Synthese und Charakterisierung von Spirocyclopentadithiophenen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Syntheseroute zu einem neuartigen heteroanalogen Spirobifluoren auf Basis von Thiophen entwickelt und optimiert. Der neue Spirokern konnte durch Anbringung von Elektronendonor- bzw. Elektronenakzeptorgruppen funktionalisiert werden. Die erhaltenen Funktionsmaterialien wurden spektroskopisch (Ultraviolet-Visible, Fluoreszenz), thermoanalytisch (Thermogravimetrische Analyse, Differential Thermo Analysis, Differential Scanning Calorimetry), elektrochemisch (Cyclovoltammetrie) sowie teilweise mittels Feldeffekttransistor charaktrisiert.Zur Totalsynthese des neuen auf Thiophen basierenden Spirokerns 4,4´-Spirobi[cyclopenta[2,1-b:3,4-b´]dithiophen] (SCPDT) wurde eine Syntheseroute entworfen, die ausgehend von Thiophen keine weiteren aufwändigen Precursormoleküle voraussetzt. Durch die Anbringung von stabilisierenden Endgruppen war es möglich neuartige Funktionsmaterialien mit niedrigem HOMO-LUMO-Gap herzustellen. Die phenyl- bzw. biphenylsubstituierten Spirocyclopentadithiophene 4P-SCPDT und 4BP-SCPDT sind im Vergleich zu den analogen, auf Spirobifluoren basierenden Verbindungen (Spiroquaterthiophen und Spirosexiphenyl) deutlich leichter oxidier- und reduzierbar. Das erniedrigte HOMO-LUMO-Gap ist auch im Absorptions- und Fluoreszenzspektrum durch die im Vergleich zu den spirobifluorenanalogen Molekülen bathochrome bzw. bathofluore Verschiebung deutlich erkennbar. Sehr gut sind die Ergebnisse der Feldeffekttransistor- und Phototransistor-Messungen an aufgedampfem 4P-SCPDT. So lässt sich eine Lochbeweglichkeit von 2*10^-4 cm2/Vs ermitteln. Dies ist die höchste Lochbeweglichkeit, die bei Spiromolekülen im amorphen Film mit einem bottom-contact FET gemessen wurde, wobei die Grenzfläche zwischen Elektrode und Halbleiter noch nicht optimiert wurde. Selbst nach zehnmonatiger Lagerung unter Atmosphärenbedingungen bei Raumtemperatur konnten nahezu die gleichen Werte gemessen werden. Dieses Ergebnis unterstreicht die morphologische Stabilität des amorphen Filmes. Unter Bestrahlung mit UV-Licht zeigt sich ein ausgeprägter photovoltaischer Effekt. Das überrascht, da 4P-SCPDT kein typisches Donor-Akzeptor-Molekül ist. Das gemessene Ansprechvermögen (Verhältnis des elektrischen Output zum optischen Input) ist höher als das von polykristallinem Kupfer-Phthalocyanin (CuPc), konjugierten Polymeren oder anderen Spiromolekülen. Um die Lochleitungs- bzw. Elektronenleitungseigenschaften zu optimieren wurden desweiteren noch Diphenylaminophenyl-, Diphenylaminothiophenyl-, Perfluorhexylthiophenyl und Tricyanovinyl-Endgruppen an den den SCPDT-Kern angebracht und die erhaltenen Funktionsmaterialien charakterisiert.

Molekulare Mechanismen der cAMP-vermittelten Signaltransduktion

Zusammenfassung - Der sekundäre Botenstoff zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) reguliert viele fundamentale zelluläre Prozesse wie Zellproliferation, Differenzierung, Energiemetabolismus und Genexpression. In eukaryotischen Zellen vermittelt die cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA) die meisten biologischen Funktionen von cAMP. Die PKA besteht aus jeweils zwei regulatorischen (R) und katalytischen (C) Untereinheiten, die zusammen einen inaktiven Holoenzymkomplex bilden, der durch cAMP aktiviert wird. In dieser Arbeit wurde die Bindung von cAMP und cAMP-Analoga an die R Untereinheit der PKA unter funktionellen und mechanistischen Aspekten untersucht. Eine neue, auf Fluoreszenzpolarisation basierende Methode wurde entwickelt, um die Affinität von cAMP-Analoga in einem homogenen Ansatz schnell, reproduzierbar und nicht radioaktiv zu quantifizieren. Zur detaillierten Untersuchung des Bindungsmechanismus von cAMP und cAMP Analoga (Agonisten und Antagonisten) wurden thermodynamische Studien im direkten Vergleich mittels isothermaler Titrationskalorimetrie und kinetischen Analysen (Oberflächenplasmonresonanz, SPR) durchgeführt, wodurch thermodynamische Signaturen für das Bindungsverhalten der Nukleotide an die R Untereinheit der PKA erhalten werden konnten. Durch Interaktionsstudien an mutagenisierten R Untereinheiten wurde der intramolekulare Aktivierungsmechanismus der PKA in Bezug auf cAMP-Bindung, Holoenzymkomplex-Formierung und -Aktivierung untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse wurden mit zwei Modellen der cAMP-induzierten Konformationsänderung verglichen, und ein Aktivierungsmechanismus postuliert, der auf konservierten hydrophoben Aminosäuren basiert. Für in vivo Untersuchungen wurden zusammen mit Kooperationspartnern membranpermeable, fluoreszierende cAMP Analoga entwickelt, die Einblicke in die Dynamik der cAMP-Verteilung in Zellen erlauben. Neu entwickelte, Festphasen gebundene cAMP-Analoga (Agonisten und Antagonisten) wurden in einem (sub)proteomischen Ansatz dazu genutzt, natürliche Komplexe der R Untereinheit und des PKA-Holoenzyms aus Zelllysaten zu isolieren und zu identifizieren. Diese Untersuchungen fließen letztlich in einem systembiologischen Ansatz zusammen, der neue Einblicke in die vielschichtigen cAMP gesteuerten Netzwerke und Regulationsprozesse erlaubt.

Synthese und Charakterisierung neuer symmetrischer und unsymmetrischer Spiro-p-oligophenyle

In der vorliegenden Arbeit wurden neue symmetrische Spiro-p-oligophenyle der allgemeinen Form Spiro-o-Φ[n,n] mit der Gesamtkettenlänge o=2n+2 Phenylringen (o > 10) und der Zahl n der Phenylringe in den p-Oligophenylsubstituenten am Spirobifluorenkern, dargestellt. Neben den symmetrischen Verbindungen wurden erstmals auch unsymmetrische Spiro-p-oligophenyle der allgemeinen Form Spiro-o-Φ[n,m] mit o=n+m+2 (o = 3-7) und n ≠ m synthetisiert. Aufgrund der sehr geringen Löslichkeit der größeren Verbindungen wurden löslichkeitssteigernde Substituenten an den endständigen Phenylringen angebracht. Bei den Verbindungen, die mit Trimethylsilyl-Gruppen (TMS-) in den endständigen meta-Positionen „3“ und „5“ substituiert wurden, konnte die Löslichkeit um mehrere Größenordnungen gesteigert werden, sodass die Darstellung der symmetrischen Verbindungen bis zu einer Kettenlänge von 16 Phenylringen möglich wurde. Nach erfolgreicher Synthese und Aufreinigung wurden die TMS-Gruppen wieder entfernt und die erhaltenen, unsubstituierten Verbindungen charakterisiert. Zusätzlich wurden auch die TMS-Derivate untersucht. Zur Charakterisierung zählten neben der Reinheits- und Strukturanalytik unter anderem auch spektroskopische (UV/Vis-Absorption, Fluoreszenz, Fluoreszenzquantenausbeute), elektrochemische (Cyclovoltammetrie) und thermische (Thermogravimetrie, Dynamische Differenzkalorimetrie) Untersuchungen. Hier wurde unter anderem der Einfluss der Kettenlänge und der Position der Spiroverknüpfung auf isomere Verbindungen gleicher Kettenlänge untersucht. Bei den spektroskopischen Messungen konnte eine Konvergenz der längstwelligen Absorptionsbanden, bzw. kürzestwelligen Fluoreszenzbanden mit zunehmender Kettenlänge beobachtet werden. Die effektive Konjugationslänge konnte so aus experimentellen Daten bestimmt werden zu 12 Phenylringen in der Absorption und 14 Phenylringen in der Fluoreszenz. Bei den Isomeren gleicher Kettenlänge zeigte sich in der Absorption eine hypsochrome Verschiebung der Absorptionsmaxima mit zunehmender Verschiebung der Spiroverknüpfung zum Kettenende hin, während die Position der Spiroverknüpfung keinen messbaren Einfluss auf die Verschiebung der Fluoreszenzbanden hatte. Die Substitution mit TMS in den meta-Positionen zeigte keinen messbaren Einfluss auf die Absorptions- bzw. Fluoreszenzbanden. Die elektrochemischen Untersuchungen zeigten mit zunehmender Kettenlänge eine erleichterte Oxidation und Reduktion, während bei Isomeren gleicher Kettenlänge die Oxidation mit Verschiebung der Spiroverknüpfung zum Kettenende hin erschwert und die Reduktion erleichtert war. Die thermogravimetrischen Analysen (TGA) zeigten eine außerordentlich hohe thermische Stabilität (5% Massenabnahme unter Schutzgas) der Spiro-p-oligophenyle von Td,5% = 474°C bei Spiro-5Φ[1,2] bis 570°C bei Spiro 8Φ[3,3]. Ebenso blieben hohe Rückstandsmassen unter Schutzgas bei 850°C zurück, wie das Beispiel Spiro 8Φ[3,3] mit 68% zeigt. Die Verbindungen zeigten hohe Schmelzpunkte (max. 496°C bei Spiro-6Φ[0,4]) und Glasübergangstemperaturen (max. 434°C bei p-TMS-Spiro-8Φ[3,3]). Viele der Verbindungen, besonders die in den meta-Positionen TMS-substituierten Verbindungen, bildeten stabile amorphe Gläser.

Synthesis and Aggregation Behavior of Pluronic F87/Poly(acrylic acid) Block Copolymer with Doxorubicin

Poly(acrylic acid) (PAA) was grafted onto both termini of Pluronic F87 (PEO₆₇-PPO₃₉-PEO₆₇) via atom transfer radical polymerization to produce a novel muco-adhesive block copolymer PAA₈₀-b-F₈₇-b-PAA₈₀. It was observed that PAA₈₀-F₈₇-PAA₈₀ forms stable complexes with weakly basic anti-cancer drug, Doxorubicin. Thermodynamic changes due to the drug binding to the copolymer were assessed at different pH by isothermal titration calorimetry (ITC). The formation of the polymer/drug complexes was studied by turbidimetric titration and dynamic light scattering. Doxorubicin and PAA-b-F87-b-PAA block copolymer are found to interact strongly in aqueous solution via non-covalent interactions over a wide pH range. At pH>4.35, drug binding is due to electrostatic interactions. Hydrogen-bond also plays a role in the stabilization of the PAA₈₀-F₈₇-PAA₈₀/DOX complex. At pH 7.4 (α=0.8), the size and stability of polymer/drug complex depend strongly on the doxorubicin concentration. When CDOX <0.13mM, the PAA₈₀-F₈₇-PAA₈₀ copolymer forms stable inter-chain complexes with DOX (110 ~ 150 nm). When CDOX >0.13mM, as suggested by the light scattering result, the reorganization of the polymer/drug complex is believed to occur. With further addition of DOX (CDOX >0.34mM), sharp increase in the turbidity indicates the formation of large aggregates, followed by phase separation. The onset of a sharp enthalpy increase corresponds to the formation of a stoichiometric complex.

Estudio de la extracción química del fe en madera arqueológica subacuatica tratada previamente con peg 4000

Debido a la gran cantidad de muestras arqueológicas impregnadas con PEG que se encuentran contaminadas por compuestos insolubles de hierro, se plantea la posible extracción y formación de complejos Fe-L (L=PBTC) y sus efectos en (i) la estructura de la matriz orgánica, (ii) la estructura y propiedades físicas del PEG y (iii) el comportamiento de la muestra en la etapa posterior de almacenamiento. El proyecto analiza la formación de compuestos químicos y posibles modificaciones estructurales en el proceso de extracción del hierro. Consiste en un estudio sistemático de un sistema químico y su influencia en los procesos de precipitación de Fe3+ en medio acuoso. El proyecto se fundamenta en: (1) desarrollar un proceso experimental de optimización para la extracción de las sales contaminantes y (2) encontrar las técnicas analíticas óptimas que permitan apreciar modificaciones estructurales de los diferentes sistemas. Se determina la cantidad de hierro extraído mediante A.A. Las interacciones entre PBTC y PEG se analizan por IR. Las modificaciones de determinadas propiedades físicas se determinan por DSC y las estructurales mediante SEM. En las condiciones termodinámicas óptimas se obtiene una extracción superficial del hierro (30-35%). La disolución del PEG origina modificaciones de la masa y el volumen de la muestra

Anàlisi tèrmica de la descomposició del carbonat càlcic

En aquest projecte s’ha emprat per primera vegada una nova tècnica d’anàlisi tèrmica desenvolupada pel Grup de Recerca en Materials (GRM) de la UdG. Per a dur a terme aquesta tasca s’ha analitzat una reacció ben coneguda, la descomposició del carbonat càlcic en atmosfera inert. En particular s’han fet un conjunt de mesures en condicions isotermes a diferents temperatures i en condicions d’escalfament continu a diferents velocitats. Per a la realització d’aquestes mesures s’empraran tres tècniques diferents: calorimetria diferencial de rastreig (DSC), termogravimetria (TGA) i anàlisis de la composició dels gasos generats en un forn per espectroscòpia de masses (EGA)

Calorimetría indirecta versus Harris-Benedict para determinar gasto energético basal en pacientes ventilados

El inadecuado aporte nutricional en los pacientes con enfermedades criticas, ha llevado al desarrollo de complicaciones que incrementan la mortalidad y los costos de la atención en salud. Muchos factores están involucrados en el consumo de los nutrientes por el organismo, como: los traslados, las intervenciones quirúrgicas, el uso de vasopresores, la ventilación mecánica, entre otros. Si se presenta imprecisión en la de-terminación del gasto energético, puede conllevar a un sobre aporte alimenticio en el paciente el cual puede afectar la evolución y pronosti-co del individuo. Es de conocimiento universal que los costos en salud cada día se in-crementan, en especial cuando se presenta requerimiento del manejo de un paciente en la unidad de cuidados intensivos. Para predecir el gasto energético basal de los paciente en las UCI se cuentan con herramientas de evaluación sencillas, de fácil uso y económicas, como la ecuación de Harris-Benedict, o herramientas complejas y de difícil manejo como la Calorimetría Indirecta. El incremento en la demanda de servicios con mayor tecnología en el tratamiento de los pacientes, enfrenta al personal de salud para ser más crítico en el uso de la nueva tecnología, por tal motivo, se evaluó la presencia de correlación entre las ecuaciones de Harris-Benedict y Calorimetría Indirecta, encontrando que se presenta una buena correlación entre las ecuaciones, con un valor de Pearson de 0,700 y una p = 0.002. Por lo que se puede concluir que las ecuaciones pueden ser utilizadas para estimar el gasto energético basal de los pacientes en la UCI.

Relaxation and derelaxation of pure and hydrogenated amorphous silicon during thermal annealing experiments

The structural relaxation of pure amorphous silicon (a-Si) and hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) materials, that occurs during thermal annealing experiments, has been analyzed by Raman spectroscopy and differential scanning calorimetry. Unlike a-Si, the heat evolved from a-Si:H cannot be explained by relaxation of the Si-Si network strain but it reveals a derelaxation of the bond angle strain. Since the state of relaxation after annealing is very similar for pure and hydrogenated materials, our results give strong experimental support to the predicted configurational gap between a-Si and crystalline silicon

Composition and cure temperature: The influence on properties of final flexible PU cold cure foam parts

Foams are cellular structures, produced by gas bubbles formed during the polyurethane polymerization mixture. Flexible PU foams meet the following two criteria: have a limited resistance to an applied load, being both permeable to air and reversibly deformable. There are two main types of flexible foams, hot and cold cure foams differing in composition and processing temperatures. The hot cure foams are widely applied and represent the main composition of actual foams, while cold cure foams present several processing and property advantages, e.g, faster demoulding time, better humid aging properties and more versatility, as hardness variation with index changes are greater than with hot cure foams. The processing of cold cure foams also is attractive due to the low energy consumption (mould temperature from 30 degrees to 65 degrees C) comparatively to hot cure foams (mould temperature from 30 degrees to 250 degrees C). Another advantage is the high variety of soft materials for low temperature processing moulds. Cold cure foams are diphenylmethane diisocyanate (MDI) based while hot cure foams are toluene diisocyanate (TDI) based. This study is concerned with Viscoelastic flexible foams MDI based for medical applications. Differential Scanning Calorimetry (DSC) was used to characterize the cure kinetics and Dynamical Mechanical Analisys to collect mechanical data. The data obtained from these two experimental procedures were analyzed and associated to establish processing/properties/operation conditions relationships. These maps for the selection of optimized processing/properties/operation conditions are important to achieve better final part properties at lower costs and lead times.

Interactions of tea tannins and condensed tannins with proteins

Binding parameters for the interactions of four types of tannins: tea catechins, grape seed proanthocyanidins, mimosa 5-deoxy proanthocyanidins,and sorghum procyanidins (mDP=17), with gelatin and bovine serum albumin (BSA) have been determined from isothermal titration calorimetry data. Equilibrium binding constants determined for the interaction with gelatin were in the range 10(4) to 10(6) M-1 and in the order: sorghum procyanidins > grape seed proanthocyanidins > mimosa 5-deoxy proanthocyanidins > tea catechins. Interaction with BSA was generally weaker, with equilibrium binding constants of <= 10(3) M-1 for grape seed proanthocyanidins, mimosa 5-deoxy proanthocyanidins and tea catechins, and 10(4) M-1 for the sorghum procyanidins. In all cases the interactions with proteins were exothermic and involved multiple binding sites on the protein. The data are discussed in relation to the structures and the known nutritional effects of the condensed tannins.

Effect of combined heat and high-pressure treatments on the texture of chicken breast muscle (Pectoralis fundus)

Commercially supplied chicken breast muscle was subjected to simultaneous heat and pressure treatments. Treatment conditions ranged from ambient temperature to 70 °C and from 0.1 to 800 MPa, respectively, in various combinations. Texture profile analysis (TPA) of the treated samples was performed to determine changes in muscle hardness. At treatment temperatures up to and including 50 °C, heat and pressure acted synergistically to increase muscle hardness. However, at 60 and 70 °C, hardness decreased following treatments in excess of 200 MPa. TPA was performed on extracted myofibrillar protein gels that after treatment under similar conditions revealed similar effects of heat and pressure. Differential scanning calorimetry analysis of whole muscle samples revealed that at ambient pressure the unfolding of myosin was completed at 60 °C, unlike actin, which completely denatured only above 70 °C. With simultaneous pressure treatment at >200 MPa, myosin and actin unfolded at 20 °C. Unfolding of myosin and actin could be induced in extracted myofibrillar protein with simultaneous treatment at 200 MPa and 40 °C. Electrophoretic analysis indicated high pressure/temperature regimens induced disulfide bonding between myosin chains.

Probing protein−tannin interactions by isothermal titration microcalorimetry

Isothermal titration microcalorimetry (ITC) has been applied to investigate protein−tannin interactions. Two hydrolyzable tannins were studied, namely myrabolan and tara tannins, for their interaction with bovine serum albumin (BSA), a model globular protein, and gelatin, a model proline-rich random coil protein. Calorimetry data indicate that protein−tannin interaction mechanisms are dependent upon the nature of the protein involved. Tannins apparently interact nonspecifically with the globular BSA, leading to binding saturation at estimated tannin/BSA molar ratios of 48:1 for tara- and 178:1 for myrabolan tannins. Tannins bind to the random coil protein gelatin by a two-stage mechanism. The energetics of the first stage show evidence for cooperative binding of tannins to the protein, while the second stage indicates gradual saturation of binding sites as observed for interaction with BSA. The structure and flexibility of the tannins themselves alters the stoichiometry of the interaction, but does not appear to have any significant affect on the overall binding mechanism observed. This study demonstrates the potential of ITC for providing an insight into the nature of protein−tannin interactions.

Analysis of the SDS−Lysozyme binding isotherm

A scheme to describe SDS−lysozyme complex formation has been proposed on the basis of isothermal titration calorimetry (ITC) and FTIR spectroscopy data. ITC isotherms are convoluted and reveal a marked effect of both SDS and lysozyme concentration on the stoichiometry of the SDS−lysozyme complex. The binding isotherms have been described with the aid of FTIR spectroscopy in terms of changes in the lysozyme structure and the nature of the SDS binding. At low SDS concentrations, ITC isotherms feature an exothermic region that corresponds to specific electrostatic binding of SDS to positively charged amino acid residues on the lysozyme surface. This leads to charge neutralization of the complex and precipitation. The number of SDS molecules that bind specifically to lysozyme is approximately 8, as determined from our ITC isotherms, and is independent of lysozyme solution concentration. At high SDS concentrations, hydrophobic cooperative association dominates the binding process. Saturated binding stoichiometries as a molar ratio of SDS per molecule of lysozyme range from 220:1 to 80:1, depending on the lysozyme solution concentration. A limiting value of 78:1 has been calculated for lysozyme solution concentrations above 0.25 mM.

Hydrolyzable tannin structures influence relative globular and random coil protein binding strengths

Binding parameters for the interactions of pentagalloyl glucose (PGG) and four hydrolyzable tannins (representing gallotannins and ellagitannins) with gelatin and bovine serum albumin (BSA) have been determined from isothermal titration calorimetry data. Equilibrium binding constants determined for the interaction of PGG and isolated mixtures of tara gallotannins and of sumac gallotannins with gelatin and BSA were of the same order of magnitude for each tannin (in the range of 10(4)-10(5) M-1 for stronger binding sites when using a binding model consisting of two sets of multiple binding sites). In contrast, isolated mixtures of chestnut ellagitannins and of myrabolan ellagitannins exhibited 3-4 orders of magnitude greater equilibrium binding constants for the interaction with gelatin (similar to 2 x 10(6) M-1) than for that with BSA (similar to 8 x 10(2) M-1). Binding stoichiometries revealed that the stronger binding sites on gelatin outnumbered those on BSA by a ratio of at least similar to 2:1 for all of the hydrolyzable tannins studied. Overall, the data revealed that relative binding constants for the interactions with gelatin and BSA are dependent on the structural flexibility of the tannin molecule.

Probing protein-tannin interactions by isothermal titration microcalorimetry

Isothermal titration microcalorimetry (ITC) has been applied to investigate protein-tannin interactions. Two hydrolyzable tannins were studied, namely myrabolan and tara tannins, for their interaction with bovine serum albumin (BSA), a model globular protein, and gelatin, a model proline-rich random coil protein. Calorimetry data indicate that protein-tannin interaction mechanisms are dependent upon the nature of the protein involved. Tannins apparently interact nonspecifically with the globular BSA, leading to binding saturation at estimated tannin/BSA molar ratios of 48:1 for tara- and 178:1 for myrabolan tannins. Tannins bind to the random coil protein gelatin by a two-stage mechanism. The energetics of the first stage show evidence for cooperative binding of tannins to the protein, while the second stage indicates gradual saturation of binding sites as observed for interaction with BSA. The structure and flexibility of the tannins themselves alters the stoichiometry of the interaction, but does not appear to have any significant affect on the overall binding mechanism observed. This study demonstrates the potential of ITC for providing an insight into the nature of protein-tannin interactions.