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2016 research outputs found
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Transcriptomic analysis of intracellular RNA granules and small extracellular vesicles: Unmasking their overlap in a cell model of Huntington's disease
No full textFinanziert aus dem DFG-geförderten Open-Access-Publikationsfonds der Universität Siegen für ZeitschriftenartikelHuntington's disease (HD) arises from the abnormal expansion of a CAG repeat in the HTT gene. The mutant CAG repeat triggers aberrant RNA-protein interactions and translates into toxic aggregate-prone polyglutamine protein. These aberrant RNA-protein ineractions also seed the formation of cytoplasmic liquid-like granules, such as stress granules. Emerging evidence demonstrates that granules formed via liquid-liquid phase separation can mature into gel-like inclusions that persist within the cell and may act as precursor to aggregates that occur in patients' tissue. Thus, deregulation of RNA granules is an important component of neurodegeneration. Interestingly, both the formation of intracellular membrane-less organelles like stress granules and the secretion of small extracellular vesicles (sEVs) increase upon stress and under disease conditions. sEVs are lipid membrane-bound particles that are secreted from all cell types and may participate in the spreading of misfolded proteins and aberrant RNA-protein complexes across the central nervous system in neurodegenerative diseases like HD. In this study, we performed a comparative transcriptomic analysis of sEVs and RNA granules in an HD model. RNA granules and sEVs were isolated from an inducible HD cell model. Both sEVs and RNA granules were isolated from induced (HD) and non-induced (control) cells and analyzed by RNA sequencing. Our comparative analysis between the transcriptomics data of HD RNA granules and sEVs showed that: (I) intracellular RNA granules and extracellular RNA vesicles share content, (II) several non-coding RNAs translocate to RNA granules, and (III) the composition of RNA granules and sEVs is affected in HD cells. Our data showing common transcripts in intracellular RNA granules and extracellular sEVs suggest that formation of RNA granules and sEV loading may be related. Moreover, we found a high abundance of lncRNAs in both control and HD samples, with several transcripts under REST regulation, highlighting their potential role in HD pathogenesis and selective incorporation into sEVs. The transcriptome cargo of RNA granules or sEVs may serve as a source for diagnostic strategies. For example, disease-specific RNA-signatures of sEVs can serve as biomarker of central nervous system diseases. Therefore, we compared our dataset to transcriptomic data from HD patient sEVs in blood. However, our data suggest that the cell-type specific signature of sEV-secreted RNAs as well as their high variability may make it difficult to detect these biomarkers in blood
Radio-frequency controlled quantum information processing using a microstructured Paul trap with integrated solenoid structures
No full textEin Quantencomputer bietet sowohl das Potential, bestimmte Problemstellungen effizienter zu lösen als jeder klassische Computer, als auch Beiträge zu Fragestellungen aus dem nahezu gesamten Spektrum physikalischer Forschung und darüber hinaus durch Quantensimulationen zu leisten. Eine der bisher am weitesten entwickelten Möglichkeiten zu seiner Realisierung stellen in einer Paul-Falle gespeicherte ultrakalte Ionen dar. Die wesentliche Herausforderung stellt hier, wie auch bei allen anderen physikalischen Implementierungsmethoden, die Entwicklung eines Gesamtsystems dar, das zu einem Quantencomputer skaliert werden kann, der imstande ist, Probleme von praktischer Relevanz zu lösen.
Diese Dissertation schließt sich den Bestrebungen Technologien für die Realisierung eines skalierbaren ionenbasierten Quantencomputers zu entwicklen an. Es wird ein optisches Verfahren zur präzisen Bestimmung der Position gespeicherter Ionen auf Basis von Fluoreszenzlicht vorgestellt, das es erlaubt eine Lokalisierung in allen drei Raumrichtungen mit einer Genauigkeit weit unterhalb der Wellenlänge der Ionenfluoreszenz vorzunehmen. Dieses Verfahren ermöglicht die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Minimierung unerwünschter Mikrobewegung gespeicherter Ionen. Die Methode basiert auf der Analyse von Ionentrajektorien, die durch gezielte Manipulation des speichernden Potentials einer Ionenfalle erzeugt werden und ist insbesondere zur Verwendung mit ausgedehnten, planaren Fallenchips geeignet, da sie unabhängig von der Propagationsrichtung des verwendeten Laserlichts ist. Desweiteren wird eine Methode entwickelt um ein gespeichertes Ion als hochsensitiven Kraftsensor einzusetzen, der es ermöglicht Kräfte im Bereich von Yoctonewton nachweisen zu können. Diese basiert ebenfalls auf der optischen Positionsbestimmung und erfordert zusätzlich lediglich Kenntnis über das speichernde Potential.
Die Methode ist hochkompatibel mit miniaturisierten und stark integrierten Ionenfallen und bietet sich somit für dem Einsatz in der Präzisionsmetrologie an. Der Verwendung von Magnetfeldgradienten ermöglicht die Manipulation einzelner Qubits und die Realisierung von Mehr-Qubit-Gattern allein durch Hochfrequenzsignale. Dies stellt aufgrund deren hohen Integrierbarkeit eine potentielle Schlüsseltechnologie zur Skalierung ionenbasierter Quantencomputer dar. Diese Arbeit erweitert die Funktionalität einer mikrostrukturierten Ionenfalle mit integrierten Spulenstrukturen um einen dynamisch steuerbaren Magnetfeldgradienten. Die erzeugten Gradienten können statisch oder oszillierend sein und auf Zeitskalen im Mikrosekundenbereich variiert werden. Oszillierende Magnetfeldgradienten ermöglichen die Beschleunigung von Mehr-Qubit-Gattern sowie die Erzeugung maßgeschneiderter temporärer Kopplungsmuster zwischen Qubits. Der neu geschaffene Freiheitsgrad einer dynamischen Kontrolle des Gradienten wird verwendet um eine optimierte Qubit-Adressierung im Frequenzraum zu demonstrieren.A quantum computer offers both the potential to solve certain problems more efficiently than any classical computer and to contribute to questions across practically the entire spectrum of physical research, as well as beyond, through quantum simulations. One of the most advanced approaches to realizing a quantum computer to date is based on ultracold ions trapped in a Paul trap. The main challenge here, as with all other physical implementation methods, lies in the development of a complete system that can be scaled into a quantum computer capable of solving problems of practical relevance.
This dissertation contributes to the efforts to develop technologies for the realization of a scalable ion-based quantum computer. An optical method for the precise determination of the position of trapped ions based on fluorescence light is presented, which allows localization in all three spatial dimensions with an accuracy well below the wavelength of the ion fluorescence. This method enables the development of a novel approach to minimizing undesired micromotion of trapped ions. The approach is based on the analysis of ion trajectories generated by deliberate manipulation of the trapping potential of an ion trap and is particularly suitable for use with extended, planar trap chips, as it is independent of the propagation direction of the laser light used. Furthermore, a method is developed to use a trapped ion as a highly sensitive force sensor, capable of detecting forces in the yoctonewton range. This method is also based on optical position determination and requires only knowledge of the trapping potential in addition. It is highly compatible with miniaturized and highly integrated ion traps, making it suitable for applications in precision metrology. The use of magnetic field gradients enables the manipulation of individual qubits and the realization of multi-qubit gates solely through radiofrequency signals. Due to their high integrability, this represents a potential key technology for scaling ion-based quantum computers. Thiswork extends the functionality of a microstructured ion trap with integrated solenoid structures to include a dynamically controllable magnetic field gradient. The generated gradients can be static or oscillating and can be varied on timescales in the microsecond range. Oscillating magnetic field gradients enable the acceleration of multiqubit gates as well as the creation of customized, temporary coupling patterns between qubits.
The newly created degree of freedom provided by dynamic gradient control is used to demonstrate optimized qubit addressing in the frequency domain
Contributions to the Numerical Homogenization of Micro-Heterogeneous Materials Using Two-Scale Finite Element Methods
No full textDie numerische Homogenisierung umfasst Verfahren zur Lösung von Problemen mit mehreren Skalen. Das Ziel ist hierbei das zugrundeliegende Problem auf einer Makroskala unter Berücksichtigung des Einflusses einer heterogenen Mikroskala zu lösen. Numerische Homogenisierungsverfahren liefern somit ein besseres Verständnis des makroskopischen Problems bei gleichzeitiger Reduktion des numerischen Aufwandes gegenüber Analysen mit einer vollständigen Analyse der Mikroskala.
Die Heterogene Multiskalen Finite Elemente Methode ist eines dieser numerischen Homogenisierungsverfahren und liefert durch eine vollständige a priori Fehleranalyse einen neuen und gleichzeitig bedeutenden Beitrag zur numerischen Homogenisierung mittels Zwei-Skalen Finite Elemente Methoden.
In dieser Arbeit und den ihr zugrunde liegenden Veröffentlichungen wurde die Implementierung der Heterogenen Multiskalen Finite Elemente Methode für vektorwertige Probleme aus dem Bereich Elastizität beschrieben und zahlreiche weitere Aspekte untersucht. Dazu gehören
i) Bestätigung der a priori Konvergenzaussagen für lineare Elastizität anhand zahlreicher Beispiele unterschiedlicher Regularität mit unterschiedlichen Kopplungsbedingungen der beiden Skalen und linearen sowie quadratischen Ansatzfunktionen.
ii) Vergleich der Heterogenen Multiskalen Finite Elemente Methode mit der FE²-Methode. Obwohl beide Methoden auf unterschiedlichen Ansätzen beruhen, konnte anhand zahlreicher Beispiele die quantitative Übereinstimmung der Ergebnisse gezeigt werden, sodass die a priori Konvergenzaussagen auch auf die FE²-Methode übertragen werden können.
iii) Während sich üblicherweise in der Literatur die Fehleranalysen mit dem Fehler auf der Makroskala beschäftigen, erfolgte in dieser Arbeit zusätzlich eine Untersuchung der Fehler auf der Mikroskala. Hierfür wurde zwischen dem Diskretisierungsfehler und einem Auflösungsfehler, der die Auflösung der Mikroskala berücksichtigt, unterschieden.
iv) Eine Untersuchung der Fehlerschätzung auf der heterogenen Mikroskala lieferte einen angepassten Fehlerschätzer-Algorithmus mit dem sich die Qualität der Fehlerschätzung auf der Mikroskala deutlich verbessern lässt.
v) Unterschiedliche adaptive und uniforme Netzvergröberungsalgorithmen, die als Preprocessor zur Reduktion der Freiheitsgrade der Mikroskala eingesetzt werden können, wurden anhand ihrer Auswirkungen auf den Diskretisierungs- und den Auflösungsfehler untersucht.
vi) Um den hohen numerischen Aufwand nicht-linearer Zwei-Skalen Probleme, der sich durch die wiederholte Lösung von verschachtelten Makro- und Mikrogleichungssystemen ergibt, zu reduzieren, wurde ein neuer Lösungsalgorithmus eingeführt, der die Berechnungen deutlich beschleunigen kann.Numerical homogenization includes methods for solving multiscale problems. The goal here is to solve the underlying problem on a macroscale, taking into account the influence of a heterogeneous microscale. Numerical homogenization methods thus provide a better understanding of the macroscopic problem while at the same time reducing the numerical effort compared to a complete analysis of the microscale.
The Finite Element Heterogeneous Multiscale Method is one of these numerical homogenization methods and, through a complete a priori error analysis, provides a new and at the same time significant contribution to numerical homogenization by two-scale finite element methods.
In this work and the publications on which it is based, the implementation of the Finite Element Heterogeneous Multiscale Method for vector-valued problems in the field of elasticity was described and numerous other aspects were examined. These include
i) Confirmation of the a priori convergence statements for linear elasticity using numerous examples with different regularity with different coupling conditions of the two scales and linear and quadratic shape functions.
ii) Comparison of the Finite Element Heterogeneous Multiscale Method with the FE² method. Although both methods are based on different approaches, the quantitative agreement of the results was shown using numerous examples, so that the a priori convergence statements can also be transferred to the FE² method.
iii) While error analyzes in the literature usually deal with errors on the macroscale, this work also examined errors on the microscale. For this purpose, a distinction was made between the discretization error and a resolution error that takes the resolution of the microscale into account.
iv) An investigation of the error estimation on the heterogeneous microscale provided an adapted error estimator algorithm with which the quality of the error estimation on the microscale can be significantly improved.
v) Different adaptive and uniform mesh coarsening algorithms that can be used as a preprocessor to reduce the microscale degrees of freedom were examined based on their effects on the discretization and resolution errors.
vi) In order to reduce the high numerical effort of non-linear two-scale problems, which results from the repeated solution of nested macro and micro equation systems, a new solution algorithm was introduced that can significantly speed up the calculations
Forschung mit/in Communities: Brüche und Praktiken für eine andere Anthropologie
No full textThis paper pushes for a reframing of Anthropology as a collaborative and situated practice grounded in relationships rather than extraction. Using the metaphor of the fissure (raja) as both concept and method, it explores how research with/in communities unsettles disciplinary boundaries and challenges the coloniality of knowledge production. The text proposes a constellation of orientations -decolonial vigilance, feminist reflexivity, embodied attention, sensory attunement, and ontological openness- that operate as ethical and political commitments rather than fixed techniques. Through examples that traverse various disciplines, it shows how different media can be reimagined as tools for collective inquiry and transformation. The paper concludes by calling for creativity, solidarity and hope in order to sustain plural, accountable, and co-created forms of knowledge
Quanten-Thermodynamik und Metrologie mit mechanischen Freiheitsgraden
No full textQuantum metrology and quantum thermodynamics are two relatively young fields that, in the spirit of the second quantum revolution, apply quantum theory to address fundamental questions and to develop technological applications. While the research in these fields is predominantly conducted with discrete, finite-dimensional quantum systems in mind, this thesis makes the case for continuous variable mechanical degrees of freedom.
In the first of three projects, we present two realizations of the Otto cycle with a planar rotor as the working medium. As a mechanical system, the planar rotor has a well-defined classical analogue that allows the identification of genuine quantum effects by comparing classical and quantum machine. Here, we mainly focus on the parameter regimes, where the machine admits a certain operation mode, i.e. an engine, a refrigerator, or a heater.
In the first realization, we find a systematic disadvantage of the quantum machine. The opposite is true for the second realization: It can be shown that the classical machine can, in general, not be run in a useful operation mode. The quantum machine, on the other hand, admits an engine operation mode for sufficiently cold temperatures of the cold bath.
The second project is devoted to the dynamics of a quantum system subjected to a thermal gas. In contrast to repeated interaction models, we consider any gas particle as a motional degree of freedom. We Employ quantum mechanical scattering theory to derive a low-density limit master equation, including gases with internal structure. Then, the thermodynamic consistency of the master equation is shown. A comparison with repeated interaction models makes evident that the inclusion of motional degrees of freedom of the gas plays a curial role for the consistency. Finally, we consider a nonequilibrium scenario, where the internal and motional degrees of freedom of the gas are thermal with respect to different temperatures. We show that, under the influence of this gas, the ergotropy of the system can increase.
In the last project, we apply quantum metrology on the measurement of magnetic moments in an electron microscope. We consider two types of sample, one that is static and does not change under the influence of the electron and another one that is described by a quantum system and experiences quantum backaction. For both samples, we derive the scattering operator from first principles. Then, two metrological tasks are considered: First, the sensing of the strength of the magnetic moment. We derive the Fisher information in several bases and find that momentum measurements are already optimal in the case without backaction. With backaction included, a measurement of angular momentum is optimal. The second task, we consider, is the optimal discrimination of the scattered and unscattered motional electron state. We derive the trace distance and find the experimentally achievable basis with the highest classical trace distance, which is still significantly worse than the theoretical optimum.Quantenmetrologie und Quantenthermodynamik sind zwei relativ junge Felder, die sich im Geiste der zweiten Quantenrevolution fundamentalen Fragen und technologischen Anwendungen widmen. Während die Forschung in diesen beiden Feldern vorwiegend auf diskreten, endlichdimensionalen Quantensystemen beruht, betrachte ich in dieser Arbeit mechanische Freiheitsgrade, die durch unendlichdimensionale Systeme beschrieben werden.
Im ersten von drei Projekten präsentiere ich zwei Realisierungen des Otto-Kreisprozesses, bei denen ein planarer Rotor als Arbeitsmedium dient. Als mechanisches System besitzt der Rotor ein wohldefiniertes klassisches Analogon, welches man verwenden kann, um reine Quanteneffekte durch den Vergleich von klassischem und quantenmechanischen Arbeitsmedium zu ermitteln. Das Hauptaugenmerk liegt in diesem Projekt auf dem Parameterregime, in dem der Kreisprozess einen bestimmten Betriebsmodus (Motor, Kühlschrank, oder “Heater”) annimmt. In der ersten Realisierung des Otto-Kreisprozesses zeige ich einen systematischen Nachteil der Maschine mit quantenmechanischem Arbeitsmedium. Das Gegenteil ist der Fall für die zweite Realisierung: Man kann zeigen, dass die klassische Maschine unter keinen Umständen einen nützlichen Betriebsmodus (Motor, Kühlschrank) erlaubt. Wird jedoch das quantisierte Arbeitsmedium verwendet, ist ein Betrieb als Motor für hinreichend kalte Temperaturen am kalten Bad möglich.
Das zweite Projekt dieser Arbeit widmet sich der Dynamik von Quantensystemen, die einem thermischen Gas ausgesetzt sind. Im Gegensatz zu sogenannten repeated interaction models, betrachte ich jedes Gasteilchen als einen dreidimensionalen Bewegungsfreiheitsgrad. Ich verwende quantenmechanische Streutheorie, um eine Mastergleichung für den Grenzfall stark verdünnter Gase herzuleiten, wobei das Gas selbst eine innere Struktur besitzen darf. Im Anschluss zeige ich, dass diese Mastergleichung mit den Hauptsätzen der Thermodynamik kompatibel ist. Der Vergleich mit den repeated interaction models offenbart, dass das Miteinbeziehen von Bewegungsfreiheitsgraden eine wichtige Voraussetzung für diese Kompatibilität ist. Abschließend betrachte ich ein Nichtgleichgewichtsszenario, in dem die Bewegungsfreiheitsgrade und die internen Freiheitsgrade der Gasteilchen zwar thermisch sind, aber in Bezug auf verschiedene Temperaturen. Ich zeige dann, dass Quantensysteme unter dem Einfluss dieses Gases ihre Ergotropie erhöhen können.
Im letzten Projekt wende ich Quantenmetrologie auf die Messung von magnetischen Momenten in der Elektronenmikroskopie an. Dazu unterscheide ich zwei Arten von Proben: Eine, die statisch ist und durch den Elektronenstrahl nicht beeinflusst wird, und eine, die selbst ein Quantensystem ist und zusammen mit dem Elektronenstrahl der Zeitentwicklung unterliegt. Im zweiten Fall spricht man auch von Quantenrückkopplung.
Für beide Proben berechne ich den Streuoperator aus grundlegenden Prinzipien. Daraufhin werden zwei Szenarien untersucht: Im ersten Szenario ist das Ziel, das magnetische Moment möglichst präzise aus Messdaten des Elektronenmikroskops zu schätzen. Ich berechne die Fisherinformation für verschiedene Messbasen und zeige, dass eine Messung im Impulsraum im rückkopplungsfreien Fall bereits optimal ist. In dem zweiten Szenario untersuche ich die optimale Strategie zur Unterscheidung zwischen gestreuten und ungestreuten Zustand des Elektrons. Ich berechne die “trace distance” und finde die beste Messung, die experimentell durchführbar ist. Diese weicht jedoch signifikant vom theoretischen Optimum ab
Offset Stabilität in Mode-Split MEMS Gyroskopen
No full textMEMS gyroscopes stability is crucial for long-term inertial navigation. This thesis explores the stability of the MEMS gyroscopes specific to the mode-split architecture, commonly used in mass market inertial sensors. It focuses on the offset stability of those devices and analyzes both systematic and stochastic offset contribution. One example of systematic effects is the change in environmental temperature, which can be compensated through system understanding. Thus, a temperature model of the gyroscope offset was developed and compared against the measurements of forty research devices. At the same time, stochastic contributions define the best-achievable limit for offset stability. To uncover the root causes of the bias instability, a scale factor instability model was derived and combined with a phase space gyroscope model. The scale factor instability model carries the information of the amplitude change of the signals in a gyroscope system, whereas the phase models the phase noise shaping. The combination of the two models resulted in a bias instability model applicable to both rate and quadrature signals. Based on the model prediction, bias instability improvement of up to 40 % was achieved, through the reduction of the PLL input phase flicker noise. The bias instability model was identified sensorindividually on four triaxial research gyroscope devices, equivalent to having twelve single axis devices. The proposed scale factor and bias instability models provide a measurement methodology to distinguish different flicker noise contributions. This methodology was successfully applied to available research devices at Robert Bosch GmbH, successfully identifying the dominant bias instability (flicker) noise sources. Depending on the system performance either temperature or flicker noise may be the limiting factors for long-term gyroscope rate signal stability. Hence, both the temperature and bias instability model represent a step towards gyroscope stability improvement, and in turn more precise navigation.Stabilität von MEMS Drehratensensoren ist wichtig für die langfristige Trägheitsnavigation. Diese Dissertation untersucht die Stabilität von MEMS Drehratensensoren, speziell für die mode-split Architektur, die häufig in Massenmarkt-Inertialsensoren verwendet wird. Sie konzentriert sich auf die Offsetstabilität dieser Sensoren und analysiert sowohl systematische als auch stochastische Offsetbeiträge. Ein Temperaturmodell des Drehratensensoroffsets wurde entwickelt und mit den Messungen von vierzig Forschungsmodulen verglichen. Um die Ursachen der Biasinstabilität aufzudecken, wurde das Modell der Empfindlichkeitsinstabilität abgeleitet und mit dem Phasenraum Drehratensensormodell kombiniert. Das Empfindlichkeitsinstabilitätsmodell enthält Informationen über die Amplitudenänderung der Signale in einem Drehratensensor, während das Phasenmodell das Phasenrauschen modelliert. Die Kombination der beiden Modelle führte zu einem Biasinstabilitätsmodell, das sowohl für Rate- als auch für Quadratur-Signale anwendbar ist. Basierend auf der Modellvorhersage wurde eine Verbesserung der Biasinstabilität um bis zu 40 % durch die Reduzierung des Phasenflickerrauschen am PLL Eingang erreicht. Das Biasinstabilitätsmodell wurde individuell für vier dreiaxiale Forschungsmodulen identifiziert, was zwölf Einzelachsen entspricht. Die vorgeschlagenen Empfindlichkeitsinstabilitätund Biasinstabilitäts-Modelle bieten eine Messmethodik zur Unterscheidung verschiedener Flickerrauschbeiträge. Diese Methodik wurde erfolgreich auf verfügbare Forschungsmodulen bei der Robert Bosch GmbH angewendet und identifizierte erfolgreich die dominierenden Flickerauschquellen. Je nach Systemleistung können entweder Temperatur oder Flickerrauschen die begrenzenden Faktoren für die langfristige Stabilität des Drehratensensorsignals sein. Daher stellen sowohl das Temperatur- als auch das Biasinstabilitätsmodell einen Schritt zur Verbesserung der Stabilität von Drehratensensoren dar
Die ökonomische Theorie des Lobbyismus: Gruppen und Innovationen
No full textIn der vorliegenden Disseration wird die politikökonomische Lobbyismus-Forschung kritisch evaluiert und der isolierten, wohlfahrtsökonomischen Theorie eine kontextuale und auf die Wurzeln der politischen Ökonomie und des Ordoliberalismus abgestellte Theorie an die Seite gestellt. Es wird argumentiert, dass es notwendig ist, die Frage nach dem Wesen des Lobbyismus erneut zu stellen und die sozialen Interaktionen wieder in den Vordergrund der Analyse zu stellen. Die Dissertation ist vor allem in der politischen Ökonomie, dem Ordoliberalismus, der Entrepreneurship-Forschung und der kontextualen Ökonomik zu verorten. In den ersten beiden Artikeln der Dissertation wird eine systemtheoretische Perspektive auf Lobbyismus geworfen und ein theoretischer Beitrag zur Wirkung des Lobbyismus auf der System- und der Akteursebene geleistet. Weiterhin wird den Lobbyismus-Regeln ein starker Fokus auf die negative Regulierung (Verbote) und die Erhöhung der Transparenz attestiert, aber gleichzeitig ein gewisse Ideenlosigkeit in Bezug auf die positiven, befähigenden Regeln des Lobbyismus. Deshalb kann das bestehende Regelwerk die produktiven Eigenschaften des Lobbyismus nicht hinreichend befördern. Im dritten Artikel werden erste Entwürfe für solche Regeln entwickelt.This dissertation critically evaluates political-economic research on lobbying and contrasts isolated welfare-economic theory with a contextual theory based on the roots of political economy and ordoliberalism. It argues that it is necessary to revisit the question of the nature of lobbying and to bring social interactions back to the forefront of the analysis. The dissertation is primarily rooted in political economy, ordoliberalism, entrepreneurship research, and contextual economics. The first two articles of the dissertation take a systems theory perspective on lobbying and make a theoretical contribution to the impact of lobbying at the system and actor levels. Furthermore, lobbying rules are found to place a strong focus on negative regulation (prohibitions) and increasing transparency, but at the same time to lack ideas with regard to positive, enabling rules of lobbying. Therefore, the existing set of rules cannot sufficiently promote the productive characteristics of lobbying. In the third article, initial drafts for such rules are developed
Untersuchung von 2D- und 3D-Polymerzellkulturplattformen zur Erforschung der Reaktion von Zellen auf bakterielle Signalmoleküle
No full textThe investigation of the response of the immune system, which is influenced by the communication between cells of the same as well as different species (interkingdom signalling), is a crucial part in biomedical research. Especially the sensing of signalling molecules that are produced by bacteria can induce a response of eukaryotic cells present in the immune system. For the studies of cellular response in vitro, the extracellular matrix (ECM), which surrounds the cells in their natural environment, needs to be simulated. The creation of an artificial three-dimensional (3D) environment is essential and affects the cell adhesion, proliferation as well as migration. Thereby, the cell detachment and separation can be induced. In this Thesis, different approaches to generate suitable cell culture platforms were explored and their suitability for future work in cell communication investigated. In particular, polymer brushes as well as lipid bilayers were examined as approaches to spatially and temporally control selective cell attachment and detachment. Furthermore, hydrogel-based scaffolds were prepared and investigated regarding their suitability to create viable environments for cell encapsulation.
Thermoresponsive poly(di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (PDEGMA) brushes were successfully used for selective separation of human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) from a coculture with macrophages without the use of additional compounds, such as releasing agents or antibodies. The decrease of the temperature below the transition temperature of 35 °C for (5 ± 1) nm thin PDEGMA brushes, resulted in a change of the chain conformation and thus cause a desorption of cell adhesion proteins. HUVECs and macrophages attached and spread in a coculture on (5 ± 1) nm thin PDEGMA brushes at 37 °C. In contrast to macrophages HUVECs, which possess a lower adhesion strength, detached from the brushˈ surface after decreasing the temperature to 22 °C. HUVECs could be reseeded on a new surface with a yield of 71 % and a purity of almost 100 %.
Square-shaped, patterned polymeric lipid bilayers that were modified with PDEGMA and poly(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (POEGMA) brushes with brush thicknesses of 26 nm and 20 nm, respectively, were investigated in terms of selective cell attachment. Mouse fibroblasts (NIH 3T3) cells were able to attach and spread on polymeric lipid bilayer. In contrast, polymer brushes possess cell repulsive properties, so that the cells are only able to attach on bare glass squares. The use of patterned polymeric lipid bilayers, which are modified with polymer brushes, allows a selective cell attachment.
The adhesion and spreading of cells inside different hydrogels with various geometries were investigated. The encapsulation of NIH 3T3 cells and pancreatic tumor cells (PaTu 8988t) inside chitosan microbeads cross-linked with glycerol phosphate disodium salt (CS + GP) as well as inside alginate — fibrin microbeads were not successful due to the too harsh conditions of the gelling bath and the lack of cell adhesion properties, respectively. However, a hydrogel consisting of alginate dialdehyde (ADA) with a degree of oxidation of 30 % and gelatine modified with carbohydrazide (GelCHD) in a ratio of 1 : 3 were shown to be useful, afford attachment, spreading, and proliferation of encapsulated cells. Finally, the response of encapsulated NIH 3T3 cells, in the above-mentioned hydrogel, to the signalling molecule N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone (HSL) was examined. A pronounced decrease of the cellsˈ viability from 90 % to 71 % and an increase in the intracellular Ca2+ concentration was detected after treatment with HSL, confirming a response of the cells on the signal molecules.
Overall, the results reported in this Thesis highlight the potential of polymer brushes, lipid bilayers as well as hydrogel scaffolds for the encapsulation of cells and the investigation of cellular communication processes.Die Untersuchung der Reaktion des Immunsystems, die durch die Kommunikation zwischen Zellen der gleichen sowie unterschiedlichen Arten beeinflusst wird, ist ein entscheidender Teil der biomedizinischen Forschung. Insbesondere die Erkennung von Signalmolekülen, welche von Bakterien produziert werden, kann in eukaryotischen Zellen des Immunsystems eine entsprechende Reaktion auslösen. Für die Erforschung der zellulären Reaktion in vitro sind Modellsysteme für die extrazelluläre Matrix (ECM), welche die Zellen in ihrer natürlichen Umgebung umgibt, von großer Bedeutung. Die Herstellung einer solchen künstlichen dreidimensionalen (3D) Umgebung ist also unerlässlich, da sie die Zelladhäsion, -proliferation sowie -migration maßgeblich beeinflusst. Dadurch kann beispielsweise eine kontrollierte Zellablösung und -trennung herbeigeführt werden. In dieser Dissertation wurden verschiedene Ansätze der Herstellung geeigneter Zellkulturplattformen erforscht und ihre Eignung für zukünftige Untersuchungen der Zellkommunikation näher charakterisiert. Insbesondere wurden Polymerbürsten sowie Lipiddoppelschichten synthetisiert, um eine räumliche und zeitliche Kontrolle der selektiven Zellanhaftung und -ablösung zu erforschen. Darüber hinaus wurden 3D Hydrogele synthetisiert und auf ihre Eignung zur Herstellung künstlicher 3D Umgebungen für die Zelleinkapselung untersucht. Thermoresponsive Poly(di(ethylenglykol)methylethermethacrylat) (PDEGMA) Bürsten wurden erfolgreich zur selektiven Trennung von Endothelzellen aus menschlichen Nabelschnurvenen (HUVEC) aus einer Co-Kultur mit Makrophagen ohne Verwendung zusätzlicher Verbindungen wie Trennmittel oder Antikörper eingesetzt. Die Senkung der Temperatur unter die Übergangstemperatur von 35 °C für (5 ± 1) nm dünne PDEGMA Bürsten führte zu einer Änderung der Kettenkonformation und damit zu einer Desorption von Zelladhäsionsproteinen. HUVECs und Makrophagen haften und verbreiten sich in einer Co-Kultur auf (5 ± 1) nm dünnen PDEGMA Bürsten bei 37 °C. Im Gegensatz zu Makrophagen lösen sich HUVECs, welche eine geringere Adhäsionsstärke besitzen, nach Senkung der Temperatur auf 22 °C von der Bürstenoberfläche. HUVECs konnten mit einer Ausbeute von 71 % und einer Reinheit von fast 100 % auf einer neuen Oberfläche wieder ausgesät werden.
Quadratisch gemusterte polymerisierte Lipiddoppelschichten, die mit PDEGMA und Poly(oligo(ethylenglykol)methylethermethacrylat) (POEGMA) Bürsten mit einer Dicke von 26 nm bzw. 20 nm modifiziert wurden, wurden hinsichtlich der selektiven Zellanhaftung untersucht. NIH 3T3 Mausfibroblasten konnten sich an polymerisierten Lipiddoppelschichten anhaften und ausbreiten. Im Gegensatz dazu besitzen die Polymerbürsten zellabweisende Eigenschaften, so dass sich die Zellen nur an den Glasquadraten anheften konnten. Die Verwendung gemusterter polymerisierter Lipiddoppelschichten, die mit Polymerbürsten modifiziert worden sind, ermöglicht so eine ortsselektive Zellanhaftung.
Des Weiteren wurden die Adhäsion und die Ausbreitung von Zellen in verschiedenen Hydrogelen mit unterschiedlichen Geometrien untersucht. Die Einkapselung von NIH 3T3 Zellen und Pankreastumorzellen (PaTu 8988t) in mit Glycerinphosphat-Dinatriumsalz vernetzten Chitosan (CS + GP) Mikrokugeln sowie in Alginat-Fibrin Mikrokugeln war aufgrund der zu harschen Bedingungen während des Gelierens bzw. der fehlenden Zelladhäsionseigenschaften nicht erfolgreich. Ein Hydrogel aus Alginat-Dialdehyd (ADA) mit einem Oxidationsgrad von 30 % und Gelatine, welche mit Carbohydrazid modifiziert worden ist (GelCHD), im Verhältnis 1 : 3 erwies sich dagegen als geeignet für die Anhaftung, Ausbreitung und Proliferation eingekapselter Zellen. Abschließend wurde die Reaktion der NIH 3T3 Zellen, welche im oben genannten Hydrogel eingekapselt worden sind, auf das Signalmolekül N-(3-Oxododecanoyl)-L-Homoserinlacton (HSL) erforscht. Nach der Behandlung mit HSL wurde ein deutlicher Rückgang der Zelllebensfähigkeit von 90 % auf 71 % und ein Anstieg der intrazellulären Ca2+ Konzentration festgestellt, was eine Reaktion der Zellen auf die Signalmoleküle bestätigte.
Insgesamt unterstreichen die in dieser Dissertation aufgeführten Ergebnisse das Potential von Polymerbürsten, Lipiddoppelschichten sowie 3D Hydrogelen für die Zelleinkapselung und die Untersuchung zellulärer Kommunikationsprozesse
Erforschung der Nichtklassizität in der Quantentheorie mittels konvexer Optimierung
No full textThe term nonclassicality refers to fundamental features of quantum theory that are incompatible with the predictions of classical physics. This thesis explores several manifestations of nonclassicality, including the negativity of the Glauber-Sudarshan function of light and spin systems, quantum entanglement, and quantum memory effects in dynamical processes. Since these phenomena are responsible for the operational advantages of modern quantum technologies, their detection and characterization is a key challenge in both theoretical and experimental quantum science.
A unifying theme throughout this work is the development of efficient, scalable methods to detect and quantify nonclassical features of quantum systems. Methodologically, the thesis is not only grounded on the formulation of nonclassicality in terms of abstract convex optimization problems, but also explores semidefinite programming relaxations, which provide tractable approximations for them.
In the first part, we introduce detection methods for nonclassicality in single quantum systems, such as light modes.
Here, we show how the theory of nonnegative polynomials can be used to optimally exploit data capturing the nonclassical nature of light.
Specifically, we show that the convex cone of nonnegative polynomials can reveal nonclassicality in data even when it is hidden from standard detection methods up to now. Further, inspired by the nonclassicality of quantum particles, we introduce Wigner representations in generalized probabilistic theories and provide conditions under which they are unique.
Turning to correlations between several systems, in the second part, we develop the polytope approximation technique for certifying separability and detecting entanglement in both bipartite and multipartite systems. This
leads to an algorithm which, for practical purposes, conclusively recognizes bipartite separability for small and medium-size dimensions. For multipartite systems, the approach allows characterizing a range of different separability classes for up to five qubits or three qutrits.
Finally, we systematically identify quantum states showing subtle forms of multipartite entanglement, such as strongly entangled three-qubit states which are separable in each bipartite split.
In the last part, we turn to nonclassical phenomena in quantum systems that evolve in time.
Specifically we investigate channel discrimination protocols under memory restrictions and the detection of quantum memory effects in quantum dynamical processes. By formulating these problems using the concept of convex optimization, we provide operational criteria to distinguish classical memory from genuine quantum memory. Practically, this allows us to systematically prove the presence of genuine quantum memory in spontaneous emission processes and to propose schemes for its experimental detection.Der Begriff Nichtklassizität bezeichnet fundamentale Eigenschaften der Quantentheorie, die mit den Vorhersagen der klassischen Physik unvereinbar sind. Diese Dissertation untersucht verschiedene Erscheinungsformen der Nichtklassizität, darunter die Negativität der Glauber-Sudarshan-Funktion von Licht- und Spin-Systemen, Quantenverschränkung sowie Quantengedächtniseffekte in dynamischen Prozessen. Da diese Phänomene die Grundlage für die operationellen Vorteile moderner Quantentechnologien bilden, stellt ihre Detektion und Charakterisierung eine zentrale Herausforderung sowohl in der theoretischen als auch in der experimentellen Quantenphysik dar.
Ein durchgängiges Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung effizienter, skalierbarer Methoden zur Erkennung und Quantifizierung nichtklassischer Merkmale von Quantensystemen. Methodisch basiert die Dissertation nicht nur auf der Formulierung von Nichtklassizität in Form abstrakter konvexer Optimierungsprobleme, sondern untersucht auch Relaxationen in Form von Semidefiniten Programmen, die handhabbare Näherungen dieser Probleme liefern.
Im ersten Teil stellen wir Nachweismethoden für Nichtklassizität in einzelnen Quantensystemen, wie z. B. Lichtmoden, vor. Dabei zeigen wir, wie die Theorie nichtnegativer Polynome genutzt werden kann, um experimentelle Daten optimal auszuwerten, die die nichtklassische Natur von Licht erfassen. Insbesondere zeigen wir, dass der konvexe Kegel nichtnegativer Polynome Nichtklassizität in Daten offenbaren kann – selbst dann, wenn diese bislang durch herkömmliche Nachweismethoden verborgen geblieben ist. Darüber hinaus führen wir, inspiriert durch die Nichtklassizität quantenmechanischer Teilchen, Wigner-Darstellungen in generalisierten probabilistischen Theorien ein und geben Bedingungen an, unter denen diese eindeutig sind.
Im zweiten Teil wenden wir uns den Korrelationen zwischen mehreren Systemen zu. Hier entwickeln wir die Polytop-Approximations-Technik, um Separierbarkeit zu zertifizieren und Verschränkung in bipartiten sowie multipartiten Systemen nachzuweisen. Dies führt zu einem Algorithmus, der für praktische Zwecke bipartite Separierbarkeit in kleinen und mittleren Dimensionen eindeutig erkennt. Für multipartite Systeme ermöglicht der Ansatz die Charakterisierung verschiedener Klassen von Separierbarkeit – bis zu fünf Qubits oder drei Qutrits. Schließlich identifizieren wir systematisch Quantenzustände, die subtile Formen multipartiter Verschränkung aufweisen, wie etwa stark verschränkte Drei-Qubit-Zustände, die in jeder bipartiten Aufteilung separierbar sind.
Im letzten Teil wenden wir uns nichtklassischen Phänomenen in sich zeitlich entwickelnden Quantensystemen zu. Konkret untersuchen wir Kanalunterscheidungsprotokolle unter Gedächtniseinschränkungen sowie den Nachweis von Quantengedächtniseffekten in quantendynamischen Prozessen. Durch die Formulierung dieser Probleme im Rahmen der konvexen Optimierung stellen wir operationelle Kriterien bereit, um klassisches Gedächtnis von Quantengedächtniseffekten zu unterscheiden. Praktisch erlaubt dies den systematischen Nachweis von echtem Quantengedächtnis in spontanen Emissionsprozessen sowie die Entwicklung von einem Messchema für einen experimentellen Nachweis
17 to 7 - The ideal plan of Castel del Monte and its revision during the early stages of construction planning
No full textDas apulische Castel del Monte steht mit seinen drei Achtecken im Grundriss in den Proportionen des Silbernen Schnitts. Diese führen zu irrationalen Maßzahlen, die auf einer Baustelle nur sehr schwer zu handhaben sind. Aus diesem Grund wurde der Entwurf des Gebäudes in der Werkplanung in ein Modulsystem übertragen, das mit ganzen Zahlen operiert und die intendierte Gestaltungsabsicht trotzdem bewahrt. Das Verhältnis 17 zu 7 ist dabei von grundlegender Bedeutung.The Apulian Castel del Monte has a distinct floor plan that is based upon three concentric octagons. This is why the proportions of the floor plan are based upon the Silver Ratio. However, this proporational system requires measurements which have irrational numbers that are very difficult to work with on a construction site. For this reason, the design of the building was converted into a modular system during the early construction planning phase. The modular system operates with whole numbers while preserving the intended design concept. The ratio of 17 to 7 is of fundamental importance here