Structuring of polymer surface by evaporation of sessile microdrops

In this thesis, we investigated the evaporation of sessile microdroplets on different solid substrates. Three major aspects were studied: the influence of surface hydrophilicity and heterogeneity on the evaporation dynamics for an insoluble solid substrate, the influence of external process parameters and intrinsic material properties on microstructuring of soluble polymer substrates and the influence of an increased area to volume ratio in a microfluidic capillary, when evaporation is hindered. In the first part, the evaporation dynamics of pure sessile water drops on smooth self-assembled monolayers (SAMs) of thiols or disulfides on gold on mica was studied. With increasing surface hydrophilicity the drop stayed pinned longer. Thus, the total evaporation time of a given initial drop volume was shorter, since the drop surface, through which the evaporation occurs, stays longer large. Usually, for a single drop the volume decreased linearly with t1.5, t being the evaporation time, for a diffusion-controlled evaporation process. However, when we measured the total evaporation time, ttot, for multiple droplets with different initial volumes, V0, we found a scaling of the form V0 = attotb. The more hydrophilic the substrate was, the more showed the scaling exponent a tendency to an increased value up to 1.6. This can be attributed to an increasing evaporation rate through a thin water layer in the vicinity of the drop. Under the assumption of a constant temperature at the substrate surface a cooling of the droplet and thus a decreased evaporation rate could be excluded as a reason for the different scaling exponent by simulations performed by F. Schönfeld at the IMM, Mainz. In contrast, for a hairy surface, made of dialkyldisulfide SAMs with different chain lengths and a 1:1 mixture of hydrophilic and hydrophobic end groups (hydroxy versus methyl group), the scaling exponent was found to be ~ 1.4. It increased to ~ 1.5 with increasing hydrophilicity. A reason for this observation can only be speculated: in the case of longer hydrophobic alkyl chains the formation of an air layer between substrate and surface might be favorable. Thus, the heat transport to the substrate might be reduced, leading to a stronger cooling and thus decreased evaporation rate. In the second part, the microstructuring of polystyrene surfaces by drops of toluene, a good solvent, was investigated. For this a novel deposition technique was developed, with which the drop can be deposited with a syringe. The polymer substrate is lying on a motorized table, which picks up the pendant drop by an upward motion until a liquid bridge is formed. A consecutive downward motion of the table after a variable delay, i.e. the contact time between drop and polymer, leads to the deposition of the droplet, which can evaporate. The resulting microstructure is investigated in dependence of the processes parameters, i.e. the approach and the retraction speed of the substrate and the delay between them, and in dependence of the intrinsic material properties, i.e. the molar mass and the type of the polymer/solvent system. The principal equivalence with the microstructuring by the ink-jet technique was demonstrated. For a high approach and retraction speed of 9 mm/s and no delay between them, a concave microtopology was observed. In agreement with the literature, this can be explained by a flow of solvent and the dissolved polymer to the rim of the pinned droplet, where polymer is accumulated. This effect is analogue to the well-known formation of ring-like stains after the evaporation of coffee drops (coffee-stain effect). With decreasing retraction speed down to 10 µm/s the resulting surface topology changes from concave to convex. This can be explained with the increasing dissolution of polymer into the solvent drop prior to the evaporation. If the polymer concentration is high enough, gelation occurs instead of a flow to the rim and the shape of the convex droplet is received. With increasing delay time from below 0 ms to 1s the depth of the concave microwells decreases from 4.6 µm to 3.2 µm. However, a convex surface topology could not be obtained, since for longer delay times the polymer sticks to the tip of the syringe. Thus, by changing the delay time a fine-tuning of the concave structure is accomplished, while by changing the retraction speed a principal change of the microtopolgy can be achieved. We attribute this to an additional flow inside the liquid bridge, which enhanced polymer dissolution. Even if the pendant drop is evaporating about 30 µm above the polymer surface without any contact (non-contact mode), concave structures were observed. Rim heights as high as 33 µm could be generated for exposure times of 20 min. The concave structure exclusively lay above the flat polymer surface outside the structure even after drying. This shows that toluene is taken up permanently. The increasing rim height, rh, with increasing exposure time to the solvent vapor obeys a diffusion law of rh = rh0  tn, with n in the range of 0.46 ~ 0.65. This hints at a non-Fickian swelling process. A detailed analysis showed that the rim height of the concave structure is modulated, unlike for the drop deposition. This is due to the local stress relaxation, which was initiated by the increasing toluene concentration in the extruded polymer surface. By altering the intrinsic material parameters i.e. the polymer molar mass and the polymer/solvent combination, several types of microstructures could be formed. With increasing molar mass from 20.9 kDa to 1.44 MDa the resulting microstructure changed from convex, to a structure with a dimple in the center, to concave, to finally an irregular structure. This observation can be explained if one assumes that the microstructuring is dominated by two opposing effects, a decreasing solubility with increasing polymer molar mass, but an increasing surface tension gradient leading to instabilities of Marangoni-type. Thus, a polymer with a low molar mass close or below the entanglement limit is subject to a high dissolution rate, which leads to fast gelation compared to the evaporation rate. This way a coffee-rim like effect is eliminated early and a convex structure results. For high molar masses the low dissolution rate and the low polymer diffusion might lead to increased surface tension gradients and a typical local pile-up of polymer is found. For intermediate polymer masses around 200 kDa, the dissolution and evaporation rate are comparable and the typical concave microtopology is found. This interpretation was supported by a quantitative estimation of the diffusion coefficient and the evaporation rate. For a different polymer/solvent system, polyethylmethacrylate (PEMA)/ethylacetate (EA), exclusively concave structures were found. Following the statements above this can be interpreted with a lower dissolution rate. At low molar masses the concentration of PEMA in EA most likely never reaches the gelation point. Thus, a concave instead of a convex structure occurs. At the end of this section, the optically properties of such microstructures for a potential application as microlenses are studied with laser scanning confocal microscopy. In the third part, the droplet was confined into a glass microcapillary to avoid evaporation. Since here, due to an increased area to volume ratio, the surface properties of the liquid and the solid walls became important, the influence of the surface hydrophilicity of the wall on the interfacial tension between two immiscible liquid slugs was investigated. For this a novel method for measuring the interfacial tension between the two liquids within the capillary was developed. This technique was demonstrated by measuring the interfacial tensions between slugs of pure water and standard solvents. For toluene, n-hexane and chloroform 36.2, 50.9 and 34.2 mN/m were measured at 20°C, which is in a good agreement with data from the literature. For a slug of hexane in contact with a slug of pure water containing ethanol in a concentration range between 0 and 70 (v/v %), a difference of up to 6 mN/m was found, when compared to commercial ring tensiometry. This discrepancy is still under debate.

Experimental and computational study of methane and methyl formate pyrolysis and oxidation in a flow reactor

A study of the pyrolysis and oxidation (phi 0.5-1-2) of methane and methyl formate (phi 0.5) in a laboratory flow reactor (Length = 50 cm, inner diameter = 2.5 cm) has been carried out at 1-4 atm and 300-1300 K temperature range. Exhaust gaseous species analysis was realized using a gas chromatographic system, Varian CP-4900 PRO Mirco-GC, with a TCD detector and using helium as carrier for a Molecular Sieve 5Å column and nitrogen for a COX column, whose temperatures and pressures were respectively of 65°C and 150kPa. Model simulations using NTUA [1], Fisher et al. [12], Grana [13] and Dooley [14] kinetic mechanisms have been performed with CHEMKIN. The work provides a basis for further development and optimization of existing detailed chemical kinetic schemes.

OH- und HO 2-Radikale über dem tropischen Regenwald

Beständig werden Spurenstoffe in die Atmosphäre emittiert, die ihren Ursprung in biogenen oder anthropogenen Quellen haben. Daß es dennoch im allgemeinen nicht zu einer Anreicherung bis hin zu toxischen Konzentrationen kommt, liegt an dem Vermögen der Atmosphäre sich durch Oxidationsprozesse selbst zu reinigen. Eine wichtige Aufgabe kommt dabei dem Hydroxylradikal OH zu, welches tagsüber die Oxidationskapazität der Atmosphäre bestimmt. Hierbei spielen die tropischen Regionen mit einer der höchsten OH-Produktionsraten eine zentrale Rolle. Gleichzeitig sind die tropischen Regenwälder eine bedeutende globale Quelle für Kohlenwasserstoffe, die durch Reaktion mit OH-Radikalen dessen Konzentration und damit die Oxidationskapazität der Atmosphäre herabsetzen. Während der GABRIEL-Meßkampagne 2005 im äquatorialen Südamerika wurde der Einfluß der Regenwaldemissionen auf das HOx-Budget (HOx = OH+HO2) untersucht. Zu diesem Zweck wurde das Radikalmeßinstrument HORUS entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden unterschiedliche Komponenten des Gerätes optimiert, der Meßaufbau ins Flugzeug integriert und Methoden zur Kalibrierung entwickelt. Bei der internationalen Vergleichskampagne HOxComp2005 zeigte HORUS seine Eignung zur Messung von troposphärischen OH- und HO2-Radikalen.rnrnDie durchgeführten HOx-Messungen während der GABRIEL-Meßkampagne sind die ersten ihrer Art, die über einem tropischen Regenwald stattgefunden haben. Im Gegensatz zu den Vorhersagen globaler Modelle wurden unerwartet hohe OH- und HO2-Konzentrationen in der planetaren Grenzschicht des tropischen Regenwalds beobachtet. Der Vergleich der berechneten OH-Produktions- und Verlustraten, die aus dem umfangreichen Datensatz von GABRIEL ermittelt wurden, zeigte, daß hierbei eine wichtige OH-Quelle unberücksichtigt blieb. Mit Hilfe des Boxmodells MECCA, in welchem die gemessenen Daten als Randbedingungen in die Simulationen eingingen, wurden die modellierten OH- und HO2- Konzentrationen im Gleichgewichtszustand den beobachteten Konzentrationen gegenübergestellt. Luftmassen der freien Troposphäre und der maritimen Grenzschicht zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Modell. Über dem tropischen Regenwald jedoch wurden die beobachteten HOx-Konzentrationen in der planetaren Grenzschicht durch das Modell, vor allem am Nachmittag, signifikant unterschätzt. Dabei lag die Diskrepanz zwischen den beobachteten und simulierten Konzentrationen bei einem mittleren Wert von OHobs/OHmod = 12.2 ± 3.5 und HO2obs/HO2mod = 4.1 ± 1.4. Die Abweichung zwischen Messung und Modell korrelieren hierbei mit der Isoprenkonzentration. Während für niedrige Isoprenmischungsverhältnisse, wie sie über dem Ozean oder in Höhen > 3 km vorherrschten, die Beobachtungen mit den Simulationen innerhalb eines Faktors 1.6±0.7 übereinstimmten, nahm die Unterschätzung durch das Modell für steigende Isoprenmischungsverhältnisse > 200 pptV über dem tropischen Regenwald zu.rnrnDer kondensierte chemische Mechanismus von MECCA wurde mit der ausführlichen Isoprenchemie des ”Master Chemical Mechanism“ überprüft, welches vergleichbare HOx-Konzentrationen lieferte. OH-Simulationen, durchgeführt mit der gemessenen HO2-Konzentration als zusätzliche Randbedingung, zeigten, daß die Konversion zwischen HO2 und OH innerhalb des Modells nicht ausreichend ist. Durch Vernachlässigung der gesamten Isoprenchemie konnte dagegen eine Übereinstimmung zwischen Modell und Messung erreicht werden. Eine OH-Quelle in der gleichen Größenordnung wie die OH-Senke durch Isopren, ist somit zur Beschreibung der beobachteten OH-Konzentration notwendig. Reaktionsmechanismen, die innerhalb der Isoprenchemie die gleiche Anzahl an OH-Radikalen erzeugen wie sie verbrauchen, könnten eine mögliche Ursache sein. Unterschiedliche zusätzliche Reaktionen wurden in die Isoprenabbaumechanismen des Modells implementiert, die zur Erhöhung der OH-Quellstärke führen sollten. Diese bewirkten eine Zunahme der simulierten HO2-Konzentrationen um einen maximalen Faktor von 5 für OH und 2 für HO2. Es wird eine OH-Zyklierungswahrscheinlichkeit r von bis zu 94% gefordert, wie sie für die GABRIEL-Messungen erreicht wurde. Die geringe OH-Zyklierungswahrscheinlichkeit von 38% des Modells zeigte, daß wichtige Zyklierungsvorgänge im chemischen Mechanismus bislang nicht berücksichtigt werden. Zusätzliche Zyklierungsreaktionen innerhalb des Isoprenmechanismus, die auch unter niedrigen NO-Konzentrationen zur Rückbildung von OHRadikalen führen, könnten eine Erklärung für die über dem Regenwald beobachteten hohen OH-Konzentration liefern.rn

Synthese 18 F-markierter Liganden zur Visualisierung der GABA-Bindungsstelle des GABA A-Rezeptors mittels PET

γ-Aminobuttersäure (GABA) ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im zentralen Nervensystem und bindet vorrangig an ionotrope GABAA-Rezeptoren. Diese sind an fast allen neuronalen Prozessen beteiligt und werden darüber hinaus mit neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie, Angstzuständen, Schlafstörungen und Schizophrenie in Verbindung gebracht. Die PET bietet als molekulares bildgebendes Verfahren die Möglichkeit einzelne Stoffwechselvorgänge des GABAergen Systems zu visualisieren und zu quantifizieren. Durch den Einsatz eines 18F-markierten Radioliganden an die GABA-Bindungsstelle könnten so die Rezeptorverfügbarkeit des GABAA-Rezeptors gemessen und die Ausschüttung des Neurotransmitters GABA quantifiziert werden.rn4-(2-Naphthylmethyl)-5-(piperidin-4-yl)isothiazolole und -isoxazolole stellen aufgrund ihrer hohen Affinität gegenüber der GABA-Bindungsstelle und ihrer lipophilen Struktur vielversprechende Leitstrukturen für die Entwicklung eines PET-Tracers zur Visualisierung der GABA-Bindungsstelle dar. Daher wurden zunächst 19F-substituierte Referenzverbindungen synthetisiert, um diese hinsichtlich ihrer Eignung als Radioligand in in vitro-Studien zu evaluieren. Dazu wurde Fluor direkt sowie über eine Fluorethoxygruppe an Position 1 des Naphthalinrings eingeführt. Zusätzlich wurde ein Fluorethylether eines Isothiazolols als Referenz-verbindung synthetisiert. In anschließenden Verdrängungsstudien wurden die Affinitäten der synthetisierten Verbindungen mit [3H]Muscimol an Membranpräparaten aus Rattenhirnen, sowie transfizierten HEK293-Zellen bestimmt. Zusätzlich wurden die entsprechenden Log D-Werte bestimmt. Die Verbindung 5-(piperidin-4-yl)-4-(1-fluornaphth-2-ylmethyl)-isothiazol-3-ol VK5 zeigte in den in vitro-Studien die vielversprechendsten Ergebnisse (IC50 = 10 nM; Log D = 1,7) und wurde im Folgenden in einer dreistufigen Radiosynthese als 18F-Verbindung synthetisiert.rnZu diesem Zweck wurde ein geeigneter Markierungsvorläufer dargestellt und über eine n.c.a. SNAr-Markierung mit [18F]F- umgesetzt. Die Reaktionsparameter wurden hinsichtlich Reaktionszeit, -temperatur, Basenkonzentration und Lösungsmittel optimiert. Die zur Aktivierung einer SNAr ein-geführte Carbonylfunktion wurde in einem zweiten Schritt mit Triethylsilan/Trifluoressigsäure reduziert. Im finalen Schritt wurden zwei Schutzgruppen mit Bortrichlorid in DCM abgespaltet und [18F]VK5 als injektionsfertige Lösung in isotoner NaCl-Lösung erhalten. Es wurden radiochemische Ausbeuten von 0,7-1 % (EOS) nach einer durchschnittlichen Synthesedauer von 275 Minuten erhalten.rnDer Radioligand [18F]VK5 wurde anschließend in Autoradiographie-Versuchen an Hirnschnitten der Ratte hinsichtlich seiner Spezifität für die GABA-Bindungsstelle untersucht. Die unspezifische Bindung wurde durch die Zugabe von GABA bestimmt wonach kein signifikanter Unterschied festgestellt werden konnte. Die hohe unspezifische Bindung kann möglicherweise auf die niedrigen spezifischen Aktivitäten zurückgeführt werden. Diese lagen, bedingt durch die drei Schritte der Radiosynthese, in einem Bereich von 0,1-0,6 GBq/μmol. Die erhaltenen Ergebnisse lassen für zukünftige Versuche noch einige Optimierungsmöglichkeiten offen. Aufgrund der bisher erhaltenen Daten lässt sich daher keine definitive Aussage über die Eignung des Liganden [18F]VK5 als PET-Tracer treffen.rn

Study of 3 Lambda H and 4 Lambda H in the reaction of 6 Li + 12 C at 2 A GeV

Die Produktion von Hyperkernen wurde in peripheren Schwerionenreaktionen untersucht, bei denen eine Kohlenstofffolie mit $^6$Li Projektilen mit einer Strahlenergie von $2 A$~GeV bestrahlt wurde. Es konnten klare Signale f{"{u}}r $Lambda$, $^3_{Lambda}$H, $^4_{Lambda}$H in deren jeweiligen invarianten Massenverteilungen aus Mesonenzerfall beobachtet werden.rnrnIn dieser Arbeit wird eine unabh{"{a}}ngige Datenauswertung vorgelegt, die eine Verifizierung fr"{u}herer Ergebnisse der HypHI Kollaboration zum Ziel hatte. Zu diesem Zweck wurde eine neue Track-Rekonstruktion, basierend auf einem Kalman-Filter-Ansatz, und zwei unterschiedliche Algorithmen zur Rekonstruktion sekund"{a}rer Vertices entwickelt.rn%-Rekonstruktionsalgorithmen .rnrnDie invarianten Massen des $Lambda$-Hyperon und der $^3_{Lambda}$H- und $^4_{Lambda}$H-Hyperkerne wurden mit $1109.6 pm 0.4$, $2981.0 pm 0.3$ und $3898.1 pm 0.7$~MeV$/c^2$ und statistischen Signifikanzen von $9.8sigma$, $12.8sigma$ beziehungsweise $7.3sigma$ bestimmt. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse stimmen mit der fr{"{u}}heren Auswertung {"{u}}berein.rnrnDas Ausbeutenverh{"{a}}ltnis der beiden Hyperkerne wurde als $N(^3_{Lambda}$H)/$N(^4_{Lambda}$H)$ sim 3$ bestimmt. Das deutet darauf hin, dass der Produktionsmechanismus f{"{u}}r Hyperkerne in Schwerionen-induzierten Reaktionen im Projektil-Rapidit{"{a}}tsbereich nicht allein durch einen Koaleszenzmechanismus beschrieben werden kann, sondern dass auch sekund{"{a}}re Pion-/Kaon-induzierte Reaktionen und Fermi-Aufbruch involviert sind.rn

Kinetische Studien zur OH-Bildung über die Reaktionen von HO 2 mit organischen Peroxyradikalen

Es wurde untersucht, wie sich das Substitutionsmuster organischer Peroxyradikale (RO2) auf die Ratenkonstante k1 und die Verzweigungsverhältnisse α, β und γ der Reaktionen von RO2 mit HO2 auswirkt. Die Effekte der Deuterierung von HO2 wurden ebenfalls studiert. Für zwei RO2 wurde zusätzlich das UV-Absorptionsspektrum bestimmt.rnrn αrnRO2 + HO2 → RO + OH + O2 R1arnrn βrn → RO2H + O2 R1brnrn γrn → ROH + O3 R1crnrnIn dieser Arbeit wurde ein neues Experiment aufgebaut. Für die direkte und zeitaufgelöste Messung der OH-Konzentration wurde das Verfahren der Laser-induzierten Fluoreszenz angewendet. Die Radikalerzeugung erfolgte mittels gepulster Laserphotolyse, wodurch unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden konnten. Mittels transienter Absorptionsspektroskopie konnten die Menge der photolytisch erzeugten Radikale bestimmt und die Ozonbildung über R1c quantifiziert werden. Für die Auswertung wurden kinetische Modelle numerisch an die Messdaten angepasst. Um die experimentellen Unsicherheiten abzuschätzen, wurde ein Monte-Carlo-Ansatz gewählt.rnrnk1 und α reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen des RO2-Substitutionsmusters. Während sich eine OH-Bildung für das unsubstituierte C2H5O2 (EtP) mit α EtP ≤ 5 % nicht nachweisen lässt, stellt R1a bei den α-Oxo-substituierten H3CC(O)O2 (AcP) und HOCH2C(O)O2 (HAP) mit α AcP = (63 ± 11) % bzw. α HAP = (69 ± 12) % den Hauptkanal dar. Wie die mit α HEP = (10 ± 4) % geringfügige OH-Bildung bei HOC2H4O2 (HEP) zeigt, nimmt die OH-Gruppe in β-Stellung weniger Einfluss auf den Wert von α als die Oxogruppe in α-Stellung. Bei der Erzeugung α-Oxo-substituierter RO2 kann ebenfalls OH entstehen (R+O2→RO2/OH). Die Druckabhängigkeit dieser OH-Quelle wurde mit einem innovativen Ansatz bestimmt. Mit γ AcP = (15+5-6) % bzw. γ HAP = (10+2-3) % lässt sich für die Reaktionen der α-Oxo-substituierten RO2 eine erhebliche Ozonbildung nachweisen. Durch die Einführung der α-Oxogruppe steigt k1 jeweils um 1,3 • 10-11 cm3s-1 an, der Effekt der β-Hydroxygruppe ist halb so groß (k1 AcP = (2,0 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1, k1 HAP = (2,6 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Das Verzweigungsverhältnis α steigt weiter, wenn das HO2 deuteriert wird (α AcP,iso = (80 ± 14) %, k1 AcP,iso = (2,1 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Vergleiche mit älteren Studien zeigen, dass die OH-Bildung über R1a bislang deutlich unterschätzt worden ist. Die möglichen Ursachen für die Unterschiede zwischen den Studien werden ebenso diskutiert wie die Hintergründe der beobachteten Substituenteneffekte.

Control over microstructure evolution and device performance in solution processable organic field-effect transistors

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Kontrolle von Selbstorganisation und Mikrostruktur von organischen Halbleitern und deren Einsatz in OFETs. In Kapiteln 3, 4 und 5 eine neue Lösungsmittel-basierte Verabeitungsmethode, genannt als Lösungsmitteldampfdiffusion, ist konzipiert, um die Selbstorganisation von Halbleitermolekülen auf der Oberfläche zu steuern. Diese Methode als wirkungsvolles Werkzeug erlaubt eine genaue Kontrolle über die Mikrostruktur, wie in Kapitel 3 am Beispiel einer D-A Dyad bestehend aus Hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) als Donor und Perylene Diimide (PDI) als Akzeptor beweisen. Die Kombination aus Oberflächenmodifikation und Lösungsmitteldampf kann die Entnetzungseffekte ausgleichen, so dass die gewüschte Mikrostruktur und molekulare Organisation auf der Oberfläche erreicht werden kann. In Kapiteln 4 und 5 wurde diese Methode eingesetzt, um die Selbstorganisation von Dithieno[2, 3-d;2’, 3’-d’] benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (DTBDT) und Cyclopentadithiophene -benzothiadiazole copolymer (CDT-BTZ) Copolymer zu steuern. Die Ergebnisse könnten weitere Studien stimulieren und werfen Licht aus andere leistungsfaähige konjugierte Polymere. rnIn Kapiteln 6 und 7 Monolagen und deren anschlieβende Mikrostruktur von zwei konjugierten Polymeren, Poly (2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) PBTTT und Poly{[N,N ′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- (2,2′-bithiophene)}, P(NDI2OD-T2)) wurden auf steife Oberflächen mittels Tauchbeschichtung aufgebracht. Da sist das erste Mal, dass es gelungen ist, Polymer Monolagen aus der Lösung aufzubringen. Dieser Ansatz kann weiter auf eine breite Reihe von anderen konjugierten Polymeren ausgeweitet werden.rnIn Kapitel 8 wurden PDI-CN2 Filme erfolgreich von Monolagen zu Bi- und Tri-Schichten auf Oberflächen aufgebracht, die unterschiedliche Rauigkeiten besitzen. Für das erste Mal, wurde der Einfluss der Rauigkeit auf Lösungsmittel-verarbeitete dünne Schichten klar beschrieben.rn

Cytotoxic steroidal saponins from the rhizomes of Tacca integrifolia

Three new steroid saponins (3beta,25R)-spirost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[beta-D-glucopyranosyl-(1-->4)-6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (1), (3beta,22R,25R)-26-(beta-D-glucopyranosyloxy)-22-hydroxyfurost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (3), and (3beta,22R,25R)-26-(beta-D-glucopyranosyloxy)-22-hydroxyfurost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[beta-D-glucopyranosyl-(1-->4)-6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (5), as well as the new pregnane glycoside (3beta,16beta)-3-{[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranosyl]oxy}-20-oxopregn-5-en-16-yl (4R)-5-(beta-D-glucopyranosyloxy)-4-methylpentanoate (6), were isolated from the rhizomes of Tacca integrifolia together with two known (25R) configurated steroid saponins (3beta,25R)-spirost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (2) and (3beta,22R,25R)-26-(beta-D-glucopyranosyloxy)-22-methoxyfurost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (4). The cytotoxic activity of the isolated compounds was evaluated in HeLa cells and showed the highest cytotoxicity value for compound 2 with an IC(50) of 1.2+/-0.4 muM. Intriguingly, while compounds 1-5 exhibited similar cytotoxic properties between 1.2+/-0.4 (2) and 4.0+/-0.6 muM (5), only compound 2 showed a significant microtubule-stabilizing activity in vitro.

Screening the Structural Space of Bicyclo-DNA: Synthesis and Properties of Bicyclo-DNA Functionalized at C(6’)

The synthesis of a novel bicyclo-thymidine nucleoside bearing an ester functionality at C(6') (bc(alpha-alk)-nucleosides) is reported. This nucleoside was incorporated into oligodeoxynucleotides via solid phase phosphoramidite chemistry, and the ester moiety was post-synthetically converted to an amide or a carboxy group, or was left unchanged. Thermal melting data (T-m) with complementary DNA and RNA were collected and compared to natural DNA and to bc- and bc(ox)-DNA. It was found that single incorporations of bc(alpha-alk)-nucleosides in DNA duplexes were destabilizing by 0.5 to 2.5 degrees C/mod, whereas two consecutive bc(alpha-alk)-residues were less destabilizing, and in some cases even stabilizing by 0.5 degrees C/mod. In duplexes with complementary RNA, isolated bc(alpha-alk)-residues destabilized the duplex by -1.0 to -4.0 degrees C/mod, depending on the chemical nature of the substituent, whereas two consecutive modifications were only destabilizing by 0.3-1.0 degrees C/mod. The pairing selectivity was similar to that of unmodified or bc-DNA.

2,3-Dichloro-1,4-hydroquinone 2,3-dichloro-1,4-benzoquinone monohydrate: a quinhydrone-type 1:1 donor-acceptor [D-A] charge-transfer complex

In the crystal structure of the title compound (systematic name: 2,3-dichlorobenzene-1,4-diol 2,3-dichlorocyclohexa-2,5-diene-1,4-dione monohydrate), C(6)H(4)Cl(2)O(2)center dot C(6)H(2)Cl(2)O(2)center dot H(2)O, the 2,3-dichloro-1,4-hydroquinone donor (D) and the 2,3-dichloro-1,4-benzoquinone acceptor (A) molecules form alternating stacks along [100]. Their molecular planes [maximum deviations for non-H atoms: 0.0133 (14) (D) and 0.0763 (14) angstrom (A)] are inclined to one another by 1.45 (3)degrees and are thus almost parallel. There are pi-pi interactions involving the D and A molecules, with centroid-centroid distances of 3.5043 (9) and 3.9548 (9) angstrom. Intermolecular O-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds involving the water molecule and the hydroxy and ketone groups lead to the formation of two-dimensional networks lying parallel to (001). These networks are linked by C-H center dot center dot center dot O interactions, forming a three-dimensional structure.

Synthesis and two-photon photolysis of 6-(ortho-nitroveratryl)-caged IP3 in living cells

The synthesis of a photolabile derivative of inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3) is described. This new caged second messenger (6-ortho-nitroveratryl)-IP3 (6-NV-IP3) has an extinction coefficient of 5000 M(-1) cm(-1) at 350 nm, and a quantum yield of photolysis of 0.12. Therefore, 6-NV-IP3 is photolyzed with UV light about three times more efficiently than the widely used P(4(5))-1-(2-nitrophenyl)ethyl-caged IP3 (NPE-IP3). 6-NV-IP3 has a two-photon cross-section of about 0.035 GM at 730 nm. This absorbance is sufficiently large for effective two-photon excitation in living cells at modest power levels. Using near-IR light (5 mW, 710 nm, 80 MHz, pulse-width 70 fs), we produced focal bursts of IP3 in HeLa cells, as revealed by laser-scanning confocal imaging of intracellular Ca2+ concentrations. Therefore, 6-NV-IP3 can be used for efficient, subcellular photorelease of IP3, not only in cultured cells but also, potentially, in vivo. It is in the latter situation that two-photon photolysis should reveal its true forte.

Urinary metabolites and antioxidant products of exogenous melatonin in the mouse

Exogenous melatonin is widely used for sleep disorders and has potential value in neuroprotection, cardioprotection and as an antioxidant. Here, a novel method is described for the determination of melatonin and six metabolites in mouse urine by use of LC-MS/MS and GC-MS. LC-MS/MS is used for the measurement of melatonin, N1-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK), N1-acetyl-N2-formyl-5-methoxykynuramine (AFMK) and 6-hydroxymelatonin (6-HMEL), while GC/MS is used for the determination of N-[2-(5-methoxy-2-oxo-2,3-dihydro-1H-indol-3-yl)-ethyl]-acetamide (2-OMEL) and cyclic 3-hydroxymelatonin (3-HMEL) with detection limits on column of 0.02-0.5 pmol, depending on the metabolite. Following oral administration of melatonin to mice, a 0-24 hr urine collection revealed the presence of melatonin (0.2% dose), 6-HMEL (37.1%) and NAS (3.1%) comprising >90% of the total metabolites; AMK and AFMK were also detected at 0.01% each; 2-OMEL was found at 2.2% of the dose, which is >100 times more than the AMK/AFMK pathway, and comprises >5% of the melatonin-related material detected in mouse urine. 3-HMEL was largely found as a sulfate conjugate. These studies establish sensitive assays for determination of six melatonin metabolites in mouse urine and confirm the potential for antioxidant activity of melatonin through the identification in vivo of AMK and AFMK, ring-opened metabolites with a high capacity for scavenging reactive oxygen species.

Factors associated with the incidence of type 2 diabetes mellitus in HIV-infected participants in the Swiss HIV Cohort Study

BACKGROUND: Human immunodeficiency virus (HIV)-infected persons may be at increased risk for developing type 2 diabetes mellitus because of viral coinfection and adverse effects of treatment. METHODS: We studied associations of new-onset diabetes mellitus with hepatitis B virus and hepatitis C virus coinfections and antiretroviral therapy in participants in the Swiss HIV Cohort Study, using Poisson regression. RESULTS: A total of 123 of 6513 persons experienced diabetes mellitus during 27,798 person-years of follow-up (PYFU), resulting in an incidence of 4.4 cases per 1000 PYFU (95% confidence interval [CI], 3.7-5.3 cases per 1000 PYFU). An increased incidence rate ratio (IRR) was found for male subjects (IRR, 2.5; 95% CI, 1.5-4.2), older age (IRR for subjects >60 years old, 4.3; 95% CI, 2.3-8.2), black (IRR, 2.1; 95% CI, 1.1-4.0) and Asian (IRR, 4.9; 95% CI, 2.2-10.9) ethnicity, Centers for Disease Control and Prevention disease stage C (IRR, 1.6; 95% CI, 1.04-2.4), and obesity (IRR, 4.7; 95% CI, 3.1-7.0), but results for hepatitis C virus infection or active hepatitis B virus infection were inconclusive. Strong associations were found for current treatment with nucleoside reverse-transcriptase inhibitors (IRR, 2.22; 95% CI, 1.11-4.45), nucleoside reverse-transcriptase inhibitors plus protease inhibitors (IRR, 2.48; 95% CI, 1.42-4.31), and nucleoside reverse-transcriptase inhibitors plus protease inhibitors and nonnucleoside reverse-transcriptase inhibitors (IRR, 3.25; 95% CI, 1.59-6.67) but were not found for treatment with nucleoside reverse-transcriptase inhibitors plus nonnucleoside reverse-transcriptase inhibitors (IRR, 1.47; 95% CI, 0.77-2.82). CONCLUSIONS: In addition to traditional risk factors, current treatment with protease inhibitor- and nucleoside reverse-transcriptase inhibitor-containing regimens was associated with the risk of developing type 2 diabetes mellitus. Our study did not find a significant association between viral hepatitis infection and risk of incident diabetes.

A systematic review of the 5-year survival and complication rates of implant-supported single crowns

OBJECTIVES: The objective of this systematic review was to assess the 5-year survival of implant-supported single crowns (SCs) and to describe the incidence of biological and technical complications. METHODS: An electronic MEDLINE search complemented by manual searching was conducted to identify prospective and retrospective cohort studies on SCs with a mean follow-up time of at least 5 years. Failure and complication rates were analyzed using random-effects Poisson's regression models to obtain summary estimates of 5-year proportions. RESULTS: Twenty-six studies from an initial yield of 3601 titles were finally selected and data were extracted. In a meta-analysis of these studies, survival of implants supporting SCs was 96.8% [95% confidence interval (CI): 95.9-97.6%] after 5 years. The survival rate of SCs supported by implants was 94.5% (95% CI: 92.5-95.9%) after 5 years of function. The survival rate of metal-ceramic crowns, 95.4% (95% CI: 93.6-96.7%), was significantly (P=0.005) higher than the survival rate, 91.2% (95% CI: 86.8-94.2%), of all-ceramic crowns. Peri-implantitis and soft tissue complications occurred adjacent to 9.7% of the SCs and 6.3% of the implants had bone loss exceeding 2 mm over the 5-year observation period. The cumulative incidence of implant fractures after 5 years was 0.14%. After 5 years, the cumulative incidence of screw or abutment loosening was 12.7% and 0.35% for screw or abutment fracture. For supra-structure-related complications, the cumulative incidence of ceramic or veneer fractures was 4.5%. CONCLUSION: It can be concluded that after an observation period of 5 years, high survival rates for implants and implant-supported SCs can be expected. However, biological and particularly technical complications are frequent.

Fructose-1,6-bisphosphate preserves intracellular glutathione and protects cortical neurons against oxidative stress

Fructose-1,6-bisphosphate (FBP), an endogenous intermediate of glycolysis, protects the brain against ischemia-reperfusion injury. The mechanisms of FBP protection after cerebral ischemia are not well understood. The current study was undertaken to determine whether FBP protects primary neurons against hypoxia and oxidative stress by preserving reduced glutathione (GSH). Cultures of pure cortical neurons were subjected to oxygen deprivation, a donor of nitric oxide and superoxide radicals (3-morpholinosydnonimine), an inhibitor of glutathione synthesis (L-buthionine-sulfoximine) or glutathione reductase (1,3-bis(2-chloroethyl)-1-nitrosourea) in the presence or absence of FBP (3.5 mM). Neuronal viability was determined using an 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assay. FBP protected neurons against hypoxia-reoxygenation and oxidative stress under conditions of compromised GSH metabolism. The efficacy of FBP depended on duration of hypoxia and was associated with higher intracellular GSH concentration, an effect partly mediated via increased glutathione reductase activity.