Characterization of selectivity and pharmacophores of type 1 sea anemone toxins by screening seven Na-v sodium channel isoforms

During their evolution, animals have developed a set of cysteine-rich peptides capable of binding various extracellular sites of voltage-gated sodium channels (VGSC). Sea anemone toxins that target VGSCs delay their inactivation process, but little is known about their selectivities. Here we report the investigation of three native type 1 toxins (CGTX-II, delta-AITX-Bcg1a and delta-AITX-Bcg1b) purified from the venom of Bunodosoma cangicum. Both delta-AITX-Bcg1a and delta-AITX-Bcg1b toxins were fully sequenced. The three peptides were evaluated by patch-clamp technique among Nav1.1-1.7 isoforms expressed in mammalian cell lines, and their preferential targets are Na(v)1.5 > 1.6 > 1.1. We also evaluated the role of some supposedly critical residues in the toxins which would interact with the channels, and observed that some substitutions are not critical as expected. In addition, CGTX-II and delta-AITX-Bcg1a evoke different shifts in activation/inactivation Boltzmann curves in Nav1.1 and 1.6. Moreover, our results suggest that the interaction region between toxins and VGSCs is not restricted to the supposed site 3 (S3-54 linker of domain IV), and this may be a consequence of distinct surface of contact of each peptide vs. targeted channel. Our data suggest that the contact surfaces of each peptide may be related to their surface charges, as CGTX-II is more positive than delta-AITX-Bcg1a and delta-AITX-Bcg1b. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

COMPLEXITY MEASURE: A QUANTUM INFORMATION APPROACH

In the past decades, all of the efforts at quantifying systems complexity with a general tool has usually relied on using Shannon's classical information framework to address the disorder of the system through the Boltzmann-Gibbs-Shannon entropy, or one of its extensions. However, in recent years, there were some attempts to tackle the quantification of algorithmic complexities in quantum systems based on the Kolmogorov algorithmic complexity, obtaining some discrepant results against the classical approach. Therefore, an approach to the complexity measure is proposed here, using the quantum information formalism, taking advantage of the generality of the classical-based complexities, and being capable of expressing these systems' complexity on other framework than its algorithmic counterparts. To do so, the Shiner-Davison-Landsberg (SDL) complexity framework is considered jointly with linear entropy for the density operators representing the analyzed systems formalism along with the tangle for the entanglement measure. The proposed measure is then applied in a family of maximally entangled mixed state.

Interfacial concentrations of chloride and bromide in zwitterionic micelles with opposite dipoles: Experimental determination by chemical trapping and a theoretical description

Interfacial concentrations of chloride and bromide ions, with Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, trimethylammonium (TMA(+)), Ca2+, and Mg2+ as counterions, were determined by chemical trapping in micelles formed by two zwitterionic surfactants, namely N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (HPS) and hexadecylphosphorylcholine (HDPC) micelles. Appropriate standard curves for the chemical trapping method were obtained by measuring the product yields of chloride and bromide salts with 2,4,6-trimethyl-benzenediazonium (BF4) in the presence of low molecular analogs (N,N,N-trimethyl-propane sulfonate and methyl-phosphorylcholine) of the employed surfactants. The experimentally determined values for the local Br- (Cl-) concentrations were modeled by fully integrated non-linear Poisson Boltzmann equations. The best fits to all experimental data were obtained by considering that ions at the interface are not fixed at an adsorption site but are free to move in the interfacial plane. In addition, the calculation of ion distribution allowed the estimation of the degree of ion coverage by using standard chemical potential differences accounting for ion specificity. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Multi-q pattern analysis: A case study in image classification

This paper compares the effectiveness of the Tsallis entropy over the classic Boltzmann-Gibbs-Shannon entropy for general pattern recognition, and proposes a multi-q approach to improve pattern analysis using entropy. A series of experiments were carried out for the problem of classifying image patterns. Given a dataset of 40 pattern classes, the goal of our image case study is to assess how well the different entropies can be used to determine the class of a newly given image sample. Our experiments show that the Tsallis entropy using the proposed multi-q approach has great advantages over the Boltzmann-Gibbs-Shannon entropy for pattern classification, boosting image recognition rates by a factor of 3. We discuss the reasons behind this success, shedding light on the usefulness of the Tsallis entropy and the multi-q approach. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Irreversible spherical model and its stationary entropy production rate

The nonequilibrium stationary state of an irreversible spherical model is investigated on hypercubic lattices. The model is defined by Langevin equations similar to the reversible case, but with asymmetric transition rates. In spite of being irreversible, we have succeeded in finding an explicit form for the stationary probability distribution, which turns out to be of the Boltzmann-Gibbs type. This enables one to evaluate the exact form of the entropy production rate at the stationary state, which is non-zero if the dynamical rules of the transition rates are asymmetric.

Generalized Metropolis dynamics with a generalized master equation: An approach for time-independent and time-dependent Monte Carlo simulations of generalized spin systems

The extension of Boltzmann-Gibbs thermostatistics, proposed by Tsallis, introduces an additional parameter q to the inverse temperature beta. Here, we show that a previously introduced generalized Metropolis dynamics to evolve spin models is not local and does not obey the detailed energy balance. In this dynamics, locality is only retrieved for q = 1, which corresponds to the standard Metropolis algorithm. Nonlocality implies very time-consuming computer calculations, since the energy of the whole system must be reevaluated when a single spin is flipped. To circumvent this costly calculation, we propose a generalized master equation, which gives rise to a local generalized Metropolis dynamics that obeys the detailed energy balance. To compare the different critical values obtained with other generalized dynamics, we perform Monte Carlo simulations in equilibrium for the Ising model. By using short-time nonequilibrium numerical simulations, we also calculate for this model the critical temperature and the static and dynamical critical exponents as functions of q. Even for q not equal 1, we show that suitable time-evolving power laws can be found for each initial condition. Our numerical experiments corroborate the literature results when we use nonlocal dynamics, showing that short-time parameter determination works also in this case. However, the dynamics governed by the new master equation leads to different results for critical temperatures and also the critical exponents affecting universality classes. We further propose a simple algorithm to optimize modeling the time evolution with a power law, considering in a log-log plot two successive refinements.

Study of the vertical transport in p-doped superlattices based on group III-V semiconductors

The electrical conductivity σ has been calculated for p-doped GaAs/Al0.3Ga0.7As and cubic GaN/Al0.3Ga0.7N thin superlattices (SLs). The calculations are done within a self-consistent approach to the k → ⋅ p → theory by means of a full six-band Luttinger-Kohn Hamiltonian, together with the Poisson equation in a plane wave representation, including exchange correlation effects within the local density approximation. It was also assumed that transport in the SL occurs through extended minibands states for each carrier, and the conductivity is calculated at zero temperature and in low-field ohmic limits by the quasi-chemical Boltzmann kinetic equation. It was shown that the particular minibands structure of the p-doped SLs leads to a plateau-like behavior in the conductivity as a function of the donor concentration and/or the Fermi level energy. In addition, it is shown that the Coulomb and exchange-correlation effects play an important role in these systems, since they determine the bending potential.

Study of surface free energy on a lattice-gas model applied to Liquid bridge

The pulmonary crackling and the formation of liquid bridges are problems that for centuries have been attracting the attention of scientists. In order to study these phenomena, it was developed a canonical cubic lattice-gas­ like model to explain the rupture of liquid bridges in lung airways [A. Alencar et al., 2006, PRE]. Here, we further develop this model and add entropy analysis to study thermodynamic properties, such as free energy and force. The simulations were performed using the Monte Carlo method with Metropolis algorithm. The exchange between gas and liquid particles were performed randomly according to the Kawasaki dynamics and weighted by the Boltzmann factor. Each particle, which can be solid (s), liquid (l) or gas (g), has 26 neighbors: 6 + 12 + 8, with distances 1, √2 and √3, respectively. The energy of a lattice's site m is calculated by the following expression: Em = ∑k=126 Ji(m)j(k) in witch (i, j) = g, l or s. Specifically, it was studied the surface free energy of the liquid bridge, trapped between two planes, when its height is changed. For that, was considered two methods. First, just the internal energy was calculated. Then was considered the entropy. It was fond no difference in the surface free energy between this two methods. We calculate the liquid bridge force between the two planes using the numerical surface free energy. This force is strong for small height, and decreases as the distance between the two planes, height, is increased. The liquid-gas system was also characterized studying the variation of internal energy and heat capacity with the temperature. For that, was performed simulation with the same proportion of liquid and gas particle, but different lattice size. The scale of the liquid-gas system was also studied, for low temperature, using different values to the interaction Jij.

La filosofia di Hans-Georg Gadamer e il problema del disagio della modernità. Ermeneutica, estetica, etica e politica

L’ermeneutica filosofica di Hans-Georg Gadamer – indubbiamente uno dei capisaldi del pensiero novecentesco – rappresenta una filosofia molto composita, sfaccettata e articolata, per così dire formata da una molteplicità di dimensioni diverse che si intrecciano l’una con l’altra. Ciò risulta evidente già da un semplice sguardo alla composizione interna della sua opera principale, Wahrheit und Methode (1960), nella quale si presenta una teoria del comprendere che prende in esame tre differenti dimensioni dell’esperienza umana – arte, storia e linguaggio – ovviamente concepite come fondamentalmente correlate tra loro. Ma questo quadro d’insieme si complica notevolmente non appena si prendano in esame perlomeno alcuni dei numerosi contributi che Gadamer ha scritto e pubblicato prima e dopo il suo opus magnum: contributi che testimoniano l’importante presenza nel suo pensiero di altre tematiche. Di tale complessità, però, non sempre gli interpreti di Gadamer hanno tenuto pienamente conto, visto che una gran parte dei contributi esegetici sul suo pensiero risultano essenzialmente incentrati sul capolavoro del 1960 (ed in particolare sui problemi della legittimazione delle Geisteswissenschaften), dedicando invece minore attenzione agli altri percorsi che egli ha seguito e, in particolare, alla dimensione propriamente etica e politica della sua filosofia ermeneutica. Inoltre, mi sembra che non sempre si sia prestata la giusta attenzione alla fondamentale unitarietà – da non confondere con una presunta “sistematicità”, da Gadamer esplicitamente respinta – che a dispetto dell’indubbia molteplicità ed eterogeneità del pensiero gadameriano comunque vige al suo interno. La mia tesi, dunque, è che estetica e scienze umane, filosofia del linguaggio e filosofia morale, dialogo con i Greci e confronto critico col pensiero moderno, considerazioni su problematiche antropologiche e riflessioni sulla nostra attualità sociopolitica e tecnoscientifica, rappresentino le diverse dimensioni di un solo pensiero, le quali in qualche modo vengono a convergere verso un unico centro. Un centro “unificante” che, a mio avviso, va individuato in quello che potremmo chiamare il disagio della modernità. In altre parole, mi sembra cioè che tutta la riflessione filosofica di Gadamer, in fondo, scaturisca dalla presa d’atto di una situazione di crisi o disagio nella quale si troverebbero oggi il nostro mondo e la nostra civiltà. Una crisi che, data la sua profondità e complessità, si è per così dire “ramificata” in molteplici direzioni, andando ad investire svariati ambiti dell’esistenza umana. Ambiti che pertanto vengono analizzati e indagati da Gadamer con occhio critico, cercando di far emergere i principali nodi problematici e, alla luce di ciò, di avanzare proposte alternative, rimedi, “correttivi” e possibili soluzioni. A partire da una tale comprensione di fondo, la mia ricerca si articola allora in tre grandi sezioni dedicate rispettivamente alla pars destruens dell’ermeneutica gadameriana (prima e seconda sezione) ed alla sua pars costruens (terza sezione). Nella prima sezione – intitolata Una fenomenologia della modernità: i molteplici sintomi della crisi – dopo aver evidenziato come buona parte della filosofia del Novecento sia stata dominata dall’idea di una crisi in cui verserebbe attualmente la civiltà occidentale, e come anche l’ermeneutica di Gadamer possa essere fatta rientrare in questo discorso filosofico di fondo, cerco di illustrare uno per volta quelli che, agli occhi del filosofo di Verità e metodo, rappresentano i principali sintomi della crisi attuale. Tali sintomi includono: le patologie socioeconomiche del nostro mondo “amministrato” e burocratizzato; l’indiscriminata espansione planetaria dello stile di vita occidentale a danno di altre culture; la crisi dei valori e delle certezze, con la concomitante diffusione di relativismo, scetticismo e nichilismo; la crescente incapacità a relazionarsi in maniera adeguata e significativa all’arte, alla poesia e alla cultura, sempre più degradate a mero entertainment; infine, le problematiche legate alla diffusione di armi di distruzione di massa, alla concreta possibilità di una catastrofe ecologica ed alle inquietanti prospettive dischiuse da alcune recenti scoperte scientifiche (soprattutto nell’ambito della genetica). Una volta delineato il profilo generale che Gadamer fornisce della nostra epoca, nella seconda sezione – intitolata Una diagnosi del disagio della modernità: il dilagare della razionalità strumentale tecnico-scientifica – cerco di mostrare come alla base di tutti questi fenomeni egli scorga fondamentalmente un’unica radice, coincidente peraltro a suo giudizio con l’origine stessa della modernità. Ossia, la nascita della scienza moderna ed il suo intrinseco legame con la tecnica e con una specifica forma di razionalità che Gadamer – facendo evidentemente riferimento a categorie interpretative elaborate da Max Weber, Martin Heidegger e dalla Scuola di Francoforte – definisce anche «razionalità strumentale» o «pensiero calcolante». A partire da una tale visione di fondo, cerco quindi di fornire un’analisi della concezione gadameriana della tecnoscienza, evidenziando al contempo alcuni aspetti, e cioè: primo, come l’ermeneutica filosofica di Gadamer non vada interpretata come una filosofia unilateralmente antiscientifica, bensì piuttosto come una filosofia antiscientista (il che naturalmente è qualcosa di ben diverso); secondo, come la sua ricostruzione della crisi della modernità non sfoci mai in una critica “totalizzante” della ragione, né in una filosofia della storia pessimistico-negativa incentrata sull’idea di un corso ineluttabile degli eventi guidato da una razionalità “irrazionale” e contaminata dalla brama di potere e di dominio; terzo, infine, come la filosofia di Gadamer – a dispetto delle inveterate interpretazioni che sono solite scorgervi un pensiero tradizionalista, autoritario e radicalmente anti-illuminista – non intenda affatto respingere l’illuminismo scientifico moderno tout court, né rinnegarne le più importanti conquiste, ma più semplicemente “correggerne” alcune tendenze e recuperare una nozione più ampia e comprensiva di ragione, in grado di render conto anche di quegli aspetti dell’esperienza umana che, agli occhi di una razionalità “limitata” come quella scientista, non possono che apparire come meri residui di irrazionalità. Dopo aver così esaminato nelle prime due sezioni quella che possiamo definire la pars destruens della filosofia di Gadamer, nella terza ed ultima sezione – intitolata Una terapia per la crisi della modernità: la riscoperta dell’esperienza e del sapere pratico – passo quindi ad esaminare la sua pars costruens, consistente a mio giudizio in un recupero critico di quello che egli chiama «un altro tipo di sapere». Ossia, in un tentativo di riabilitazione di tutte quelle forme pre- ed extra-scientifiche di sapere e di esperienza che Gadamer considera costitutive della «dimensione ermeneutica» dell’esistenza umana. La mia analisi della concezione gadameriana del Verstehen e dell’Erfahrung – in quanto forme di un «sapere pratico (praktisches Wissen)» differente in linea di principio da quello teorico e tecnico – conduce quindi ad un’interpretazione complessiva dell’ermeneutica filosofica come vera e propria filosofia pratica. Cioè, come uno sforzo di chiarificazione filosofica di quel sapere prescientifico, intersoggettivo e “di senso comune” effettivamente vigente nella sfera della nostra Lebenswelt e della nostra esistenza pratica. Ciò, infine, conduce anche inevitabilmente ad un’accentuazione dei risvolti etico-politici dell’ermeneutica di Gadamer. In particolare, cerco di esaminare la concezione gadameriana dell’etica – tenendo conto dei suoi rapporti con le dottrine morali di Platone, Aristotele, Kant e Hegel – e di delineare alla fine un profilo della sua ermeneutica filosofica come filosofia del dialogo, della solidarietà e della libertà.

Computersimulation von Positronium-Annihilation in Polymeren

In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Berechnung derLebensdauern von Ortho-Positronium in Polymerenbeschrieben. Zur Auswertung vonPositronium-Annihilations-Experimenten wurde bislang eineinfaches Modell verwendet, dessen Gültigkeit im Falle vonPolymeren fragwürdig ist. Durch ein verbessertes Modell wirdeine realistischere Beschreibung der Lebensdauernmöglich. Mit verschiedenen quantenmechanischen Methoden wirdeine Näherung für das Wechselwirkungspotential desPositroniums mit der Polymermatrix bestimmt. DieElektronendichte im Polymer wird mit quantenchemischenRechnungen ermittelt, während die Polymerstruktur selbst mitMolekulardynamik-Simulationen auf atomistis cher Ebeneberechnet wird. Die Pfad-integral-Monte-Carlo-Methodegestattet es dann, die Aufenthaltswahrscheinlichkeit unddaraus die Lebensdauer von Ortho-Positronium in den zumfreien Volumen gehörenden Löchern im Polymer zuberechnen. Diese werden mit Ergebnissen ausPositroniu-Annihilations-Experimenten verglichen. Wenn sieübereinstimmen, läßt sich schließen, daß diezugrundeliegenden simulierten Polymerkonfigurationen inBezug auf das freie Volumen ein realistisches Abbild desrealen Polymers sind. Da die Positionen der Atome in der Simulation bekannt sind,wird das freie Volumen mit der Gittermethode bestimmt undmit einem Clusteralgorithmus zu Löchern zusammengefaßt, diedann geometrisch analysiert werden. So können Informationenüber Gestalt, Größe und Verteilung der Löcher gewonnenwerden, die weit über das bislang verwendete Standardmodellhinausgehen. Es zeigt sich, daß einige der Annahmen desStandardmodells nicht erfüllt sind. Die Möglichkeiten des neuen Verfahrens werden an Polystyrolund Bisphenol-A-Polycarbonat demonstriert. ExperimentelleLebensdauerspektren können gut reproduziert werden. Eswurden umfangreiche Analysen des freien Volumensdurchgeführt. Im Falle des Polystyrols wurde auch seineTemperaturabhängigkeit untersucht. Des weiteren werden Simulationen zur Diffusion vonKohlendioxid in Polystyrol bei verschiedenen Temperaturenund Drücken präsentiert. Die Berechnung vonDiffusionskoeffizienten in NpT-Simulationen wird diskutiert;es wird eine Methode dargestellt, die die Berechnung derVerschiebung der Teilchen in ungefalteten Koordinatenerlaubt, auch wenn die Größe der Simulationszellefluktuiert, weil eine automatische Druckkontrolle verwendetwird. Damit werden Diffusionskoeffizientenermittelt. Außerdem wird der Frage nachgegangen, welcheLöcher die Kohlendioxidmoleküle besetzen. Dies ist von derexperimentellen Seite interessant, weil häufig gasbeladenePolymere durch Positronium untersucht werden, um dieAnzahldichte der Löcher zu bestimmen; diese wird wiederumbenötigt, um aus dem mittleren Volumen eines Loches dasgesamte freie Volumen zu berechnen.

Untersuchung molekularer Erkennungsreaktionen mit einem integriert-optischen Mach-Zehnder-Interferometer

Abstract (deutsch)Zielsetzung des Dissertationsvorhabens war die Beobachtung und Analyse von Gast-Wirt-Wechselwirkungen an oxidischen Oberflächen. Einer der Wechselwirkungspartner sollte dabei auf der Oberfläche immobilisiert, der andere in wäßriger Lösung darüber vorliegen.Eine empfindliche und oberflächensensitive Methode zur Beobachtung der Anlagerung unmarkierter Moleküle ist die Wellenleiterspektroskopie, insbesondere mit dem hier verwendeten und weiterentwickelten integriert-optischen Mach-Zehnder-Interferometer in Siliziumtechnik (Siliziumoxynitrid auf oxidiertem Siliziumwafer). Mit Hilfe des Interferometers wurden unterschiedliche Wirt-Gast-Systeme untersucht. Grundlage der Immobilisierung war jeweils die Funktionalisierung der Sensoroberfläche durch Selbstadsorption von Organosilanen. Durch unterschiedliche Organosilane, die zum Teil im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert wurden, ließen sich die Wirtmoleküle beta-Cyclodextrin, Streptavidin, sowie unterschiedliche monoklonale Antikörperfragmente immobilisieren.- Der Einfluß der Oberfläche auf die Bindungsstärke des Wirtmoleküls beta-Cyclodextrin und unterschiedlicher Gastmoleküle wurde konzentrationsabhängig untersucht.- Silan-Biotinderivate mit unterschiedlicher Streptavidin-Affinität wurden an die Oberfläche immobilisiert und die Adsorption von Streptavidin an die Biotinderivate beobachtet. Dabei konnte unter anderem nachgewiesen werden, daß das Streptavidinadsorbat gequollen ist.- Als mögliche Anwendung wurde geprüft, ob das vorgestellte Interferometer durch die Funktionalisierung mit Antikörperfragmenten als Biosensor in Frage kommt. Es konnte nachgewiesen werden, daß sich Antikörper auf der Sensoroberfläche immobilisieren lassen und Antigene spezifisch an diese Antikörper adsorbieren.

Flüssigkristalline Ionomere zum Aufbau von Multischichtstrukturen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von nematischen und smektischen LC-Polyestern, die mit ionischen Gruppen funktionalisiert wurden. Als ionische Gruppen wurden Phosphonsäure-salze und Phosphonium- oder Ammoniumgruppen verwendet. Je nach Polymerrückgrat erhält man LC-Ionomere, bei denen die ionischen Gruppen entweder an das Mesogen oder an den Hauptkettenspacer gebunden sind. Diese LC-Ionomere können zusammen mit amorphen Polyelektrolyten oder anorganischen Schichtmineralien für den Multischichtaufbau durch alternierende Adsorption von Polykation und Polyanion aus der Lösung verwendet werden (Methode von G. Decher). Die Multischichtbildung konnte mittels UV-Spektroskopie, IR-Spektroskopie, Kontaktwinkel-Messungen, Röntgenreflexionsmessungen und Oberflächen Plasmonen-Spektroskopie verfolgt werden. Die Subschichten sind zwischen 25 und 55 Å dick und hängen z.B. von der Polarität des Lösungsmittels ab. Erste cis-trans Isomerisierungen und Photoorientierungs-Versuche wurden durchgeführt.

Trägerfixierte Metallocene für die heterogene Olefinpolymerisation

Der industrielle Einsatz von Metallocenen in der Polymerisation von Olefinen erfordert die Immobilisierung der aktiven Komponenten auf geeigneten Trägermaterialien, um eine günstige Prozeßführung zu ermöglichen und Produkte mit definierter Morphologie zu erhalten. Es werden im Rahmen dieser Arbeit zwei unterschiedliche Konzepte verfolgt, Metallocene auf Polymeren zu trägern. Zum einen wird ein Polystyrol verwendet, das mit Hilfe von Cyclopentadien-Gruppen im letzten synthetischen Schritt der Katalysatorpräparation zu einem Harz vernetzt wird. Im zweiten Konzept werden formstabile Dendrimere vom Polyphenylentyp als strukturdefinierte Modellsysteme für geträgerte Katalysatoren eingeführt. Beide Katalysatorsysteme zeigen in der Polymerisation von Ethylen ausgezeichnete Aktivität bei geringen Coaktivatormengen und liefern Polymerprodukte mit hohen Molekulargewichten und sehr engen Poly-dispersitäten. Neben der Entwicklung von neuartigen Trägerungskonzepten bildet einen Schwerpunkt dieser Arbeit die Entwicklung von neuen Methoden zur Charakterisierung von heterogenen Katalysatoren. So wird eine neuartige Untersuchungsmethode eingeführt, mit der die räumliche Verteilung von Katalysatorträgerfragmenten in Polymerprodukten studiert werden kann. Diese Methode beruht auf einer ortsaufgelösten Detektion von Fluoreszenz in dreidimensionalen Strukturen mit einem konfokalen optischen Rastermikroskop. Zu diesem Zweck werden Trägermaterialien für Katalysatoren auf Polymer- und Silicabasis mit Rylen-Chromophoren markiert. Nach der Polymerisation dient die Fluoreszenz der Chromophore zur Lokalisierung der Katalysatorfragmente im Polymerprodukt. Den Abschluß dieser Arbeit bildet die Entwicklung eines neuen kombinatorischen Verfahrens zur schnelleren Charakterisierung von heterogenen Katalysatoren, die mit Chromophore markiert werden.

Solvatationsdynamik: lokales Relaxationsverhalten glasbildender Systeme

In dieser Arbeit wurde das lokale Relaxationsverhalten niedermolekularer glasbildender Materialien mit der Methode der Solvatationsdynamik untersucht. Bei dieser Methode werden phosphoreszente Farbstoffe als molekulare Sonden für die lokale Dynamik im Glasbildner eingesetzt. Je nach verwendeter Sonde sind unterschiedliche Eigenschaften zugänglich:Mit Farbstoffen, die ihr Dipolmoment bei optischer Anregung nicht ändern, wird eine mechanische Solvatation gemessen, die die lokale viskoelastische Antwort des Materials widerspiegelt. Mit Farbstoffen, die eine Änderung des Dipolmoments bei optischer Anregung aufweisen,sind zusätzlich lokale dielektrische Eigenschaften des Materials zugänglich, die bei endlicher Polarität des Lösungsmittels dominieren. Das heterogene Relaxationsverhalten des Glasbildners 2-Methyltetrahydrofuran wurde quantitativ untersucht.Auf einem Temperaturbereich, auf dem die mittlere Relaxationszeit um mehr als 4 Dekaden variiert, konnte gezeigt werden, daß die Relaxation lokal rein exponentiell verläuft. Zur Abschätzung von Reichweiteneffekten wurden Solvatationsmessungen in einschränkenden Geometrien in Form von porösen Sol-Gel Gläsern mit Porendurchmessern zwischen 7,5-2,5 nm durchgeführt. Der Einfluß der Beschaffenheit der Porenoberfläche wurde durch Vergleichzwischen der Solvatation in nativen und in silanisierten Gläsern untersucht. Es wurde gezeigt, daß auch in den kleinsten verwendeten silanisierten Poren alle Charakteristika des jeweiligen Bulk-Systems erhalten bleiben.In den nativen porösen Gläsern dagegen führt der Einfluß der stark polaren Oberfläche zu einer Änderung der Dynamik.

Quantensimulationen physisorbierter Molekülschichten auf Graphit

Mit Hilfe der Pfadintegral-Monte Carlo-Methode werdenPhasendiagramme von physisorbierten Molekülschichten aufGraphit untersucht. Die Verwendung von realistischen Potenzialen sowie dieBehandlung aller translatorischen und rotatorischenFreiheitsgrade erlaubt einen quantitativen Vergleich mit denExperimenten.Krypton-Atome bilden in der Monolage ein kommensurablesGitter mit den Atomen über der Mitte jeder drittenGraphitwabe.Die Vorgänge am Schmelzübergang werden von der Desorptioneiniger Atome dominiert. Die Argon-Schicht auf Graphit ist dagegen inkommensurabel.Zweiatomigen Stickstoff-Moleküle bilden eineorientierungsgeordnete Tieftemperaturphase(Fischgrät-Struktur). Quantenfluktuationen führen zu einer Erniedrigung der mitklassischen Methoden berechneten Phasenübergangstemperaturum 12%.Damit wird der experimentelle Wert von 28 K erreicht.Die Anisotropie und das Dipolmoment von Kohlenmonoxid führenzu einer dipolar geordneten Tieftemperaturphase.Die experimentell nicht geklärte Struktur kann in derQuantensimulation als antiferroelektrischeFischgrät-Struktur identifiziert werden.Der Phasenübergang liegt mit 6 K sehr nahe am Experiment(5.2 K).Für die Argon-Stickstoff-Mischsysteme wird dasPhasendiagramm in der Konzentrations(x)-Temperatur(T)-Ebeneerstellt. Die Übergangstemperaturen decken sich mit denen desExperiments.In Konfigurationen mit zufälliger Teilchenbesetzung weisen die linearen Moleküle ab Argon-Konzentrationen von10% ein Orientierungsglas-Verhalten auf.Durch einen zusätzlichen Teilchenaustausch wird in denMischsystemen die Bildung einer Windrad-Phase ermöglicht, inder die Argon-Atome eine Überstruktur annehmen.Diese Phase wird experimentell imArgon-Kohlenmonoxid-Mischsystem vorgefunden, dessenx-T-Phasendiagramm in guter Übereinstimmung mit denSimulationsergebnissen steht.Die explizite Berücksichtigung der Quantenmechanik in denComputersimulationen liefert wesentliche Beiträge zurKlärung des Phasenverhaltens und der Bestimmung vonÜbergangstemperaturen der Tieftemperaturstrukturen.