesunken sind.Kapitel 2 beschreibt physikalische Aspekte von gebirgsbildenden Prozessen, insbesondere den thermischen Zustand kontinentaler Lithosphäre und die Folgen von Krustenkonvergenz. Der Einfluß von kompositioneller Schichtung und extrinsischen Parametern auf die Rheologie und das Wechselspiel zwischen auf- und abwärts gerichteten Kräften in verschiedenen orogenen Szenarien werden diskutiert.Kapitel 3 stellt die Modelle zur variscischen Gebirgsbildung vor. Ausgehend von Kontinent-Kontinent-Kollision werden Konsequenzen von rheologischer Schichtung und tiefreichenden Schwächezonen auf das Deformationsverhalten der Kruste untersucht. Außerdem wird ein Modell zum Abriß von Mantellithosphäre während Kollision vorgestellt. Abschließend werden die thermischen Konsequenzen von Subduktion junger ozeanischer Lithosphäre diskutiert.Kapitel 4 versucht eine Synthese der Kollisionsmodelle mit Modellen zur spätorogenen variscischen Entwicklung. Die mechanischen Eigenschaften der Delaminationsmodelle sollten während der Aufbauphase des Orogens angelegt worden sein. Außerdem wird eine Fallstudie vorgestellt, bei der die Modellparameter auf die Entwicklungsgeschichte erzgebirgischer Einheiten angepaßt worden sind. Schließlich werden Modelle zur thermischen Entwicklung nach Aufstieg von Asthenosphäre an die Krustenwurzel diskutiert. Die vulkanische Aktivität während der spätorogenen variscischen Phase kann plausibel erklärt werden.Kapitel 5 faßt die Ergebnisse zusammen und interpretiert diese bezüglich des plattentektonischen Szenariums der variscischen Orogenese. Durch die sukzessive Anlegung der Suturzonen während der Konsolidierung der Terranes sind die für Delamination nötigen Schwächezonen sukzessive ins variscische Orogen eingebaut worden.

Ortsaufgelöster Nachweis von Elementspuren mittels Laserablation und Resonanzionisations-Massenspektrometrie und Untersuchungen zur Laserablations-Dynamik

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Methode für einen empfindlichen und isotopenselektiven Elementnachweis entwickelt. Unter Einsatz von Laserablation geschieht der Probenaufschluß direkt und mit einer Ortsauflösung von unter 30 m. Hierzu wurde ein hochauflösendes MALDI-TOF-Massenspektrometer, welches üblicherweise für biochemische Fragestellungen eingesetzt wird, mit einem spektroskopischen Aufbau zur resonanten Ionisation von Elementgehalten modifiziert. Die Methode ist somit insbesondere für die Untersuchung von Elementspuren in Festkörperproben mit mikroskopischer Struktur konzipiert. Methodische Entwicklungsarbeiten wurden anhand des Elements Gadolinium durchgeführt. Durch die Verwendung gepulster Farbstofflaser stehen ausreichend hohe Laserfelder zur Verfügung, um unabhängig von Hyperfeinstruktur und Isotopieverschiebung Übergänge aller Isotope im Rahmen des Resonanzionisations-Verfahrens zu sättigen. Darauf konnte eine Isotopenverhältnisanalyse mit einer Genauigkeit im Prozentbereich verwirklicht werden. Verschiedene Anregungsleitern wurden untersucht, und mit elementspezifischen Resonanzüberhöhungen bis zu zwei Größenordnungen über dem nicht-resonant gebildeten Untergrund konnte eine Nachweiseffizienz von über 10-4 (entsprechend sub-fg/g-Niveau) erzielt werden. Dazu wurden Simulationsrechnungen zum atomaren Sättigungsverhalten in starken resonanten Laserfeldern durchgeführt. Erste Anwendungen des Laserablationsverfahrens waren Proben kosmologischer Herkunft. Der physikalische Prozeß der Laserablation bei Metallen wurde unter Hochvakuum-Bedingung systematisch in Abhängigkeit der Laserfluenz untersucht. In der ablatierten Plasmaphase erwies sich der Neutralanteil als besonders geeignet für geschwindigkeitsselektive Laserionisations-Messungen. Eine bimodale Struktur wurde beobachtet, bestehend aus einer thermischen und einer schockwellen-induzierten Komponente. Der ionische Anteil der ablatierten Dampfphase konnte über variable elektrische Feldpulse untersucht werden. Laserablation unter Atmosphärenbedingung wurde an einem beschichteten Messingtarget untersucht. Dabei wurde die Entstehung von permanenten Oberflächenstrukturen beobachtet, welche sich durch Nichtgleichgewichts-Prozesse in der Dampfphase erklären lassen.

Quantum effects and dynamics in hydrogen-bonded systems: a first-principles approach to spectroscopic experiments

Computer simulations have become an important tool in physics. Especially systems in the solid state have been investigated extensively with the help of modern computational methods. This thesis focuses on the simulation of hydrogen-bonded systems, using quantum chemical methods combined with molecular dynamics (MD) simulations. MD simulations are carried out for investigating the energetics and structure of a system under conditions that include physical parameters such as temperature and pressure. Ab initio quantum chemical methods have proven to be capable of predicting spectroscopic quantities. The combination of these two features still represents a methodological challenge. Furthermore, conventional MD simulations consider the nuclei as classical particles. Not only motional effects, but also the quantum nature of the nuclei are expected to influence the properties of a molecular system. This work aims at a more realistic description of properties that are accessible via NMR experiments. With the help of the path integral formalism the quantum nature of the nuclei has been incorporated and its influence on the NMR parameters explored. The effect on both the NMR chemical shift and the Nuclear Quadrupole Coupling Constants (NQCC) is presented for intra- and intermolecular hydrogen bonds. The second part of this thesis presents the computation of electric field gradients within the Gaussian and Augmented Plane Waves (GAPW) framework, that allows for all-electron calculations in periodic systems. This recent development improves the accuracy of many calculations compared to the pseudopotential approximation, which treats the core electrons as part of an effective potential. In combination with MD simulations of water, the NMR longitudinal relaxation times for 17O and 2H have been obtained. The results show a considerable agreement with the experiment. Finally, an implementation of the calculation of the stress tensor into the quantum chemical program suite CP2K is presented. This enables MD simulations under constant pressure conditions, which is demonstrated with a series of liquid water simulations, that sheds light on the influence of the exchange-correlation functional used on the density of the simulated liquid.

Objektive Schläfrigkeitsmessung unter Alkoholeinfluss

Alkohol und Schläfrigkeit sind die wichtigsten fahrerbezogenen Faktoren bei der Entstehung von Autounfällen. Bislang gibt es relativ wenige konkrete Erkenntnisse über die schläfrigkeitsfördernde Wirkung von Alkohol. Mit der vorliegenden Arbeit sollte erstmals eine quantitative und objektive Analyse der (Tages-)Schläfrigkeit unter Alkoholeinfluss während der gesamten Alkoholumsetzungskurve erstellt werden. Mit dem pupillographischen Schläfrigkeitstest (PST) steht ein Verfahren zur Verfügung, mit dem es möglich ist, Schläfrigkeit unter Alkoholeinfluss quantitativ zu bestimmen. Diese Methode beruht auf der Vermessung der Pupille, deren Durchmesser der efferenten sympathischen Steuerung unterliegt. Bei zunehmender Schläfrigkeit lässt der sympathische Einfluss auf die Pupillenweite nach und es kommt zu typischen Oszillationen der Pupille. Diese Oszillationen, sogenannte „Fatigue Waves“, werden in einem ruhigen, abgedunkelten Raum mittels Infrarotkamera über 11 Minuten kontinuierlich aufgezeichnet und als Pupillen-Unruhe-Index (PUI) in mm / min ausgegeben. Für diesen Wert existieren Normwerte, welche eine Einteilung der PUI-Werte in „normal“, „erhöht“ und „pathologisch“ ermöglichen. Es wurde ein standardisiertes Kollektiv von 53 Probanden zwischen 20 und 60 Jahren untersucht. Dieses bestand aus 28 Männern und 25 Frauen. Die Probanden wurden wahlweise mit Bier oder Wein stufenweise unter Blutalkohohol-konzentrationen von annähernd 0,3, 0,5 und 0,8 ‰ gesetzt, die genaue BAK wurde jeweils durch Gaschromatographie und ADH-Methode bestimmt. Während dieser Anflutungsphase wurde bei jeder der drei Stufen die Schläfrigkeit bestimmt. Dies geschah zum einen mittels objektivem PST und zum anderen durch die subjektive Stanford Sleepiness Scale (SSS), eine siebenstufige Skala zur Einschätzung der eigenen Schläfrigkeit. In der Eliminationsphase der Alkoholumsetzungskurve wurde wiederum bei 0,5 und 0,3 ‰ sowohl die subjektive als auch die objektive Schläfrigkeit gemessen. Eine Kontrollgruppe von 11 Probanden aus dem genannten Kollektiv wurde zu einem späteren Zeitpunkt unter gleichen Bedingungen ohne Alkoholeinfluss untersucht. Im Ergebnis zeigte die Anflutungsphase zunächst ein signifikantes Absinken des PUI um 5,9 %, gleichbedeutend mit einer höheren Vigilanz. Im weiteren Verlauf war das Maximum der Schläfrigkeit in der Eliminationsphase bei einer verhältnismäßig geringen BAK von durchschnittlich 0,54 ‰ zu beobachten. Der PUI hatte sich im Vergleich zum Ausgangswert um durchschnittlich 17,4 % erhöht und 40,4 % der Probanden wiesen erhöhte oder pathologische Schläfrigkeitswerte auf. Dieser Anteil lag um hochsignifikante 110 % höher als bei der Ausgangsmessung. Insgesamt ließ sich keine Korrelation zwischen objektiver und subjektiver Schläfrigkeit feststellen, obwohl auch die subjektive Schläfrigkeit stieg. Das Maximum der subjektiven Schläfrigkeit fiel zusammen mit dem Maximum der Alkoholisierung von 0,8 ‰. Wirkung auf das Ausmaß der Schläfrigkeit hatten die Häufigkeit des Alkoholkonsums, der Body-Mass-Index (BMI) und das Geschlecht. Je häufiger die Probanden nach eigenen Angaben Alkohol tranken und je höher der jeweilige BMI war, desto geringer war der Einfluss des Alkohols auf die Schläfrigkeit. Mit der Eigenschaft „weibliches Geschlecht“ ging eine höhere objektive Schläfrigkeit einher, allerdings auch eine höhere subjektive Einschätzung der eigenen Schläfrigkeit. Ein Einfluss der Getränkeart ließ sich hingegen nicht nachweisen. Für die Abnahme der Vigilanz spielte es keine Rolle, ob dies durch Bier oder Wein verursacht worden war. Bedenklich erschien die Tatsache, dass zum einen die Probanden das Ausmaß der eigenen Schläfrigkeit sogar unter relativ geringer Alkoholisierung nicht adäquat einschätzen konnten, und dass zum anderen das Maximum der Schläfrigkeit – und damit auch des mutmaßlichen Unfallrisikos – in der Eliminationsphase lag. Ein Zeitpunkt, zu dem sicherlich die meisten Alkoholfahrten unternommen werden.