Comparison of Ozone and Chlorine in Low Concentrations as Sanitizing Agents of Chicken Carcasses in the Water Immersion Chiller

The aim of this study was to investigate the effects of the use of chlorine or ozone as sanitizing agents in the water of chicken immersion chilling, using the residual levels usually applied in Brazil (1.5 ppm), comparing the effects of these treatments on the microbiological, physicochemical, and sensory characteristics of carcasses. Chicken carcasses were chilled in water (4 degrees C) with similar residual levels of ozone and chlorine until reaching temperatures below 7 degrees C (around 45 min). The stability of carcasses was assessed during 15 days of storage at 2 +/- 1 degrees C. Microbiological, surface color (L*, a*, b* parameters), pH value, lipid oxidation (thiobarbituric acid reactive substances index), and sensory evaluation (on a 9-point hedonic scale for odor and appearance) analyses were carried out. The presence of Salmonella was not detected, coagulase-positive staphylococci counts were below 10(2) CFU/ml of rinse fluid, and Escherichia coil and total coliform counts were below 10(5) CFU/ml of rinse fluid until the end of the storage period for both treatments. Psychrotrophic microorganism counts did not differ (P > 0.05) between chlorine and ozone treatments, and both values were near 10(9) CFU/ml of rinse fluid after 15 days at 4 +/- 1 degrees C. pH values did not differ between treatments (P > 0.05) or during the storage period (P > 0.05). In addition, neither chlorine nor ozone treatment showed differences (P > 0.05) in the lipid oxidation of carcasses; however, the thiobarbituric acid reactive substances index of both treatments increased (P <= 0.05) during the storage period, reaching values of approximately 0.68 mg of malonaldehyde per kg. Samples from both treatments did not differ (P > 0.05) in their acceptance scores for odor and overall appearance, but in the evaluation of color, ozone showed an acceptance score significantly higher (P <= 0.05) than that for the chlorine treatment. In general, under the conditions tested, ozone showed results similar to the results for chlorine in the disinfection of chicken carcasses in the immersion chilling, which may indicate its use as a substitute for chlorine in poultry slaughterhouses.

Texture analysis of high resolution MRI allows discrimination between febrile and afebrile initial precipitating injury in mesial temporal sclerosis

A computational pipeline combining texture analysis and pattern classification algorithms was developed for investigating associations between high-resolution MRI features and histological data. This methodology was tested in the study of dentate gyrus images of sclerotic hippocampi resected from refractory epilepsy patients. Images were acquired using a simple surface coil in a 3.0T MRI scanner. All specimens were subsequently submitted to histological semiquantitative evaluation. The computational pipeline was applied for classifying pixels according to: a) dentate gyrus histological parameters and b) patients' febrile or afebrile initial precipitating insult history. The pipeline results for febrile and afebrile patients achieved 70% classification accuracy, with 78% sensitivity and 80% specificity [area under the reader observer characteristics (ROC) curve: 0.89]. The analysis of the histological data alone was not sufficient to achieve significant power to separate febrile and afebrile groups. Interesting enough, the results from our approach did not show significant correlation with histological parameters (which per se were not enough to classify patient groups). These results showed the potential of adding computational texture analysis together with classification methods for detecting subtle MRI signal differences, a method sufficient to provide good clinical classification. A wide range of applications of this pipeline can also be used in other areas of medical imaging. Magn Reson Med, 2012. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Enhancing spiral-wound ultrafiltration performance for direct drinking water treatment through operational procedures improvement: A feasible option for the Sao Paulo Metropolitan Region

This work aimed to evaluate the influence of specific operational conditions on the performance of a spiral-wound ultrafiltration pilot plant for direct drinking water treatment, installed at the Guarapiranga's reservoir, in the Sao Paulo Metropolitan Region. Results from operational tests showed that the volume of permeate produced in the combination of periodic relaxation with flushing and chlorine dosage procedures was 49% higher than the volume obtained when these procedures were not used. Two years of continuous operation demonstrated that the ultrafiltration pilot plant performed better during fall and winter seasons, higher permeate flow production and reduced chemical cleanings frequency. Observed behavior seems to be associated with the algae bloom events in the reservoir, which are more frequent during spring and summer seasons, confirmed by chlorophyll-a analysis results. Concentrate clarification using ferric chloride was quite effective in removing NOM and turbidity, allowing its recirculation to the ultrafiltration feed tank. This procedure made it possible to reach almost 99% water recovery considering a single 54-hour recirculation cycle. Water quality monitoring demonstrated that the ultrafiltration pilot plant was quite efficient, and that potential pathogenic organisms, Escherichia coil and total coliforms, turbidity and apparent color removals were 100%, 95.1%, and 91.5%, respectively. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Angiographic Results in Intracranial Aneurysms Treated with Inert Platinum Coils

This study was designed in an attempt to identify the risk factors that could be significantly associated with angio graphic recurrences after selective endovascular treatment of aneurysms with inert platinum coils. A retrospective analysis of all patients with selective endovascular coil occlusion of intracranial aneurysms was prospectively collected from 1999 to 2003. There were 455 aneurysms treated with inert platinum coils and followed by digital subtraction angiography. Angio graphic results were classified according Roy and Raymond's classification. Recurrences were subjectively divided into minor and major. The most significant predictors for angio graphic recurrences were determined by ANOVAs logistic regression, Cochran-Mantel-Haenszel test, Fisher exact probability. Short-term (4.3 +/- 1.4 months) follow-up angiograms were available in 377 aneurysms, middle-term (14.1 +/- 4.0 months) in 327 and long-term (37.4 +/- 11.5 months) in 180. Recurrences were found in 26.8% of treated aneurysms with a mean of 21 +/- 15.7 months of follow-up. Major recurrences needing retreatment were present in 8.8% during a mean period follow-up of 17.9 +/- 12.29 months after the initial endovascular treatment. One patient (0.2%) experienced a bleed during the follow-up period. Recurrences after endovascular treatment of aneurysms with inert platinum coils are frequent, but hemorrhages are unusual. Single aneurysm, ruptured aneurysm, neck greater than 4 mm and time of follow-up were risk factors for recurrence after endovascular treatment. The retreatment of recurrent aneurysm decreases the risk of major recurrences 9.8 times. Long-term angiogram monitoring is necessary for the population with significant recurrence predictors.

Development of cellulose-based bactericidal nanocomposites containing silver nanoparticles and their use as active food packaging

The use of nanomaterials, including metallic as active fillers in polymeric nanocomposites for food packaging has been extensively investigated. Silver nanoparticles (AgNPs), in particular, have been exploited for technological applications as bactericidal agents. In this paper, AgNPs were incorporated into a hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) matrix for applications as food packaging materials. The average sizes of the silver nanoparticles were 41 nm and 100 nm, respectively. Mechanical analyses and water vapor barrier properties of the HPMC/AgNPs nanocomposites were analysed. The best results were observed for films containing smaller (41 nm) AgNPs. The antibacterial properties of HPMC/AgNPs thin films were evaluated based on the diameter of inhibition zone in a disk diffusion test against Escherichia coli (E. coil) and Staphylococcus aureus (S. aureus). The disk diffusion studies revealed a greater bactericidal effectiveness for nanocomposites films containing 41 nm Ag nanoparticles. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Whole-body MRI: comprehensive evaluation on a 48-channel 3T MRI system in less than 40 minutes. Preliminary results

OBJECTIVE: To evaluate a comprehensive MRI protocol that investigates for cancer, vascular disease, and degenerative/inflammatory disease from the head to the pelvis in less than 40 minutes on a new generation 48-channel 3T system. MATERIALS AND METHODS: All MR studies were performed on a 48-channel 3T MR scanner. A 20-channel head/neck coil, two 18-channel body arrays, and a 32-channel spine array were employed. A total of 4 healthy individuals were studied. The designed protocol included a combination of single-shot T2-weighted sequences, T1-weighted 3D gradient-echo pre- and post-gadolinium. All images were retrospectively evaluated by two radiologists independently for overall image quality. RESULTS: The image quality for cancer was rated as excellent in the liver, pancreas, kidneys, lungs, pelvic organs, and brain, and rated as fair in the colon and breast. For vascular diseases ratings were excellent in the aorta, major branch vessel origins, inferior vena cava, portal and hepatic veins, rated as good in pulmonary arteries, and as poor in the coronary arteries. For degenerative/inflammatory diseases ratings were excellent in the brain, liver and pancreas. The inter-observer agreement was excellent. CONCLUSION: A comprehensive and time efficient screening for important categories of disease processes may be achieved with high quality imaging in a new generation 48-channel 3T system.

A variable reactant transducer to study the oscillations of a pendulum and the value of local gravity

[EN]We describe a method for studying the classicalexperiment of the simple pendulum, consisting of a body of magnetic material oscillating through a thin conducting coil (magnetic pendulum), which according to Faraday’s law of induction generates a fluctuating current in the coil that can be transferred into a periodic signal in an oscilloscope. The set up described here allows to study the motion of the pendulum beyond what is normally considered in more basic settings, including a detailed analysis of both small and large oscillations, and the determination of the value of the acceleration of gravity.

Studio di macromolecole associate alla calcificazione in organismi marini

Lo studio riportato in questa tesi ha come scopo l’osservazione e la comprensione dei processi molecolari associati alla deposizione di CaCO3 nei polimorfi di calcite e aragonite nel mollusco gasteropode Haliotis rufescens. In particolare l’attenzione si è focalizzata sullo strato glicoproteico (green layer) che si trova inserito all’interno dell’ipostraco o strato madreperlaceo. Studi precedenti suggeriscono l’ipotesi che il green layer sia una struttura polifunzionale che svolge un ruolo attivo nell’induzione di crescita dei cristalli di carbonato di calcio nella conchiglia. All’analisi microscopica il green layer si presenta come un foglietto trilaminato. Sugli strati esterni è depositata aragonite nella forma prismatica da una parte e sferulitica dall’altra. All’interno è racchiuso un core proteico, formato da glicoproteine e ricco di chitina. Questa struttura tripartita conferisce al guscio calcareo nuove proprietà meccaniche, come la resistenza alle fratture molto maggiore rispetto al minerale naturale. Il green layer è stato trattato in ambiente alcalino, l’unico in grado di solubilizzarlo. È stato ottenuto del materiale proteico che è stato caratterizzato utilizzando SDS-PAGE, colorato con Blu Comassie e all’argento per visualizzarne la componente peptidica. Il green layer è fluorescente, sono state quindi eseguite analisi spettroscopiche sull’estratto peptidico per determinarne le proprietà chimo fisiche (dipendenza dal pH dell’intensità di fluorescenza). Sono stati eseguiti esperimenti di crescita dei cristalli di CaCO3 in ambiente saturo di CaCl2 in assenza e presenza del peptide e in assenza e presenza di Mg++. I cristalli sono stati osservati al microscopio elettronico a scansione (SEM) e al microscopio confocale. Da un punto di vista spettroscopico si osserva che, eccitando l’estratto alcalino del green layer a 280 nm e 295 nm, lunghezze d’onda caratteristiche degli aminoacidi aromatici, si ottiene uno spettro di emissione che presenta una forte banda centrata a 440 nm e una spalla a circa 350 nm, quest’ultima da ascrivere all’emissione tipica di aminoacidi aromatici. L’emissione di fluorescenza dell’estratto dal green layer dipende dal pH per tutte le bande di emissione; tale effetto è particolarmente visibile per lo spettro di emissione a 440 nm, la cui lunghezza d’onda di emissione e l’intensità dipendono dalla ionizzazione di aminoacidi acidi (pKa = 4) e dell’istidina (pKa = 6.5 L’emissione a 440 nm proviene invece da un’eccitazione il cui massimo di eccitazione è centrato a 350 nm, tipica di una struttura policiclica aromatica. Poiché nessun colorante estrinseco viene isolato dalla matrice del green layer a seguito dei vari trattamenti, tale emissione potrebbe derivare da una modificazione posttraduzionale di aminoacidi le cui proprietà spettrali suggeriscono la formazione di un prodotto di dimerizzazione della tirosina: la ditirosina. Questa struttura potrebbe essere la causa del cross-link che rende resistente il green layer alla degradazione da parte di agenti chimici ed enzimatici. La formazione di ditirosina come fenomeno post-traduzionale è stato recentemente acquisito come un fenomeno di origine perossidativa attraverso la formazione di un radicale Tyr ed è stato osservato anche in altri organismi caratterizzati da esoscheletro di tipo chitinoso, come gli insetti del genere Manduca sexta. Gli esperimenti di cristallizzazione in presenza di estratto di green layer ne hanno provato l’influenza sulla nucleazione dei cristalli. In presenza di CaCl2 avviene la precipitazione di CaCO3 nella fase calcitica, ma la conformazione romboedrica tipica della calcite viene modificata dalla presenza del peptide. Inoltre aumenta la densità dei cristalli che si aggregano a formare strutture sferiche di cristalli incastrati tra loro. Aumentando la concentrazione di peptide, le sfere a loro volta si uniscono tra loro a formare strutture geometriche sovrapposte. In presenza di Mg++, la deposizione di CaCO3 avviene in forma aragonitica. Anche in questo caso la morfologia e la densità dei cristalli dipendono dalla concentrazione dello ione e dalla presenza del peptide. È interessante osservare che, in tutti i casi nei quali si sono ottenute strutture cristalline in presenza dell’estratto alcalino del green layer, i cristalli sono fluorescenti, a significare che il peptide è incluso nella struttura cristallina e ne induce la modificazione strutturale come discusso in precedenza. Si osserva inoltre che le proprietà spettroscopiche del peptide in cristallo ed in soluzione sono molto diverse. In cristallo non si ha assorbimento alla più corta delle lunghezze d’onda disponibili in microscopia confocale (405 nm) bensì a 488 nm, con emissione estesa addirittura sino al rosso. Questa è un’indicazione, anche se preliminare, del fatto che la sua struttura in soluzione e in cristallo è diversa da quella in soluzione. In soluzione, per un peptide il cui peso molecolare è stimato tra 3500D (cut-off della membrana da dialisi) e 6500 D, la struttura è, presumibilmente, totalmente random-coil. In cristallo, attraverso l’interazione con gli ioni Ca++, Mg++ e CO3 -- la sua conformazione può cambiare portando, per esempio, ad una sovrapposizione delle strutture aromatiche, in modo da formare sistemi coniugati non covalenti (ring stacking) in grado di assorbire ed emettere luce ad energia più bassa (red shift).

Study of the thermal effects induced by magnetic resonance on endocardial leads: numerical models and experimental validation

Magnetic resonance imaging (MRI) is today precluded to patients bearing active implantable medical devices AIMDs). The great advantages related to this diagnostic modality, together with the increasing number of people benefiting from implantable devices, in particular pacemakers(PM)and carioverter/defibrillators (ICD), is prompting the scientific community the study the possibility to extend MRI also to implanted patients. The MRI induced specific absorption rate (SAR) and the consequent heating of biological tissues is one of the major concerns that makes patients bearing metallic structures contraindicated for MRI scans. To date, both in-vivo and in-vitro studies have demonstrated the potentially dangerous temperature increase caused by the radiofrequency (RF) field generated during MRI procedures in the tissues surrounding thin metallic implants. On the other side, the technical evolution of MRI scanners and of AIMDs together with published data on the lack of adverse events have reopened the interest in this field and suggest that, under given conditions, MRI can be safely performed also in implanted patients. With a better understanding of the hazards of performing MRI scans on implanted patients as well as the development of MRI safe devices, we may soon enter an era where the ability of this imaging modality may be more widely used to assist in the appropriate diagnosis of patients with devices. In this study both experimental measures and numerical analysis were performed. Aim of the study is to systematically investigate the effects of the MRI RF filed on implantable devices and to identify the elements that play a major role in the induced heating. Furthermore, we aimed at developing a realistic numerical model able to simulate the interactions between an RF coil for MRI and biological tissues implanted with a PM, and to predict the induced SAR as a function of the particular path of the PM lead. The methods developed and validated during the PhD program led to the design of an experimental framework for the accurate measure of PM lead heating induced by MRI systems. In addition, numerical models based on Finite-Differences Time-Domain (FDTD) simulations were validated to obtain a general tool for investigating the large number of parameters and factors involved in this complex phenomenon. The results obtained demonstrated that the MRI induced heating on metallic implants is a real risk that represents a contraindication in extending MRI scans also to patient bearing a PM, an ICD, or other thin metallic objects. On the other side, both experimental data and numerical results show that, under particular conditions, MRI procedures might be consider reasonably safe also for an implanted patient. The complexity and the large number of variables involved, make difficult to define a unique set of such conditions: when the benefits of a MRI investigation cannot be obtained using other imaging techniques, the possibility to perform the scan should not be immediately excluded, but some considerations are always needed.

Überkritisches Kohlendioxid als Reaktionsmedium für die Dispersionspolymerisation

Überkritisches Kohlendioxid (CO2) ist für die Polymerisation von besonderem Interesse. Die Dispersionspolymerisation von N-Vinylpyrrolidon (VP) wurde mit Polystyrol-Polydimethylsiloxan Diblockcopolymeren (PS-b-PDMS) in diesem Medium durchgeführt. Hierfür wurde ein neues Hochdrucklabor eingerichtet, eine Sichtzelle und eine neuartige Lichtstreuzelle konstruiert. Für die Durchführung von Lichtstreuexperimenten wurde der Brechungs-index von CO2 bis zu hohen Dichten an einer Reflexionsapparatur bestimmt. Mittels dynamischen Lichtstreumessungen an Polydimethylsiloxan (PDMS) in überkritischem CO2 wurden unter den untersuchten Bedingungen ein Radius bestimmt, wie er für ungestörte Knäueldimensionen erwartet wurde. Das PS-b-PDMS wurde mittels anionischer Polymerisation mit verschiedenen Blocklängen und sehr engen Molekulargewichtsverteilungen synthetisiert. Das Phasenverhalten von PS-b-PDMS wurde in überkritischem CO2 visuell und in einer VP/CO2-Mischung mittels Turbidimetrie untersucht. Das Monomer wirkt als Co-Solvens für den PDMS-Block des Stabilisators. Bei einer Konzentration von ca. 1 Gew.-% PS-b-PDMS (pro Monomer) in CO2 bei 38 MPa und 80°C wurden sphärische ca. 1µm große PVP-Partikeln synthetisiert. PS-b-PDMS ist unter diesen Bedingungen ein geeigneter Stabilisator für die Polymerisation von VP in überkritischem CO2. Bei Konzentrationen von mehr als ca. 5 Gew.-% PS-b-PDMS wurden agglomerierte Partikeln beobachtet. Die Kinetik der Partikelentstehung wurde turbidimetrisch untersucht. Bereits in der frühen Phase der Polymerisation wurde eine anwachsende Partikelgröße gefunden.

Poly(para-phenylenethinylen)e - Synthese, Charakterisierung und Eigenschaften von endfunktionalisierten Polymeren und Stäbchen-Knäuel-Diblockcopolymeren

Der erste Teil der vorliegenden Dissertation beschäftigt sich mit der Eignung des ?,?-dithiolfunktionalisierten Poly(para-phenylenethinylen)s (PPE) als sogenannter „molekularer Draht“ für die molekulare Elektronik. Über die HECK-CASSAR-SONOGASHIRA-Reaktion wurden vollständig endfunktionalisierte, defektfreie Polymere mit durchschnittlichen Polymerisationsgraden von bis zu 45 Repetitionseinheiten synthetisiert. Die starke Aggregationsneigung der PPE, die die Anordnung der Polymerketten zwischen den Goldelektroden unterstützen soll, wurde mittels Rasterkraft- und Rastertunnelmikroskopie untersucht. Für die Untersuchungen zur Dotierbarkeit wurden ESR-, ENDOR-, UPS- und XPS-Messungen durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass sich das PPE reduzieren lässt.Im zweiten Teil der Arbeit wurden die PPE zur Synthese von Stäbchen-Knäuel-Diblockcopolymeren eingesetzt. Die Darstellung erfolgte nach der 'grafting onto'-Methode, indem monocarboxyl-endfunktionalisiertes PPE mit flexiblen monohydroxyl-endfunktionalisiertem Polyethylenglykol, Polydimethylsulfoxid bzw. Polytetrahydrofuran verestert wurde. Den Nachweis der Diblockcopolymerbildung erbrachten die 1H?NMR-Spektroskopie und die für Diblockcopolymere noch wenig angewandte MALDI-TOF-Massenspektrometrie. Mittels Rasterkraftmikroskopie und Computersimulationen zur Molekularmechanik und -dynamik wurden die Aggregationseigenschaften der Diblockcopolymere untersucht.

Synthese und Charakterisierung von Polymakromonomeren unterschiedlicher Topologie

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Topologien von Polymakromonomeren auf unterschiedlichen chemischen Routen synthetisiert und mit verschiedenen Methoden charakterisiert. Es wurden Polyalkylmakromonomere, Kern-Schale zylindrische Bürsten (Poly[styrol-block-alkylmakromonomere]), Polystyrolmakromonomere und Blockcopolymere aus zylindrischer Polystyrolbürste und linearem t--BuMA--Knäuel synthetisiert. Die Synthese der Polyalkylmakromonomere und der Kern--Schale zylindrischen Bürsten wurde durch die freie radikalische Polymerisation von Makromonomeren erreicht. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Polymakromonomere wurden mit verschiedenen Methoden (Lichtstreuung, Neutronenstreuung, DSC, AFM und NMR) untersucht. Die metalloceninitiierte Polymerisation von Polystyrolmakromonomeren führte zum ersten Mal zu Polymerisationsgraden der Hauptkette von mehr als 1000, so dass eine neue chemische Route zur Synthese von zylindrischen Bürsten entwickelt werden konnte. Die partiell lebende metalloceninitiierte Polymerisation erlaubt weiterhin zum ersten Mal die Synthese von Blockstrukturen, die einen zylindrischen Bürstenteil und einen linearen Knäuelteil (t--BuMA) aufweisen. Diese Blockcopolymere bilden nach Abspaltung der tert.--Butylgruppe und Neutralisation der freien Polymethacrylsäure mit Cäsiumhydroxid ein sehr großes Amphiphil, das in einem selektiven Lösungsmittel (z.~B. THF) eine mizellare überstruktur ausbildet. Der mizellare Charakter dieser überstrukturen wurde mit der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie/EDX bewiesen. Der mit der TEM beobachtete Durchmesser einer solchen Riesenmizelle erreicht Werte von bis zu 300 nm.

Azobenzol- und Perylendiimid-funktionalisierte Polyphenylen-Dendrimere

Die Dissertation 'Azobenzol- und Perylendiimid-funktionalisierte Polyphenylen-Dendrimere - Synthese, Charakterisierung und Eigenschaften' gliedert sich in vier Themengebiete. Der erste Abschnitt beschäftigt sich mit der Synthese unterschiedlich dichter Dendrimere um einen Azobenzol-Kern. Einkristallstrukturen und Molekülvisualisierungen verdeutlichen die dreidimensionale Gestalt der Dendrimere. Die Dendrimere zeigen erstmalig eine Abhängigkeit des Isomerisationsverhaltens von der das Chromophor umgebenden Struktur. Der zweite Abschnitt hat Interaktionen von Chromophoren, deren Distanz und Orientierung zueinander gezielt durch einen äußeren Impuls geändert werden können, zum Thema. Die Verbindung von Azobenzol und PMI führt durch deren gegenseitige Beeinflussung zu einem Verlust der charakteristischen Eigenschaften der Chromophore. Eine Oligo-L-Lysinkette, deren Enden mit NMI und PMI funktionalisiert sind, stellt ein FRET-System dar. Distanz und Orientierung der Chromophore zueinander werden durch den mittels TFE induzierten Übergang des Peptids vom Knäuel zur Helix verändert. Der dritte Abschnitt führt die Synthese von PDI-gekernten Dendrimeren durch Substitution in der bay-Region des Chromophors ein. Die Eignenschaften der Verbindungen wurden mittels optischer Methoden und cyclovoltammetrischen Studien untersucht. Weiter wurde die Oberflächenfunktionalisierung mit Aminosäuren und Oligopeptiden zu wasserlöslichen Dendrimeren mit hoher Oberflächenladung verfolgt. Das letzte Kapitel stellt Untersuchungen zur Organisation von Polyphenylen-Dendrimeren auf HOPG vor. Es lassen sich einerseits Nanofasern formieren, andererseits können auch geordnete Mono- und Multilagen erzeugt werden.

Computer-Simulationen zur Strukturbildung von einzelnen Polymerketten

In dieser Arbeit wurden die Phasenübergänge einer einzelnen Polymerkette mit Hilfe der Monte Carlo Methode untersucht. Das Bondfluktuationsmodell wurde zur Simulation benutzt, wobei ein attraktives Kastenpotential zwischen allen Monomeren der Polymerkette gewirkt hat. Drei Arten von Bewegungen sind eingeführt worden, um die Polymerkette richtig zu relaxieren. Diese sind die Hüpfbewegung, die Reptationsbewegung und die Pivotbewegung. Um die Volumenausschlußwechselwirkung zu prüfen und um die Anzahl der Nachbarn jedes Monomers zu bestimmen ist ein hierarchischer Suchalgorithmus eingeführt worden. Die Zustandsdichte des Modells ist mittels des Wang-Landau Algorithmus bestimmt worden. Damit sind thermodynamische Größen berechnet worden, um die Phasenübergänge der einzelnen Polymerkette zu studieren. Wir haben zuerst eine freie Polymerkette untersucht. Der Knäuel-Kügelchen Übergang zeigt sich als ein kontinuierlicher Übergang, bei dem der Knäuel zum Kügelchen zusammenfällt. Der Kügelchen-Kügelchen Übergang bei niedrigeren Temperaturen ist ein Phasenübergang der ersten Ordnung, mit einer Koexistenz des flüssigen und festen Kügelchens, das eine kristalline Struktur hat. Im thermodynamischen Limes sind die Übergangstemperaturen identisch. Das entspricht einem Verschwinden der flüssigen Phase. In zwei Dimensionen zeigt das Modell einen kontinuierlichen Knäuel-Kügelchen Übergang mit einer lokal geordneten Struktur. Wir haben ferner einen Polymermushroom, das ist eine verankerte Polymerkette, zwischen zwei repulsiven Wänden im Abstand D untersucht. Das Phasenverhalten der Polymerkette zeigt einen dimensionalen crossover. Sowohl die Verankerung als auch die Beschränkung fördern den Knäuel-Kügelchen Übergang, wobei es eine Symmetriebrechung gibt, da die Ausdehnung der Polymerkette parallel zu den Wänden schneller schrumpft als die senkrecht zu den Wänden. Die Beschränkung hindert den Kügelchen-Kügelchen Übergang, wobei die Verankerung keinen Einfluss zu haben scheint. Die Übergangstemperaturen im thermodynamischen Limes sind wiederum identisch im Rahmen des Fehlers. Die spezifische Wärme des gleichen Modells aber mit einem abstoßendem Kastenpotential zeigt eine Schottky Anomalie, typisch für ein Zwei-Niveau System.

Responsive Bürstenpolymere

'Responsive' Bürstenpolymere Bürstenpolymere sind definiert verzweigte Makromoleküle, die aus einer Hauptkette und vielen darauf (kovalent) gepfropften Seitenketten bestehen; ist der Pfropfungsgrad hoch und die Hauptkette wesentlich länger als die Seitenketten, dann haben sie die Form semiflexibler molekularer Zylinder. Lassen sich Form bzw. Ausdehnung eines solchen Zylinders gezielt ansteuern, dann könnten diese Moleküle entweder als (Nano-)Sensoren für die entsprechende Umgebungsbedingung oder als molekulare Motoren eingesetzt werden. Die Idee responsiver Bürstenpolymere beruht auf folgender Überlegung: Die gestreckte Konformation der Hauptkette ist entropisch gegenüber einem entsprechenden Knäuel benachteiligt, weshalb sie ,molekulare Federn‘ darstellen, die auf Änderung der repulsiven Wechselwirkung zwischen den Seitenketten reagieren. Dies wurde für den Wechsel zwischen gutem und schlechtem Lösungsmitteln untersucht. Ein zweites Konzept zur Änderung der Molekülform beruht auf der intramolekularen Phasentrennung (,Segmentbildung‘) miteinander unverträglicher Seitenketten in selektiven Lösungsmitteln, da die Hauptkette durch Ausbildung von Mikrophasen entlang des Moleküls ebenfalls aus ihrer gestreckten Form gebracht werden sollte. Die dritte Möglichkeit zur Änderung der Konformation ist die intramolekulare Vernetzung von Seitenketten, die ebenfalls zu verringerter Abstoßung und damit zur Verkürzung der Zylinder führen sollte. Eine weitere wichtige Untersuchung der Arbeit war der Übergang einer geknäuelten Hauptkette zu einer gestreckten Bürste als Funktion der Pfropfdichte. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden zylindrische Bürstenpolymere durch ,Grafting Trough‘ und ,Grafting Onto‘ synthetisiert (PS bzw. PI/PS und PnBMA/PMAA mit Kern/Schale- und ,Segment‘-Architektur) und systematisch Pfropfdichte, Vernetzungsgrad (Vernetzung durch gamma-Bestrahlung) und Lösungsbedingungen verändert. Die Möglichkeit gezielter Ansteuerung der Konformationsänderung durch Vernetzung konnte nach polymeranaloger Modifikation von PI/PS-Bürstenpolymeren durch Photovernetzung und vernetzende Komplexierung erfolgreich bestätigt werden. Zur Untersuchung der Probenreihen wurden AFM, Licht- und Neutronenstreuung herangezogen. Die Analysen bestätigten konsistent die Änderung von Steifigkeit, Zylinderquerschnitt und Streckung der Hauptkette durch Variation von Pfropfdichte, Vernetzung und Lösungsmittelqualität. Für die Änderung der Pfropfdichte gehorchen die Parameter dabei Potenzgesetzen.