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Fault Estimation Schemes of Wireless Networked Control Systems for Real-Time Industrial Applications
No full textBedingt durch das rasante Wachstum der Mikroelektronik sowie der Informations- und Kommunikationstechnologien wurde viel Aufmerksamkeit der Erforschung von drahtlos vernetzten Regelsystemen (W-NCS) gewidmet. Die Entwicklung der W-NCS schuf neue Herausforderungen für die Technologien zur Fehlerabschätzung (FE) bezüglich Störungen bei der Datenübertragung, wie zum Beispiel Übertragungsverzögerung, Paketverlust und Jitter. Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten, ist die Entwicklung eines effektiven FE Ansatzes in vernetzten Systemen von zentraler Bedeutung.
Andererseits sollten mit der Ausrichtung auf Anwendungen in der Echtzeit-Industrieautomatisierung die spezifischen Eigenschaften der Netzwerke angemessen berücksichtigt werden. Da die Aufgabe der Übertragung von Messungen und Steuerbefehlen in der Regel über einen Zeitraum deterministisch ist, sollten ein deterministischer Übertragungsmechanismus und die entsprechenden FE Verfahren vorgeschlagen werden. Motiviert durch die weit verbreitete Verwendung von sowohl zentralen und als auch dezentralen Strukturen in industriellen Prozesse, ist die Entwicklung sowohl von zentralen und als auch von dezentralen FE Methoden für W-NCS in der Industrieautomation das primäre Ziel dieser Arbeit.
Diese Arbeit widmet sich zuerst der Modellierung der Prozesse und der Kommunikationsstruktur. Für die Modellierung der Kommunikation wird das Medium Access Control (MAC) Protokoll basierend auf dem Mehrfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA) modifiziert, um die Echtzeitfähigkeit zu gewährleisten. Das Prozessmodell wird unter Berücksichtigung der Abtastraten auf Basis der hierarchischen Struktur des W-NCS aufgestellt. Durch die Berücksichtigung der Unsicherheit von Netzwerken und Auswirkungen von Fehlern wird ein linear periodisches (LP) Systemmodell, durch die Integration des Kommunikationsmodells und des Prozessmodells, als Basis für die spätere Entwicklung präsentiert.
Die weiteren Untersuchungen konzentrieren sich auf die Entwicklung von FE Modellen für zentrale und dezentrale W-NCS. Um eine erhöhte Robustheit gegen unbekannte Störungen und den Schätzfehler des Anfangszustandes zu erreichen, wird ein zentraler FE Ansatz mit Hilfe des stochastischen Modells im Krein Raum vorgeschlagen. Für die dezentrale FE wird der Algorithmus für jedes Teilsystem implementiert und die Kopplungsbeziehungen zwischen den Teilsystemen entsprechend berücksichtigt. Basierend darauf werden die FE Ansätze mit zwei Arten von Residuensignalen präsentiert, nicht-verteilten Residuen und verteilten Residuen,.
Um die Wirksamkeit der entwickelten FE Ansätze darzustellen, wird in dieser Arbeit die Industrieplattform WiNC, zumammen mit einem Dreitanksystem verwendet. Die FE Algorithmen wurden in den drei Datenübertragungsfällen Fehlerfrei, mit Verzögerungen und mit Paketverlust verifiziert, so dass die Robustheit gegenüber einer unvollkommenen Kommunikation demonstriert wird. Darüber hinaus wurde die Leistungsfähigkeit bezüglich Sensor- und Aktuator-FE ausgiebig auf der WiNC Plattform getestet.With the rapid growth of microelectronics, information and communication technologies, much attention has been paid on the research of wireless networked control systems (W-NCSs). The development of W-NCSs raises new challenges in fault estimation (FE) technology regarding to the imperfect data transmission, such as transmission delay, packet loss, jitter and so on. To ensure the system safety and reliability, an effective FE approach over networks is of prime importance to be developed.
On the other hand, aiming for the applications on real-time industrial automation, the specific characteristics of network should be properly considered. Since the transmission tasks of measurements and control commands are normally deterministic over a period of time, a deterministic transmission mechanism and the relevant FE scheme should be proposed. Motivated by the widespread popularity of centralized and decentralized structures for industrial processes, development of both centralized and decentralized FE schemes for W-NCSs, which can be applied on industrial automation, is the primary objective of this thesis.
This thesis is first dedicated to the modeling of communication and process. For the communication modeling, time division multiple access (TDMA) based medium access control (MAC) protocol is modified to guarantee the real-time performance. The process model is built considering multirate sampling based on the hierarchical structure of W-NCSs. By observing the uncertainty of networks and effects of faults, a linear periodic (LP) system model, which is the integration of communication model and process model, is presented as a basis for the later developments.
The further study focuses on the development of FE schemes for both centralized and decentralized W-NCSs. To reach an enhanced robustness against unknown disturbance and initial state estimate error, the centralized FE approach is proposed with the help of stochastic model in Krein space. For decentralized FE, the algorithm is implemented by every sub-system, and the coupling relations between sub-systems should be properly considered. Based on it, the FE approaches are presented with two kinds of residual signals, i.e., non-shared residuals and shared residuals, respectively.
To illustrate the effectiveness of the derived FE approaches, an industrial platform WiNC integrated with three-tank system is utilized in this thesis. The FE algorithms have been verified for three data transmission cases, i.e., sampling-based, delay and packet loss, so that the robustness against imperfect communication is demonstrated. Moreover, the performances of sensor and actuator FE have also been tested well on WiNC platform
Funktionelle Analyse der Protease Taspase1 und ihrem Zielprotein Myosin1F
No full textDie Bedeutung von Proteasen für die medizinische und pharmazeutische Forschung ist wegen deren Beteiligung an vielfältigen (patho)biologischen Vorgängen unumstritten. Ein prominentes Beispiel ist die Threonin Protease Taspase1, die aufgrund ihrer Beteiligung an der Entstehung und Progression von MLL-vermittelten Leukämien sowie der erhöhten Expression in soliden Tumoren biomedizinische Relevanz erlangte. Die detaillierten molekularen Mechanismen und Signalwege über die Taspase1 ihre (patho)biologische Wirkung ausübt, sind jedoch noch unverstanden. Erst kürzlich konnte Myosin1F als Substrat der Taspase1 identifiziert werden. Myosine werden als Aktin-abhängige Motorproteine beschrieben, denen vielfältige Funktionen wie z. B. in der Zellbewegung zukommen. Bei Myosin1F handelt es sich jedoch um ein nur unzureichend charakterisiertes Protein. Es gibt jedoch ebenso wie für Taspase1 erste Hinweise auf eine Relevanz bei der Krebsentstehung.
Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit die (patho)biologische Bedeutung des Taspase1-Myosin1F-Zusammenspiels sowie die Funktion des Myosin1F-Proteins untersucht.
Um erste Informationen über die Genexpression zu erlangen, konnte erfolgreich eine qPCR-Methode für Taspase1 und Myosin1F etabliert werden. Diese bestätigte die erhöhte Taspase1-Expression in Tumorzelllinen und konnte ergänzend deutlich geringere Mengen Taspase1-mRNA in Immunzellen sowie die stark erhöhte Menge Taspase1-mRNA in adhärenten Zelllinien im Vergleich zu Suspensionszellen nachweisen. Der Vergleich der Myosin1F und Taspase1 mRNA-Mengen zeigte, dass die Taspase1-Expression weit über dem des Myosin1F liegt, jedoch in adhärenten Zellen mit der mRNA Expression von Myosin1F korreliert. In Immunzellen liegt hingegen ein gegenteiliger Trend vor. Folglich konnte die Genexpression von Myosin1F und Taspase1 als ein wichtiger Unterschied zwischen adhärenten und Suspensions-Tumorzellen identifiziert werden. Dies könnte sich auf Unterschiede im Migrationsverhalten der verschiedenen Zelltypen auswirken, da stark migrierende Zellen wie die des Immunsystems eine starke Migration jedoch kaum Adhäsion aufweisen.
Expressionsstudien in Interphasezellen zeigten, dass Myosin1F und die nicht durch Taspase1 spaltbare Variante in Zytosol, an der Membran sowie am Zytoskelett lokalisieren. Analog dazu sind beide Proteine während der Mitose an der Zellmembran und bei Trennung der Tochterzellen zwischen diesen zu finden. Die Mutation in der Taspase1-Schnittstelle im Myosin1F resultiert ebenso wie die Erhöhung der Taspase1-Menge in einer stärker ausgeprägten zytoplasmatischen Lokalisation von Myosin1F.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals die Spaltung des Volllänge-Myosin1F-Proteins durch Taspase1 nachgewiesen und Hinweise auf die physiologische Bedeutung der Taspase1-Myosin1F-Wechselwirkung erarbeitet. Für diesen Nachweis wurde u.a. eine als „clevage-IP“ bezeichnete Methode etabliert, die im Folgenden zur Analyse spezifischer Enzym-Substrat-Spaltungen herangezogen werden kann. Interessanterweise konnte mit dieser Methodik nicht nur die dosisabhängige Enzymaktivität gezeigt werden, sondern eine getrennte Expression der Taspase1 - und -Untereinheiten resultierte in einer höheren Hydrolyseaktivität als eine entsprechende Expression des Volllänge-Proteins. Dies weist auf eine limitierende Funktion der intramolekularen cis-Spaltung hin.
Weiterführend zeigte sich, dass das durch Spaltung entstehende C-terminale Myosin1F-Fragment stärker als das Volllängekonstrukt im Zytoplasma der Zelle lokalisiert. Das N-terminale Fragment akkumuliert dagegen im Zellkern. Untersuchungen des Spaltprodukts ergaben Hinweise auf ein schwaches, LMB-sensitives NES sowie die Interaktion der Spaltprodukte nach Spaltung des Myosin1F. Dies könnte den Transport des N-terminalen Fragments in den Zellkern regulieren, oder die Bildung eines Multiproteinkomplexes erlauben, wie es für das Taspase1-Substrat MLL bekannt ist.
Funktionsanalysen konnten die Funktion des Myosin1F-Proteins in migratorischen Prozessen adhärenter Tumor- und Nicht-Tumorzellen nachweisen. So verstärkte eine ektope Myosin1F-Expression die Substratadhäsion, welche durch Integrin-stimulierende Substanzen beeinflussbar ist. Myosin1F kolokalisiert dabei mit Integrin und sowie Rac1 und Cdc42 und interagiert mit Paxillin, Talin und Aktin. Da es sich bei diesen Proteinen um Marker der frühen fokalen Adhäsionen handelt, scheint Myosin1F dabei eine physiologische Funktion zu spielen. Die Kolokalisation mit Rac1 und Cdc42 deutet zudem auf eine Integrin-vermittelte Filopodienadhäsion zur Stabilisierung von Matrix-Adhäsionspunkten in den Lamellipodien hin. Weiterführend wurde die Beteiligung von Myosin1F an der PI3/Akt-Signalübertragung und die Interaktion mit Akt nachgewiesen sowie die EGF-abhängige Rekrutierung von Myosin1F an die Zellmembran aufgezeigt. Dabei wird die Ausbildung fokaler Adhäsionen scheinbar nicht direkt durch die Myosin1F-Menge in der Zelle beeinflusst, während hingegen die in der Zelle vorliegende Taspase1-Menge von Bedeutung für die Filopodienausbildung ist. Eine gesteigerte Zahl von Filopodien konnte bereits mit erhöhter Invasierung und damit einhergehend verstärkter Aggressivität und deutlich verminderter Überlebensrate in einer Vielzahl unterschiedlicher Krebserkrankungen in Verbindung gebracht werden. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Prozessierung von Myosin1F durch Taspase1 das Adhäsions- und das Migrationsverhalten von Zellen regulieren kann, was nicht nur bei Entwicklungsprozessen, sondern vor allem auch im Hinblick auf Metastasierung von Bedeutung ist. Die Daten weisen somit auf einen bis dato unbekannten (Patho)Mechanismus hin, über den Taspase1 durch Spaltung von Myosin1F das Metastasierungspotenzial solider Tumore beeinflussen kann.The importance of proteases for the medical and pharmaceutical research is controversial because of their involvement in diverse (patho)biological processes. A prominent example is the threonine protease Taspase1 that attained biomedical relevance due to their involvement in the development and progression of MLL-mediated leukemias as well as the increased expression in solid tumors. In contrast to other proteases, the understanding of Taspase1’s (patho-) biological relevance and function is limited. Recently Myosin1F could be identified as a substrate of Taspase1. Myosins are described as actin -dependent motor proteins, involved in a variety of functions, such as cell movement. But the Myosin1F is a poorly characterized protein. However there is first evidence of relevance in carcinogenesis like for Taspase1.
Therefore the (patho) biological significance of Taspase1-Myosin1F-interaction and the function of the Myosin1F protein were examined in this work.
To obtain preliminary information on gene-expression a qPCR method for Taspase1 and Myosin1F could be successfully established. This confirmed the increased Taspase1 expression in tumor cell lines and in addition significantly smaller amounts Taspase1-mRNA in immune cells as well as the greatly increased amount Taspase1-mRNA in adherent cell lines compared to suspension cells. Comparison of Myosin1F and Taspase1-mRNA levels show that Taspase1-expression far exceeds that of the Myosin1F, but is correlated in adherent cell with the mRNA expression of Myosin1F. However, in immune cells is an opposite trend was shown. Consequently, the gene expression of Myosin1F and Taspase1 was identified as an important difference between adherent and suspension tumor cells. This could have an impact on differences in the migration behavior of the different cell types, as the strong migrating cells of the immune system shows strong migration but rarely adhesion.
Expressionstudies in interphase cells showed that Myosin1F and the non-cleavable Taspase1-variant localize to the cytosol, the membrane and the cytoskeleton. Analogously, both proteins localize to the cell membrane during mitosis, and are found to concentrate between the daughter cells upon their separation. The mutation in the Taspase1 interface of the Myosin1F results, as well as increasing the Taspase1 amount, in a more pronounced cytoplasmic localization of Myosin1F.
In this work, the cleavage of the full-length Myosin1F by Taspase1 protein was first shown and clues to the physiological significance of Taspase1-Myosin1F interaction developed. To analyze the Myosin1F-cleavage, a so called "clevage-IP" method were designated and established that can be used successively for the analysis of specific enzyme-substrate cleavage. Interestingly, with this method not only the dose-dependent enzyme activity was shown, but also the separate expression of Taspase1 - and subunits resulted in a higher hydrolytic activity than a corresponding expression of the full-length protein. This points to a limiting function of the intramolecular cis-cleavage.
Related experiments showed that the due to Taspase1-cleavage resulting C-terminal Myosin1F fragment more localized to the cytoplasm than the full-length construct. While the N-terminal fragment accumulate in the nucleus. Investigations of the cleavage product showed evidence of a weak, LMB-sensitive NES and the interaction of the cleavage-products after cleavage of the Myosin1F. This could regulate the transport of the N- terminal fragment into the nucleus or the formation of a multi-protein complex, as it is known for the Taspase1 substrate MLL.
Functional analyzes have demonstrated the function of the Myosin1F-protein in migratory processes of adherent tumor and non-tumor cells. Thus, ectopic Myosin1F-expression results in the increased substrate adhesion, which is additional influenced by integrin-stimulating substances. Myosin1F co-localized with integrin and as well as Rac1 and Cdc42 and interacts with paxillin, talin and actin. Because these proteins are a marker of early focal adhesions, Myosin1F seems to play a physiological function thereby. The co-localization with Rac1 and Cdc42 also points to an integrin-mediated adhäsion of the Filopodien for stabilizing matrix adhesions in lamellipodia. Further the participation of Myosin1F in the PI3/Akt-Pathway and the interaction with Akt was detected as well as an EGF-dependent recruitment of Myosin1F to the cell membrane was demonstrated. The formation of focal adhesions is apparently not directly affected by the Myosin1F amount in the cell; while on the other hand, the present Taspase1 amount in the cell seems to be important to the Filopodiaformation. An increased number of filopodia was already linked with increased invasion and aggressiveness in a variety of cancers in combination with a significantly reduced survival. In summary, these results suggest that the processing of Myosin1F by Taspase1 can regulate the adhesion and the migration behavior of cells, which is not only of importance in developmental processes, but also with regard to metastasis. Thus the data indicate a so far unknown (patho)mechanism how cleavage of Myosin1F by the Taspase1 can influence the metastasispotential of solid tumors
In vitro effects of Sugammadex, Rocuronium and Rocuronium-Sugammadex-complexation on plasmatic coagulation assays, whole blood thrombelastometry and coagulation factor activities
No full textSugammadex ist ein Antagonist steroidaler Muskelrelaxanzien und gilt als hochselektiv für diese Substanzen. Im Rahmen der Zulassungsstudien wurden nach Applikation von Sugammadex jedoch Verlängerungen der Zeiten plasmatischer Gerinnungsassays beschrieben. Um einen möglichen Effekt von Sugammadex auf die Blutgerinnung zu testen, wurde dessen Einfluss auf Variablen plasmatischer und Vollblut-Gerinnungstests sowie die Aktivität einzelner plasmatischer Gerinnungsfaktoren in vitro untersucht.
Effekte von Sugammadex, Rocuronium und des Rocuronium-Sugammadex-Komplexes wurden mittels plasmatischer Gerinnungstests (Thrombinzeit (TZ), Quick-Wert, aktivierte partielle Thromboplastinzeit (aPTT), Fibrinogenkonzentration) sowie extrinsisch und intrinsisch aktivierter thromboelastometrischer (ROTEM®) Vollblut-Assays untersucht. Des Weiteren wurde die Aktivität von Gerinnungsfaktoren (u. a. II, V, VII und VIII-XIII) analysiert.
Sugammadex führte zu einer mittleren Reduktion des Quick-Werts um 16,6% und zu einer Verlängerung der aPTT um 13,1%. Die Clotting Time im extrinsisch und intrinsisch aktivierten ROTEM®-Assay wurden im Mittel um 33,1% und 22,4% signifikant verlängert. Die Aktivitäten der Gerinnungsfaktoren VIII (-7%), IX (-7,8%), XI (-6,9%), XII (-4,3%) waren nach Zugabe von Sugammadex signifikant reduziert. Die übrigen bestimmten Variablen (TZ, Gerinnselfestigkeit und Fibrinolyse sowie die Aktivitäten der Faktoren II, V, VII, X und XIII) blieben unbeeinflusst. Weder Rocuronium noch der Rocuronium-Sugammadex-Komplex führten hingegen zu signifikanten Veränderungen in den durchgeführten Assays.
Schlussfolgerung: Sugammadex, nicht aber Rocuronium oder der Rocuronium-Sugammadex-Komplex, haben einen signifikanten antihämosta-tischen Einfluss auf plasmatische und im Vollblut bestimmte Gerinnungszeiten, der partiell durch die Interaktion mit den Gerinnungsfaktoren VIII, IX, XI und XIII erklärt werden könnte. Die beobachteten Effekte lassen darüber hinaus eine Beeinflussung der Thrombozytenfunktion annehmen. Ob diese Effekte eine klinisch apparente Blutungsneigung bedingen oder eine bereits bestehende aggravieren können, bleibt zu prüfen
Phenotypical and functional characterization of human regulatory T cells and effector T cells
No full textHumane regulatorische T-Zellen (TREGS) stehen im Fokus immunologischer Forschung, da ihre klinische Anwendung ein großes Potential für die Prävention und Remission von Autoimmunerkrankungen und für die Prävention von Abstoßungsreaktionen bei allogenen Transplantationen aufweist. Informationen ob numerische und/oder funktionelle Verluste von nTREGS zur Autoimmunität führen sind derzeit noch widersprüchlich. Direkte Vergleiche von gesunden Probanden und Patienten mit Autoimmunerkrankungen dokumentieren, dass in der Gruppe der Patienten häufiger Defizite der TREGS vorliegen. Diese werden eher in der suppressiven Aktivität als in der Anzahl der TREGS gesehen. Allerdings liegt bei einem hohen Anteil der Patienten die Anzahl und Funktion der TREGS in einem gleichen, großen Schwankungsbereich, der auch bei den gesunden Probanden gemessen wird. Insgesamt weisen die Literaturbefunde darauf hin, dass sowohl die Gruppe der TREGS als auch die der Effektor T-Zellen (TEFFS) heterogen ist. Ziel meiner Arbeit war daher die phänotypische und funktionelle Heterogenität der TREG- als auch TEFF-Zellpopulationen zu untersuchen.
Meine Arbeit zeigt, dass die suppressive Aktivität der TREGS von der verwendeten TEFF-Zellpopulation abhängig ist. Im Suppressions-Test wurden CD4+CD25low TEFFS im Vergleich zu CD4+CD25- TEFFS kaum supprimiert. Eine variable Anzahl von CD4+CD25low TEFFS reduziert entscheidend die suppressive Kapazität der TREGS. Es konnte eindrücklich gezeigt werden, dass die Supprimierbarkeit der TEFF-Zellen von ihrem Aktivierungsstatus abhängig ist. Werden CD4+CD25- TEFFS in aktivierte CD45RA- und naive CD45RA+ TEFFS getrennt, so wird ersichtlich, dass sich naive CD45RA+ TEFFS deutlich besser supprimieren lassen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die phänotypische Charakterisierung von TREGS über CD4+CD25high, CD127-/low und CD49d- eine ausgezeichnete Methode ist, um TREGS mit hoher suppressiver Kapazität zu isolieren. Die funktionelle Analyse zeigte, dass die suppressive Kapazität von CD4+CD25highCD127-/lowCD49d- im Vergleich zu TREGS, die den Marker CD49d exprimieren, signifikant höher war. Die funktionelle Kapazität von CD4+CD25highCD127-/lowCD49d- TREGS gegenüber CD4+CD25-CD127+ war innerhalb einer Gruppe gesunder Spender sehr heterogen. Wurden jedoch CD4+CD25highCD127-/lowCD49d- TREGS gegenüber naiven CD45RA+ TEFFS getestet, so lag die suppressive Aktivität der TREGS aller Spender in einem sehr geringen Schwankungsbereich. Meine Arbeit zeigt, dass zur Beurteilung funktioneller Defizite von TREGS eine standardisierte TEFF-Zellpopulation notwendig ist. Weiterhin zeigt sie, dass bei standardisierten Zellen (CD4+CD25-CD127+CD45RA+) CD49d- TREGS eine höhere suppressive Kapazität aufweisen als CD49d+ TREGS
Elektrophoretische Abscheidung von thermochromen und bioaktiven Nanopartikeln
No full textDie elektrophoretische Abscheidung, als Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen, mit Biomaterialien hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. In diesem Zusammenhang gibt es verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für Beschichtungen, die in einem solchen Prozess gewonnen werden können. Implantatbeschichtungen spielen hierbei eine wichtige Rolle, da Biomaterialien seltener eine Immunantwort auslösen. Somit ist es möglich die Biokompatibilität von Implantaten zu erhöhen. Die Beschichtung führt zu einer besseren Gewebeanbindung des Implantats, da die Zellen vermehrt um das Implantat anwachsen.
In der Literatur werden verschieden Arten der elektrophoretischen Abscheidung beschrieben. Ein wichtiger Aspekt ist die Art des Lösungsmittels, in dem die abzuscheidenden Partikel in einer Dispersion vorliegen. Viele Arbeiten beschäftigen sich mit Abscheidungen aus Alkoholen. Neben diesen Abscheidungen gibt es auch wasserbasierte Abscheideverfahren, auf die in dieser Arbeit vermehrt eingegangen wird. Dieses Abscheideverfahren hat den Vorteil, dass DNA-Bestandteile, die in dieser Arbeit zur Biofunktionalisierung verwendet werden, nicht zerstört werden.
Die in dieser Arbeit gezeigten elektrophoretischen Abscheidungen beschäftigen sich mit verschiedenen Aspekten. Es werden die Parameter sowie der Einfluss des Partikelsystems auf die Abscheidung untersucht. Darüber hinaus werden die Bedingungen für eine optimale Abscheidung ermittelt. Eine weitere Untersuchung betrachtet den Prozess der elektrophoretischen Abscheidung. Dazu wurde ein kontinuierlicher Flussreaktor entwickelt.
Ein weiterer Teil dieser Arbeit behandelt die elektrophoretische Abscheidung von thermochromen quecksilberhaltigen Nanopartikeln. Es konnte schon in einer früheren Arbeit gezeigt werden, dass die Phasenübergangstemperatur durch die Partikelgröße beeinflusst werden kann. Disilbertetraiodomercurat-Nanopartikel wurden schon eingehend untersucht. Zusätzlich werden in dieser Arbeit die Eigenschaften von Quecksilberiodid-Nanopartikeln näher betrachtet
Die Wirkung von hCG auf die Dezidualisierung ektoper endometrialer Läsionen als therapeutischer Ansatz zur Behandlung der Endometriose
No full textTrotz jahrzehntelanger Forschung ist die Pathogenese der Endometriose heutzutage immer noch nicht ausreichend verstanden und die vorhandenen Therapiemöglichkeiten sind begrenzt. Die aktuelle medikamentöse Behandlung der Endometriose basiert auf der hormonellen Unterdrückung des Menstruationszyklus. Da diese Therapie mit unerwünschten Nebenwirkungen und hohen Rezidivraten verbunden ist, besteht eine Notwendigkeit spezifischere therapeutische Strategien zu entwickeln. In der Literatur wurde beschrieben, dass die Schwere der Erkrankung entscheidend dadurch beeinflusst wird, ob die endometrialen Zellen an den ektopen Stellen proliferieren oder differenzieren. Ziel dieser Arbeit war es daher mit Hilfe des humanisierten Endometriose-Mausmodells die Wirkung von Progestinen kombiniert mit zyklischen Adenosinmonophosphat (cAMP)-steigernden Substanzen auf die Induktion der terminalen Differenzierung (Dezidualisierung) humanen ektopen endometrialen Gewebes in vivo zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Dezidualisierung ektopen endometrialen Gewebes signifikant durch die Applikation von Progesteron und humanem Choriongonadotropin (hCG) induziert werden kann, während die Behandlung mit Progesteron alleine keinen und die Kombination von Progesteron und Forskolin einen deutlich schwächeren Effekt zeigte. Durch Induktion der terminalen Differenzierung der ektopen endometrialen Stromazellen konnte die Proliferationsrate im Vergleich zum Kontrollgewebe reduziert werden. In Kombination mit hCG zeigte Medroxyprogesteronacetat (MPA) den gleichen Effekt auf die Dezidualisierung des ektopen endometrialen Gewebes wie Progesteron. Im Gegensatz zu der Behandlung mit Progesteron und hCG zeigte sich jedoch nach Applikation von MPA und hCG eine deutlich höhere interindividuelle Varianz des Gewebes verschiedener Patientinnen in der Reaktion auf die Behandlung. Interessanterweise zeigte sich in den ektopen endometrialen Läsionen, in denen eine starke Dezidualisierungsreaktion durch die Behandlung mit MPA und hCG ausgelöst wurde, eine starke Expression aktivierter Caspase 3, einem Marker für apoptotische Zellen, im dezidualisierten Stroma. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigen erstmalig, dass es möglich ist ektope endometriale Stromazellen in vivo terminal zu differenzieren und somit Apoptose in diesen Zellen auszulösen. Auf die Ergebnisse der vorliegenden Studie können weiterführende Analysen aufbauen, um neuartige Behandlungsstrategien für die Endometriose zu entwickeln
Electrically detection of spindynamic in single ferromagnetic nanostructures
No full textDie vorliegende Dissertation über Magnetisierungsdynamik in Nano- und Mikrometerstrukturen ist in zwei Bereiche gegliedert.
Im ersten Teil wird der Spin-Transfer-Torque (SST) Effekt in (Co/Ni)-Multilagen untersucht, da diese besonders für die nicht flüchtige Datenspeicherung durch magnetoresistive Datenspeicher (MRAM) interessant sind. Die untersuchten Säulenstrukturen (50 nm x 300 nm x 18 nm) bestehen aus einer ferromagnetischen (Co/Ni)-(Co/Pt)-Multilagen-Schicht mit harter Magnetisierung (Polarisator) und einer weichmagnetischen (Co/Ni)-Multilagen-Schicht (Analysator), die durch eine nicht magnetische Cu-Schicht getrennt sind.
Der SST-Effekt äussert sich durch magnetisches Schalten der Magnetisierung des Analysators und in einer stetigen Präzession dessen Magnetisierung. Eine gezielte Einstellung von beiden Zuständen ist möglich. Besonderer Vorteil der (Co/Ni)-Multilagen ist dabei die senkrechte Anisotropie, die die kritische Stromdichte für das magnetische Schalten erniedrigt und somit die Lebensdauer solcher Bauelemente verlängert. Zudem ist die Änderung des Riesenmagnetowiderstand (GMR) und die SST-Effizienz im Vergleich zu (Co/Pt)-Multilagen grösser.
Eine weitere interessante Anwendung ist als nanoskalige Quelle für Mikrowellenstrahlung. Die Mikrowellenanregung mit einem Kurzschluss-Kabel ermöglicht eine Untersuchung der Eigenfrequenz bei stetiger Präzession der Magnetisierung, die über die Änderung des GMR-Effekts aufgrund der senkrechten Anisotropie nicht möglich ist.
Im zweiten Teil wurde die Magnetisierungsdynamik in einzelnen ferromagnetischen Leiterbahnen mittels DC elektrischer Detektion der ferromagnetischen Resonanz untersucht. Der anisotrope Magnetowiderstand wird zur Untersuchung der Permalloy-Leiterbahn (1 μm/600 nm/300 nm x 20 nm x 78 μm) ausgenutzt. Ein maximaler Effekt wird in leichter und schwerer Richtung erwartet. Von besonderem Interesse sind neben der quasi uniformen Mode der Präzession die nicht uniformen Moden z.B. Spinwellen. Ein detailliertes Verständnis dieser ist für Anwendungen jeglicher Art entscheidend in denen Ummagnetisierungprozesse stattfinden.
Durch eine systematische Untersuchung der Leiterbahn und ihrer relativen Orientierung bezüglich des externen Magnetfeldes konnte erstmals das Modenverhalten mit externem Magnetfeld senkrecht zur langen Leiterbahnachse mit dem einer parallelen Ausrichtung verglichen werden. Ein deutlich komplizierteres Modenverhalten ist entdeckt worden.This thesis about magnetization dynamics in nano- and micro sized structures is divided into two parts.
In the first part the Spin-Transfer-Torque (SST) effect in (Co/Ni)-multilayers was investigated, because of their possible application in nonvolatile data storage media like the magneto resistive random access memory (MRAM). The studied pillarstructures (50 nm x 300 nm x 18 nm) consist of a ferromagnetic (Co/Ni)-(Co/Pt)-multilayer with a fixed magnetization (polarizer) and a (Co/Ni)-multilayer with a free magnetization (analyzer), separated by a non-magnetic spacer layer of Cu.
The SST-effect manifests in magnetic switching of the free magnetization and in a steady state precession of the free magnetization. Both states can be selected on purpose. One advantage of (Co/Ni)-multilayer is the perpendicular anisotropy, which reduces the critical current density for magnetic switching and increases the life time of such components. In addition the change of the giant magnetoresitance (GMR) and the SST-efficiency is higher as in (Co/Pt)-multilayer.
A further interesting application is a nanoscaled source of microwaves. The microwave excitation due a shorted coaxial cable allows to investigate the eigenfrequency during the steady state precession. This is not possible by means of the change in GMR effect because of the perpendicular anisotropy.
In the second part the magnetization dynamics of single ferromagnetic nanowires were investigated utilizing DC electrically detected ferromagnetic resonance. The anisotropic magnetoresistance is exploited to study a Permalloy wire (1 μm/600 nm/300 nm x 20 nm x 78 μm). The maximal effect is expected in easy and hard direction. Besides the quasi uniform mode of the precession especially the non-uniform modes e.g. spin waves are of interest. A detailed understanding of such modes is crucial for every application exploiting the reversal of magnetization.
Due to a systematic investigation of the nanowire and its relative orientation relative to the external magnetic field it is possible for the first time to compare the behavior of the modes with external magnetic field perpendicular to the long wire-axis with the one in parallel configuration. This behavior of the modes is a lot more complicated
Characterization of the diaphanous related formin FHOD1 in the regulation of the actin cytoskeleton and its regulation by Rho GTPase signaling pathways
No full textFHOD1 gehört zur Unterfamilie der Diaphanous-verwandten Formine, deren Aktivität durch die Rho-GTPasen vermittelte Aufhebung intramolekularer Wechselwirkungen reguliert wird. Eine konstitutiv aktive Mutante von FHOD1 ruft in Zellen die Generierung dicker Stressfaserbündel hervor. Jedoch sind die zelluläre Relevanz und die molekularen Mechanismen der FHOD1-vermittelten Aktin-Reorganisation nur sehr bruchstückhaft aufgeklärt. Aus diesem Grund sollte in dieser Arbeit die molekulare Rolle von FHOD1 in der Regulation des Aktinzytoskeletts sowie in komplexen Aktin-basierten Prozessen charakterisiert werden.
Durch RNAi-vermittelte Depletion des endogenen FHOD1 in U2OS-Zellen sowie die Expression konstitutiv aktiver FHOD1-Mutanten konnten in dieser Arbeit distinkte Funktionen von FHOD1 bei der Generierung unterschiedlicher Stressfasertypen beschrieben werden. Die Depletion des endogenen FHOD1 führte zu starken Defekten in der Aktinzytoskelett-Organisation, die häufig im vollständigen Kollaps des Stressfasersystems resultierte. Diese massiven Störungen gingen mit der Inhibierung von dynamischen Protrusionen an der Zellfront sowie Defekten in der Maturierung und Auflösung fokaler Adhäsionen einher und führten schlussendlich zu einer signifikant verringerten Zellmigration.
Detaillierte Studien der Stressfaserdynamik zeigten, dass aktives FHOD1 die Entstehung kontraktiler ventraler Stressfasern über die verstärkte Generierung transversaler Aktinbögen fördert. Im Gegensatz dazu inhibiert das Formin das Wachstum nicht-kontraktiler dorsaler Stressfasern. In Lokalisationsanalysen konnte die distinkte Assoziation von aktivem FHOD1 entlang der induzierten kontraktilen Fasern beobachtet werden, was auf eine direkte Rolle des Formins in der Generierung dieser Strukturen hinweist. Dabei deutet insbesondere die partielle Kolokalisation mit dem Motorprotein Myosin und der Ausschluss beider Proteine entlang nicht-kontraktiler dorsaler Stressfasern darauf hin, dass FHOD1 zusammen mit Myosin transversale Aktinbögen in einem kooperativen Prozess induziert. Auf molekularer Ebene deutet die Verstärkung der transversalen Aktinbögen durch FHOD1, in der primär kurze Aktinfilamente verknüpft und gebündelt werden, und die Inhibierung dorsaler Fasern auf eine duale Funktion des Formins als ein Capping- bzw. Aktinfilament-bündelndes Protein.
Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich der zellulären Funktion von FHOD1 in der Regulation des Aktinzytoskeletts und Aktin-basierten dynamischen Prozessen gewonnen werden. Die vorgestellten Befunde stellen die Grundlage für weiterführende Studien zum Verständnis der Formin-vermittelten molekularen Mechanismen der Aktinzytoskelett-Regulation dar.FHOD1 is a member of the subfamily of Diaphanous-related formins, which are activated by Rho GTPase mediated release of their intramolecular autoinhibition. The expression of an activated FHOD1 mutant induces the formation of thick stress fiber bundles in cells. However, the cellular relevance of this effect as well as molecular mechanisms leading to FHOD1 mediated stress fiber formation are not well understood. The aim of the present study was to characterize the molecular function of FHOD1 in the dynamic reorganization of the actin cytoskeleton and the role of formin mediated actin dynamics in actin-based cellular processes.
RNAi-mediated depletion of endogenous FHOD1 as well as expression of constitutively active FHOD1 mutants revealed distinct functions of the formin during the generation of different stress fiber types in U2OS cells. Overall, depletion of FHOD1 lead to massive defects in the formation of actin stress fibers in the leading edge which often resulted in the entire collapse of the actin filament network. These striking defects were accompanied by decreased protrusion dynamics at the cell front as well as perturbed turn over of focal adhesions, ultimately leading to significantly decreased cell migration.
Detailed studies of stress fiber dynamics showed that active FHOD1 leads to the accumulation of contractile ventral stress fibers due to enhanced formation of transversal arcs. In contrast, growth of non-contractile dorsal fibers was inhibited in cells expressing active FHOD1. Localization studies revealed distinct localization patterns of FHOD1 along the induced contractile stress fibers suggesting a direct function of the formin in the generation of these structures. Additionally active FHOD1 colocalized partially with Myosin at contractile stress fibers, whereas both proteins were absent along non-contractile dorsal fibers. These findings indicate a possible interplay of both proteins in the process of transversal arc generation. The FHOD1 mediated enhanced formation of transversal arcs, which are primarily formed by fusion and bundling of short actin filaments, along with the inhibited growth of dorsal stress fibers indicate a potential dual molecular function of the formin as a capping and actin bundling protein.
In summary, the present work provides fundamental molecular knowledge of FHOD1 function and upstream regulatory mechanisms in the organization of the actin cytoskeleton. Thus, the presented findings offer a critical basis for future work to deepen our understanding of formin mediated actin-based dynamic processes
Process optimization for carbon dioxide absorption from flue gases with alkaline carbonate solutions
No full textDer deutliche Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur, welcher in den letzten Jahrzehnten beobachtet wurde, ist vor allem durch die Intensivierung des natürlichen Treibhauseffekts zu erklären. Anthropogen bedingte Treibhausgasemissionen, vor allem von CO2, haben seit Beginn der Industrialisierung deutlich zugenommen. Fossil befeuerte Kraftwerke sind einer der größten Emittenten von CO2. Da in der nähren Zukunft nicht auf fossil befeuerte Kraftwerke verzichtet werden kann, sind Technologien für die CO2-Abtrennung aus Rauchgasen in der Diskussion. Nach dem aktuellen Stand der Technik ist diese CO2-Abtrennung mit einem hohen Energiebedarf verbunden.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Reduzierung des Energiebedarfs der nachgeschalteten CO2-Wäsche mithilfe wässriger Carbonatlösungen. Ziel ist es, die geringe Desorptionsenthalpie dieses Stoffsystems zur Reduzierung des Regenerationsenergiebedarfs auszunutzen. Die Herausforderung liegt darin, die langsame Stoffübergangsgeschwindigkeit von CO2 durch Carbonate mit geeigneten Additiven zu erhöhen.
Um die Carbonatlösungen mit verschiedenen Zusätzen zu charakterisieren, werden die Waschmittel in verschiedenen Versuchsanordnungen hinsichtlich der Absorptionskinetik, der Aufnahmefähigkeit sowie der Desorptionsenthalpie analysiert. Ein intensives Additiv-Screening zeigt, dass die Absorptionsrate ausreichend durch die Verwendung von primären und sekundären Aminen beschleunigt werden kann. Im Vergleich zu reinen Aminlösungen kann die Performance der Absorptionsrate im Beladungsverlauf von Carbonat/Amin-Mischungen höher sein als die Summe der einzelnen Komponenten. Dieses Verhalten kann durch formulierte Mechanismen erklärt werden. Die Carbonatlösungen mit Aminadditiven zeigen ebenfalls niedrigere Desorptionsenthalpien im Vergleich zu den jeweiligen reinen Aminlösungen.
Zum Vergleich des Verhaltens der CO2-Absoptionsagenzien im großtechnischen Prozess wird die CO2-Wäsche in einem Modell unter festgelegten Rahmenbedingungen abgebildet. Es können absolute Absorberpackungshöhen und relative Desorberpackungshöhen berechnet werden. Darüber hinaus ist die Bestimmung des Regenerationsenergiebedarfs möglich.
Im Vergleich zur Referenzwäsche mit 2-Aminoethanol (MEA) 30 % kann gezeigt werden, dass mit Carbonat/Amin-Lösungen eine deutliche Reduzierung des Regenerationsenergiebedarfs möglich ist. Zusätzlich zeigen diese Waschmittel weitere Vorteile hinsichtlich des Dampfdrucks, der Emissionen, der Korrosivität sowie der Umweltverträglichkeit.The significant increase of the global average temperature, which has been observed in the past decades, is mainly caused by the intensification of the natural greenhouse effect. Anthropogenically induced greenhouse gas emissions, mainly of CO2, have strongly increased since the beginning of industrialisation. Fossil fuelled power plants are one of the largest emitters of CO2. Since this kind of power plants is unlikely to be abolished in the near future, technologies for capturing the carbon dioxide from the flue gas streams are being discussed. At the state of the art, these capturing technologies require a significant amount of energy.
The present work deals with the reduction of energy expenditure of post combustion carbon capture by using carbonate-based sorbents. The objective is to reduce the energy expenditure, benefitting from the very low desorption enthalpy of CO2 and carbonate. The challenge is to overcome the slow rate of absorption by using additives.
In order to characterise the carbonate solutions with different additives, the washing agents are analysed within different experimental set-ups with regard to absorption kinetics, absorption capacity and enthalpy change. Intensive additive screening demonstrates that the rate of absorption can be accelerated sufficiently by using primary and secondary amines. Consecutive reactions on the loading progress lead to higher absorption rates than would result from the sum of the individual components. This behaviour can be explained by formulated mechanisms. The carbonate solutions with amine additives also show lower desorption enthalpies in comparison with the respective pure amine solutions.
To estimate the behaviour of the tested sorbents in a large-scale process and for comparison with established washing medias, a created model will be used, where the sorption process is represented mathematically. With this method, it is also possible to determine the desorption rates. The model also permits an examination of the energy demand for regeneration. Finally, absorber profiles regarding the sorbent loading, the temperature and the separation rate can be illustrated.
In comparison to the reference carbon capture system with 2-aminoethanol (MEA) 30 %, it can be demonstrated that a reduction of the energy demand for regeneration is possible with carbonate based sorbents in an industrial process. Additionally carbonate solutions show further beneficial material properties in terms of vapour pressure, corrosiveness and environmental impact
Management of credit spread risk in financial institutions
No full textIn den letzten Jahren hat sich eine sukzessive Ausweitung der Credit Spreads von Banken ereignet, verbunden mit einer gestiegenen Volatilität der Spreads. Kreditinstitute weisen Spreadrisikopositionen im Aktiv- und Passivgeschäft auf, so dass sich die Entwicklung der Credit Spreads auf den Zinsüberschuss und die Gewinn- und Verlustrechnung auswirken kann.
Die materielle Relevanz der Credit Spreads führt als Zielsetzung zu einer Differenzierungsnotwendigkeit des Grundmodells zur Kalkulation von Ergebnisbeiträgen nach der Marktzinsmethode (Aufspaltung von Konditions- und Strukturbeitrag). Im Passivgeschäft zeigen sich die Credit Spreads abhängig von dem Rating eines Kreditinstituts. Es existiert daher keine identische Refinanzierungs-Zinsstrukturkurve für alle Kreditinstitute. In Abhängigkeit davon wie stark sich die „Null-Linie“ verschiebt, resultieren institutsbezogen unterschiedlich große Konditionsspielräume im Kundengeschäft (Kredit- und Einlagengeschäfte). Hinzu kommt, dass sich auch die Strukturbeitragssteuerung erheblich verändert, da auf der Anlageseite aufgrund der Mehrdimensionalität am Kapitalmarkt durch Eigengeschäfte positive oder negative Konditionsbeiträge (Bonitätsspreads) entstehen können.
Die Zentraldisposition steuert zudem die Fristentransformation zwischen dem Aktiv- und Passivgeschäft. Häufig wird aus Performanceaspekten heraus eine positive Zinsfristentransformation betrieben, die aber auch mit einer Liquiditätstransformation verbunden sein kann. Hieraus ergibt sich als zweite Zielsetzung die Notwendigkeit sog. Normstrategien der Zinsbuchsteuerung unter Berücksichtigung der Credit Spreads auf ihre Rendite-Risiko-Profile hin zu untersuchen