Selbstorganisation von Amphiphilen auf Basis von Hexaphenylbenzol und Hexa-peri-hexabenzocoronen

Die Selbstorganisation von amphiphilen Molekülen wird genutzt, um in Lösung, auf der Oberfläche, in der festen Phase und an der Flüssig/Fest-Grenzfläche nanoskopisch strukturierte Materialien zu erhalten. Ziel hierbei ist es, die Dynamik der niedermolekularen Amphiphile mit der Stabilität der hochmolekularen Amphiphile zu vereinigen, um damit die Selbstorganisation der Moleküle zu kontrollieren. Drei Konzepte zur Strukturierung von Kohlenstoff durch Selbstorganisation werden vorgestellt. Im ersten Konzept werden aus Hexaphenylbenzol-Polyethylenglykol- (HPB-PEG) und Hexa-peri-hexabenzocoronen- (HBC-PEG) Derivaten wurmähnliche bzw. faserförmige Strukturen in wässriger Lösung erhalten. Der Wassergehalt in den Hydrogelfasern aus den HPB-PEG-Derivaten kann durch das Substitutionsmuster der Amphiphile und die Länge der PEG-Ketten eingestellt werden. Die Hydrogelfasern ähneln anders als die bisherigen Verfahren, die zur Faserherstellung verwendet werden (Extrudieren, Mikrofluid-Verarbeitung oder Elektrospinning), Systemen in der Natur. Der Beweis für die Bildung von Hydrogelfasern wird mittels spezieller Methoden der polarisierten und depolarisierten dynamischen Lichtstreuung erbracht. Im zweiten Konzept werden durch Elektronenbestrahlung und Pyrolyse von 3',4',5',6'-Tetraphenyl-[1,1':2',1''-terphenyl]-4,4''-dithiol homogene Kohlenstoffmembranen mit Poren erzeugt, die Anwendung in der Filtration finden können und im dritten Konzept wird die Selbstorganisation von einem ortho-verknüpften HPB-Trimer an der Flüssig/Fest-Grenzfläche untersucht. Auf diese Weise werden hochgeordnete lamellare Strukturen erhalten. In allen drei Konzepten sind die Geometrie und die Größe der Moleküle die entscheidenden Parameter zur Erzeugung definierter Strukturen.

Wet and dry model granulates under mechanical load : a confocal microscopy study

Granular matter, also known as bulk solids, consists of discrete particles with sizes between micrometers and meters. They are present in many industrial applications as well as daily life, like in food processing, pharmaceutics or in the oil and mining industry. When handling granular matter the bulk solids are stored, mixed, conveyed or filtered. These techniques are based on observations in macroscopic experiments, i.e. rheological examinations of the bulk properties. Despite the amply investigations of bulk mechanics, the relation between single particle motion and macroscopic behavior is still not well understood. For exploring the microscopic properties on a single particle level, 3D imaging techniques are required.rnThe objective of this work was the investigation of single particle motions in a bulk system in 3D under an external mechanical load, i.e. compression and shear. During the mechanical load the structural and dynamical properties of these systems were examined with confocal microscopy. Therefor new granular model systems in the wet and dry state were designed and prepared. As the particles are solid bodies, their motion is described by six degrees of freedom. To explore their entire motion with all degrees of freedom, a technique to visualize the rotation of spherical micrometer sized particles in 3D was developed. rnOne of the foci during this dissertation was a model system for dry cohesive granular matter. In such systems the particle motion during a compression of the granular matter was investigated. In general the rotation of single particles was the more sensitive parameter compared to the translation. In regions with large structural changes the rotation had an earlier onset than the translation. In granular systems under shear, shear dilatation and shear zone formation were observed. Globally the granular sediments showed a shear behavior, which was known already from classical shear experiments, for example with Jenike cells. Locally the shear zone formation was enhanced, when near the applied load a pre-diluted region existed. In regions with constant volume fraction a mixing between the different particle layers occurred. In particular an exchange of particles between the current flowing region and the non-flowing region was observed. rnThe second focus was on model systems for wet granular matter, where an additional binding liquid is added to the particle suspension. To examine the 3D structure of the binding liquid on the micrometer scale independently from the particles, a second illumination and detection beam path was implemented. In shear and compression experiments of wet clusters and bulk systems completely different dynamics compared to dry cohesive models systems occured. In a Pickering emulsion-like system large structural changes predominantly occurred in the local environment of binding liquid droplets. These large local structural changes were due to an energy interplay between the energy stored in the binding droplet during its deformation and the binding energy of particles at the droplet interface. rnConfocal microscopy in combination with nanoindentation gave new insights into the single particle motions and dynamics of granular systems under a mechanical load. These novel experimental results can help to improve the understanding of the relationship between bulk properties of granular matter, such as volume fraction or yield stress and the dynamics on a single particle level.rnrn

Imaging and modeling of pore scale processes in porous media using X-ray computed tomography and lattice Boltzmann solver

In der Erdöl– und Gasindustrie sind bildgebende Verfahren und Simulationen auf der Porenskala im Begriff Routineanwendungen zu werden. Ihr weiteres Potential lässt sich im Umweltbereich anwenden, wie z.B. für den Transport und Verbleib von Schadstoffen im Untergrund, die Speicherung von Kohlendioxid und dem natürlichen Abbau von Schadstoffen in Böden. Mit der Röntgen-Computertomografie (XCT) steht ein zerstörungsfreies 3D bildgebendes Verfahren zur Verfügung, das auch häufig für die Untersuchung der internen Struktur geologischer Proben herangezogen wird. Das erste Ziel dieser Dissertation war die Implementierung einer Bildverarbeitungstechnik, die die Strahlenaufhärtung der Röntgen-Computertomografie beseitigt und den Segmentierungsprozess dessen Daten vereinfacht. Das zweite Ziel dieser Arbeit untersuchte die kombinierten Effekte von Porenraumcharakteristika, Porentortuosität, sowie die Strömungssimulation und Transportmodellierung in Porenräumen mit der Gitter-Boltzmann-Methode. In einer zylindrischen geologischen Probe war die Position jeder Phase auf Grundlage der Beobachtung durch das Vorhandensein der Strahlenaufhärtung in den rekonstruierten Bildern, das eine radiale Funktion vom Probenrand zum Zentrum darstellt, extrahierbar und die unterschiedlichen Phasen ließen sich automatisch segmentieren. Weiterhin wurden Strahlungsaufhärtungeffekte von beliebig geformten Objekten durch einen Oberflächenanpassungsalgorithmus korrigiert. Die Methode der „least square support vector machine” (LSSVM) ist durch einen modularen Aufbau charakterisiert und ist sehr gut für die Erkennung und Klassifizierung von Mustern geeignet. Aus diesem Grund wurde die Methode der LSSVM als pixelbasierte Klassifikationsmethode implementiert. Dieser Algorithmus ist in der Lage komplexe geologische Proben korrekt zu klassifizieren, benötigt für den Fall aber längere Rechenzeiten, so dass mehrdimensionale Trainingsdatensätze verwendet werden müssen. Die Dynamik von den unmischbaren Phasen Luft und Wasser wird durch eine Kombination von Porenmorphologie und Gitter Boltzmann Methode für Drainage und Imbibition Prozessen in 3D Datensätzen von Böden, die durch synchrotron-basierte XCT gewonnen wurden, untersucht. Obwohl die Porenmorphologie eine einfache Methode ist Kugeln in den verfügbaren Porenraum einzupassen, kann sie dennoch die komplexe kapillare Hysterese als eine Funktion der Wassersättigung erklären. Eine Hysterese ist für den Kapillardruck und die hydraulische Leitfähigkeit beobachtet worden, welche durch die hauptsächlich verbundenen Porennetzwerke und der verfügbaren Porenraumgrößenverteilung verursacht sind. Die hydraulische Konduktivität ist eine Funktion des Wassersättigungslevels und wird mit einer makroskopischen Berechnung empirischer Modelle verglichen. Die Daten stimmen vor allem für hohe Wassersättigungen gut überein. Um die Gegenwart von Krankheitserregern im Grundwasser und Abwässern vorhersagen zu können, wurde in einem Bodenaggregat der Einfluss von Korngröße, Porengeometrie und Fluidflussgeschwindigkeit z.B. mit dem Mikroorganismus Escherichia coli studiert. Die asymmetrischen und langschweifigen Durchbruchskurven, besonders bei höheren Wassersättigungen, wurden durch dispersiven Transport aufgrund des verbundenen Porennetzwerks und durch die Heterogenität des Strömungsfeldes verursacht. Es wurde beobachtet, dass die biokolloidale Verweilzeit eine Funktion des Druckgradienten als auch der Kolloidgröße ist. Unsere Modellierungsergebnisse stimmen sehr gut mit den bereits veröffentlichten Daten überein.

Wet bioadhesion in tree frogs

Viele Tiere wie etwa Geckos oder Laubfrösche können mittels ihrer Haftscheiben an Oberflächen kleben. Diese Haftscheiben ermöglichen es den Tieren, sich während ihrerrnFortbewegung an Oberflächen anzuheften und wieder zu lösen unabhängig von denrnvorherrschenden Umweltbedingungen. Frösche besitzen mikro- und nanostrukturierternsowie charakteristisch geformte Haftscheiben an Finger- und Zehenenden. Ihre besonderernevolutionäre Errungenschaft, sich stark und zugleich reversibel in sowohl trockenen alsrnauch feuchten Umgebungen anzuhaften, hat die Wissenschaft zur Nachahmung und Untersuchungrndieser Strukturen inspiriert. Zum besseren Verständnis der Mechanismen vonrnAnhaftung und Loslösung bei Laubfröschen wurden weiche, elastische und mikrostrukturierternOberflächen hergestellt, indem PDMS (Polydimethylsiloxan) auf einer Siliziummaskernmit Hexagonstruktur aufgetragen und vernetzt wurde. Dadurch wurden Anordnungenrnvon hexagonalen Mikrosäulen mit spezifischen geometrischen Eigenschaften undrnunterschiedlichen Kontaktgeometrien (normale, flache Form, T-Form und konkave Formrnder Säulenenden) erhalten. Um den Einfluss der van-der-Waals, hydrodynamischen,rnKapillar-und Adhäsionskräfte zu verstehen, wurden verschiedene experimentelle Ansätzernverfolgt: Die auf eine einzelne Säule wirkenden Adhäsionskräfte wurden mittelsrnRasterkraftmikroskopie gemessen. Dazu wurden speziell hergestellte kolloidale Sensorenrnverwendet. Diese Experimente wurden sowohl mit als auch ohne Flüssigkeitsfilm auf derrnSäule durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten den Beitrag von Kapillarkraft und direktenrnKontaktkräften zur Adhäsionskraft bei Vorliegen eines Flüssigkeitsfilms. Die Adhäsionrnfiel umso größer aus, je weniger Flüssigkeit zwischen Sensor und Säule vorhanden war.rnIm Falle einer trockenen Adhäsion zeigte die Säule mit T-Form die höchste Adhäsion. Darndie Haftscheiben der Laubfrösche weich sind, können sie dynamisch ihre Form ändern,rnwas zu einer Änderung der hydrodynamischen Kraft zwischen Scheibe und Oberflächernführt. Der Einfluss der Oberflächenverformbarkeit auf die hydrodynamische Kraft wurderndaher am Modellsystem einer Kugel untersucht, welche sich einer weichen und ebenenrnOberfläche annähert. Dieses System wurde sowohl theoretisch über die Simulation finiterrnElemente als auch experimentell über die Messung mit kolloidalen Sonden untersucht.rnSowohl experimentelle Ergebnisse als auch die Simulationen ergaben eine Abnahme derrnhydrodynamischen Kraft bei Annäherung des kolloidalen Sensors an eine weiche undrnelastische Oberfläche. Beim Entfernen der Sensors von der Oberfläche verstärkte sichrndie hydrodynamische Anziehungskraft. Die Kraft, die zur Trennung eines Partikels von einer Oberfläche in Flüssigkeit notwendig ist, ist für weiche und elastischen Oberflächenrngrößer als für harte Oberflächen. In Bezug zur Bioadhäsion bei Laubfröschen konnternfestgestellt somit festgestellt werden, dass sich der hydrodynamische Anteil zur feuchtenrnBioadhäsion aufgrund der weichen Oberfläche erhöht. Weiterhin wurde der Einflussrndes Aspektverhältnisses der Säulen auf die Reibungskraft mittels eines kolloidalen Sensorsrnuntersucht. Gestreckte Säulen zeigten dabei eine höhere Reibung im Vergleich zu.rnSäulen mit einem gestreckten Hexagon als Querschnitt.

Copper filtration in pediatric digital X-ray imaging: its impact on image quality and dose

The effect of copper (Cu) filtration on image quality and dose in different digital X-ray systems was investigated. Two computed radiography systems and one digital radiography detector were used. Three different polymethylmethacrylate blocks simulated the pediatric body. The effect of Cu filters of 0.1, 0.2, and 0.3 mm thickness on the entrance surface dose (ESD) and the corresponding effective doses (EDs) were measured at tube voltages of 60, 66, and 73 kV. Image quality was evaluated in a contrast-detail phantom with an automated analyzer software. Cu filters of 0.1, 0.2, and 0.3 mm thickness decreased the ESD by 25-32%, 32-39%, and 40-44%, respectively, the ranges depending on the respective tube voltages. There was no consistent decline in image quality due to increasing Cu filtration. The estimated ED of anterior-posterior (AP) chest projections was reduced by up to 23%. No relevant reduction in the ED was noted in AP radiographs of the abdomen and pelvis or in posterior-anterior radiographs of the chest. Cu filtration reduces the ESD, but generally does not reduce the effective dose. Cu filters can help protect radiosensitive superficial organs, such as the mammary glands in AP chest projections.

Hydraulic Conductivity of Model Soil-Bentonite Backfills Subjected to Wet-Dry Cycling

The potential for changes in hydraulic conductivity, k, of two model soil-bentonite (SB) backfills subjected to wet-dry cycling was investigated. The backfills were prepared with the same base soil (clean, fine sand) but different bentonite contents (2.7 and 5.6 dry wt %). Saturation (S), volume change, and k of consolidated backfill specimens (effective stress = 24 kPa) were evaluated over three to seven cycles in which the matric suction, Ym, in the drying stage ranged from 50 to 700 kPa. Both backfills exhibited susceptibility to degradation in k caused by wet-dry cycling. Mean values of k for specimens dried at Ym = 50 kPa (S = 30-60 % after drying) remained low after two cycles, but increased by 5- to 300-fold after three or more cycles. Specimens dried at Ym ≥ 150 kPa (S < 30 % after drying) were less resilient and exhibited 500- to 10 000-fold increases in k after three or more cycles. The greater increases in k for these specimens correlated with greater vertical shrinkage upon drying. The findings suggest that increases in hydraulic conductivity due to wet-dry cycling may be a concern for SB vertical barriers located within the zone of a fluctuating groundwater table.

How Porous are the Walls that Separate Us?: Transformative Service-Learning, Women’s Incarceration, and the Unsettled Self

In this article, we refine a politics of thinking from the margins by exploring a pedagogical model that advances transformative notions of service learning as social justice teaching. Drawing on a recent course we taught involving both incarcerated women and traditional college students, we contend that when communication among differentiated and stratified parties occurs, one possible result is not just a view of the other but also a transformation of the self and other. More specifically, we suggest that an engaged feminist praxis of teaching incarcerated women together with college students helps illuminate the porous nature of fixed markers that purport to reveal our identities (e.g., race and gender), to emplace our bodies (e.g., within institutions, prison gates, and walls), and to specify our locations (e.g., cultural, geographic, socialeconomic). One crucial theoretical insight our work makes clear is that the model of social justice teaching to which we aspired necessitates re-conceptualizing ourselves as students and professors whose subjectivities are necessarily relational and emergent.

Persistent decline in estimated but not measured glomerular filtration rate on tenofovir may reflect tubular rather than glomerular toxicity

Tenofovir disoproxil fumarate (TDF) has been associated with proximal renal tubulopathy and reduction in estimated glomerular filtration rate (eGFR), without accounting for the tubular secretion of creatinine.

Fluid balance, glomerular filtration rate, and urine output in dogs anesthetized for an orthopedic surgical procedure

OBJECTIVE: To determine fluid retention, glomerular filtration rate, and urine output in dogs anesthetized for a surgical orthopedic procedure. ANIMALS: 23 dogs treated with a tibial plateau leveling osteotomy. PROCEDURES: 12 dogs were used as a control group. Cardiac output was measured in 5 dogs, and 6 dogs received carprofen for at least 14 days. Dogs received oxymorphone, atropine, propofol, and isoflurane for anesthesia (duration, 4 hours). Urine and blood samples were obtained for analysis every 30 minutes. Lactated Ringer's solution was administered at 10 mL/kg/h. Urine output was measured and glomerular filtration rate was estimated. Fluid retention was measured by use of body weight, fluid balance, and bioimpedance spectroscopy. RESULTS: No difference was found among control, cardiac output, or carprofen groups, so data were combined. Median urine output and glomerular filtration rate were 0.46 mL/kg/h and 1.84 mL/kg/min. Dogs retained a large amount of fluids during anesthesia, as indicated by increased body weight, positive fluid balance, increased total body water volume, and increased extracellular fluid volume. The PCV, total protein concentration, and esophageal temperature decreased in a linear manner. CONCLUSIONS AND CLINICAL RELEVANCE: Dogs anesthetized for a tibial plateau leveling osteotomy retained a large amount of fluids, had low urinary output, and had decreased PCV, total protein concentration, and esophageal temperature. Evaluation of urine output alone in anesthetized dogs may not be an adequate indicator of fluid balance.

DEVELOPMENT OF POROUS CONCRETE GEOPOLYMER USING HYDROGEN PEROXIDE AS BLOWING AGENT.

Metakaolin and volcanic ashes respectively called MK and ZG were used as aluminosilicate raw materials for the synthesis of porous geopolymers. The hydrogen peroxide was used as a blowing agent. The geopolymer prepared were characterized by Spectroscopy Fourier Transform Infrared (SFTI), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and the determination of some physical properties such as bulk density, total porosity, volume shrinkage, compressive strength and thermal conductivity was also carried out. The presence of pores in the geopolymer obtained is function of the percentage of hydrogen peroxide added, causing the concomitantly decrease in compressive strength, apparent density and thermal conductivity. The use of hydrogen peroxide as a blowing agent gave some thermal insulation properties to these geopolymers which could be close to the properties of some commercial insulation materials.

A comparison of measured and estimated glomerular filtration rate in successfully treated HIV-patients with preserved renal function

Monitoring of renal function becomes increasingly important in the aging population of HIV-1 infected patients. We compared Cockroft & Gault (C&G), Chronic Kidney Disease Epidemiology Collaboration (CKD-EPI), Modification of Diet in Renal Disease (MDRD), Cystatin C- and 24 h urine-based estimated GFR (eGFR) with the gold standard, measured GFR (mGFR) using [125I]-iothalamate.

Improvement in renal function after everolimus introduction and calcineurin inhibitor reduction in maintenance thoracic transplant recipients: the significance of baseline glomerular filtration rate

The NOCTET (NOrdic Certican Trial in HEart and lung Transplantation) trial demonstrated that everolimus improves renal function in maintenance thoracic transplant (TTx) recipients. Nevertheless, introduction of everolimus is not recommended for patients with advanced renal failure. We evaluated NOCTET data to assess everolimus introduction amongst TTx recipients with advanced renal failure.