The impact of pretransplant donor-specific antibodies on graft outcome in renal transplantation: a six-year follow-up study

OBJECTIVE: The significance of pretransplant, donor-specific antibodies on long-term patient outcomes is a subject of debate. This study evaluated the impact and the presence or absence of donor-specific antibodies after kidney transplantation on short-and long-term graft outcomes. METHODS: We analyzed the frequency and dynamics of pretransplant donor-specific antibodies following renal transplantation from a randomized trial that was conducted from 2002 to 2004 and correlated these findings with patient outcomes through 2009. Transplants were performed against a complement-dependent T-and B-negative crossmatch. Pre- and posttransplant sera were available from 94 of the 118 patients (80%). Antibodies were detected using a solid-phase (Luminex (R)), single-bead assay, and all tests were performed simultaneously. RESULTS: Sixteen patients exhibited pretransplant donor-specific antibodies, but only 3 of these patients (19%) developed antibody-mediated rejection and 2 of them experienced early graft losses. Excluding these 2 losses, 6 of 14 patients exhibited donor-specific antibodies at the final follow-up exam, whereas 8 of these patients (57%) exhibited complete clearance of the donor-specific antibodies. Five other patients developed "de novo'' posttransplant donor-specific antibodies. Death-censored graft survival was similar in patients with pretransplant donor-specific and non-donor-specific antibodies after a mean follow-up period of 70 months. CONCLUSION: Pretransplant donor-specific antibodies with a negative complement-dependent cytotoxicity crossmatch are associated with a risk for the development of antibody-mediated rejection, although survival rates are similar when patients transpose the first months after receiving the graft. Our data also suggest that early posttransplant donor-specific antibody monitoring should increase knowledge of antibody dynamics and their impact on long-term graft outcome.

Risk Factor Analysis of Late Survival After Heart Transplantation According to Donor Profile: A Multi-Institutional Retrospective Study of 512 Transplants

Introduction. Patients with terminal heart failure have increased more than the available organs leading to a high mortality rate on the waiting list. Use of Marginal and expanded criteria donors has increased due to the heart shortage. Objective. We analyzed all heart transplantations (HTx) in Sao Paulo state over 8 years for donor profile and recipient risk factors. Method. This multi-institutional review collected HTx data from all institutions in the state of Sao Paulo, Brazil. From 2002 to 2008 (6 years), only 512 (28.8%) of 1777 available heart donors were accepted for transplantation. All medical records were analyzed retrospectively; none of the used donors was excluded, even those considered to be nonstandard. Results. The hospital mortality rate was 27.9% (n = 143) and the average follow-up time was 29.4 +/- 28.4 months. The survival rate was 55.5% (n = 285) at 6 years after HTx. Univariate analysis showed the following factors to impact survival: age (P = .0004), arterial hypertension (P = .4620), norepinephrine (P = .0450), cardiac arrest (P = .8500), diabetes mellitus (P = .5120), infection (P = .1470), CKMB (creatine kinase MB) (P = .8694), creatinine (P = .7225), and Na+ (P = .3273). On multivariate analysis, only age showed significance; logistic regression showed a significant cut-off at 40 years: organs from donors older than 40 years showed a lower late survival rates (P = .0032). Conclusions. Donor age older than 40 years represents an important risk factor for survival after HTx. Neither donor gender nor norepinephrine use negatively affected early survival.

A new NO donor failed to release NO and to induce relaxation in the rat basilar artery

Nitric oxide (NO)-donors are pharmacologically active substances that in vivo or in vitro release NO. Their most common side effect is headache caused by cerebral vasodilatation. We previously demonstrated that the new NO-donor Ru(terpy)(bdq)NO](3+) (Terpy), synthesized in our laboratory, induces relaxation of rat aorta. This study aimed to verify the effect of Terpy and sodium nitroprusside (SNP) in basilar artery. We conducted vascular reactivity experiments on endothelium-denuded basilar rings. The concentrations of iron (Fe) and ruthenium (Ru) complex were analyzed in basilar artery lysates after incubation with NO donors by mass spectrometry. We also evaluated the NO released from SNP and Terpy by using confocal microscopy. Interestingly, Terpy did not induce relaxation of the basilar artery. SNP induced relaxation in a concentration-dependent way. NO donors cross the membrane of vascular smooth muscle and entered the cell. In spite of its permeability, Terpy did not release NO in the basilar artery. Otherwise, SNP released NO in the basilar artery cells cytoplasm. Taken together, our results demonstrate that the new NO donor (Terpy) failed to release NO and to induce relaxation in the basilar artery. The NO donor SNP induces vascular relaxation due to NO release in the vascular smooth muscle cells. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hypotensive and vasorelaxing effects of the new NO-donor [Ru(terpy)(bdq)NO+](3+) in spontaneously hypertensive rats

Drugs that release nitric oxide (NO) usually have limitations due to their harmful effects. Sodium nitroprusside (SNP) induces a rapid hypotension that leads to reflex tachycardia, which could be an undesirable effect in patients with heart disease, a common feature of hypertension. The nitrosyl ruthenium complex [Ru(terpy)(bdq)NO+](3+) (TERPY) is a NO donor that is less potent than SNP in denuded aortic rings. This study evaluated the hypotension and vasorelaxation induced by this NO donor in Wistar (W) and spontaneously hypertensive rats (SHR) and compared to the results obtained with SNP. Differently from the hypotension induced by SNP, the action of TERPY was slow, long lasting and it did not lead to reflex tachycardia in both groups. The hypotension induced by the NO-donors was more potent in SHR than in W. TERPY induced relaxation with similar efficacy to SNP, although its potency is lower in both strains. The relaxation induced by TERPY is similar in W and SHR, but SNP is more potent and efficient in SHR. The relaxation induced by TERPY is partially dependent on guanylate cyclase in SHR aorta. The NO released from the NO donors measured with DAF-2 DA by confocal microscopy shows that TERPY releases similar amounts of NO in W and SHR, while SNP releases more NO in SHR aortic rings. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Synthesis and Solar Cell Application of New Alternating Donor-Acceptor Copolymers Based on Variable Units of Fluorene, Thiophene, and Phenylene

A new series of donor acceptor copolymers were synthesized via the Witting route and applied as an active layer in organic thin-films solar cells. These copolymers are composed of fluorene thiophene and phenylene thiophene units. The ratio between those was systematically varied, and copolymers containing 0%, 50%, and 75% of phenylene thiophene were characterized and evaluated when used in photovoltaic devices. The copolymers' composition, photophysical, electrical, and morphological properties are addressed and correlated with device performance. The 50% copolymer ratio was found to be the best copolymer of the series, yielding a power conversion efficiency (PCE) under air mass (AM) 1.5 conditions of 2.4% in the bilayer heterojunction with the C-60 molecule. Aiming at flexible electronics applications, solutions based on the heterojunction of this copolymer with PCBM (6,6-phenyl-C-61-butyric acid methyl ester) were also successfully deposited using an inkjet printing method and used as an active layer in solar cells.

Effect of sequence of insemination after simultaneous thawing of multiple semen straws on conception rate to timed AI in suckled multiparous Nelore cows

The objective was to determine the effect of sequence of insemination after simultaneous thawing of multiple 0.5 mL semen straws on conception rate in suckled multiparous Nelore cows. The effect of this thawing procedure on in vitro sperm characteristics was also evaluated. All cows (N = 944) received the same timed AI protocol. Ten straws (0.5 mL) of frozen semen from the same batch were simultaneously thawed at 36 degrees C, for a minimum of 30 sec. One straw per cow was used for timed AI. Frozen semen from three Angus bulls was used. Timed AI records included sequence of insemination (first to tenth) and time of semen removal from thawing bath. For laboratory analyses, the same semen batches used in the field experiment were evaluated. Ten frozen straws from the same batch were thawed simultaneously in a thawing unit identical to that used in the field experiment. The following sperm characteristics were analyzed: sperm motility parameters, sperm thermal resistance, plasma and acrosomal membrane integrity, lipid peroxidation, chromatin structure, and sperm morphometry. Based on logistic regression, there were no significant effects of breeding group, body condition score, AI technician, and sire on conception rate, but there was an interaction between sire and straw group (P = 0.002). Semen from only one bull had decreased (P < 0.05) field fertility for the group of straws associated with the longest interval from thawing to AI. However, the results of the laboratory experiment were unable to explain the findings of the field experiment. Sperm width:length ratio of morphometric analysis was the single sperm characteristic with a significant interaction between sire and straw group (P = 0.02). It was concluded that sequence of insemination after simultaneous thawing of 10 semen straws can differently affect conception rates at timed AI, depending on the sire used. Nevertheless, the effects of this thawing environment on in vitro sperm characteristics, remain to be further investigated. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Recipient of kidney from donor with asymptomatic infection by Paracoccidioides brasiliensis

The increase in solid organ transplantations may soon create a rise in the occurrence of endemic fungal diseases, such as paracoccidioidomycosis, due to the lack of rigorous screening of donors from endemic areas. Here we present the first case of an immunocompetent and asymptomatic kidney donor who had Paracoccidioides brasiliensis infected-adrenal tissue but no glandular dysfunction.

Sperm head morphometry in ejaculates of adult marmosets (Callithrix jacchus): a model for studying sperm subpopulations and among-donor variations

In humans and other mammals, sperm morphology has been considered one of the most important predictive parameters of fertility. The objective was to determine the presence and distribution of sperm head morphometric subpopulations in a nonhuman primate model (Callithrix jacchus), using an objective computer analysis system and principal component analysis (PCA) methods to establish the relationship between the subpopulation distribution observed and among-donor variation. The PCA method revealed a stable number of principal components in all donors studied, that represented more than 85% of the cumulative variance in all cases. After cluster analysis, a variable number (from three to seven) sperm morphometric subpopulations were identified with defined sperm dimensions and shapes. There were differences in the distribution of the sperm morphometric subpopulations (P < 0.001) in all ejaculates among the four donors analyzed. In conclusion, in this study, computerized sperm analysis methods combined with PCA cluster analyses were useful to identify, classify, and characterize various head sperm morphometric subpopulations in nonhuman primates, yielding considerable biological information. In addition, because all individuals were kept in the same conditions, differences in the distribution of these subpopulations were not attributed to external or management factors. Finally, the substantial information derived from subpopulation analyses provided new and relevant biological knowledge which may have a practical use for future studies in human and nonhuman primate ejaculates, including identifying individuals more suitable for assisted reproductive technologies. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Prostaglandin treatment at the onset of norgestomet and estradiol-based synchronization protocols did not alter the ovarian follicular dynamics or pregnancy per timed artificial insemination in cyclic Bos indicus heifers

The aim of the present study was to evaluate the effects of the PGF2˛treatment givenat the onset of a synchronization of ovulation protocol using a norgestomet (NORG) earimplant on ovarian follicular dynamics (Experiment 1) and pregnancy per AI (P/AI; Exper-iment 2) in cyclic (CL present) Bos indicus heifers. In Experiment 1, a total of 46 heiferswere presynchronized using two consecutive doses of PGF2˛12 days apart. At first dayof the synchronization protocol the heifers received implants containing 3 mg of NORGand 2 mg of estradiol benzoate (EB). At the same time, heifers were randomly assignedto receive 150 mg of d-cloprostenol (n = 23; PGF2˛) or no additional treatment (n = 23;Control). When the ear implants were removed 8 days later, all heifers received a PGF2˛treatment and 1 mg of EB was given 24 h later. The follicular diameter and interval toovulation were determined by transrectal ultrasonography. No effects of PGF2˛treat-ment on the diameter of the largest follicle present were observed at implant removal(PGF2˛= 9.8 ± 0.4 vs. Control = 10.0 ± 0.3 mm; P = 0.73) or after 24 h (PGF2˛= 11.1 ± 0.4 vs.Control = 11.0 ± 0.4 mm; P = 0.83). No differences in the time of ovulation after ear implantremoval (PGF2˛= 70.8 ± 1.2 vs. Control = 73.3 ± 0.9 h; P = 0.10) or in the ovulation rate(PGF2˛= 87.0 vs. Control = 82.6%; P = 0.64) between treatments were observed. In Experi-ment 2, 280 cyclic heifers were synchronized using the same experimental design describedabove (PGF2˛; n = 143 and Control; n = 137), at random day of the estrous cycle. All heifersreceived 300 IU of equine chorionic gonadotropin (eCG) and 0.5 mg of estradiol cypionate(as ovulatory stimulus) when the NORG ear implants were removed. Timed artificial insem-ination (TAI) was performed 48 h after implant removal and the pregnancy diagnosis wasconducted 30 days later. No effects on the P/AI due to PGF2˛treatment were observed(PGF2˛= 51.7 vs. Control = 57.7%; P = 0.29). In conclusion, PGF2˛treatment at the onset ofNORG-based protocols for the synchronization of ovulation did not alter the ovarian follic-ular responses or the P/AI in cyclic Bos indicus beef heifers synchronized for TAI.

Resident angiogenic mesenchymal stem cells from multiorgan donor thoracic aortas

Stem cells are one of the most fascinating areas of biology today, and since the discover of an adult population, i.e., adult Stem Cells (aSCs), they have generated much interest especially for their application potential as a source for cell based regenerative medicine and tissue engineering. aSCs have been found in different tissues including bone marrow, skin, intestine, central nervous system, where they reside in a special microenviroment termed “niche” which regulate the homeostasis and repair of adult tissues. The arterial wall of the blood vessels is much more plastic than ever before believed. Several animal studies have demonstrated the presence of cells with stem cell characteristics within the adult vessels. Recently, it has been also hypothesized the presence of a “vasculogenic zone” in human adult arteries in which a complete hierarchy of resident stem cells and progenitors could be niched during lifetime. Accordingly, it can be speculated that in that location resident mesenchymal stem cells (MSCs) with the ability to differentiate in smooth muscle cells, surrounding pericytes and fibroblasts are present. The present research was aimed at identifying in situ and isolating MSCs from thoracic aortas of young and healthy heart-beating multiorgan donors. Immunohistochemistry performed on fresh and frozen human thoracic aortas demonstrated the presence of the vasculogenic zone between the media and the adventitial layers in which a well preserved plexus of CD34 positive cells was found. These cells expressed intensely HLA-I antigens both before and after cryopreservation and after 4 days of organ cultures remained viable. Following these preliminary results, we succeeded to isolate mesenchymal cells from multi-organ thoracic aortas using a mechanical and enzymatic combined procedure. Cells had phenotypic characteristics of MSC i.e., CD44+, CD90+, CD105+, CD166+, CD34low, CD45- and revealed a transcript expression of stem cell markers, e.g., OCT4, c-kit, BCRP-1, IL6 and BMI-1. As previously documented using bone marrow derived MSCs, resident vascular wall MSCs were able to differentiate in vitro into endothelial cells in the presence of low-serum supplemented with VEGF-A (50 ng/ml) for 7 days. Under the condition described above, cultured cells showed an increased expression of KDR and eNOS, down-regulation of the CD133 transcript, vWF expression as documented by flow cytometry, immunofluorescence, qPCR and TEM. Moreover, matrigel assay revealed that VEGF induced cells were able to form capillary-like structures within 6 hours of seeding. In summary, these findings indicate that thoracic aortas from heart-beating, multi-organ donors are highly suitable for obtaining MSCs with the ability to differentiate in vitro into endothelial cells. Even though their differentiating potential remains to be fully established, it is believed that their angiogenic ability could be a useful property for allogenic use. These cells can be expanded rapidly, providing numbers which are adequate for therapeutic neovascularization; furthermore they can be cryostored in appropriate cell banking facilities for later use.

Donor-Akzeptor-substituierte Oligo(phenylenethinylen)e und Oligo(thienylenethinylen)e

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Synthese und den Eigenschaftsuntersuchungen von Oligo(phenylenethinylen)en (OPEs) und Oligo(thienylenethinylen)en (OTEs) mit terminaler Donor-Akzeptor-Substitution. Die Darstellung der Oligomerenreihen erfolgt über ein „Baukastensystem“ bestehend aus Start,- Synthese, - und dem jeweiligen Endbaustein. Die zentrale Synthesereaktion zum Aufbau der Push-Pull-Systeme ist eine moderne und effektive Pd-katalysierte Reaktion, die Sonogashira-Hagihara-Kupplung. Für die dialkylaminosubstituierten OPE-Systeme konnten die Cyano,- Formyl,- Nitro –und Dicyanovinylgruppe als Akzeptoren eingeführt werden. In der dodecylsulfanylsubstituierten OTE-Serie wurde als Akzeptor die Nitrogruppe verwendet, während in der methoxysubstituierten OTE-Reihe die Formyl,- Nitro –und Dicyanovinylgruppe als Akzeptoren eingeführt wurde. Alle Reihen konnten mittels 1H-, 13C-, IR-, MS- und UV/Vis-Spektroskopie vollständig charakterisiert werden. Die Lage des langwelligen Absorptionsmaximums zeigt eine starke Abhängigkeit von der Donor- und Akzeptorstärke der Substituenten sowie von der Länge des konjugierten Pie-Systems. Für beide Pie-Systeme ergibt sich bei hinreichend starker Donor- und Akzeptorsubstitution eine ungewöhnliche hypsochrome Verschiebung der langwelligen Absorptionsmaxima. Mit Hilfe der semiempirischen Quantenmechanik wird ein Modell vorgestellt, das die ungewöhnlichen spektroskopischen Eigenschaften der OPEs und OTEs erklären und vorhersagen kann. Mittels elektrooptischer Absorptionsmessungen ( EOAM ), EFISHG-Messungen sowie der Frequenzverdreifachungsspektroskopie ( THG ) werden die NLO-Eigenschaften in Abhängigkeit von der Konjugationslänge der nitrosubstituierten OPE-Serie bestimmt.

Extended donor and acceptor molecules for organic electronics

Die Untersuchung von halbleitenden Materialien auf der Basis von organischen Molekülen stellt ein Gebiet der angewandten Forschung an der Schwelle zur industriellen Nutzung dar. Geringes Gewicht und hohe mechanische Flexibilität ermöglichen völlig neue Produkte, die mit anorganischen Halbleitern nicht zu realisieren sind. Die Herstellung von Bauteilen wie Transistoren, Solarzellen oder Leuchtdioden aus organischen Materialien ist ein komplexes Gebiet, das einer Vielzahl von unterschiedlichen Optimierungen bedarf, um eine konkurrenzfähige Leistung zu erreichen. Die synthetische organische Chemie bietet vielfältige Möglichkeiten, mit maßgeschneiderten Lösungen zum Optimierungsprozess beizutragen. Zum einen können neue aktive Materialien hergestellt werden mit besserer Leistung und leichterer Verarbeitbarkeit. Zum anderen sind Substanzen zugänglich, die z.B. bei der Ladungsträgerinjektion hilfreich sein können.rnIn dieser Arbeit wurde an beiden dieser Fronten gearbeitet. Dabei lag die Entwicklungsstrategie darin, ausgedehnte π-konjugierte Moleküle herzustellen, die entweder besonders elektronenarme Akzeptoren oder elektronenreiche Donoren darstellen. Die genaue Kontrolle der elektronischen Niveaus stellt einen wichtigen Bestandteil dar, um niedrige elektrische Kontaktbarrieren zu Metallen zu erreichen und ausreichend stabile Materialien zu erreichen.rnDer erste Fokus der Arbeiten lag in der Funktionalisierung von Coronen. Dieser PAH stellt einen guten Kompromiss bezüglich seiner Größe dar: Er ist groß genug, um Diffusion in andere Schichten von Bauteilen zu vermeiden, aber nicht zu groß, um Verarbeitung durch Vakuumsublimation zu ermöglichen. Bislang sind praktisch keine Coronen-Derivate in der Literatur beschrieben, weshalb eine neue Synthese entwickelt werden musste, die die Einführung starker Donor- und Akzeptorfunktionalitäten erlaubt. Die photochemische Cyclodehydrierung von substituierten [2.2.2]paracyclophan-trienen stellte sich als hervorragende Möglichkeit heraus, dies zu bewerkstelligen. Es wurde eine Reihe von methoxy-substitutierten Coronenen mit unterschiedlicher Symmetrie hergestellt. Mittels optischer Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass Methoxygruppen wenig Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Coronen haben. Unter Spaltung der Methylether und anschließender Oxidation allerdings sind Coronenketone zugänglich, welche bis zu drei α-Diketongruppen besitzen. Diese Moleküle sind enorm starke Akzeptoren, was durch Cyclovoltammetrie und Vergleich zu anderen Akzeptoren eindrucksvoll gezeigt werden konnte. Die Sublimation dieses Akzeptors auf die Oberfläche von Metallen zeigt einen dramatischen Einfluss auf die Austrittsarbeit dieses Metalls, was zur Herstellung eines ohmschen Kontakts zu organischen Halbleitern von außerordentlichem Nutzen ist. rnDen zweiten Teil der Arbeit bilden Benzodithiophen enthaltende Polymere, die für den Einsatz als aktive Komponente in elektronischen Bauteilen entwickelt wurden. Nach systematischer Strukturoptimierung wurde ein Polymer enthalten, welches in einem Feldeffekt-Transistor auf Standard-Silizium-Substraten Ladungsträger-Mobilitäten über 0,1 cm2/Vs erreicht mit großer Reproduzierbarkeit und ausgezeichneter Transistor-Charakteristik. Es konnte gezeigt werden, dass die durch die Monomergeometrie erzeugte Kurvung des Polymers zu einem optimalen Kompromiss aus Löslichkeit und effektiver Packung darstellt. Auf für industrielle Anwendungen besonders interessanten polymer-basierten Substraten wurde eine noch erheblich bessere Leistung gezeigt. Auf einem PET-Substrat wurden Feldeffekt-Mobilitäten von 0,5 cm2/Vs gemessen mit überzeugenden Reproduzierbarkeit und Stabilität.rnDamit konnte in der Arbeit ein bedeutender Beitrag zur Weiterentwicklung von Materialien für den Einsatz in elektronischen Bauteilen geleistet werden. Die Substanzen versprechen noch erhebliches Potenzial nach intensiver Optimierung und wurden deshalb zum Patent angemeldet.rn

Die Vielseitigkeit von Carbazol in pi-konjugierten Materialien: Makrozyklen, Doppelstrang-Strukturen und Donor-Akzeptor-Copolymere

In dieser Arbeit wurden die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Carbazol-reichen Verbindungen in unterschiedlichen Architekturen von pi-konjugierten Materialien untersucht. Die Darstellung der Makrozyklen in Kapitel 1 erfolgte über eine templatunterstützte Synthese, da die ausschließlich über ihre para-Position verknüpften Einheiten einen Zugang über ihre Geometrie nicht erlaubten. Cyclododeca-2,7-fluoren wurde als zyklische Modellverbindung für die zahlreichen bekannten linearen Oligo- und Polyfluorene dargestellt, um den Einfluss der Ringstruktur auf die optischen Eigenschaften dieser blau emittierenden Verbindungen zu untersuchen. Motiviert von den geringen Ausbeuten bei der Zyklisierung des Rings unter Yamamoto-Bedingungen wurde nach einer alternativen Kupplungsreaktion gesucht, die den Zugang zu größeren Substanzmengen erlaubt. Die Einführung von terminalen Ethinylgruppen an die zu verknüpfenden Bausteine erlaubte über die Glaser-Eglinton-Reaktion nicht nur eine Verbesserung der Reaktionsausbeute um den Faktor 10, sondern gleichzeitig auch die Erweiterung des Durchmessers auf rund 5 nm. Demonstriert wurde dies anhand der Darstellung von Cyclo[tetrakis(2,7-diethinyltriscarbazol)] und Cyclo[tetrakis(2,7-diethinyltrisfluoren)].rnDer zweite Abschnitt der Dissertation befasste sich mit ausgedehnten zweidimensionalen Strukturen, zu denen auch mehrsträngige Polymere zählen. Für die Darstellung eines Doppelstrang-Polymers mit hoher Periodizität in den beiden in regelmäßigen Abständen verknüpften Strängen wurde ein neues Konzept entwickelt, dass den Zugang zu solchen Verbindungen erlauben sollte. Dieses basierte auf einem vierfach funktionalisierten Carbazol-Makromonomer. Die Polymerisationen wurden in zwei Schritten über Glaser-Eglinton-Reaktionen durchgeführt. Um unkontrollierte Kupplungen zu vermeiden, wurden zwei der vier reaktiven Positionen am Monomer zunächst über Schutzgruppen maskiert und nach der ersten Polymerisation wieder aktiviert. Neben diesem Ansatz über oxidative Ethinylkupplungen wurde auch eine Organometall-Variante mit einem Platin-Komplex im Polymerrückgrat vorgestellt. rnIm dritten Kapitel wurde die Darstellung von Donor-Akzeptor-Polymeren mit niedriger Bandlücke für den Einsatz in organischen Solarzellen besprochen. Im Gegensatz zu den bisherigen Ansätzen in der Literatur wurden hier ganz gezielt Donor- und Akzeptor-Einheiten mit einer Länge von mindestens 1,5 nm synthetisiert und kombiniert, um zu untersuchen, welche Auswirkungen der Einsatz solcher Makromonomere auf die Eigenschaften der Materialien hat. Dabei bestand der Akzeptor-Baustein in drei Polymeren aus Bis[2,7-di-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9,9,18,18-tetraoctylindeno[1,2-b]-yl]-indeno[1,2-b]fluoren-12,15-dion, während die Donor-Stärke durch den Übergang von einem reinen leiterverbrückten Carbazol-Monomer über eine gemischte Carbazol-Thiophen-Einheit hin zu einem reinen Thiophen-Precursor variiert wurde. Dabei zeigte das Polymer mit Thiophen als Donor den höchsten Zellwirkungsgrad von 0,41 %.rn

Molekulare und supramolekulare Eigenschaften von neuen Donor-Akzeptor-Polymeren

Die organische Halbleitertechnologie befindet sich seit Jahrzehnten im Focus des Interesses, da sie eine kostengünstige und umweltverträgliche Alternative zu anorganischen Silizium-basierten Halbleitern darstellt. Die Möglichkeit der gezielten Funktionalisierung von definierten Strukturen durch synthetische Methoden, welche eine große Vielfalt an Materialien ermöglicht, steht dabei besonders im Vordergrund. Die Modifikation von physikalischen Eigenschaften ermöglicht dabei eine stark erleichterte Anpassung für den geplanten Anwendungsbereich. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden organische Halbleitermaterialien basierend auf Cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophen (CDT) dargestellt und hinsichtlich ihrer strukturellen und elektronischen Eigenschaften untersucht. In Kombination mit Benzo[c][1,2,5]thiadiazol (BTZ) und weiteren Akzeptoren wurden zunächst Donor(D)-Akzeptor(A)-Polymere synthetisiert und Struktur-Eigenschaft-Beziehungen aufgestellt. So konnte ein sehr hochmolekulares Polymer CDT-BTZ-Polymer (Mn = 36 kg mol-1, PDI = 2.6) erhalten werden, welches sich durch eine hohe lamellare Ordnung und eine gemessene Ladungsträgermobilität in FETs von über 5.0 cm2V-1s-1 bei Raumtemperatur auszeichnete; bei niedrigen Temperaturen (240 K) war letztgenannte 6.5 cm2V-1s-1. Aufgrund dieses hohen Ladungstransports und der Abwesenheit niedermolekularer Polymerketten innerhalb des Polymers konnte erstmals eine Messung eines HALL-Effektes bewerkstelligt werden. Dies war der erste Beweis eines Band-artigen Ladungstransportes an einem Polymerhalbleiter. Des Weiteren wurde durch synthetische Veränderung der Grundstruktur des Polymers zu längeren Alkylketten eine anisotrope Anordnung der Polymerketten erreicht und die Ladungsträgermobilität (6.5 cm2V-1s-1 bei Raumtemperatur) weiter gesteigert. Darauf aufbauend wurde der Einfluss von stereoisomeren Seitenketten an CDT-BTZ-Polymeren auf Packungsverhalten, Parametern (Sperrstrom, Einschaltstrom) in FETs und Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln untersucht. Durch cis-trans-Isomerisierung der Seitenketten wurde hier eine neue Methode zur Optimierung des Packungsverhaltens von Polymeren in dünnen Filmen und Lösung gefunden. Zuletzt wurden D-π-A-Farbstoffen, welche CDT als Verbrückungseinheit (π) beinhalten, dargestellt. Durch Variation von D und A konnten Struktur-Eigenschaft-Beziehungen in der Anwendung in Solarzellen (Feststoffsolarzellen, Flüssigsolarzellen) gefunden werden. Die Untersuchungen der photoinduzierten Absorption und der Photolumisenzenzquantenausbeute lieferten dabei Erklärungen für physikalische Prozesse wie Ladungsinjektion- und rekombination.

A photophysical study of excited state dynamics in donor-acceptor copolymer photovoltaic blends

This thesis deals with the investigation of charge generation and recombination processes in three different polymer:fullerene photovoltaic blends by means of ultrafast time-resolved optical spectroscopy. The first donor polymer, namely poly[N-11"-henicosanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT), is a mid-bandgap polymer, the other two materials are the low-bandgap donor polymers poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole) (PCPDTBT) and poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl] (PSBTBT). Despite their broader absorption, the low-bandgap polymers do not show enhanced photovoltaic efficiencies compared to the mid-bandgap system.rnrnTransient absorption spectroscopy revealed that energetic disorder plays an important role in the photophysics of PCDTBT, and that in a blend with PCBM geminate losses are small. The photophysics of the low-bandgap system PCPDTBT were strongly altered by adding a high boiling point cosolvent to the polymer:fullerene blend due to a partial demixing of the materials. We observed an increase in device performance together with a reduction of geminate recombination upon addition of the cosolvent. By applying model-free multi-variate curve resolution to the spectroscopic data, we found that fast non-geminate recombination due to polymer triplet state formation is a limiting loss channel in the low-bandgap material system PCPDTBT, whereas in PSBTBT triplet formation has a smaller impact on device performance, and thus higher efficiencies are obtained.rn