A dry extract of Phyllanthus niruri protects normal cells and induces apoptosis in human liver carcinoma cells

The ability to induce apoptosis is an important marker for cytotoxic antitumor agents. Some natural compounds have been shown to modulate apoptosis pathways that are frequently blocked in human cancers, and therefore, these compounds provide novel opportunities for cancer drug development. Phyllanthus, a plant genus of the family Euphorbiaceae, exhibits multiple pharmacological actions. Of these, Phyllanthus niruri extracts exhibit significant antitumor activity, which is consistent with the traditional medicinal use of this plant. To examine the apoptotic effects of a spray-dried extract of P. niruri (SDEPN), human hepatocellular carcinoma cells (HepG2, Huh-7), colorectal carcinoma cells (Ht29) and keratinocytes (HaCaT) were exposed to the extract for 4, 8 and 24 h. Flow cytometry and caspase-3 immunostaining were used to detect apoptosis, while analysis of variance was applied to identify significant differences between groups (P < 0.05). At all timepoints, the SDEPN induced significantly different cytotoxic effects for HepG2 and Huh-7 cells compared with control cells (P < 0.001). In contrast, the SDEPN had a protective effect on HaCaT cells compared with control cells at all timepoints (P < 0.001). In caspase-3 assays, activation was detected after cell death was induced in Huh-7 and HepG2 cancer cells by the SDEPN. In combination, these results indicate that the SDEPN is selectively toxic towards cancer cell lines, yet is protective towards normal cells.

Space-time relation of post-collisional granitic magmatism in Santa Catarina, southern Brazil: U-Pb LA-MC-ICP-MS zircon geochronology of coeval mafic-felsic magmatism related to the Major Gercino Shear Zone

LA-MC-ICP-MS U-Pb zircon dating was performed on syntectonic, early post-collisional granitic and associated mafic rocks that are intrusive in the Brusque Metamorphic Complex and in the Florianopolis Batholith, major tectonic domains separated by the Neoproterozoic Major Gercino Shear Zone (MGSZ) in south Brazil. The inferred ages of magmatic crystallization are consistent with field relationships, and show that the syntectonic granites from both domains are similar, with ages around 630-620 Ma for high-K calc-alkaline metaluminous granites and ca. 610 Ma for slightly peraluminous granites. Although ca. 650 Ma inherited zircon components are identified in granites from both domains, important contrasts on the crustal architecture in each domain are revealed by the patterns of zircon inheritance, indicating different crustal sources for the granites in each domain. The granites from the southern domain (Floriandpolis Batholith) have essentially Neoproterozoic (650-700 Ma and 900-950 Ma) inheritance; with a single 2.0-2.2 Ga inherited age obtained in the peraluminous Mariscal Granite. In the northern Brusque Metamorphic Complex, the metaluminous Rio Pequeno Granite and associated mafic rocks have scarce inherited cores with ages around 1.65 Ga, whereas the slightly peraluminous Serra dos Macacos Granite has abundant Paleoproterozoic (1.8-2.2 Ga) and Archean (2.9-3.4 Ga) inherited zircons. Our results are consistent with the hypothesis that the MGSZ separates domains with distinct geologic evolution; however, the contemporaneity of 630-610 Ma granitic magmatism with similar structural and geochemical patterns on both sides of this major shear zone indicates that these domains were already part of a single continental mass at 630 Ma, reinforcing the post-collisional character of these granites. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

U-Pb zircon ages of orthogneisses and supracrustal rocks of the Cariris Velhos belt: Onset of Neoproterozoic rifting in the Borborema Province, NE Brazil

New geochronological and geochemical constraints on Precambrian sedimentary and volcanic successions exposed in the western part of the Central Domain of the Borborema Province, NE Brazil, indicate the presence of two distinct tectono-stratigraphic complexes: Riacho Gravata and Sao Caetano. Both complexes and associated orthogneisses are referred in the literature as the Cariris Velhos belt, having depositional, extrusive, or intrusive ages within the interval 985-913 Ma. The Riacho Gravata complex consists of bimodal (but mostly felsic) volcanic and volcanoclastic rocks, muscovite+/-graphite schists, quartzites, and marble with local occurrences of banded-iron-formation. The Sao Caetano complex mainly consists of metagreywackes, marbles, calc-silicate rocks, and rare meta-mafic rocks. Meta-mafic rocks from both complexes have geochemical signatures similar to those of continental flood basalts, with epsilon Nd (1.0 Ga) values ranging from -1.0 to -2.8. Felsic volcanic rocks from the Riacho Gravata complex show epsilon Nd (1.0 Ga) values ranging from -1.0 to -7.4 and geochemical signatures similar to A(2)-type granitoids. New SHRIMP U-Pb zircon data from felsic volcanic rocks within the Riacho Gravata complex yielded ages of 1091 +/- 13 Ma and 996 +/- 13 Ma. In contrast, meta-graywackes from the Sao Caetano complex show a maximum deposition age of ca. 806 Ma in the northern part and ca. 862 Ma in the southern part of the outcrop area. The orthogneisses show epsilon Nd (1.0 Ga) values ranging from 1.0 to -4.2 with U/Pb TIMS and SHRIMP ages ranging from 960 to 926 Ma and geochemical signatures of A(2)-type granitoids. The data reported in this paper suggest at least two periods of extension within the Central Domain of the Borborema Province, the first starts ca. 1091 Ma with magmatism and deposition, creating the Riacho Gravata basin and continued intrusion of A-type granites to 920 Ma. A second rift event, which reactivated old faults, generated a basin with a maximum deposition age of ca. 806 Ma. Furthermore, the oldest granitoids cutting these metasedimentary rocks have crystallization ages of ca. 600 Ma. This suggests that the second rift event could be early Brasiliano in age. The resulting Sao Caetano basin received detritus from a variety of sources, although detritus from the Riacho Gravata complex dominated. Deposition ages of the Riacho Gravata and the Sao Caetano complexes are coeval with deposits in other basins of the Borborema Province (Riacho do Tigre in the Central Domain; Macurure and Maranco in the Sergipano Belt of the Southern domain). The Macaubas Group from SE Brazil and its counterparts in Africa, the Zadanian and Mayumbian Groups, in the western edge of the Congo Craton are also coeval. Closure of the Riacho Gravata and Sao Caetano basins occurred during the Brasiliano convergence (705-600 Ma). During the last stage of convergence, ca. 612 Ma, pull-apart basins were created and filled; final basin closure took place 605-592 Ma, after deposition ceased. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Crystallization and preliminary X-ray diffraction of malate dehydrogenase from Plasmodium falciparum

The expression, purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction characterization of malate dehydrogenase (MDH) from the malarial parasite Plasmodium falciparum (PfMDH) are reported. In order to gain a deeper understanding of the function and role of PfMDH, the protein was purified to homogeneity. The purified protein crystallized in space group P1, with unit-cell parameters a = 72, b = 157, c = 159 angstrom, a = 105, beta = 101, ? = 95 degrees. The resulting crystals diffracted to a maximal resolution of 2.24 angstrom and the structure has been solved by molecular replacement, with 16 monomers in the asymmetric unit. The 16 monomers are arranged into four independent tetramers, in agreement with previous reports demonstrating the tetrameric solution state of PfMDH. The X-ray structure of PfMDH is expected to clarify the differences in catalysis by PfMDH compared with other MDH family members and to provide a basis for the structure-based design of specific PfMDH inhibitors as well as general MDH inhibitors.

Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of three myotoxic phospholipases A2 from Bothrops brazili venom

Two myotoxic and noncatalytic Lys49-phospholipases A2 (braziliantoxin-II and MT-II) and a myotoxic and catalytic phospholipase A2 (braziliantoxin-III) from the venom of the Amazonian snake Bothrops brazili were crystallized. The crystals diffracted to resolutions in the range 2.562.05 angstrom and belonged to space groups P3121 (braziliantoxin-II), P6522 (braziliantoxin-III) and P21 (MT-II). The structures were solved by molecular-replacement techniques. Both of the Lys49-phospholipases A2 (braziliantoxin-II and MT-II) contained a dimer in the asymmetric unit, while the Asp49-phospholipase A2 braziliantoxin-III contained a monomer in its asymmetric unit. Analysis of the quaternary assemblies of the braziliantoxin-II and MT-II structures using the PISA program indicated that both models have a dimeric conformation in solution. The same analysis of the braziliantoxin-III structure indicated that this protein does not dimerize in solution and probably acts as a monomer in vivo, similar to other snake-venom Asp49-phospholipases A2.

Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of selenophosphate synthetases from Trypanosoma brucei and Leishmania major

Selenophosphate synthetase (SPS) plays an indispensable role in selenium metabolism, being responsible for catalyzing the activation of selenide with adenosine 5'-triphosphate (ATP) to generate selenophosphate, the essential selenium donor for selenocysteine synthesis. Recombinant full-length Leishmania major SPS (LmSPS2) was recalcitrant to crystallization. Therefore, a limited proteolysis technique was used and a stable N-terminal truncated construct (ΔN-LmSPS2) yielded suitable crystals. The Trypanosoma brucei SPS orthologue (TbSPS2) was crystallized by the microbatch method using paraffin oil. X-ray diffraction data were collected to resolutions of 1.9 Å for ΔN-LmSPS2 and 3.4 Å for TbSPS2.

Molecular origin of charge traps in polyfluorene-based semiconductors

The comprehensive control of morphology and structure is of extreme importance in semiconducting polymers when used as active layers in optoelectronic devices. In the work reported here, a systematic investigation of the structural and dynamical properties of poly(9,9-di-n-octyl-fluorene-alt-benzothiadiazole), known as F8BT, and their correlation with electrical properties is presented when the material is used as an active layer in optoelectronic devices. By means of X-ray diffraction, one observes that in thick layer films (thickness of about 4 μm) grown by drop-cast deposition, a solvent induced crystalline phase exists which evolves to a stable phase as the temperature is raised. This was not observed in thin films (thickness of about 250 nm) prepared by spin-coating within the investigated temperature range. By modeling the current-voltages characteristics of both thick and thin film devices, important information on the influence of crystallization on the trapping states could be drawn. Furthermore, the temperature dependence of the charge carrier mobility was found to be closely related to that of the molecular relaxation processes. The understanding of the nature of such molecular relaxations, measured by solid-state nuclear magnetic resonance methods, allows one to understand the importance of molecular relaxations and microstructure changes on the trap states of the system.

Polymorphic-induced transformations in CaTa2O6 single-crystal fibers obtained by laser-heated pedestal growth

Calcium tantalite (CaTa2O6) single crystal fibers were obtained by the laser-heated pedestal growth method (LHPG). At room temperature, this material can present three polymorphic modifications. The rapid crystallization inherent to the LHPG method produced samples within the Pm3 space group, with some chemical disorder. In order to check for polymorphic-induced transformations, the CaTa2O6 fibers have been submitted to different thermal treatments and investigated by micro-Raman spectroscopy. For short annealing times (15 min) at 1200 °C, the cubic modification was maintained, though with an improved crystalline quality, as evidenced by the enhanced inelastic scattered intensity (by ca. 250%) and narrowing of Raman bands. The polarized Raman spectra respected very well the predicted symmetries and the selection rules for this cubic modification. On the other hand, long annealing times (24 h) at 1200 °C led to a complete (irreversible) polymorphic transformation. The Raman bands became still more intense (ca. 15 times larger than for the as-grown fibers), narrower, and several new modes appeared. Also, the spectra became unpolarized, demonstrating a polycrystalline nature of the transformed crystals. The observed Raman modes could be fully assigned to an orthorhombic modification of CaTa2O6 belonging to the Pnma space group.

Understanding the solid forms of 5E-phenylethenylbenzofuroxan with different in vivo anti-T. cruzi activity

5E-Phenylethenylbenzofuroxan (5PhEBfx) was reported as an excellent anti-Chagas drug candidate. However, its oral bioavailability was affected by the crystallization process. Two samples exhibiting variable in vivo activity was investigated: a thin yellow powder (5PhEBfx-Y) and orange needles (5PhEBfx-O). X-ray powder diffraction, differential scanning calorimetry, vibrational spectroscopy, optical and electron scanning microscopies were applied to investigate both solid forms in order to correlate the solid-state properties with the variable bioavailability of 5PhEBfx. It was observed that 5PhEBfx-Y have a better solubility and consequently higher bioavailability when compared with 5PhEBfx-O. This result suggests that the difference of activity between these two 5E-Phenylethenylbenzofuroxanes could be associated with the solid forms, which also cause the coloration variation.

Durability of crystalline monumental stones in terms of their petrophysical characteristics

The durability of stone building materials is an issue of utmost importance in the field of monument conservation. In order to be able to preserve our built cultural heritage, the thorough knowledge of its constituent materials and the understanding of the processes that affect them are indispensable. The main objective of this research was to evaluate the durability of a special stone type, the crystalline stones, in correlation with their intrinsic characteristics, the petrophysical properties. The crystalline stones are differentiated from the cemented stones on the basis of textural features. Their most important specific property is the usually low, fissure-like porosity. Stone types of significant monumental importance, like the marble or granite belong to this group. The selected materials for this investigation, indeed, are a marble (Macael marble, Spain) and a granite (Silvestre Vilachán granite, Spain). In addition, an andesite (Szob andesite, Hungary) also of significant monumental importance was selected. This way a wide range of crystalline rocks is covered in terms of petrogenesis: stones of metamorphic, magmatic and volcanic origin, which can be of importance in terms of mineralogical, petrological or physical characteristics. After the detailed characterization of the petrophysical properties of the selected stones, their durability was assessed by means of artificial ageing. The applied ageing tests were: the salt crystallization, the frost resistance in pure water and in the presence of soluble salts, the salt mist and the action of SO2 in the presence of humidity. The research aimed at the understanding of the mechanisms of each weathering process and at finding the petrophysical properties most decisive in the degradation of these materials. Among the several weathering mechanisms, the most important ones were found to be the physical stress due to crystallization pressure of both salt and ice, the thermal fatigue due to cyclic temperature changes and the chemical reactions (mostly the acidic attack) between the mineral phases and the external fluids. The properties that fundamentally control the degradation processes, and thus the durability of stones were found to be: the mineralogical and chemical composition; the hydraulic properties especially the water uptake, the permeability and the drying; the void space structure, especially the void size and aperture size distribution and the connectivity of the porous space; and the thermal and mechanical properties. Because of the complexity of the processes and the high number of determining properties, no mechanisms or characteristics could be identified as typical for crystalline stones. The durability or alterability of each stone type must be assessed according to its properties and not according to the textural or petrophysical classification they belong to. Finally, a critical review of standardized methods is presented, based on which an attempt was made for recommendations of the most adequate methodology for the characterization and durability assessment of crystalline stones.

Self assembled monolayers for engineering of structured inorganic materials in the micrometer and submicrometer range

Deutsch:In der vorliegenden Arbeit konnten neue Methoden zur Synthese anorganischer Materialien mit neuartiger Architektur im Mikrometer und Nanometer Maßstab beschrieben werden. Die zentrale Rolle der Formgebung basiert dabei auf der templatinduzierten Abscheidung der anorganischen Materialien auf selbstorganisierten Monoschichten. Als Substrate eignen sich goldbedampfte Glasträger und Goldkolloide, die eine Mittelstellung in der Welt der Atome bzw. Moleküle und der makroskopischen Welt der ausgedehnten Festkörper einnehmen. Auf diesen Substraten lassen sich Thiole zu einer monomolekularen Schicht adsorbieren und damit die Oberflächeneigenschaften des Substrates ändern. Ein besonderer Schwerpunkt bei dieser Arbeit stellt die Synthese speziell auf die Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung ausgerichteten Thiole dar.Im ersten Teil der Arbeit wurden goldbedampfte Glasoberflächen als Template verwendet. Die Abscheidung von Calciumcarbonat wurde in Abhängigkeit der Schichtdicke der adsorbierten Monolage untersucht. Aragonit, eine der drei Hauptphasen des Calciumcarbonat Systems, wurde auf polyaromatischen Amid - Oberflächen mit Schichtdicken von 5 - 400 nm Dicke unter milden Bedingung abgeschieden. Die einstellbaren Parameter waren dabei die Kettenlänge des Polymers, der w-Substituent, die Bindung an die Goldoberfläche über Verwendung verschiedener Aminothiole und die Kristallisationstemperatur. Die Schichtdickeneinstellung der Polymerfilme erfolgte hierbei über einen automatisierten Synthesezyklus.Titanoxid Filme konnten auf Oberflächen strukturiert werden. Dabei kam ein speziell synthetisiertes Thiol zum Einsatz, das die Funktionalität einer Styroleinheit an der Oberflächen Grenze als auch eine Möglichkeit zur späteren Entfernung von der Oberfläche in sich vereinte. Die PDMS Stempeltechnik erzeugte dabei Mikrostrukturen auf der Goldoberfläche im Bereich von 5 bis 10 µm, die ihrerseits über die Polymerisation und Abscheidung des Polymers in den Titanoxid Film überführt werden konnten. Drei dimensionale Strukturen wurden über Goldkolloid Template erhalten. Tetraethylenglykol konnte mit einer Thiolgruppe im Austausch zu einer Hydroxylgruppe monofunktionalisiert werden. Das erhaltene Molekül wurde auf kolloidalem Gold selbstorganisiert; es entstand dabei ein wasserlösliches Goldkolloid. Die Darstellung erfolgte dabei in einer Einphasenreaktion. Die so erhaltenen Goldkolloide wurden als Krstallisationstemplate für die drei dimensionale Abscheidung von Calciumcarbonat verwendet. Es zeigte sich, dass Glykol die Kristallisation bzw. den Habitus des krsitalls bei niedrigem pH Wert modifiziert. Bei erhöhtem pH Wert (pH = 12) jedoch agieren die Glykol belegten Goldkolloide als Template und führen zu sphärisch Aggregaten. Werden Goldkolloide langkettigen Dithiolen ausgesetzt, so führt dies zu einer Aggregation und Ausfällung der Kolloide aufgrund der Vernetzung mehrer Goldkolloide mit den Thiolgruppen der Alkyldithiole. Zur Vermeidung konnte in dieser Arbeit ein halbseitig geschütztes Dithiol synthetisiert werden, mit dessen Hilfe die Aggregation unterbunden werden konnte. Das nachfolgende Entschützten der Thiolfunktion führte zu Goldkolloiden, deren Oberfläche Thiol funktionalisiert werden konnte. Die thiolaktiven Goldkolloide fungierten als template für die Abscheidung von Bleisulfid aus organisch/wässriger Lösung. Die Funktionsweise der Schutzgruppe und die Entschützung konnte mittels Plasmonenresonanz Spektroskopie verdeutlicht werden. Titanoxid / Gold / Polystyrol Komposite in Röhrenform konnten synthetisiert werden. Dazu wurde ein menschliches Haar als biologisches Templat für die Formgebung gewählt.. Durch Bedampfung des Haares mit Gold, Assemblierung eines Stryrolmonomers, welches zusätzlich eine Thiolfunktionalität trug, Polymerisation auf der Oberfläche, Abscheidung des Titanoxid Films und anschließendem Auflösen des biologischen Templates konnte eine Röhrenstruktur im Mikrometer Bereich dargestellt werden. Goldkolloide fungierten in dieser Arbeit nicht nur als Kristallisationstemplate und Formgeber, auch sie selbst wurden dahingehend modifiziert, dass sie drahtförmige Agglormerate im Nanometerbereich ausbilden. Dazu wurden Template aus Siliziumdioxid benutzt. Zum einen konnten Nanoröhren aus amorphen SiO2 in einer Sol Gel Methode dargestellt werden, zum anderen bediente sich diese Arbeit biologischer Siliziumoxid Hohlnadeln aus marinen Schwämmen isoliert. Goldkolloide wurden in die Hohlstrukturen eingebettet und die Struktur durch Ausbildung von Kolloid - Thiol Netzwerken mittels Dithiol Zugabe gefestigt. Die Gold-Nanodrähte im Bereich von 100 bis 500 nm wurden durch Auflösen des SiO2 - Templates freigelegt.

Untersuchungen zur Verfestigungskinetik in Suspensionen kolloidaler Partikel

Kolloidale Suspensionen, bei denen man die kolloidalen Teilchen als "Makroatome" in einem Kontinuum aus Lösungsmittelmolekülen auffaßt, stellen ein geeignetes Modellsystem zur Untersuchung von Verfestigungsvorgängen dar. Auf Grund der typischen beteiligten Längen- und Zeitskalen können Phasenübergänge bequem mit optischen Verfahren studiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Kinetik der Kristallisation in drei kolloidalen Systemen unterschiedlicher Teilchen-Teilchen-Wechselwirkung mit Lichtstreu- und mikroskopischen Methoden untersucht. Zur Untersuchung von Suspensionen aus sterisch stabilisierten PMMA-Teilchen, die in guter Näherung wie harte Kugeln wechselwirken, wurde ein neuartiges Laserlichtstreuexperiment aufgebaut, das die gleichzeitige Detektion von Bragg- und Kleinwinkelstreuung an einer Probe erlaubt. Damit konnte der zeitliche Verlauf der Kristallisation verfolgt sowie u.a. Nukleationsraten und erstmals auch Wachstumsgeschwindigkeiten bestimmt werden; diese wurden mit klassischer Nukleationstheorie sowie Wilson-Frenkel-Wachstum verglichen. In beiden Fällen konnte sehr gute Übereinstimmung mit der Theorie festgestellt werden. In Systemen geladener Partikel wurden mit Bragg-Mikroskopie die Wachstumsgeschwindigkeiten heterogener, an der Wand der Probenzelle aufwachsender Kristalle untersucht. Die Anpassung eines Wilson-Frenkel-Wachstumsgesetzes gelingt auch hier, wenn man die dazu eingeführte reskalierte Energiedichte auf den Schmelzpunkt bezieht. Geeignete Reskalierung der Daten erlaubt den Vergleich mit den Hartkugelsystemen. Zum ersten Mal wurde die Kristallisationskinetik in zwei verschiedenen kolloidalen binären Mischungen bestimmt und ausgewertet: In Beimischungen einer nichtkristallisierenden Teilchensorte zu einer kristallisierenden Suspension konnten die Daten mit einem modifizierten Wilson-Frenkel-Gesetz beschrieben werden, während in Mischungen aus zwei kristallisierenden Partikelsystemen eine unerwartet hohe Abnahme der Wachstumsgeschwindigkeiten beobachtet wurde. Kolloidale Suspensionen hartkugelähnlicher Mikrogel-Partikel konnten mit Hilfe des Lichtstreuaufbaues ebenfalls zum ersten Mal untersucht werden. Es wurde eine ähnliche Kristallisationskinetik wie in den PMMA-Systemen gefunden, jedoch auch einige wichtige Unterschiede, die insbesondere den Streumechanismus im Kleinwinkelbereich betrafen. Hier wurden verschiedene Interpretationsvorschläge diskutiert.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

Nanostructuring by templated synthesis of nanowires and controlled crystallization of calcium phosphate on self-assembled monolayers

The idea was to obtain nanowires in a chemical laboratory under convenient and simple conditions by employing templates. Thus it was possible to produce nanochains by interlinking of gold colloids synthesized by the two-phase-method of M. Brust with by making use of vanadiumoxide nanotubes as template. The length of the resulting nanowires is varying between 1100 nm and 200 nm with a diameter of about 16 nm. Due to a flexible linker the obtained nanowires are not completely rigid. These unique structural features could make them interesting objects for structuring and assembling in the nanoscale range. Another way to produce gold nanowires was realized by a two-step surface metallization procedure, using type I collagen fibres as a template. Gold colloids were used to label the collagen fibres by direct electrostatic interaction, followed by growth steps to enhance the size of the adsorbed colloidal gold crystals, resulting in a complete metallization of the template surface. The length of the resulting gold nanowires reaches several micrometers, with a diameter ~ 100 to 120 nm. To gain a deeper insight into the process of biomineralization the cooperative effect of self-assembled monolayers as substrate and a soluble counterpart on the nucleation and crystal growth of calcium phosphate was studied by diffusion techniques with a pH switch as initiator. As soluble component Perlucin and Nacrein were used. Both are proteins originally extracted from marine organisms, the first one from the Abalone shell and the second one from oyster pearls. Both are supposed to facilitate the calcium carbonate formation in vivo. Studies with Perlucin revealed that this protein shows a clear cooperative effect at a very low concentration with a hydrophobic surface promoting the calcium phosphate precipitation resulting in a sponge like structure of hydroxyapatite. The Perlucin molecule is very flexible and is unfolded by adsorbing to the hydrophobic surface and uncovers its active side. Hydrophilic surfaces did not have a deeper impact. Studies with Nacrein as additive have shown that the protein stabilizes octacalcium phosphate at room temperature on carboxylic self-assembled monolayer and at 34 °C on all other employed surfaces by interaction with the mineral. On the hydroxyl-, alkyl-, and amin-terminated self-assembled monolayers at room temperature the octacalcium phosphate get transformed to hydroxyapatite. Main analytical techniques which are used in this work are transmission electron microscopy, high resolution scanning electron microscopy, surface plasmon resonance spectroscopy, atomic force microscopy, Raman micro-spectroscopy and quartz crystal microbalance.

Surface-functionalized latex particles as additives in the mineralization of zinc oxide

Polystyrene latex particles modified at the surface with different hydrophilic functional groups were prepared by miniemulsion polymerization and applied to control the crystallization of zinc oxide in aqueous medium. The effects of both latex structure and concentration on the crystal growth, morphology, crystalline structure, and properties of the resulting zinc oxide were analyzed. Depending on the latex additive used, micro- and submicrosized crystals with a broad variety of morphologies were obtained. Among the studied latexes, the carboxyl-derived particles were shown to be a convenient system for further quantitative investigations. In this case, as the additive concentration increases, the aspect ratio of the crystals decreases systematically. Latex particles are assumed to adsorb preferentially onto the fast growing {001} faces of ZnO, interacting with the growth centers and reducing the growth rate in [001]. When zinc oxide is precipitated in the presence of latex, the polymer particles become incorporated into the growing crystals and polymer–inorganic hybrid materials are obtained. These materials are composed of an inorganic and largely undisturbed crystalline matrix in which organic latex particles are embedded. Increasing amounts of latex become incorporated into the growing crystals at increasing overall concentration in the crystallizing system. Photoluminescence (PL) spectra were measured to obtain information on defect centers. Emission spectra of all samples showed a narrow UV peak and a broad band in the green-yellow spectral region. The former emission is attributed to exciton recombination, whereas the latter seems to be related with deep-level donors. Latex appears to be a quencher of the visible emission of zinc oxide. Thus, compared to pure zincite, ZnO–latex hybrid materials show a significantly lower PL intensity in the visible range of the spectrum. Under continuous photoexcitation, a noticeable dynamic behavior of the PL is observed, which can be related to a photodesorption of adsorbed oxygen. These surface-adsorbed oxygen species seem to play a crucial role for the optical properties of the materials and may mediate the tunneling of electrons from the conduction band to preexisting deep-level traps, probably related to intrinsic defects (oxygen vacancies or interstitial zinc). The polymer particles can block the sites where oxygen adsorbs, and the disappearance of the “electron-shuttle” species leads to the observed quenching of the visible emission. Electron paramagnetic resonance (EPR) provided additional information about crystal defects with unpaired electrons. Spectra of all samples exhibit a single signal at g ≈ 1.96, typical for shallow donors. Contrary to the results of other authors, no correlation was possible between the EPR signal and the visible range of PL spectra, which suggests that centers responsible for the visible emission and the EPR signal are different.