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textil trainer. the free digital lerning platform: ADD International Textile Conference
No full textPresentation of the free online platform textil trainer at the ADD International Textile Conference from 21 to 22 November 2024 in Stuttgart.
The textil trainer is the digital learning standard in basic textile theory training in the federal state of Saxony: in textile companies, in training centres for textile professions
and at institutions of higher education with a textile focus
Potential- und Gefährdungsbeurteilung zur Erfassung und Beurteilung von Wohlbefinden und psychischen Gefährdungen unter dreijähriger Kinder in Kindertageseinrichtungen - Auswertungsbögen
No full textAnthology of the EU-FairPlay Project: 2020-2024
No full textDiese Publikation enthält Beiträge von Mitgliedern des EU-FairPlay Netzwerks, das sich in den letzten vier Jahren gebildet hat. Dieses europaweite Netzwerk bietet eine Plattform für Forschende
und Praxispartner, um gemeinsam zum Thema digital game-based learning und Bildungsgerechtigkeit zu arbeiten. Das Netzwerk hat abschließend die verschiedenen Akteure eingeladen, ihre Forschungsarbeiten oder Praxiserfahrungen zum Thema des Netzwerkes gemeinsam zu veröffentlichen
Modellierung und Simulation des mikromechanischen Schädigungsverhaltens faserverstärkter Kunststoff-Metall-Verbunde
No full textFür die Entwicklung moderner faserverstärkter Bauteile ist ein umfassendes Verständnis des komplexen mechanischen Versagensverhaltens unabdingbar. Dabei kommen Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) häufig in Kombination mit metallischen Werkstoffen zum Einsatz. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit eine Modellierungsstrategie vorgestellt, die das schädigungsbehaftete Verhalten von unidirektional verstärkten Kunststoff-Metall-Verbunden auf der Mikroskala abbildet. In diesem Zusammenhang sind wesentliche inelastische Phänomene wie ein nichtlinear-plastisches Deformations- und Versagensverhalten des Polymerwerkstoffes sowie ein adhäsives Versagen der Faser-Matrix- und Metall-Matrix-Grenzflächen zu modellieren. Der Fokus liegt auf der Modellformulierung für große Deformationen unter Verwendung eines Gradientenschädigungsmodells. Im Hinblick auf eine numerische Homogenisierungsstrategie werden ein Mikromodell für das reine FKV-Material und ein Mikromodell für die FKV-Metall-Interphase auf Basis der Finite-Elemente-Methode entwickelt. In den anschließenden Untersuchungen werden die Versagensmechanismen innerhalb des reinen FKV unter verschiedenen Beanspruchungszuständen analysiert und auf Basis der numerischen Ergebnisse ein makroskopisches Versagenskriterium parametrisiert. Die abschließende Untersuchung der FKV-Metall-Interphase konzentriert sich auf den Einfluss der Rauheit der Polymer-Metall-Grenzfläche auf das effektive Verbundverhalten
Wege, Wasser & Erinnerungen: Revitalisierung des Wasserschlosses Oberaulenbach
No full textDiese Masterarbeit beschäftigt sich nicht mit der akuten Wohnungsnot in den Großstädten, findet keinen neuen, innovativen Ansatz für eine klimagerechtere Architektur und versucht gar nicht erst die viel zitierte Bauwende anzustoßen. Auch wenn diese Herausforderungen und Missstände berechtigterweise die entscheidenden Themen des heutigen Architekturdiskurses darstellen, fokussiert sich diese Arbeit auf die Gegebenheiten eines einzigen, spezifischen Ortes. Diese Einzelfallbetrachtung ignoriert jedoch nicht den gesellschaftlichen und architekturpolitischen Kontext, in dem sie stattfindet. Vielmehr zeigt sie, dass gerade die intensive Beschäftigung mit einem einzelnen, spezifischen Ort der Schlüssel sein kann, um eine architektonische Haltung zu entwickeln, die den komplexen Herausforderungen und Problemen unserer Zeit gerecht wird.
Der Ort, der betrachtet wird, ist das Wasserschloss in Oberaulenbach; ein Gebäudeensemble, gelegen im Südspessart, zwischen Frankfurt und Würzburg. Ein außergewöhnliches Bauwerk, das trotz aber auch wegen seiner besonderen Lage und seiner vielschichtigen Historie, droht in Vergessenheit zu geraten. Diese Arbeit versteht sich als Beitrag gegen dieses Vergessen, gegen den drohenden Verlust eines Ortes – und sucht nach Lösungen, um dem Schloss neues Leben einzuhauchen.
Aus dieser Intention gingen Analysen, Recherchen und Dokumentationen hervor. Sie erheben nicht den Anspruch darauf, das Schloss in seiner Gänze zu erklären. Vielmehr sollen sie ein tieferes Verständnis für den Ort, den Kontext, die Geschichte und die Qualitäten und Herausforderungen vermitteln. Auf Grundlage dieser Sammlung von Eindrücken und Geschichten entstand ein behutsamer, respektvoller und dennoch wirkungsvoller Ansatz, der einen Beitrag zur Revitalisierung des Wasserschlosses leisten möchte.:Vorwort 7
Der Spessart 9
Geschichte 10
Schlösser und Burgenlandschaft 14
Naturräume 22
Biosphärenreservat 29
Definition 30
Biosphärenreservat Spessart 32
Fazit und Ausblick 34
Wasserschloss Oberaulenbach 37
Geschichte 38
Heutiger Zustand 46
Fazit und Ausblick 5
Magnetically Enhanced Thin-Film Coarsening by a Magnetic XPFC Model Allowing to Decouple Magnetic Anisotropy and Magnetostriction
No full textExternal magnetic fields provide a macroscopic control mechanism to influence the microstructure of polycrystalline materials. Herein, the influence of strong magnetic fields on grain growth in thin films is modeled with a magnetic extended phase field crystal model. The magneto–structural effects are incorporated into the correlation function in reciprocal space. With this approach, magnetic anisotropy, magnetostriction, and mobility of grain boundary can be controlled and a variety of geometrical and topological properties consistent with experimental results can be determined
Cyclist’s travel distances and risk of falls in snowy and icy conditions in German cities
No full textIntroduction: So far, no studies are known that estimate distance-based risks for cyclist falls in snowy/icy conditions compared to other conditions to account for differences in cycling levels in the different weather situations. Method: The number of cyclist falls was gathered from retrospective surveys in Germany. Cycling distances were obtained from the German Household Travel Survey “Mobility in cities – SrV,” assigned to meteorological data, and validated against counts and own surveys. The number of falls per distance cycled and Risk Ratios for snowy/icy versus other weather conditions were estimated. Results: An average decrease of 53% in the distance travelled per person and day is estimated for snowy/icy days versus other days. This decrease is lower in regions with higher general cycling mode shares. We find average risks of falls from 9.5 to 16 (field surveys) up to 76.5 falls per 10,000 km (online survey) and average Risk Ratios for cycling in snowy/icy conditions of 20 (field survey conducted in times of other weather) to 36 (field survey conducted in times of snow/ice) and 38 (online survey conducted in times of snow/ice). The risk of suffering an injury in the event of a fall is lower in snowy/icy compared to other weather conditions. Conclusions: Seeing the current trend of growing general cycling levels in Germany, we expect more cycling in winter and, in case of unchanged winter weather and maintenance, a substantial increase of cyclist falls. The reduced risk of being injured in the event of a fall in snowy/icy conditions does not outweigh the higher risk of falling in the first place. Practical Applications: Improved winter maintenance on cycling facilities can help increase winter cycling and reduce the risk of falls at the same time
DNA Origami-based fabrication of Palladium Nanostructures
No full textDie DNA-Origami-Technologie zeigt großes Potenzial für die Bottom-up-Fertigung von nanoelektronischen Bauteilen. Insbesondere das auf Gussformen basierende Herstellungsverfahren ermöglichte die Synthese homogener metallischer Nanostrukturen mit kontrollierten Formen, Längen und Anordnungen. Allerdings war das Verfahren bisher auf die Elemente Gold und Silber beschränkt. In dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten des auf DNA-Origami-Gussformen basierenden Herstellungsverfahrens erweitert.
In einem ersten Schritt wurde ein Verfahren für das Wachstum von Palladium-Nanostrukturen in DNA-Origami-Gussformen entwickelt. Zu diesem Zweck wurde ein einfaches Syntheseverfahren für wasserdispergierte Palladium-Nanopartikel entwickelt. Diese wurden anschließend mit DNA-Einzelsträngen funktionalisiert und konnten mit hoher Effizienz in den DNA-Origami-Gussformen gebunden werden. Dort konnten sie erfolgreich als Nukleationskeime für eine kontrollierte Abscheidungsreaktion verwendet werden, was die Synthese von Palladium-Nanostrukturen mit designbaren Längen und Anordnungen ermöglichte. Die so hergestellten Palladium-Nanostrukturen wiesen eine körnige Morphologie auf. Eine anschließende Wärmebehandlung ermöglichte das Verschmelzen der Körner zu homogenen Strukturen und ein zusätzlicher Reduktionsschritt entfernte den in die Nanostrukturen eingebauten Sauerstoff.
In einem zweiten Schritt wurde die Anwendbarkeit der auf DNA-Origami-Gussformen basierenden Methode zur Herstellung nanoelektronischer Bauteile auf harsche Reaktionsbedingungen erweitert, indem ein schwermetallbasiertes Stabilisierungsverfahren für DNA-Origami-Strukturen entwickelt wurde. Unter Ausnutzung der Bindungsaffinität von Pd2+ Ionen an die DNA-Basen konnten DNA-Origami-Strukturen unabhängig von ihrem Gittertyp gegen Temperaturen bis zu 100 °C, gegen Puffer mit niedriger Ionenstärke sowie gegen pH-Werte zwischen 4 und 12 stabilisiert werden. Zusätzlich konnten Multimere aus drei einzelnen DNA-Origami-Strukturen sowie angebundene Cargos mit hoher Effizienz stabilisiert werden. Die Anwendbarkeit der schwermetallbasierten Stabilisierung wurde durch Anwendung des Stabilisierungsprozesses auf das in dieser Arbeit entwickelte Palladium-Wachstumsverfahren demonstriert, wodurch die Reaktionszeit von 40 Minuten bei Raumtemperatur auf 30 Sekunden bei 90 °C reduziert werden konnte.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit, könnte in Zukunft das Wachstum von zwei verschiedenen Metallen in einer DNA-Origami-Gussform realisiert werden. Zusammen mit bereits existierenden Goldwachstumsprotokollen könnte die Implementierung von Palladium zur Herstellung eines selbstorganisierten Wasserstoffgassensors führen. Darüber hinaus erscheint zusammen mit dem schwermetallbasierten Stabilisierungsverfahren eine Synthese magnetischer Nickel- oder Kobalt-Nanostrukturen, welche harsche Reaktionsbedingungen erfordert, realistisch. Neben der DNA-Origami-basierten Bottom-up-Fertigung von nanoelektronischen Komponenten birgt das Stabilisierungsverfahren aufgrund seiner Einfachheit ein großes Potenzial für weitere Anwendungen, bei denen harsche Reaktionsbedingungen angewendet werden.:1 Introduction
2 Thesis Objectives
3 Theoretical Background
3.1 Structure and Thermodynamics of DNA
3.2 DNA-Metal Interactions
3.2.1 Interaction Sites
3.2.2 Binding Kinetics
3.3 The DNA Origami technique
3.4 Fabrication of Metallic Nanostructures based on DNA Origami
3.4.1 Classical Nucleation
3.4.2 Nanoparticle Growth Mechanisms
3.4.3 Secondary Nucleation
3.4.4 DNA Origami Metallization
3.5 Characterization of Nanoparticles using Electron Diffraction
3.5.1 Basic Principles of Crystal Lattices
3.5.2 Selective Area Electron Diffraction
4 DNA Mold-Based Fabrication of Palladium Nanostructures
4.1 Summary
4.2 Associated Publication
5 Heavy Metal Stabilization of DNA Origami Nanostructures
5.1 Summary
5.2 Associated Publication
6 Summary and Outlook
Bibliography
AppendixIn recent years, DNA origami technology has been shown to bear great potential in the bottom-up fabrication of nanoelectronic devices. In particular, the mold-based fabrication scheme has enabled the synthesis of homogeneous shape, pattern and length-controlled metal nanostructures. However, the approach has so far been limited to the elements gold and silver. In this thesis, the capabilities of the mold-based fabrication scheme were extended.
Firstly, a process for the growth of palladium nanostructures inside DNA origami molds was developed. To this end, an easy synthesis procedure for water dispersible palladium nanoparticles was established. Subsequently, a protocol was developed that allowed for the tunable decoration of the palladium nanoparticles with single-stranded DNA. Once functionalized, the nanoparticles were loaded into the DNA origami molds with high efficiencies. There, they could successfully be used as nucleation centers for a seeded palladium deposition, which allowed for a pattern and length-controlled synthesis of palladium nanostructures. Resulting nanostructures exhibited a grainy morphology. A subsequent heat treatment enabled the annealing of the grains and an additional reduction step removed incorporated oxygen.
Secondly, the mold-based fabrication scheme was expanded to work under harsh reaction conditions by developing a heavy metal-based stabilization procedure for DNA origami structures. Utilizing the binding affinity of Pd2+ ions to the DNA bases DNA origami structures independent of their lattice type could be stabilized against temperatures of up to 100 °C, low ionic strength buffers and pH values between 4 and 12. Additionally, DNA origami superstructures which consisted of three individual DNA origami structures as well as bound cargos could be stabilized with high yields. The applicability of the heavy metal-based stabilization was demonstrated by employing the stabilization process on the palladium growth procedure developed in this thesis, which reduced the reaction time from 40 minutes at room temperature to 30 seconds at 90 °C.
The developments in this thesis have significantly expanded the capabilities of the DNA mold-based fabrication scheme of nanoelectronic components. In the future, the growth of two different metals in one mold superstructure could likely be realized. Additionally, together with already existing gold growth protocols the implementation of palladium could lead to the fabrication of a self-assembled hydrogen gas sensor. Furthermore, the growth of palladium lays the basis for the implementation of less noble metals. Together with the heavy metal stabilization procedure, an incorporation of the magnetic metals nickel or cobalt, which require harsh reaction conditions, seems realistic. Beyond that, due to its simplicity, the stabilization procedure bears great potential for application not only in the DNA origami-based bottom-up fabrication of nanoelectronic components, but also in other application in which harsh reaction conditions are applied.:1 Introduction
2 Thesis Objectives
3 Theoretical Background
3.1 Structure and Thermodynamics of DNA
3.2 DNA-Metal Interactions
3.2.1 Interaction Sites
3.2.2 Binding Kinetics
3.3 The DNA Origami technique
3.4 Fabrication of Metallic Nanostructures based on DNA Origami
3.4.1 Classical Nucleation
3.4.2 Nanoparticle Growth Mechanisms
3.4.3 Secondary Nucleation
3.4.4 DNA Origami Metallization
3.5 Characterization of Nanoparticles using Electron Diffraction
3.5.1 Basic Principles of Crystal Lattices
3.5.2 Selective Area Electron Diffraction
4 DNA Mold-Based Fabrication of Palladium Nanostructures
4.1 Summary
4.2 Associated Publication
5 Heavy Metal Stabilization of DNA Origami Nanostructures
5.1 Summary
5.2 Associated Publication
6 Summary and Outlook
Bibliography
Appendi
Untersuchungen zum Freisetzungsverhalten von Cäsium und Strontium bei der Verbrennung von Haushaltsabfällen
No full textDie Arbeit umfasst eine systematische Untersuchung des Freisetzungsverhaltens von Cäsium und Strontium bei der Verbrennungvon Haushaltsabfällen im Kontext von Kernkraftwerkshavarien. Als Einflussfaktoren auf das Freisetzungsverhalten wurden die Konzentration von Cs und Sr, das Sauerstoffangebot und die Brennstoffzusammensetzung mittel experimenteller und modellibildender Methoden untersucht. Der Einfluss wurden hinsichtlich der Aufteilung der Elemente auf die Verbrennungsrückstände Rost- und Flugasche und auf die dominanten Cs- und Sr-Spezies und damit die wasserlöslichen Anteile der Kontaminantenin in der Rostasche betrachtet. Während Strontium fast ausschließlich in der Rostasche verbleibt, wurde Cäsium in signifikantem Maße in die Flugasche freigesetzt. Die wasserlöslichen Anteile von Cs in der Rostasche konnte durch den Einsatz von Additiven reduziert werden was zu geringeren Anforderungen an die Deponierung führen könnte.:Nomenklatur iii
Abbildungsverzeichnis xv
Tabellenverzeichnis xvii
1. Einleitung, Motivation und Zielstellung der Arbeit 1
2. Auftreten und Eigenschaften von Cäsium und Strontium 3
2.1. Freisetzung der Kontaminanten durch Kernkraftwerkshavarien . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1. Havarie des Reaktors 4 im KKW Tschernobyl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2. Havarie des Reaktors 1, 2 und 3 im KKW Fukushima Daiichi . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.3. Vergleich der Havarien und Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2. Cäsium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1. Vorkommen und Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2. Radioaktive Cs Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.3. Zusammenfassung der Relevanz der Cäsium Radioisotope für die radioaktive
Kontamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3. Strontium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.1. Vorkommen und Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2. Radioaktive Sr Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.3. Zusammenfassung der Relevanz der Strontium Radioisotope für die radioaktive
Kontamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4. Pfade des Cs und Sr nach der Freisetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.1. Eintrag in Gewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.2. Eintrag an Land . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.3. Differenzierung kontaminierter Reststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3. Stand des Wissens zu Behandlungsverfahren von mit Cäsium und Strontium kontaminierten
Reststoffen 28
3.1. Trocknungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2. Verbrennungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.1. Drehrohrfeuerungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.2. Rostfeuerungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.3. Wirbelschichtfeuerungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3. Verbleib der Elemente in Verbrennungsrückständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3.1. Quantitative Betrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3.2. Qualitative Betrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4. Untersuchungsmethodik 58
4.1. Charakterisierung des verwendeten Brennstoffes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.1.1. Vergleich des deutschen und japanischen Hausmülls . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.1.2. Charakterisierung des Brennstoffes Trockenstabilat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2. Auswahl der Dotierungsspezies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3. Aufbau der Versuchsanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4. Versuchsdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.1. Brennstoffkonditionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.2. Durchführung des Verbrennungsversuches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.5. Analyse der Verbrennungsrückstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5.1. Aschebilanzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5.2. Elementbilanz Cs und Sr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5.3. Bestimmung der eluierbaren Anteile des Cs und Sr in den Rostaschen . . . . . . . 72
4.5.4. RFA-Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.5.5. Qualitative Analyse der Verbrennungsrückstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5. Rostfeuerungsuntersuchungen 79
5.1. Versuchsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.1.1. Brennstoffbetttemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.1.2. Abgaszusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.2. Quantitative Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.2.1. Aschebilanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.2.2. Elementbilanz Cs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2.3. Elementbilanz Sr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.3. Qualitative Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.3.1. Rostasche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.3.2. Rostasche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.3.3. Flugasche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6. Modellierung der Rostfeuerungsexperimente 123
6.1. Gleichgewichtsberechnung zur Bestimmung relevanter Einflussgrößen . . . . . . . . . . . 123
6.1.1. Modellvorstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
6.1.2. Aufbau der Gleichgewichtsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.2. Validierung des Modells mittels experimenteller Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3. Variation der Brennstoffzusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.1. Variation des Calciumgehaltes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6.3.2. Variation des Siliziumgehaltes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.3.3. Variation des Chlorgehaltes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7. Einsatz eines Additivs zur Stabilisierung der Kontaminanten in der Rostasche 163
7.1. Gleichgewichtsberechnung mit Additiv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.1.1. Eigenschaften des Additivs Bentonit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.1.2. Ergebnisse des Gleichgewichtsmodells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7.2. Experimentelle Überprüfung der Modellierungsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.2.1. Quantitative Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.3. Qualitative Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.1. Cs-haltige Phasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.2. Sr-Spezies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8. Zusammenfassung und Ausblick 209
Literatur I
A. Anhang
Development of hY1R Specific Peptide-Drug Conjugates for the Treatment of Breast Cancer
No full textBreast cancer accounts for over 15% of cancer mortalities in women, and late-stage metastatic breast cancer is currently considered incurable. Peptide-drug conjugates (PDCs) have emerged as a promising way of targeting specific disease sites in the body, and the neuropeptide Y (NPY) analogue [F7, P34] NPY has been found to selectively target the hY1 receptor which is overexpressed in 100% of breast cancer metastases. Campthothecin is a small-molecule drug that can be used as a payload for inducing cancer-cell apoptosis. Based on previous PDCs developed within the Beck Sickinger group and on self-immolative linkers designed by other research groups, multiple PDCs were designed, synthesised and tested in-vitro. This thesis details the synthesis of multiple peptides, camptothecin-bound self-immolative linkers, fluorescent and radionuclide tagged spacers, the conjugation of these into PDCs, and the subsequent cellular tests of these PDCs.
Novel solid-phase synthetic methods were used in the synthesis of valine-citrulline self immolative linkers, albeit in very low yields. As a result, the use of these valine-citrulline self-immolative linkers in the PDC was abandoned in favour of synthesising diamine self immolative linkers, with a highly optimised solid-phase synthetic method resulting in three PDCs available for biological testing. Receptor activation was evaluated using Ca2+ flux assays, and the synthesised PDCs were found to be strongly selective towards the human Y1 receptor. This selectivity was confirmed using radioactive cellular viability assays. Internalisation of PDCs was observed using fluorescent cellular microscopy and radiointernalisation assays performed with a γ-counter. The PDCs were found to have half lives in human blood plasma >35 hours, although stability issues in cell media resulted in premature release of the camptothecin payload. Novel ‘pulse’ cytotoxicity studies were designed to avoid this premature release, with a loss of ca. 35% cell viability in cells expressing human Y1 receptors after two 1 h pulses of PDC at concentrations of 10 µM. This strong cytotoxicity and stability in plasma suggests these compounds could show promise in further in-vivo analysis.:Copyright notice i
Abstract ii
Abstrakt iii
Declarations iv
COVID-19 disclosure statement v
Acknowledgements vi
Thesis preparation viii
Bibliographic Data ix
Table of Contents x
Abbreviations list: xiv
Chapter 1 - Introduction 1
1.1 - Breast cancer 1
1.2 – G protein-coupled receptors 5
1.3 – Therapeutic peptides 8
1.4 - Peptide-drug conjugates (PDCs) 12
1.5 – Peptide-drug conjugates in clinical trials 20
1.6 – Neuropeptide Y family 26
1.7 – hY1R Selective NPY 28
1.8 - Development of conjugates utilising [F7, P34]-NPY 29
1.9 - Camptothecin 35
1.10 – The diamine self-immolative linker 41
1.11 – The Val-Cit-PABC self-immolative linker 46
1.12 – Solid-phase synthesis of peptides 48
1.13: Diagnostic, therapeutic & theranostic radiopharmaceuticals 51
1.14 – Thesis outline 56
Chapter 2 – Synthesis of [F7, P34]-NPY analogues, Val-Cit-PABC linkers & TAMRA spacers 58
2.1 – Introduction 58
2.2 – Val-Cit-PABC self-immolative linker synthesis 62
2.2.1 – Synthesis of peptides 62
2.2.2 – Peptide reaction condition tests 66
2.2.3 – Val-Cit-PABC linker initial synthesis 69
2.2.4 – Solid-phase synthesis of Val-Cit-PABC linker on TGR-HMP resin 74
2.2.5 – Val-Cit-PABC linker re-design and synthesis of thiol substituted peptides 76
2.3 – Synthesis of TAMRA spacers 88
2.3.1 – Solution-phase synthesis of TAMRA spacer 88
2.3.2 – Redesign and solid-phase synthesis of the TAMRA spacer 90
2.4 – Concluding Remarks 95
Chapter 3 - Synthesis of diamine linker peptide-drug conjugates 96
3.1 – Introduction 96
3.2 – Synthesis of diamine self-immolative linker 101
3.2.1 – Synthesis of diamine precursor 101
3.2.2 – Optimisation of camptothecin conjugation with triphosgene 101
3.2.3 – Attachment of carboxylic acid moiety to diamine linker 104
3.2.4 – Solid-phase synthesis of diamine linker 107
3.3 – Conjugation of linkers/spacers to peptides 113
3.3.1 – Conjugation of diamine-self immolative linkers to peptides 113
3.3.2 – Cu(I) catalysed cycloaddition of TAMRA spacers to PDCs 116
3.4 – Concluding remarks 120
Chapter 4 – Biological Testing 121
4.1 - Introduction 121
4.2 – Receptor activation assays 122
4.3 – Internalisation assays 125
4.4 – Single-dose cell viability assays 130
4.5 – Stability assays 134
4.6 – ‘Pulse’ cell viability assays 139
4.7 – Concluding remarks 142
Chapter 5: Radiolabelling studies and radiobiology assays 144
5.1 – Introduction 144
5.2 – Synthesis of DOTA peptide-drug conjugates 145
5.2.1 – Synthesis of peptides for radiolabelling experiments 145
5.2.2 – Synthesis of DOTA spacers 148
5.2.3 – Cu(I) catalysed cycloaddition of DOTA linkers to peptides 153
5.3 – Radiolabelling with 177Lu 165
5.4 – Radiation-induced cell viability assay 172
5.5 – Radiointernalisation studies 177
5.6 – 68Ga radiolabelling 182
5.7 – Concluding remarks 186
Chapter 6: Conclusions and future work 188
6.1 – Conclusions 188
6.2 – Future Work 191
Chapter 7 - Experimental 192
7.1 – General experimental 192
7.2 - Chapter 2 Experimental 195
7.3 - Chapter 3 Experimental 206
7.4 – Chapter 4 experimental 216
7.5 - Chapter 5 Experimental 220
References 237
Scientific Career 255Brustkrebs ist für über 15 % der Krebssterblichkeit bei Frauen verantwortlich und metastasierter Brustkrebs im Spätstadium gilt derzeit als unheilbar. Peptid-Wirkstoff-Konjugate (PDCs) haben sich als vielversprechende Möglichkeit erwiesen, um gezielt Krankheitsherde im Körper anzugreifen. Zudem wurde festgestellt, dass das Peptid [F7, P34]-NPY selektiv an den humanen Neuropeptide Y1-Rezeptor (hY1R) bindet, welcher in 100 % der Brustkrebsmetastasen überexprimiert ist. Campthothecin (CPT) ist ein niedermolekularer Wirkstoff, welcher die Apoptose von Krebszellen induzieren kann. Basierend auf früheren PDCs, welche in der Arbeitsgruppe entwickelt wurden, sowie auf spaltbaren Linkern (SI) anderen Forschungsgruppen, diese Arbeit beschreibt die Synthese mehrerer Peptide, CPT-gebundener spaltbarer Linker, Fluoreszenz- und Radionuklid-markierter Spacer, deren Konjugation zu PDCs und die anschließenden in vitro Testung dieser. Bei der Synthese des spaltbaren Val-Cit-PABC-Linkers wurden neuartige Festphasensynthesemethoden eingesetzt, allerdings mit einer sehr geringen Ausbeute. Infolgedessen wurde die Verwendung eines Val-Cit-PABC-SI-Linkers im PDC zugunsten der Synthese eines Diamin-SI-Linkers aufgegeben. Eine hochoptimierte Festphasen-Synthesemethode des Diamin-SI-Linkers ermöglichte, dass drei PDCs für biologische Tests hergestellt werden konnten. Die Rezeptoraktivierung dieser PDCs wurde mittels Ca2+-Flusstests getestet und es wurde festgestellt, dass die synthetisierten PDCs stark selektiv gegenüber dem hY1R waren. Diese Selektivität wurde mittels radioaktiven Zellviabilitätstests bestätigt. Die Internalisierung von PDCs wurde mit Fluoreszenz-Zellmikroskopie und Radiointernalisierungstests, die mit einem γ-Zähler durchgeführt wurden, beobachtet. Zudem wurde festgestellt, dass die PDCs im menschlichen Blutplasma eine Halbwertszeit von >35 Stunden haben, obwohl Stabilitätsprobleme im Zellmedium zu einer vorzeitigen Freisetzung des CPT führten. Neuartige „Puls“-Zytotoxizitätsstudien wurden entwickelt, um diese vorzeitige Freisetzung zu vermeiden. Nach zweimaliger Inkubation mit 10 µM PDC für je eine Stunde wurde eine Reduktion der Viabilität um 35% für Zellen detektiert, welche den hY1R exprimieren. Diese starke Zytotoxizität und hohe Stabilität im Plasma legen nahe, dass diese Verbindungen für weiterführende in vivo Analysen geeignet sind.:Copyright notice i
Abstract ii
Abstrakt iii
Declarations iv
COVID-19 disclosure statement v
Acknowledgements vi
Thesis preparation viii
Bibliographic Data ix
Table of Contents x
Abbreviations list: xiv
Chapter 1 - Introduction 1
1.1 - Breast cancer 1
1.2 – G protein-coupled receptors 5
1.3 – Therapeutic peptides 8
1.4 - Peptide-drug conjugates (PDCs) 12
1.5 – Peptide-drug conjugates in clinical trials 20
1.6 – Neuropeptide Y family 26
1.7 – hY1R Selective NPY 28
1.8 - Development of conjugates utilising [F7, P34]-NPY 29
1.9 - Camptothecin 35
1.10 – The diamine self-immolative linker 41
1.11 – The Val-Cit-PABC self-immolative linker 46
1.12 – Solid-phase synthesis of peptides 48
1.13: Diagnostic, therapeutic & theranostic radiopharmaceuticals 51
1.14 – Thesis outline 56
Chapter 2 – Synthesis of [F7, P34]-NPY analogues, Val-Cit-PABC linkers & TAMRA spacers 58
2.1 – Introduction 58
2.2 – Val-Cit-PABC self-immolative linker synthesis 62
2.2.1 – Synthesis of peptides 62
2.2.2 – Peptide reaction condition tests 66
2.2.3 – Val-Cit-PABC linker initial synthesis 69
2.2.4 – Solid-phase synthesis of Val-Cit-PABC linker on TGR-HMP resin 74
2.2.5 – Val-Cit-PABC linker re-design and synthesis of thiol substituted peptides 76
2.3 – Synthesis of TAMRA spacers 88
2.3.1 – Solution-phase synthesis of TAMRA spacer 88
2.3.2 – Redesign and solid-phase synthesis of the TAMRA spacer 90
2.4 – Concluding Remarks 95
Chapter 3 - Synthesis of diamine linker peptide-drug conjugates 96
3.1 – Introduction 96
3.2 – Synthesis of diamine self-immolative linker 101
3.2.1 – Synthesis of diamine precursor 101
3.2.2 – Optimisation of camptothecin conjugation with triphosgene 101
3.2.3 – Attachment of carboxylic acid moiety to diamine linker 104
3.2.4 – Solid-phase synthesis of diamine linker 107
3.3 – Conjugation of linkers/spacers to peptides 113
3.3.1 – Conjugation of diamine-self immolative linkers to peptides 113
3.3.2 – Cu(I) catalysed cycloaddition of TAMRA spacers to PDCs 116
3.4 – Concluding remarks 120
Chapter 4 – Biological Testing 121
4.1 - Introduction 121
4.2 – Receptor activation assays 122
4.3 – Internalisation assays 125
4.4 – Single-dose cell viability assays 130
4.5 – Stability assays 134
4.6 – ‘Pulse’ cell viability assays 139
4.7 – Concluding remarks 142
Chapter 5: Radiolabelling studies and radiobiology assays 144
5.1 – Introduction 144
5.2 – Synthesis of DOTA peptide-drug conjugates 145
5.2.1 – Synthesis of peptides for radiolabelling experiments 145
5.2.2 – Synthesis of DOTA spacers 148
5.2.3 – Cu(I) catalysed cycloaddition of DOTA linkers to peptides 153
5.3 – Radiolabelling with 177Lu 165
5.4 – Radiation-induced cell viability assay 172
5.5 – Radiointernalisation studies 177
5.6 – 68Ga radiolabelling 182
5.7 – Concluding remarks 186
Chapter 6: Conclusions and future work 188
6.1 – Conclusions 188
6.2 – Future Work 191
Chapter 7 - Experimental 192
7.1 – General experimental 192
7.2 - Chapter 2 Experimental 195
7.3 - Chapter 3 Experimental 206
7.4 – Chapter 4 experimental 216
7.5 - Chapter 5 Experimental 220
References 237
Scientific Career 25