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Generation and applications of carrier-envelope phase stable mid-infrared femtosecond pulses at high repetition rates
Get PDFParametric processes can be used to amplify broadband spectra as well as shift their frequency range. Optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) systems are used in the generation of broadband femtosecond pulses with high intensities over many frequency ranges. In the mid-infrared, a region where classical mode-locked laser systems are not as easily available, they offer the chance to generate broadband carrier-envelope phase-stable pulses. This allows to make use of the advantages of the mid-infrared range for applications from strong-field physics to time-resolved spectroscopy.
In this thesis, for both of these applications, OPCPA systems are developed and their usefulness is demonstrated by studying ultrafast carrier dynamics in semiconductors. One demonstrated system generates high average power in the 10 W range with sub-three cycle pulses around 2 µm at a repetition rate of 100 kHz. This enables studies in a previously less accessible frequency range with high intensity and with good statistics over short measurement times. Among other strong-field experiments, it was used to study high harmonic generation from silicon under ambient conditions.
Another system was developed to measure the field-resolved changes to the dielectric properties of materials following an ultrashort pump excitation. This expands such experiments to higher, previously unobtainable THz probe frequencies (up to 100 THz). The laser system combines octave spanning field-resolved spectroscopy from 3 to 6 µm with a
sub-10 fs temporal resolution, 2 MHz repetition rate, and a high dynamic range. These capabilities are demonstrated on studies on photoexcited carrier dynamics in gallium arsenide and germanium. The field-resolved measurement proved useful to reveal scattering dynamics and the previously often neglected initial thermalization dynamics. The high pump intensity permitted studying these materials under strong excitation conditions which allowed to investigate the saturation of the scattering rate with intensity.
The work presented in this thesis demonstrates that mid-infrared OPCPA systems are a flexible tool for many scientific applications and can be used to gain new insides into even extensively investigated materials such as bulk semiconductors.Parametrische Prozesse können benutzt werden, um breitbandige Spektren zu verstärken sowie ihren Frequenzbereich zu verschieben. Optisch-parametrische gechirpte Pulsverstärker (engl. optical parametric chirped pulse amplifier: OPCPA) Systeme werden dazu benutzt, breitbandige Femtosekundenpulse mit hohen Intensitäten in vielerlei Frequenzbereichen zu erzeugen. Im mittleren Infraroten, einer Region wo klassische modengekoppelte Lasersysteme schlechter verfügbar sind, erlauben sie es, breitbandige Pulse mit stabiler Träger-Einhüllendenphase zu erzeugen. Dies ermöglicht, die Vorteile des mittleren Infraroten Frequenzbereiches für Anwendungen von Starkfeldphysik bis zur zeitaufgel¨osten Spektroskopie zu nutzen.
In dieser Doktorarbeit wurden für diese beiden Anwendungen OPCPA Systeme entwickelt und ihre Nützlichkeit dadurch demonstriet, dass ultra-schnelle Ladungsträgerdynamiken in Halbleitern untersucht wurden.
Eines der entwickelten Lasersystem erzeugt Pulse mit hoher Durchschnittsleistung im 10 W Bereich mit weniger als drei optischen Zyklen um 2 µm mit einer Wiederholrate von 100 kHz. Dies erlaubt es, Experimente in einem vorher wenig zug¨anglichen Frequenzbereich mit hohen Intensitäten und guter Statistik bei kurzer Messzeiten durchzuführen. Das Lasersystem wurde für Starkfeldexperimente eingesetzt, inklusive der Erzeugung hoher Harmonischer in Silizium.
Ein weiteres Lasersystem wurde entwickelt, um feldaufgelöst Änderungen der dielektrischen Materialeigenschaften durch einen ultraschnellen Anregungspuls zu messen. Dieses System erweitert solche Experimente zu höheren, vorher unerreichten THz Abtastfrequenzen. Es kombiniert ein oktavenbreites Spektrum von 3 bis 6 µm mit einer zeitlichen Auflösung unter 10 fs sowie einem hohen Dynamikbereich. Diese Vorzüge werden an Messungen von photonenangeregten Ladungsträgern in Germanium und Galliumarsenid demonstiert. Die feldaufgelösten Mesungen waren dabei hilfreich, um Streudynamiken und die oft vernachläsige anfängliche Ladungsträgerthermalisierung zu enthüllen. Die hohe Pumpintensität erlaubte es, Sättigungseffekte der Streurate zu beobachten.
In dieser Arbeit wird gezeigt, dass OPCPA Systeme im mittlern Infrarot ein vielseitigesWerkzeug sind, dass in vielen wissenschaftlichen Anwendungsgebieten neue Erkenntnisse liefern kann, selbst in hinreichlich untersuchten Materialien wie in kristallinen Halbleitern
Strukturelle und funktionelle Neuroplastizität nach bilateraler vestibulärer Schädigung und deren Modulation durch physikalisches Training: eine longitudinale μPET-Verhaltensstudie im Rattenmodell
Get PDFEvaluation of antivirals against alphaviruses using the example of Chikungunya Virus
Get PDFAlphaviruses are enveloped single-stranded RNA arboviruses of the Togaviridae family and are geographically widely distriguted [1, 2]. They cause various diseases in humans and animals such as encephalitis, arthritis fever, rash and arthralgia [1].
Among the medically relevant members of the alphaviruses are Venezuelan, Western, and Eastern Equine Encephalitis viruses (VEEV, WEEV, and EEEV), Ross River virus (RRV) and Chikungunya virus (CHIKV). The Equine Encephalitis viruses are categoriesed as potential agents for bioterrorism since they can all be transmitted via aerosols, causing severe disease [3-7].
Chikungunya virus (CHIKV) is categorised as a(n) (re)emerging disease and is mainly transmitted by Aedes spp. mosquitoes [8]. CHIKV is the causative agent of chikungunya fever (CHIKF) which is characterised by high fever, headache and myalgia and polyarthralgia [9]. Especially the polyarthralgia may last for months or even years and leave patients with a severely deteriorated quality of life. CHIKV has repeatedly been responsible for outbreaks that caused serious economic and public health problems in the affected countries [8]. To date, no vaccine or specific antiviral therapies are available.
This thesis focusses on in vitro antiviral testing against a wild type CHIKV isolate and selecting possible hit to lead compounds. Climate change leads to the introduction of vectors in more temperate zones and thus it is possible that new diseases emerge with these vectors [10]. Consequently, the need for specific antivirals to treat such emerging diseases like CHIKV is current. Most of these in vitro antiviral assays are conducted in Vero cells, a cell line that originated from the kidney of an African green monkey [11]. Although this cell line is the model cell line to probagate CHIKV in, it lacks the clinical relevance of the disease and is not of human origin. Therefore, another goal of the thesis was to identify a human cell line with clinical relevance (especially for neurogenic CHIKV disease) to test antivirals in. This study was the first to describe the human glioblastoma cell line U138 in extensive antiviral tests against CHIKV. Furthermore, different assay methods were compared for their usefulness in antiviral tests against CHIKV in Vero-B4 and U138 cells
Zusammenhang zwischen Herzfrequenz, verschiedenen Blutdruckparametern und Schockindex bei Krankenhausaufnahme und der Kurzzeitmortalität bei Patienten mit akutem inzidenten Herzinfarkt
Get PDFDie Etablierung neuer Radioliganden in der uroonkologischen Positronenemissionstomographie (PET)-Bildgebung
Get PDFUntersuchung des Einflusses des Expressionsprofils desmosomaler Cadherine (Desmoglein 1, 2, 3) auf klinische und pathologische Parameter oraler Plattenepithelkarzinome
Get PDFUntersuchung des Effekts der Langzeiteinnahme von Protonenpumpenhemmern auf das Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall
Get PDFThis cumulative dissertation deals with the question, whether proton pump inhibitor (PPI) intake affects the risk of myocardial infarction or ischaemic stroke.
Observational studies had raised concerns that the intake of PPIs might increase the risk of cardiovascular events. Two separate underlying mechanisms were discussed. First, an interaction with clopidogrel, that might reduce its ability to prevent platelets from sticking together and forming dangerous blood clots. Second, an effect independent of clopidogrel, where PPI intake might reduce vascular function by blocking an enzyme that is necessary for producing nitric oxide (NO) in endothelial cells.
Even in 2018, ten years after the first studies had been reported, the question of cardiovascular safety of PPI use was unsettled, and meta-analyses reported increased risks for users of PPIs. In this setting, we started the dissertation project with a study examining a biochemical mechanism, that had been put forward to describe an effect of PPI intake on endothelial function. The theory was based on cellular experiments and investigations in mice and was published in 2013 in Circulation. Later attempts to replicate the findings in humans were futile, though. With the novel approach of using citrulline instead of asymmetrical dimethylarginine (ADMA) as an indicator for the impact of PPIs on endothelial NO production we could provide the first evidence in humans for the proposed mechanism.
Thereby, the evidence for a biochemical mechanism was endorsed, but the question of clinical relevance of this cellular process for the overall risk of cardiovascular events was still open. We, therefore, continued our project with a study about the effect of PPI intake on the risk of cardiovascular events in a large claims data set provided by the AOK Bayern (Allgemeine Ortskrankenkasse Bayern), the largest health insurance provider in the Bundesland (state) of Bavaria, Germany. We identified new users without prior cardiovascular events and estimated the effect of PPI therapy on the risk of a first myocardial infarction or a first ischaemic stroke over a period of ten years. Our results did not indicate that PPI intake would increase the risk of myocardial infarction or ischaemic stroke, suggesting that PPI intake has only a small and reversible effect on endothelial function.
Together with our results, two further studies had been published that addressed the question of cardiovascular effects of PPI intake. A large study using claims data (Landi et al., 2018) examined the effect of PPI intake on the risk of myocardial infarction and yielded estimates similar to our study. A randomised trial (Moayyedi et al., 2019) including more than 17,000 participants investigated the effect of continuous intake of pantoprazole on the risk of a broad spectrum of outcomes over a period of three years. In a study population with a significant proportion of prevalent cardiovascular disease there was no indication for an increased risk of cardiovascular events or cardiovascular mortality.
Our studies substantially contributed to the evidence about the effect of PPI intake and helped alleviate concerns regarding the risk of cardiovascular events. Although there is convincing evidence for impaired endothelial function induced by PPI intake, the mechanism does not appear to be strong enough to have a clinically relevant effect on the risk of myocardial infarction or ischaemic stroke.Die vorliegende Arbeit behandelt die Frage, ob die Einnahme von Protonenpumpenhemmern (PPIs) eine Auswirkung auf das Risiko für Herzinfarkt oder Schlaganfall hat.
Beobachtungsstudien hatten nahegelegt, dass die Einnahme von PPIs das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen erhöhen könnte. Zwei unterschiedliche zugrundeliegende Mechanismen wurden diskutiert. Erstens, eine Wechselwirkung mit Clopidogrel, die zu einer reduzierten gerinnungshemmenden Wirkung von Clopidogrel führt. Zum anderen, ein Effekt unabhängig von Clopidogrel, bei dem die Einnahme von PPIs die vaskuläre Funktion der Blutgefäße beeinträchtigt, indem der PPI in endothelialen Zellen ein Enzym blockiert, und dadurch die Bildung von Stickoxid (NO) verhindert.
Auch 2018, zehn Jahre nach den ersten Berichten, war die Frage nach der kardiovaskulären Sicherheit der Einnahme von PPIs ungelöst und Metaanalysen berichteten insgesamt erhöhte Risiken für PPI-Einnehmer. In diesem Umfeld startete dieses Promotionsprojekt mit einer Studie zu einem biochemischen Mechanismus, der die Wirkung von PPIs auf die Endothelfunktion erklären soll. Dieser war auf Basis von Zellversuchen und Mausexperimenten 2013 in Circulation vorgestellt worden. Nachfolgende Versuche, diesen Mechanismus in lebenden menschlichen Organismen nachzuweisen, waren gescheitert. Mit der Idee, Citrullin anstelle von asymmetrischem Dimethylarginin (ADMA) als relevanten Indikator für die Reaktionskette zu betrachten, konnten wir den ersten Hinweis für diesen Mechanismus am Menschen erbringen.
Damit war zwar der biochemische Reaktionsweg bestätigt worden, die Frage nach der klinischen Relevanz der Reaktion für das Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse war aber weiterhin ungeklärt. Deshalb untersuchten wir als nächstes den Effekt von PPI-Einnahme auf kardiovaskuläre Endpunkte in einer großen Datenbank von Abrechnungsdaten der AOK Bayern. Wir identifizierten Ersteinnehmer ohne kardiovaskuläre Vorerkrankungen und schätzten den Effekt einer PPI-Therapie auf das Risiko für einen ersten Herzinfarkt oder Schlaganfall über einen Zeitraum von zehn Jahren. Unsere Ergebnisse lieferten keinen Hinweis darauf, dass PPI-Einnahme die Risiken für Herzinfarkt oder Schlaganfall erhöht. Dies legt die Vermutung nahe, dass die Einnahme von PPIs höchstens einen geringen und reversiblen Effekt auf die Endothelfunktion hat.
Parallel zu unseren Studien waren zwei weitere wichtige Studien erschienen, die die Frage der kardiovaskulären Folgen von PPI-Einnahme behandelten. Eine große Studie mit Abrechnungsdaten (Landi et al., 2018) untersuchte den Effekt von PPI-Einnahme auf das Risiko für Herzinfarkt und kam zu ähnlichen Ergebnissen wie unsere Analysen. Eine randomisierte Studie (Moayyedi et al., 2019) mit mehr als 17,000 Teilnehmern untersuchte den Effekt der Dauereinnahme von Pantoprazol auf das Risiko für eine Vielzahl von Endpunkten über drei Jahre. In einer Studienpopulation mit einem erheblichen Anteil an kardiovaskulären Vorerkrankungen zeigte sich kein Hinweis auf ein erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse oder kardiovaskuläre Mortalität.
Unsere Studien haben wesentlich dazu beigetragen, die Bedenken bezüglich kardiovaskulärer Ereignisse verbunden mit der Einnahme von PPIs zu relativieren. Zwar gibt es überzeugende Anzeichen für eine Beeinträchtigung der Gefäßfunktion durch die Einnahme von PPI, allerdings scheint der Effekt nicht stark genug zu sein, um einen klinisch relevanten Einfluss auf das Risiko für Herzinfarkt oder Schlaganfall auszuüben