Advanced polymeric materials for applications in technical equipment for snow sports

The thesis is divided in three chapters, each one covering one topic. Initially, the thermo-mechanical and impact properties of materials used for back protectors have been analysed. Dynamical mechanical analysis (DMTA) has shown that materials used for soft-shell protectors present frequency-sensitive properties. Furthermore, through impact tests, the shock absorbing characteristics of the materials have been investigated proving the differences between soft and hard-shell protectors; moreover it has been demonstrated that the materials used for soft-shell protectors maintain their protective properties after multi-impacts. The second chapter covers the effect of the visco-elastic properties of the thermoplastic polymers on the flexural and rebound behaviours of ski boots. DMTA analysis on the materials and flexural and rebound testing on the boots have been performed. A comparison of the results highlighted a correlation between the visco-elastic properties and the flexural and rebound behaviour of ski boots. The same experimental methods have been used to investigate the influence of the design on the flexural and rebound behaviours. Finally in the third chapter the thermoplastic materials employed for the construction of ski boots soles have been characterized in terms of chemical composition, hardness, crystallinity, surface roughness and coefficient of friction (COF). The results showed a relation between material hardness and grip, in particular softer materials provide more grip with respect to harder materials. On the contrary, the surface roughness has a negative effect on friction because of the decrease in contact area. The measure of grip on inclined wet surfaces showed again a relation between hardness and grip. The performance ranking of the different materials has been the same for the COF and for the slip angle tests, indicating that COF can be used as a parameter for the choice of the optimal material to be used for the soles of ski boots.

Characterisation of human co-culture systems for applications in bone tissue engineering

For the successful integration of bone tissue engineering constructs into patients, an adequate supply with oxygen and nutrients is critical. Therefore, prevascularisation of bone tissue engineering constructs is desirable for bone formation, remodelling and regeneration. Co-culture systems, consisting of human endothelial cells and primary osteoblasts (pOB) as well as osteosarcoma cell lines, represent a promising method for studying the mechanisms involved in the vascularisation of constructs in bone tissue en- gineering and could provide new insights into the molecular and cellular mechanisms that control essential processes during angiogenesis. The present study demonstrated the im- portant components of co-culture systems with a focus on bone tissue replacement and the angiogenic effects of pOB and osteosarcoma cell lines on human endothelial cells. Furthermore, the studies emphasised an overall approach for analysis of signal molecules that are involved in the angiogenic activation of human endothelial cells by the regulation of VEGF-related pathways at the transcriptional and translational levels. The osteosarcoma cell lines Cal-72, MG-63 and SaOS-2, as well as pOB from several donors, differed in their angiogenesis-inducing potential in 2-D and 3-D co-culture systems. SaOS-2 cells appeared to have a high osteogenic differentiation level with no detectable angiogenesis-inducing potential in co-culture with human endothelial cells. The angiogenic potential of the osteoblast-like cells is mainly correlated with the upregulation of essential angiogenic growth factors, such as VEGF, bFGF and HGF and the downregulation of the angiogenesis inhibitor, endostatin. However, other factors involved in angiogenic regulation were found to differ between SaOS-2 cells, compared to Cal-72 and MG-63. The present study focuses on VEGF pathway-effecting genes as key players in the regulation of angiogenesis. The levels of VEGF and VEGF-effecting genes, such as TGF-α and TIMP-2 are down-regulated in SaOS-2 cells. In contrast, direct regulators of VEGF, such as IL6, IL8 and TNF are strongly upregulated, which indicates disruptions in growth factor regulating pathways in SaOS-2 cells. Potential pathways, which could be involved include MEK, PI3K, MAPK, STAT3, AKT or ERK. Additional treatment of co-cultures with single growth factors did not accelerate or improve the angiogenesis-inducing potential of SaOS-2 cells. Knowledge of the detailed molecular mechanisms involved in angiogenesis control will hopefully allow improved approaches to be developed for prevascularisation of bone tissue engineering constructs.

Plasmon-enhanced dynamic light scattering of gold nanorods in bulk and near a wall

Transportprozesse von anisotropen metallischen Nanopartikeln wie zum Beispiel Gold-Nanostäbchen in komplexen Flüssigkeiten und/oder begrenzten Geometrien spielen eine bedeutende Rolle in einer Vielzahl von biomedizinischen und industriellen Anwendungen. Ein Weg zu einem tiefen, grundlegenden Verständnis von Transportmechanismen ist die Verwendung zweier leistungsstarker Methoden - dynamischer Lichtstreuung (DLS) und resonanzverstärkter Lichtstreuung (REDLS) in der Nähe einer Grenzfläche. In dieser Arbeit wurden nanomolare Suspensionen von Gold-Nanostäbchen, stabilisiert mit Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), mit DLS sowie in der Nähe einer Grenzfläche mit REDLS untersucht. Mit DLS wurde eine wellenlängenabhängige Verstärkung der anisotropen Streuung beobachtet, welche sich durch die Anregung von longitudinaler Oberflächenplasmonenresonanz ergibt. Die hohe Streuintensität nahe der longitudinalen Oberflächenplasmonenresonanzfrequenz für Stäbchen, welche parallel zum anregenden optischen Feld liegen, erlaubte die Auflösung der translationalen Anisotropie in einem isotropen Medium. Diese wellenlängenabhängige anisotrope Lichtstreuung ermöglicht neue Anwendungen wie etwa die Untersuchung der Dynamik einzelner Partikel in komplexen Umgebungen mittels depolarisierter dynamischer Lichtstreuung. In der Nähe einer Grenzfläche wurde eine starke Verlangsamung der translationalen Diffusion beobachtet. Hingegen zeigte sich für die Rotation zwar eine ausgeprägte aber weniger starke Verlangsamung. Um den möglichen Einfluss von Ladung auf der festen Grenzfläche zu untersuchen, wurde das Metall mit elektrisch neutralem Polymethylmethacrylat (PMMA) beschichtet. In einem weiteren Ansatz wurde das CTAB in der Gold-Nanostäbchen Lösung durch das kovalent gebundene 16-Mercaptohexadecyltrimethylammoniumbromid (MTAB) ersetzt. Daraus ergab sich eine deutlich geringere Verlangsamung.

Titanate-based paraelectric glass-ceramics for applications in GHz electronics

Das Gebiet der drahtlosen Kommunikationsanwendungen befindet sich in einem permanenten Entwicklungsprozess (Mobilfunkstandards: GSM/UMTS/LTE/5G, glo-bale Navigationssatellitensysteme (GNSS): GPS, GLONASS, Galileo, Beidou) zu immer höheren Datenraten und zunehmender Miniaturisierung, woraus ein hoher Bedarf für neue, optimierte Hochfrequenzmaterialien resultiert. Diese Entwicklung zeigt sich besonders in den letzten Jahren in der zunehmenden Entwicklung und Anzahl von Smartphones, welche verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen innerhalb eines Geräts kombinieren (data: 1G-4G, GPS, WLAN, Bluetooth). Die für zukünftige Technologien (z.B. 5G) benötigte Performance-steigerung kann durch die Verwendung von auf MIMO basierenden Antennensystemen realisiert werden (multiple-input & multiple-output, gesteuerte Kombination von mehreren Antennen) für welche auf dielectric Loading basierende Technologien als eine der vielversprechendsten Implementierungslösungen angesehen werden. rnDas Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer geeigneten paraelektrischen Glaskeramik ($varepsilon_{r}$ > 20, $Qf$ > 5000 GHz, |$tau_f$| < 20 ppm/K; im GHz Frequenzbe-reich) im $mathrm{La_{2}O_{3}}$-$mathrm{TiO_{2}}$-$mathrm{SiO_{2}}$-$mathrm{B_{2}O_{3}}$-System für auf dielectric Loading basierende Mobilfunkkommunikationstechnologien als Alternative zu existierenden kommerziell genutzten Sinterkeramiken. Der Fokus lag hierbei auf der Frage, wie die makroskopi-schen dielektrischen Eigenschaften der Glaskeramik mit ihrer Mikrostruktur korreliert bzw. modifiziert werden können. Es konnte gezeigt werden, dass die dielektrischen Materialanforderungen durch das untersuchte System erfüllt werden und dass auf Glaskeramik basierende Dielektrika weitere vorteilhafte nichtelektro-nische Eigenschaften gegenüber gesinterten Keramiken besitzen, womit dielektrische Glaskeramiken durchaus als geeignete Alternative angesehen werden können. rnEin stabiles Grünglas mit minimalen Glasbildneranteil wurde entwickelt und die chemische Zusammensetzung bezüglich Entglasung und Redoxinstabilitäten optimiert. Geeignete Dotierungen für dielektrisch verlustarme $mathrm{TiO_{2}}$-haltige Glaskeramiken wurden identifiziert.rnDer Einfluss der Schmelzbedingungen auf die Keimbildung wurde untersucht und der Keramisierungsprozess auf einen maximalen Anteil der gewünschten Kristallphasen optimiert um optimale dielektrische Eigenschaften zu erhalten. Die mikroskopische Struktur der Glaskeramiken wurde analysiert und ihr Einfluss auf die makroskopischen dielektrischen Eigenschaften bestimmt. Die Hochfrequenzverlustmechanismen wurden untersucht und Antennen-Prototypenserien wurden analysiert um die Eignung von auf Glaskeramik basierenden Dielektrika für die Verwendung in dielectric Loading Anwendungen zu zeigen.

Improvements in production and storage of HP-129 Xe

Seit seiner Entdeckung im Jahre 1978 wurden für hyperpolarisiertes (HP) 129Xe zahlreiche Anwendungen gefunden. Aufgrund seiner hohen Verstärkung von NMR-Signalen wird es dabei typischerweise für Tracer- und Oberflächenstudien verwendet. Im gasförmigen Zustand ist es ein interessantes, klinisches Kontrastmittel, welches für dynamische Lungen MRT genutzt oder auch in Blut oder lipophilen Flüssigkeiten gelöst werden kann. Weiterhin findet HP-Xe auch in der Grundlagenphysik in He-Xe Co-Magnetometern Verwendung, mit welchen z. B. das elektrische Dipolmoment von Xe bestimmt werden soll, oder es dient zur Überprüfung auf Lorentz-Invarianzen. Alle diese Anwendungen profitieren von einem hohen Polarisationsgrad (PXe), um hohe Signalstärken und lange Lagerzeiten zu erreichen. rnIn dieser Arbeit wurden zwei mobile Xe-Polarisatoren konstruiert: einer für Experimente in der Grundlagenphysik mit einer Produktionsrate von 400 mbar·l/h mit PXe ≈ 5%. Der zweite Xe-Polarisator wurde für medizinische Anwendungen entwickelt und soll 1 bar l/h mit PXe > 20% erzeugen. Der letztere wurde noch nicht getestet. Die Arbeitsbedingungen des Xe-Polarisators für Grundlagenphysik (Strömung des Gasgemischs, Temperatur, Druck und Konzentration von Xe) wurden variiert, um einen höchstmöglichen Polarisationsgrad zu erzielen. Die maximale Polarisation von 5,6 % wurde bei Verwendung eine Gasmischung von 1% Xe bei einem Durchfluss von 200 ml/min, einer Temperatur von 150°C und einem Gesamtdruck von 4 bar erreicht. rnWeiterhin muss HP-Xe auch effizient gelagert werden, um Polarisationsverluste zu minimieren. Das ist besonders für solche Anwendungen notwendig, welche an einem entfernten Standort durchgeführt werden sollen oder auch wenn lange Spinkohärenzeiten gefordert sind, z.B. bei He-Xe Co-Magnetometern. rnHierbei bestand bisher die größte Schwierigkeit darin, die Reproduzierbarkeit der gemessenen Lagerzeiten sicherzustellen. In dieser Arbeit konnte die Spin-Gitter-Relaxationszeit (T1) von HP-129Xe in unbeschichteten, Rb-freien, sphärischen Zellen aus Aluminiumsilikatglas (GE-180) signifikant verbessert werden. Die T1–Zeit wurde in einem selbstgebauten Niederfeld-NMR-System (2 mT) sowohl für reines HP-Xe als auch für HP-Xe in Mischungen mit N2, SF6 und CO2 bestimmt. Bei diesen Experimenten wurde die maximale Relaxationszeit für reines Xe (85% 129 Xe) bei (4,6 ± 0,1) h festgestellt. Dabei lagen die typischen Wand-Relaxationszeiten bei ca. 18 h für Glaszellen mit einem Durchmesser von 10 cm. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass CO2 eine unerwartet hohe Effizienz bei der Verkürzung der Lebensdauer der Xe-Xe Moleküle zeigte und somit zu einer deutlichen Verlängerung der gesamten T1-Zeit genutzt werden kann. rnIm Verlauf vieler Experimente wurde durch wiederholte Messungen mit der gleichen Zelle, ein "Alterungsprozess“ bei der Wandrelaxation identifiziert und untersucht. Dieser Effekt könnte leicht rückgängig gemacht werden, indem die anfängliche Reinigungsprozedur wiederholt wurde. Auf diese Weise kann eine konstante Wandrelaxation sichergestellt werden, durch die sehr reproduzierbare T1-Messungen möglich werden. rnSchließlich wurde die maximale Relaxationszeit für HP-Xe mit natürlicher Häufigkeit in Mischungen mit SF6 bestimmt. Überraschenderweise war dieser Wert um ca. 75% niedriger als der Wert für Xenon, das zu 85% mit 129Xe angereichert war. Dieser Effekt wurde durch drei unabhängige Experimente bestätigt, da er nicht von der bestehenden Theorie der Xe-Relaxation ableitbar ist. rnDie Polarisation von HP-Xe, PXe, wird normalerweise durch den Vergleich der NMR-Signale des HP-Xe mit einer thermischen polarisierten Probe (z. B. 1H2O oder Xe) bestimmt. Dabei beinhaltet der Vergleich unterschiedlicher Messungen an verschiedenen Proben (unterschiedlicher Druck, Signalintensität und Messverfahren) viele experimentelle Unsicherheiten, welche sich oft nicht leicht bestimmen lassen. Eine einfache, genaue und kostengünstige Methode zur Bestimmung von PXe durch eine direkte Messung der makroskopischen Magnetisierung in einem statischen Magnetfeld vermeidet alle diese Unsicherheiten. Dieses Verfahren kann Polarisationen von > 2 % mit einer Genauigkeit von maximal 10% fast ohne Polarisationsverlust bestimmen. Zusätzlich kann diese Methode ohne weitere Änderungen auch für Bestimmungen des Polarisationsgrades anderer HP-Gase verwendet werden.rn

DW-MRI of the urogenital tract: applications in oncology

Diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) appears to hold promise as a non-invasive imaging modality in the detection of early microstructural and functional changes of different organs. DW-MRI is an imaging technique with a high sensitivity for the detection of a large variety of diseases in the urogenital tract. In kidneys, DW-MRI has shown promise for the characterization of solid lesions. Also in focal T1 hyperintense lesions DW-MRI was able to differentiate hemorrhagic cysts from tumours according to the lower apparent diffusion coefficient (ADC) values reported for renal cell carcinomas. Promising results were also published for the detection of prostate cancer. DW-MRI applied in addition to conventional T2-weighted imaging has been found to improve tumour detection. On a 3 T magnetic resonance unit ADC values were reported to be lower for tumours compared with the normal-appearing peripheral zone. The combined approach of T2-weighted imaging and DW-MRI also showed promising results for the detection of recurrent tumour in patients after radiation therapy. DW-MRI may improve the performance of conventional T2-weighted and contrast-enhanced MRI in the preoperative work-up of bladder cancer, as it may help in distinguishing superficial from muscle invasive bladder cancer, which is critical for patient management. Another challenging application of DW-MRI in the urogenital tract is the detection of pelvic lymph node metastases. As the ADC is generally reduced in malignant tumours and increased under inflammatory conditions, reduced ADC values were expected in patients with lymph node metastases.

Stem cell-based therapeutic applications in retinal degenerative diseases

Retinal degenerative diseases that target photoreceptors or the adjacent retinal pigment epithelium (RPE) affect millions of people worldwide. Retinal degeneration (RD) is found in many different forms of retinal diseases including retinitis pigmentosa (RP), age-related macular degeneration (AMD), diabetic retinopathy, cataracts, and glaucoma. Effective treatment for retinal degeneration has been widely investigated. Gene-replacement therapy has been shown to improve visual function in inherited retinal disease. However, this treatment was less effective with advanced disease. Stem cell-based therapy is being pursued as a potential alternative approach in the treatment of retinal degenerative diseases. In this review, we will focus on stem cell-based therapies in the pipeline and summarize progress in treatment of retinal degenerative disease.

Methods for the measurement and characterization of erosion in enamel and dentine

The advantages, limitations and potential applications of available methods for studying erosion of enamel and dentine are reviewed. Special emphasis is placed on the influence of histological differences between the dental hard tissue and the stage of the erosive lesion. No method is suitable for all stages of the lesion. Factors determining the applicability of the methods are: surface condition of the specimen, type of the experimental model, nature of the lesion, need for longitudinal measurements and type of outcome. The most suitable and most widely used methods are: chemical analyses of mineral release and enamel surface hardness for early erosion, and surface profilometry and microradiography for advanced erosion. Morphological changes in eroded dental tissue have usually been characterised by scanning electron microscopy. Novel methods have also been used, but little is known of their potential and limitations. Therefore, there is a need for their further development, evaluation, consolidation and, in particular, validation.

Nation building in Bosnia and Herzegovina: Cooperation, coordination and collaboration

Cross-sectoral interorganizational relationships in post-conflict situations occur regularly. Whether formal task forces, advisory groups or other ad hoc arrangements, these relations take place in chaotic and dangerous situations with urgent and turbulent political, economic and social environments. Furthermore, they typically involve a large number of players from many different nations, operating across sectors, and between multiple layers of bureaucracy and diplomacy. The organizational complexity staggers many participants and observers, as do the tasks they are charged with completing. Reform efforts in Bosnia and Herzegovina starting in 1995 may serve as the archetype model of conflict, transition and development for the 21st century. It wins this honor due not to its particular programmatic successes and failures, rather to the interorganizational complexity of the International Community. From the massive response to the crisis, to the modern nation-building policies it spawned, and the development assistance practices and institutional arrangements it created, the Bosnian development experience has much to offer by way of lessons learned. This manuscript frames the unique Bosnian development situation, and provides lessons learned from the experience of nation building given local realities. Pettigrew (1992) called this "contextualizing." While network and/or organizational structure, strategy and process explain many interorganizational relationship issues, the development variables identified in this manuscript prove equally important, yet elusive and difficult to measure despite their very real and overt presence.

The interorganizational challenge of agricultural reform in Bosnia and Herzegovina

The case study reported below examines USAID's "Linking Agricultural Markets with Producers" program. This program complemented Bosnia and Herzegovina's overall sustainable agriculture policies. Implementing organizations quickly recognized that sustainability must be achieved not only from an environmental perspective, but in the interorganizational domain as well. Public, private and nonprofit players had to develop the social, economic and political infrastructure required for sustainable agricultural projects to succeed. These institutional changes were at times more difficult than the sustainable agriculture policies and practices they supported. Framed within LAMP's identification of constraints and proposed solutions for agricultural reform, we explored the interorganizational linkages required for success. We identified three distinct types: 1) those within the international community, 2) those within the local community and 3) those between international and local organizations. The case illustrates the institutional and managerial obstacles to and opportunities for implementing sustainable development reforms in transition settings.

The Economics and Nutritional Impacts of Food Assistance Policies and Programs

Recent evidence on malnutrition and poverty raise important questions on the role of food assistance policies and programs. In this review article, we examine evidence on the economic and nutritional impacts of international food assistance programs (FAPs) and policies. The returns on investments in FAPs are, on average, high but depend considerably on the targeting and cost structures as well as on food quality and role of complementary activities. We disaggregate findings into four classes of recipients. Returns to FAPs are highest for children under two. But, FAPs oriented towards early childhood interventions are less well funded than are interventions aimed at school-age children or at the broader, largely adult population even though available evidence indicates that these latter classes of interventions offer considerably lower average returns in economic, health, and nutrition terms. Nonetheless, FAP effectiveness in achieving any of several objectives varies with a range of key factors, including targeting, additionality, seasonality, timeliness, incentive effects, social acceptability and political economy considerations. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparative Study of Informal Health Care Networks and Elderly Health Status in Argentina and Cuba

The objective of this study is to evaluate the impact of informal care support networks on the health status, life satisfaction, happiness and anxiety of elderly individuals in Argentina and Cuba. Recent economic changes, demographic changes, the structure of families and changes in women?s labor participation have affected the availability of informal care. Additionally, the growing number of elderly as a percentage of total population has significant implications for both formal and informal care in Argentina and Cuba. Methods: The SABE - Survey on Health, Well-Being, and Aging in Latin America and the Caribbean, 2000 was used as the data source. The survey has a sample of 10,656 individuals aged 60 years and older residing in private households occupied by permanent dwellers in 7 cities in the Latin American and Caribbean region. My study will focus on the Buenos Aires and Havana samples in which there were 1043 individuals and 1905 individuals respectively. General sampling design was used to establish comparability between countries. Individuals requiring assistance are surveyed on their source of help and the relative impact of informal versus paid help is measured for this group. Other measures of social support (number of living children, companionship and number of individuals living in the same dwelling) are used to measure networks for the full sample. Multivariate probit regression analyses were run separately for Cuba and for Argentina to evaluate the marginal impacts of the types of social support on health status, life satisfaction, happiness and anxiety. Results: For Argentina, almost all of the family help variables positively impact good health. Getting help from most other members of the family negatively impacts satisfaction with life. Happiness is affected differently by each of the family help variables but community support increases the likelihood of being happy. Although none of the family or community help variables show statistical significance, most negatively affect anxiety levels. In Cuba, all of the social support variables have a positive marginal impact on the health status of the elderly. In this case, some of the family and community help variables have a negative marginal impact on life satisfaction; however, it appears that having those closest to the elderly, children, spouse, or other family, positively impacts life satisfaction. Most of the support variables negatively impact happiness. Receiving help from a child, spouse or parent is associated with a marginal increase in anxiety, whereas receiving help from a grandchild, another family member or a friend actually reduces anxiety. Discussion: The study highlights the necessity for enhancing the coordination of various care networks in order to provide adequate care and reduce the burdens of old age on the individual, family and society and the need for consistent support for the caregivers. More qualitative work should be done to identify how support is given and what comprises the support. The constant change and advancement of the world, and the growth of the Latin American and Caribbean region, suggests that more updates studies need to be done.