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Kennzahlenbasierte Leistungsmessung und darauf aufbauende Mittelallokation in Universitäten - eine empirische und implikationentheoretische Analyse
No full textSchon seit den 70er Jahren werden eine Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit und eine einhergehende Steigerung der Effizienz der deutschen Hochschulen bzw. Universitäten gefordert. Wichtige Grundvoraussetzung für eine solche Entwicklung ist die Transparenz der bisherigen Leistungen und Erfolge, wobei hierzu analog zum betriebswirtschaftlichen Vorgehen auch im universitären Zusammenhang Kennzahlen eingesetzt werden können. Vielfach wird eine solche kennzahlenbasiert ermittelte Leistung als Grundlage für die universitäre Mittelallokation verwendet; man spricht hierbei von sog. leistungsorientierten Mittelverteilungen. Kennzahlenbasierte Mittelverteilungen sind in Deutschland durchaus sehr verbreitet, finden sowohl in der interuniversitären als auch der intrauniversitären Mittelzuweisung Anwendung und z. T. werden erhebliche Anteile des Gesamtbudgets der Universitäten sowie deren Subeinheiten darüber festgelegt.
Obgleich die Vorteile von kennzahlenbasierten Messungen, basierend auf den Erfahrungen aus der Wirtschaft, deren Einsatz plausibel machen, bleiben vielfach die unterschiedlichen Ziele und Zielsysteme von Unternehmen und Universitäten unberücksichtigt. Umso gravierender kann ein Einsatz solcher Kennzahlen zur Fundierung der universitären Mittelverteilung sein, sofern kein Abgleich der Ziele und verwendeten Verfahren vorgenommen wird. Solche Analysen wurden i. d. R. weder von den Bundesländern noch den Universitäten, die solche Verfahren einsetzen, durchgeführt; es lassen sich bisher allenfalls Ansätze erkennen. Zudem fehlen empirische Untersuchungen über die Wirkungen der Leistungsmessung und darauf aufbauenden Mittelverteilungsverfahren, denn nur diese wären in der Lage, die Kompatibilität von erwünschten Zielen und verwendetem Verfahren zu fundieren.
Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es daher, universitäre Leistungsmessungen und darauf aufbauende Mittelverteilungsverfahren darzustellen und theoretisch sowie empirisch zu analysieren. Die empirische Untersuchung soll hierbei insbesondere aufzeigen, ob die gewünschten Ziele einer leistungsorientierten Mittelverteilung erreicht werden oder gar gegenläufige Entwicklungen zu verzeichnen sind, wobei diese aus der Sicht einer Hochschulleitung vorgenommen wird. Gegenstand der Untersuchung ist eine mittelgroße Universität, die seit mehr als einem Jahrzehnt zu Teilen ein leistungsorientiertes Mittelverteilungsverfahren einsetzt
Analyse selbstorganisierter In(Ga)As-Quantenstrukturen mit dem Raster-Transmissionselektronenmikroskop
No full textZiel dieser Arbeit war es, die analytischen Methoden der Raster-Transmissionselektronenmikroskopie zur Untersuchung selbstorganisierter In(Ga)As-Quantenstrukturen anzuwenden. Mit den abbildenden Methoden Z-Kontrast und Hellfeld (Ortsauflösungen im Subnanometerbereich) und insbesondere mit den Möglichkeiten der quantitativen chemischen EELS-Analyse (Elektronenenergieverlustspektroskopie; Genauigkeit elementabhängig ca. 1-2 %) des Raster-Transmissionselektronenmikroskops (RTEMs) sollten grundsätzliche Fragestellungen hinsichtlich der Morphologie und der chemischen Eigenschaften selbstorganisierter Quantenstrukturen beantwortet werden, um hierdurch die Herstellung optimierter Quantenstrukturen zu ermöglichen. Durch die hohe Ortsauflösung des RTEMs konnten u.a. essentielle morphologische und strukturelle Parameter im Wachstumsverhalten von „Dot in a Well“-Strukturen (DWell) und von vertikal korrelierten Quantum Dots (QDs) analysiert werden.
Zur Optimierung von DWell-Strukturen wurden Proben untersucht, deren nominelle InAs-QD-Wachstumsposition innerhalb des einbettenden InGaAs-Quantum Wells (QWs) gezielt variiert wurde. Die RTEM-Messungen zeigten, dass eine Verringerung der unteren InGaAs-Schichtdicke im Vergleich zur Dicke der oberen InGaAs-Schicht zu einer deutlich symmetrischeren Einbettung des QDs in die InGaAs-Matrix des QWs führt. In sehr guter Übereinstimmung zum gefundenen Wachstumsverhalten zeigte die Probe mit symmetrischer DWell-Struktur bessere optische Eigenschaften, wie eine geringere PL-Peak-Linienbreite, eine höhere absolute PL-Intensität und eine geringere Schwellstromdichte entsprechender Laser-Dioden.
Zur Untersuchung von vertikal korrelierten QDs wurden mit den ortsaufgelösten Methoden der Raster-Transmissionselektronenmikroskopie Proben mit zwei Lagen nominell identischer InGaAs-QDs untersucht, deren GaAs-Barrierendicke gezielt variiert wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die Verringerung der Barrierendicke sich stark auf die räumliche vertikale Korrelation auswirkt. Durch eine 4 nm dicke Barrierenschicht getrennte QDs besaßen eine wesentlich stärkere räumliche Korrelation der Wachstumsposition in Bezug auf die untere QD-Lage verglichen mit QDs, die durch eine 8 nm dicke Barrierenschicht getrennt waren. Messungen von Größe und chemischer Zusammensetzung der QDs in den untersuchten Proben zeigten hierbei, dass unabhängig von dem jeweiligen Korrelationsgrad morphologisch und chemisch identische QDs entstanden sind, die durch eine reine GaAs-Barriere getrennt sind. Dies ist im Hinblick auf mögliche Anwendungen gekoppelter Quantenstrukturen von besonderer Bedeutung.
Neben der Möglichkeit morphologische und strukturelle Untersuchungen auf einer Nanometerskala durchführen zu können, bietet das RTEM in Verbindung mit der EELS-Methode großes Potential zur chemischen Analyse von Quantenstrukturen. Untersucht wurde eine Probenreihe selbstorganisierter InGaAs/GaAs-Strukturen auf GaAs-Substrat, deren Verspannung durch Variieren des Ga-Gehalts des InGaAs-Materials zwischen 2.4 % und 4.3 % verändert worden ist, um die selbstorganisierte Bildung unterschiedlicher Quantenstrukturen zu ermöglichen. In der Probe mit der größten Verspannung stellte sich erwartungsgemäß heraus, dass QD-Strukturen entstanden sind. Ein Verspannungswert von 3.2 % führte, wie u.a. mittels EELS gezeigt werden konnte, zur Bildung von QD-Strukturen und Quantum Dash (QDash)-Strukturen in einer Probe. Messungen an der geringstverspannten Probe belegen die selbstorganisierte Ausbildung von QDashes. Somit konnte insgesamt an dieser Probenreihe ein verspannungsabhängiger Morphologieübergang von QDash- zu QD-Strukturen beobachtet werden.
Die genauen morphologischen und chemischen Eigenschaften von QDash-Strukturen auf InP-Substraten, deren Größe beim Wachstum gezielt kontrolliert variiert werden sollten, wurden mit den verschiedenen RTEM-Methoden (u.a. EELS) analysiert. Bei der Herstellung von fünf unterschiedlichen Proben wurde hierzu die Quantität des angebotenem InAs über einen relativ weiten Bereich variiert. Die Auswertung von Querschnittsaufnahmen der unterschiedlichen Proben zeigte QDashes mit einem stets dreieckigen Querschnitt. Die Extraktion der Winkel des Querschnittsdreiecks ergab zudem, dass die Form der QDashes in allen hergestellten Proben erhalten blieb: Lediglich die absolute Größe der Querschnitte war unterschiedlich. Im Hinblick auf die Größenkontrolle konnte gezeigt werden, dass sich Höhe und Breite des Querschnittsdreiecks der QDashes direkt proportional zur nominell abgeschiedenen InAs-Schicht ändern. Chemische Untersuchungen mittels EELS und Z-Kontrast zeigten, dass sich in den QDashes und in der einbettenden Kristallmatrix keine nennenswerten Durchmischungen mit anderen Elementen ergaben, d.h. die selbstorganisierten QDashes bestanden zu 100 % aus InAs. Die direkte Größenkontrolle selbstorganisierter QDashes ermöglicht eine Einstellung der Emissionswellenlänge von 1.3 µm bis hin zu 1.9 µm durch die Variation lediglich eines Herstellungsparameters
Basic experiences for the concept of variable
No full textEmpirische Befunde haben gezeigt, dass eine zu unvermittelte Ingebrauchnahme der algebraischen Formelsprache didaktisch unergiebig ist. Neuere Ansätze für den Einstieg in die Algebra bauen zunächst Stützpfeiler in der Anschauung, um von dort aus der Formelsprache einen Sinn zu verleihen. Die vorliegende Arbeit basiert auf einer Studie, in der eine Unterrichtsreihe im Sinne dieser neueren Ansätze konzipiert wurde. Die Unterrichtsreihe wurde nacheinander in drei siebten Klassen an Gymnasien durchgeführt. Dabei wurde die Arbeit je zweier Schülergruppen durch Video-Aufnahmen dokumentiert. In dieser Unterrichtsreihe spielt eine leicht modifizierte Version der ersten Aufgabe der Lernumgebung „Knack die Box“ aus dem mathbu.ch 7 (Affolter, W. u. a. 2003, S. 32/33) eine zentrale Rolle. Die Aufgabe nutzt konkretes Material zur Darstellung einer Gleichung mit zwei Unbekannten. Schwarze und weiße Boxen sind im gegebenen Kontext Stellvertreter für ihre gesuchten, unbekannten Befüllungen mit Bohnen – also die Symbole für die Unbekannten in der materiell repräsentierten Gleichung. Getrocknete weiße Bohnen werden als Zählobjekte verwendet. In der Dissertation werden drei Episoden aus Gruppenarbeitsprozessen zu dieser Aufgabe interpretativ analysiert. Dabei wird die folgende zentrale Fragestellung verfolgt: Wie entwickeln sich Vorläuferformen zum Variablenbegriff in einer Lernumgebung zur Einführung in die Algebra, die den Schülerinnen und Schülern Erfahrungen mit Zahlenbeziehungen in einem konkret-gegenständlichen Kontext ermöglicht? Die Entwicklung wird im Hinblick auf zwei Beobachtungsschwerpunkte betrachtet: „Die Rolle des Materials und die in der Auseinandersetzung mit dem Material vorgenommenen Deutungs- und Umdeutungsprozesse“ und „Die Rolle der Interaktion der Lernenden untereinander“.Empirical studies have shown difficulties for students if algebraic symbolism is put into use too abruptly. There are new approaches to the beginning of algebra which use illustrative material to give basic sense to algebraic symbols. This dissertation follows the idea of these approaches and is based on a sequence of lessons in three year 7 classes of German grammar schools. Two groups of students in each class were videotaped. In this sequence of lessons a lightly modified version of the first task of the learning environment "Crack the Box" (German: Knack die Box) of mathbu.ch 7 (Affolter, W. u. a. 2003, S. 32/33) was of central importance. The task uses hands-on material to represent an equation with two unknowns: black and white boxes are substitutes for their wanted and unknown fillings with beans – i.e. the symbols for the unknowns in the given context. Dried white beans are used for counting. In this dissertation three episodes of group work on this task are analysed in the interpretative paradigm following the central question: How do elementary forms of the algebraic concept of variable develop in a learning environment which enables students to have their own experiences of number relations in a concrete context? There are two main aspects: "The role of the hands-on material and its interpretation" and "The role of the students‘ interaction"
central carbohydrate metabolism in Sulfolobus species
No full textDie Crenarchaea Sulfolobus solfataricus und S. acidocaldarius sind model Organismen der dritten Domäne des Lebens, der Archaea. Der Zentrale Kohlenhydrat Metabolismus (ZKM) von Sulfolobus spp. wurde in der Vergangenheit ausführlich untersucht mittels klassischer Biochemischer verfahren als auch durch moderner hoch Durchsatz Verfahren (Bsp. Proteomics, Genomics und Transcriptomics). Jedoch ist die Regulation des ZKMs in Sulfolobus spp. weitest gehend unbekannt. Wie in anderen Archaea sind in Sulfolobus die "klassischen" Kontrollpunkten, welche in Eukaryoten und Bakterien vorhanden sind, abwesend und der bisher einzige bekannte Kontrollpunkt ist die nicht phosphorylierende Glycerinaldehyd-3-phosphat Dehydrogenase (GAPN), welche durch Glukose 1-phosphat allosterisch reguliert wird.
Im Rahmen dieser Thesis wurde untersucht welchen Einfluss Protein Phosphorylierung in Sulfolobus spp. hat. In S. solfataricus wird das Phosphoproteom untersucht, von Zellen die entweder auf D-Glukose oder Trypton gezogen wurden mittels der precursor aquisition independent from ion count (PAcIFIC) Technik. Die Phosphoproteom Analyse zeigte das in S. solfataricus eine sehr hohe Anzahl an Phosphoproteinen vorhanden ist mit einer ungewöhnlichen pSer/pThr/pTyr Verteilung. Desweiteren wurde gezeigt dass die Identifizierten Phosphoproteine in allen Zellulären Prozessen involviert sind. Besonders der ZKM scheint stark reguliert zu werden durch Proteinphosphorylierung und die verwendete Kohlenstoff Quelle hat einen starken Einfluss darauf.
Ähnliche Experimente wurden auch mit S. acidocaldarius durchgeführt in Kombination mit Transcriptomics, Biochemie und Wachstums Studien um den Effekt der Protein Phosphatasen Deletion zu untersuchen. The entsprechenden Gene wurden kloniert und die rekombinanten Enzyme Biochemisch untersucht. Diese Untersuchungen zeigten das S. acidocaldarius eine Protein Phosphatase besitzt die spezifisch für pSer/Thr ist (PP2A) und eine Protein Phosphatase besitzt die eine Duale Substrat Spezifität aufweise, jedoch pTyr effizienter umsetzten kann (PTP). Die Untersuchung der Protein Phosphatase Deletionsstämme (Δsaci_ptp, Δsaci_pp2a) und des Eltern Stammes (MW001) zeigt das durch die Deletion die gesamt Anzahl an Phosphoprotein erhöht wird und auch die pSer/Thr/Tyr Verteilung beeinträchtigt wird. Ähnlich wie in S. solfataricus konnten Phosphoproteine aus allen Zellulären Prozessen identifiziert werden. Desweiteren zeigte die Phänotypische Charakterisierung der drei Stämme dass Zellen des Δsaci_pp2a Stammes eine andere Zellmorphologie besitzen und dass der Δsaci_pp2a Stamm sich wie ein Hyperbeweglicher Stamm verhält, verglichen mit MW001 und Δsaci_ptp. Die Untersuchung des Transkriptoms der drei Stämme durch RNA deep seq. zeigt das besonders Gene involviert in der Atmungskette und der Zell Bewegung reguliert sind.
Desweiteren wurden Enzyme aus dem ZKM aus beiden Sulfolobus spp. Untersucht, wie die Glukose-1-Dehydrogenase (GDH), drei Aldehyd Dehydrogenasen (ALDHs) und die Triose-3-phosphat Isomerase (TPI). Die GDH von S. acidocaldarius weist ähnliche Biochemische Eigenschaften auf wie ihr Homolog aus S. solfataricus, sie besitzt eine breite Substrate Spezifität und kann sowohl NAD+ als auch NADP+ als Cosubstrate verwenden. Ihr physiologisches Cosubstrat ist NADP+ und das physiologische Substrat ist D-Xylose. Beide GDHs wurden als Phosphoproteine identifiziert mit einer konservierten Phosphorylierungsstelle, deren Einfluss bisher jedoch unbekannt ist.
Die Untersuchung der ALDH Superfamilie aus S. solfataricus zeigte das SSO1218 eine Methylmalonat Semialdehyd Dehydrogenase ist, welche involviert ist im Abbau von Verzweigten Aminosäuren. Wohin gegen SSO1629 und SSO1842 Succinat Semialdehyd Dehydrogenase (SSADH) Isoenzyme sind. Beide haben sehr ähnliche Eigenschaften und sind für den γ-Aminobutyrat Metabolismus, Polyamin Metabolismus und den Stickstoff Metabolismus von Bedeutung.
Die Biochemische Untersung der TPI von S. solfataricus zeigt das dieses Enzym sowohl in der Glykolyse als auch der Glukoneogenese aktiv ist, jedoch eine höhere Aktivität für die Glukoneogenetische Reaktion hat. Desweiteren ist diese TPI die erste Archaeale TPI die durch 3-Phosphoglycerat und Phosphoenolpyruvat Inhibiert wird.
Manche der Untersuchten Enzyme (SSO1842, Saci_1079) wurden als Phosphoproteine Identifiziert und zukünftige Studien werden sich mit der Untersuchung der Phosphorylierung befassen um die verantwortlichen Signal Transduktions Kaskaden zu identifizieren.The Crenarchaea Sulfolobus solfataricus and S. acidocaldarius are among the best investigated Archaea and are well established as thermoacidophilic model organisms. The central carbohydrate metabolism (CCM) of Sulfolobus species has been well studied using classical biochemical and modern high throughput approaches such as genomics, proteomics and transcriptomics. However, the regulation of the CCM is still far from being understood. Like other archaea, Sulfolobus species lack the “classical” control points known from their eukaryotic or bacterial brethren and the only well established control point is the non-phosphorylating glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, which is activated at low levels of the metabolite glucose 1-phosphate. Furthermore, the complexity of the CCM in Sulfolobus species as well as other Archaea is still unsolved and there are often several paralogs in the archaeal genomes with unknown function.
In the first part of this thesis the impact of regulation by post translational modifications via reversible protein phosphorylation was analyzed in S. solfataricus and S. acidocaldarius. Crenarchaea like Sulfolobus species lack bacterial type one/two-component systems (phosphorylation on His and Asp) but rely on eukaryal like protein phosphorylation on Ser, Thr and Tyr. In S. solfataricus we investigated how the offered carbon source glucose (glycolytic growth) or tryptone (gluconeogenic growth) alter the global phosphorylation pattern. Analysis by precursor aquisition independent from ion count (PAcIFIC) revealed a high number of p-proteins (540) with a so far unique enrichment for p-Tyr (>50%) compared to previous studies in all three domains of life (Table 1). Furthermore, p-proteins were detected in all functional categories indicating a major impact on all cellular processes. In response to the carbon source dramatic changes in the phosphorylation pattern were observed. In the CCM especially proteins at the beginning of various sugar degradation pathways and gluconeogenic EMP and TCA and at branching points to other metabolic routs were targeted by protein phosphorylation.
In S. acidocaldarius we used a similar experimental approach which combined transcriptomics, biochemistry and growth studies to investigate the effect of deletion of the two protein phosphatases. The respective genes of the putative protein phosphatases were cloned and the recombinant enzymes in regard to their substrate specificity investigated. The catalytic subunit of the protein Ser/Thr phosphatase (PP2Ac) resembles their eukaryotic counterparts and was inhibited by okadaic acid and requires Mn2+-ions for catalytic activity and showed strict activity towards p-Ser/p-Thr peptides. Whereas the protein tyrosine phosphatase (PTP) revealed dual substrate specificity with p-Tyr and p-Thr peptides. The phenotypic characterization of the three strains (MW001, Δsaci_pp2a, Δsaci_ptp) revealed that the parant strain MW001 and Δsaci_ptp resembled each other, where as the Δsaci_pp2a strain showed a differences in growth and cell size variation. The number of p-proteins in the background strain MW001 was lower (69) compared to S. solfataricus, but similar to that reported for other prokaryotic and eukaryotic organisms (Table 1). According to the expectation the number of p-proteins was increased in the two phosphatase deletion strains (Δsaci_pp2a (143), Δsaci_ptp (407)) and comparable to the number determined in S. solfataricus. However, the deletion of the two protein phosphatases not only resulted in an increase of p-proteins, the whole phosphorylation pattern was significant changed. The combination of the three data sets revealed that similar to S. solfataricus all cellular processes are targeted by protein phosphorylation. Furthermore, the investigation of the transcriptome, via RNA deep sequencing analysis, revealed a major impact on the transcription of genes of the respiratory chain as well as genes involved in cell motility (e.g. archaellum). These results were further supported by the identification of respective p-proteins and by the finding that the Δsaci_pp2a strain showed a different motility behavior compared to the strains MW001 and Δsaci_ptp. The CCM showed also a complete different phosphorylation pattern in MW001 compared to the two deletion strains. Especially enzymes of the tricarboxylic acid cycle as well as enzymes located at branching points (e.g. amino acid metabolism) seem to be targeted by protein phosphorylation in the Δsaci_pp2a strain.
The high amount of p-Tyr detected in both Sulfolobus species let suggest that phosphorylation on Tyr is a crenarchaeal feature. The high growth temperature seems not to be the main reason of the high p-Tyr amount since only a low amount of p-Tyr was identified in the thermophilic gram-negative bacterium Thermus thermophilus (grown at 70°C, 10% p-Tyr). Also in the Euryarchaeota Halobacterium salinarium only one phosphorylation site on Tyr was identified, which excluds that this is a typical archaeal feature. However, compared to Sulfolobus species, T. thermophilus and H. salinarium also possess His kinases, which might provide alternative possibilities to regulate cellular functions by reversible protein phosphorylation. Therefore, suggesting that the high amount of p-Tyr is a typical feature of the crenarchaeal Sulfolobus species.
The second part of this thesis focused on unraveling the complexity and regulation of the CCM in Sulfolobus species. From S. solfataricus were the triose-3-phosphate isomerase (TPI) and members of the aldehyde dehydrogenase super family characterized and from S. acidocaldarius the putative glucose-1-dehydrogenase (GDH). To unravel the function of the S. solfataricus TPI in gluconeogenesis kinetic parameters for both triose-3-phosphates glyceraldehydes-3-phosphate and dihydroxyacetone-3-phosphate were determined. The determined catalytic efficiencies were rather small compared to previously characterized archaeal TPIs. The reason is still unclear and we expect further insight from the available crystal structure. The S. solfataricus TPI showed inhibition by phosphoenolpyruvate and 3-phosphoglycerate which was not reported for any archaeal TPI so far but is well established for eukaryotic TPIs.
For the two so far uncharacterized members of the aldehyde dehydrogenase super family succinic semialdehyde dehydrogenase activity was demonstrated (SSO1629, SSO1842) and a major role in polyamine and γ-aminobutyric acid metabolism was proposed based on bioinformatic analysis. For SSO1218 methylmalonate semialdehyde dehydrogenase activity demonstrated and a role in the degradation of branched amino acids was proposed.
The characterization of the GDH from S. acidocaldarius (Saci_1079), one of the 12 of the medium-chain alcohol/polyol dehydrogenase/reductase branch of the pyridine nucleotide-dependent alcohol/polyol/sugar dehydrogenase superfamily in S. acidocaldarius, revealed that this enzyme exhibits broad substrate specificity a broad range of different sugars and might play an important role not only in D-glucose, but also in D-xylose, D-galactose and D-fucose degradation. The enzyme shows highest similarity to GDH-1 (SSO3003) of S. solfataricus and resembles the enzyme in respect to its broad substrate specificity, kinetic parameters as well as structural features.
Notably, some of the enzymes (e.g. SSO1842, Saci_1079) have been identified as p-proteins and future studies aim to unravel the impact of phosphorylation on enzyme function in order to resolve the respective signal transduction pathways
Bestimmung von prioritären organischen Substanzen in schwebstoffhaltigen Oberflächenwasser mittels Festphasenextraktionsscheiben
No full textDie europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL, Direktive 2000/60/EG) fordert eine intensive Überwachung von Oberflächengewässer auf die in der Direktive 2008/105/EG genannten prioritären und prioritär gefährlichen Stoffe. Vieler dieser Substanzen können wegen ihres hydrophoben Charakters stark an Schwebstoffen (SPM) sorbieren. Daher muss die sogenannte Gesamtwasserprobe, also die Wasserprobe einschließlich der darin befindlichen Feststoffe, untersucht werden. Die üblicherweise verwendeten Probenvorbereitungsverfahren, wie etwa die flüssig-flüssig Extraktion (LLE) oder die Festphasenextraktion (SPE), werden durch die Bildung von Emulsionen, unzureichende Extraktion der partikelgebundenen Analyten oder Verstopfungen auf Grund der SPM gestört. Folglich werden SPM und Wasserprobe häufig voneinander getrennt, z.B. durch Filtration, und separat analysiert. Dieser Ansatz ist mit einem hohen Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden. Eine Alternative können Festphasenextraktionsscheiben (SPE disk) sein. Sie besitzen einen größeren Durchmesser als SPE Kartuschen und neigen daher seltener zu Verstopfungen. Dadurch kann eine Extraktion der Gesamtwasserprobe in einem einzigen Verfahrensschritt ermöglicht werden.
Nach erstmaliger ausführlicher Untersuchung des Auftretens von residualem Wasser und seinen Auswirkungen auf die Festphasenextraktion mit SPE disks, um analytische Störungen zu reduzieren, wurde eine Multikomponentenmethode zur Spurenanalyse von 54 organischen Xenobiotika in Oberflächenwasser mittels SPE disk/Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) unter Berücksichtigung der WRRL und ihrer Folgerichtlinien entwickelt und validiert. Das entwickelte Verfahren ermöglicht die Bestimmung von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), polychlorierten Biphenylen (PCB), polybromierten Diphenylethern (PBDE), Organochlorpestiziden (OCP) und anderen Pestiziden in 1 L Wasser mit SPM-Gehalten von bis zu 1000 mg/Probe. Dazu wurde die SPE disk Methode mit zwei GC-MS Methoden kombiniert, die sich nur in ihren Injektionsmodi unterscheiden, um einen großen Konzentrationsbereich abzudecken. Der große Konzentrationsbereich ist auf die große Anzahl der untersuchten Analyten und den anvisierten Bestimmungsgrenzen (BG), welche mit den Werten der Umweltqualitätsnorm (UQN) verbunden sind, zurückzuführen. Die Jahresdurchschnittswerte der UQN für die untersuchten Analyten in Oberflächenwasser liegen zwischen 0,0005 und 2,4 µg/L. Die erreichten BG von bis zu 0,1 ng/L (S/N = 6:1) sind niedriger als die vieler in der Literatur beschriebener Methoden und erstmalig wurde eine mit SPE disk gekoppelte Large Volume Injektion/GC-MS Methode validiert. Die Gesamtanalysenzeit beträgt ca. 2,5 h/Probe, einschließlich beider GC-MS Methoden. Für 85 % der untersuchten Analyten können alle Anforderungen der WRRL mit der beschriebenen SPE disk/GC-MS Prozedur erfüllt werden. Eine Verbesserung der Bestimmungsgrenze kann in Zukunft zum Beispiel durch die Erhöhung des Probenvolumens, um 2 L oder mehr, oder durch die Verwendung sensitiverer Detektionsmethoden wie der GC-MS/MS, erreicht werden.The European Water Framework Directive (WFD, Directive 2000/60/EC) requires an extensive monitoring of surface water on priority and priority hazardous substances mentioned in Directive 2008/105/EC. Many of these substances can sorb strongly on suspended particulate matter (SPM) due to their hydrophobic character. Therefore, the so called whole water sample, the water sample including solid matter, has to be investigated. The usually used sample preparation methods, such as liquid-liquid extraction (LLE) or solid phase extraction (SPE), are affected by SPM by the formation of emulsions, insufficient extraction of particle-bound analytes or plugging. Consequently, SPM and water sample are often separated, e.g., by filtration, and analysed separately. This approach is associated with a high expenditure of time and work. An alternative may be the use of SPE disks. They have an enhanced diameter compared to SPE cartridges and therefore tend less to plugging. Therefore, an extraction of the whole water sample may become possible in one step.
After a first extensive investigation of the occurrence of residual water and its effects in disk SPE to reduce analytical interferences, a multi-component trace analysis of 54 organic xenobiotics in surface water by SPE disk/gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was developed and validated considering the requirements of the WFD and its following directives. The developed procedure allows the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), organochlorine pesticides (OCPs) and other pesticides in 1 L water containing up to 1000 mg SPM/sample. The SPE disk sample preparation is combined with two GC-MS methods, differing only in their injection modes to cover a large concentration range. This large concentration range is due to the high number of investigated analytes and the targeted limits of quantification (LOQs), which are associated with the environmental quality standard (EQS) values. The annual average - EQS values in surface water are between 0.0005 and 2.4 µg/L for the investigated analytes. The reached LOQs up to 0.1 ng/L (S/N = 6:1) are lower compared to numerous methods described in literature and for the first time a SPE disk method coupled to large volume injection/GC-MS method was validated. The overall processing time is about 2.5 h/sample, including both GC-MS methods. For 85 % of the investigated analytes all requirements of WFD were fulfilled by the described SPE disk/GC-MS procedure. In future an improvement of the LOQs could be achieved for example by the increase of the sample volume of 2 L or more or by the use of more sensitive detection methods such as GC-MS/MS
Der Einfluss von Handlungsmöglichkeiten auf den Wissenserwerb bei der Durchführung technischer Experimente
No full textThis thesis is about the comparison between a technical experiment, which learners can a) conduct themselves (hands-on experiment), b) the observation of actions resulting from the technical experiments (demonstration experiment) or c) the reading of a description concerning all actions being necessary to perform technical experiments. The reported study follows a pre-post-test-design. The variable, on which it usually depends on is the gain of knowledge, especially the gain of declarative and procedural knowledge. Results of the study showed that declarative and procedural knowledge were empirically separable. When groups were compared, significant advantages arose in the development of declarative and procedural knowledge with small to medium effect-sizes towards the group a). Contrary to the expectations, the comparison of the groups b) and c) showed no significant differences, as far as their declarative or procedural knowledge is concerned.Im Zentrum dieser Arbeit steht der Vergleich eines technischen Experiments und das dadurch erworbene Wissen, welches im allgemeinbildenden Technikunterricht als Schüler-, Demonstrationsexperiment und lesend bearbeitet wurde. In der als Vor-Nachtest-Design angelegten Studie zeigte sich, dass deklaratives und prozedurales Wissen empirisch trennbare Wissensdimensionen darstellen. Im Schülerexperiment konnte mit einer kleinen bis mittleren Effektstärke überzufällig mehr deklaratives und prozedurales Wissen erworben werden als durch das Demonstrationsexperiment. Ein Vergleich des Demonstrationsexperiments mit dem lesenden Bearbeiten des Experiments ergab keine signifikanten Unterschiede. Zurückzuführen sind die partiell vorhandenen Unterschiede des erworbenen Wissens, dank der hohen internen Validität der Untersuchung, auf die unterschiedlichen Handlungsmöglichkeiten während der Bearbeitung des technischen Experiments. Damit konnte erstmals der in technikdidaktischer Literatur postulierte Einfluss der Handlungsmöglichkeiten auf den Wissenserwerb z.T. empirisch nachgewiesen werden
Identification of genes which modify cancer risk in a sex-specific manner
No full textCancer, one of the leading causes of death world wide, frequently exhibits a marked sex preference with respect of incidence, course of disease and survival time. The development of malignant tumors is determined by exogenic factors as well as risk modifying gene variants. The specific causes of cancers and of their sex preference are mostly unknown. The identification of tumor risk modifying gene variants is an essential prerequisite for the development of efficient prevention measures and curative therapies on the long run. Importantly, in contrast to tumor suppressor genes cancer risk modifying gene variants are not necessarily expressed in the tissue the tumor arises from, but also can act systemically.
Inbred rodent models are particularly suitable for the analysis of the genetic basis of tumor susceptibility and resistance, respectively, since these animals are genetically identical and can be maintained under standardized living conditions.
After application of ethylnitrosourea (ENU) on postnatal day 1, BDIX rats develop malignant tumors of the peripheral nervous system with an incidence of > 85 %, arising from Neu/Erbb2 mutated premalignant Schwann cells in the trigeminal nerves. In MPNST resistant BDIV rats, the premalignant cells are eliminated under the participation of the immune system, thereby preventing tumor development. Genome wide association analyses using ENU-treated segregating crosses of BDIX and BDIV rats identified seven autosomal loci controlling tumor risk in an allele- and sex-specific manner. Homozygous BDIV alleles at the locus Mss4 on chromosome 6 mediated tumor resistance in female (BDIV x BDIX) F2 rats. The effect of the locus was confirmed by ENU application to congenic BDIX.BDIV-Mss4a rats. This strain carries BDIV alleles exclusively in the telomeric 60 % of the tumor resistance haplotype, which was previously identified in the F2 generation.
This dissertation included fine mapping of the Mss4 locus originally spanning 20 Mb to approximately 1.1 Mb by exposing three additional congenic and subcongenic rat strains, carrying BDIV alleles in different segments of the tumor resistance haplotype, to ENU and subsequently analyzing their tumor incidences and survival times. The fine mapped Mss4 interval comprised 15 positional candidate genes. Comparative sequencing of protein coding and regulatory portions of the candidate genes in BDIX and BDIV rats, transcriptional analyses in the trigeminal nerves and functional information were used to prioritize candidate genes with respect to their potential relevance for the sex-specific tumor risk.
Gpx2, encoding glutathione peroxidase 2, has been associated with resistance towards tumor initiation repeatedly, and therefore represented a particularly interesting candidate gene. However the trigeminal nerves of the parental as well as of the (sub)congenic rat strains did not unequivocally express Gpx2 protein. However, an invasion of Gpx2 expressing mast cells in the trigeminal nerves of ENU-exposed BDIX and BDIV rats could be noticed. Notably peritoneal BDIV mast cells expressed Gpx2 to a higher extent than BDIX mast cells.
The Esr2 gene encodes the estrogen receptor beta. While in congenic strains each BDIV insert mediated tumor resistance to a similar degree, only the Mss4a fragment mediated a sex-specific effect. In contrast to the Mss4c and Mss4d fragments, it covers the telomeric third of the tumor resistance haplotype which might contain the BDIV variant of a cofactor of Esr2. The Med6 gene constitutes an interesting functional and positional candidate, the BDIV allele of which might interact with Esr2 to mediate the sex preference of MPNST development by inducing a sex biased regulation of gene expression in trigeminal nerves
Expression of the enzyme for synthesis and degradation of catecholamines in immune cells
No full textErstmals wurde in dieser Arbeit die konstitutive Expression der katecholaminsynthetisierenden und degradierenden Enzyme gezeigt und die Expression miteinander verglichen. Die Expressionsvergleiche
der Enzyme in den Leukozyten und ihren Subpopulationen lassen aufgrund der höheren Expression der degradierenden Enzyme auf eine Beteiligung der Milzleukozyten an der Degradierung von Katecholaminen vermuten, wobei der Weg des Abbaus vorrangig über COMT zu verlaufen scheint. Eine in vitro T-Zellaktivierung mit dem TCR-Liganden anti-CD3 mAK führte bei Leukozyten zu einem transienten Anstieg der Expression der degradierenden Enzyme, was von einer Reduktion der Noradrenalinkonzentration in den Leukozyten begleitet war. Die Zunahme der Enzymexpression durch die T-Zellaktivierung konnte nicht nur bei murinen T-Lymphozyten und Leukozyten beobachtet werden, sondern darüber hinaus auch bei humanen TLymphozyten. Damit ist sie unabhängig von der untersuchten Spezies. Der Effekt eines Expressionsanstieges, der durch anti-CD3 mAK induziert wurde, konnte durch eine selektive Calcineurininhibition konzentrationsabhängig supprimiert werden. Somit ergibt sich ein möglicher Zusammenhang zwischen dem TCR-Signalweg und der Expression der degradierenden
Enzyme. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die in-vitro-Daten auf ein Friend Virus-Infektionsmodell in vivo übertragen. Die in-vivo-Infektion von Mäusen mit dem FV führte ebenfalls zu einem Anstieg der Expression der degradierenden Enzyme, welche wiederum mit der Abnahme der
Noradrenalinkonzentration im Milzgewebe einherging Die Deinnervation der lymphatischen Organe (Sympathektomie) und die dadurch bedingte
Depletion des Noradrenalins in den FV-infizierten Mäusen bewirkte eine Zunahme der Splenomegalie und der Viruslast. Die Noradrenalinkonzentration wurde durch die FV-Infektion in
den sympathektomierten Mäusen weiter reduziert, während die Expression der synthetisierenden und degradierenden Enzyme zunahm. Auf immunologische Parameter wie Expansion der Tregs oder die Anzahl an zytokinproduzierenden T-Zellen hatte die FV-Infektion in den sympathektomierten Tieren keinen Einfluss.Previously people expected that catecholamines were exclusively synthesized by neuronal and neuroendocrine cells. However, recent studies point out that immune cells can also synthesize, release and degrade catecholamines. Up to know just a few pieces of information are known about the role of immune cells with regard to the release of catecholamines. It is unclear however, whether and what extent murine splenic leukocytes and there subpopulations consituvely express the mRNA of the key enzymes involved in catecholamine synthesis and degradation, how an immune cell activation affected the expression of the enzymes and the release of noradrenaline by leukocytes and finally whether how influences and retroviral infection the enzyme expression.
In summary, these data provide constitutive expression of the enzymes involved in catecholamine synthesis and degradation in leukocytes and there subpopulations. A comparison of the different enzymes indicated a higher expression of the degrading enzymes (COMT). The data provides an indication of the fact leukocytes and there subpopulation are mainly involved in the degradation of catecholamines. Afterwards an in vitro T cell stimulation induced an increase in the expression of degrading enzymes as well as a decrease of noradrenalin level in leukocytes. The data provides an indication of the fact that T cell stimulation and TCR pathway have a strong effect on RNA expression of degrading enzymes. Furthermore the results from splenic murine T cell were able to be transmitted on human circulating T cells. More importantly however, an increasing effect of T cell stimulation on the enzyme expression was suppressed by selective Calcineurin inhibition. So there might be correlation between the TCR signalling pathway and the expression of the degrading enzymes. The second part of this dissertation dealt with an in vivo infection model. To determine the transferability of the in vitro results on an in vivo infection model the Friend Virus model was used. The results of the experiment were a reduction of noradrenalin level in the spleen and an increase of degraded enzymes in FV-infected mice. Furthermore the course of a Friend Virus infection was influenced by denervation of adrenergic nerve fibers. This was reflected in the amount of infected cells and spleen weight in FV-infected sympathecotomy mice. The noradrenaline concentration was further decreased in this animals, whereas expression of the enzymes increased. On immune parameter in FV-infected mice, like Tregs expansion or numbers of cytokine producing T cells the sympathicotomy has no effect.
Together these data demonstrate that leukocytes expression the key enzyme for the syntheses and degradation of catecholamines and the expression can be modulated by t cell stimulation
The Implementation and Analysis of a Tendon-Based-Stewart-Gough-Platform (SGP) for an Automated Storage and Retrieval System for Mini-Load
No full textEine Umsetzung und Analyse einer Seilgetriebenen Stewart-Plattform als Teil eines Automatisierten Regalbediengerätes für Automatische Kleinteilelager
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung aller Aspekte und Rahmenbedingungen bei der Ent-wicklung des SGP-Regalbediengeräts, sodass dieses am Ende problemlos in die innerbe-trieblichen Materialflusssysteme integriert werden kann. Von dem SGP-Regalbediengerät werden hohe Anforderungen wie hohe Durchsatzleistung und hohe Dynamik, Reduzierung der zu bewegenden Massen, hohe Energieeffizienz, Umweltschutz, hohe Wirtschaftlichkeit, Preisreduzierung im Unterschied zum anderen Konkurrenten etc. erwartet. Eine weitere Her-ausforderung ist, dass das SGP-Regalbediengerät auf einer neuartigen Technik beruht, die noch nie im Logistikbereich eingesetzt wurde, sondern bis jetzt nur im Robotikbereich ange-wendet wurde.
Im Rahmen dieser Arbeit werden ausschließlich automatische Kleinteilelager (AKL) betrach-tet. Das AKL ist ein häufig in der Lager- und Kommissioniertechnik eingesetztes System. Das Regalbediengerät ist ein zentrales Element des AKLs.
Die aktuellen Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Regalbediengeräte konzentrieren sich im Wesentlichen auf die Verbesserung der bestehenden Komponenten. Untersucht wird der Einsatz neuer Werkstoffe für Teilbereiche der Regalbediengeräte und die Nutzung von ener-gieeffizienten Betriebsverfahren. Die dabei zu erreichenden Leistungen sind an die Grenzen der Technik gestoßen.
Das SGP-Regalbediengerät beruht dagegen auf einer neuartigen Technik, die bis jetzt nicht im Logistikbereich eingesetzt wurde. Dabei wird das klassische Regalbediengerät durch eine Plattform, die an acht vorgespannten Seilen befestigt ist, ersetzt. Die Plattform wird mithilfe von acht Motoren, die unter Einsatz modernster Regelungsverfahren computergesteuert werden, bewegt. Dieser einfache Aufbau führt dazu, dass besonders niedrige Massen bewegt werden müssen. Außerdem werden Kunstfaserseile, die ein Vielfaches leichter als die konventionellen Stahlseile sind, verwendet. Dies führt dazu, dass die bereitgestellte Antriebs-leistung weitgehend für die Bewegung der Nutzlast genutzt wird.
Mithilfe des Stewart-Gough-Plattform Regalbediengeräts werden höhere Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und infolgedessen höhere Umschlagsleistungen erreicht. Außerdem spielt die Energieeffizienz und die zu bewegenden Masse eine große Rolle bei ihrer Entwicklung.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Marktanalyse durchgeführt. Sowohl die Bedürfnisse eines Marktes als auch die Kompetenzen des Unternehmens sind jedoch dynamisch. Durch diese Marktanalyse werden die Kundenbedürfnisse, Kundennutzen und Ein-kaufsvolumina ermittelt. Im Rahmen der Marktanalyse werden sowohl sechs konventio-nelle, als auch andere Arten von Regalbediengeräten vorgestellt und mit dem SGP-RBG verglichen. Die Anzahl der gelieferten Regalbediengeräte wird in Deutschland und international analysiert. Schließlich werden die Umschlagsleistungen des SGP-RBGs berechnet und mit sechs anderen Konkurrenten verglichen. Dabei werden sowohl Einzelspiel- als auch Doppelspielzeiten für verschiedene Lagerabmessungen berechnet. Danach wird die Entwicklung des Systemsaufbaus im Laufe der Zeit näher erläutert. Hierbei werden auch die Systemkomponenten näher beschrieben.The warehouse plays an important connecting role in the logistics network inside the company and between the various processes within the company. Its major role is to maintain a constant supply of the products, maintenance of products for a specific time period and control the supply requirement, the consumer requirement and the demand of the situation. Hence, a methodology to improve the efficiency of a new design of the Automated Storage/Retrieval System to increase the throughput performance of the system is strictly required.
Until now, all efforts to design Automated Storage and Retrieval Systems AS/RS have been carried out with Storage/Retrieval (S/R) machines. These have disadvantages of high investment value and restricted use due to the inflexibility of the physical layout. However, little attention has been paid so far to making use of the principles of the Stewart-Gough-Platform SGP on AS/RS.
To construct new designs, we set up a system under the name SGP-AS/RS. This system has attractive features such as high performance and scalability. An SGP is a kind of cable-driven platform with parallel manipulators using an octahedral assembly of struts which has six degrees of freedom (x,y and z).
Additionally, another analysis, which can help to obtain a methodology for estimating the single command and dual command cycle time of the SGP-AS/RS, is based on some assumptions. The resultant methodology depends on some parameter values, like dimensions of storage racks, location of the (I/O) points, maximum velocity consideration and acceleration/deceleration rate changes. These could also be used in future for selecting the right kind of (S/R) machine for this system. This tool was integrated with the main design tool, hence one could automatically evaluate the mid and maximum, single and dual command cycle time for the newly designed SGP-AS/RS.
An integrated storage system containing 5000 rack Bays has been presented, as well as the performance calculations of SGP-AS/RS with comparable storage and retrieval systems. At the same time, specified constraints were carried out. These calculations are based on the projected performance of the SGP-AS/RS. In contrast, the performance of comparable storage and retrieval systems are specified by the manufacturer.
Finally, the results of the designed SGP-AS/RS system are presented at the end of the dissertation, highlighting the important design parameters and the expected throughput from the system
Reference model for learning and educational methods for e-learning, knowledgemanagement and competencemanagement
No full textIn dieser Arbeit wurden Methoden aus den Bereichen E-Learning und Wissensmanagement anhand des Referenzmodells nach didaktischen Anforderungen, Wissens- und Managementprozessen kategorisiert, so dass sie sich für einen didaktischen Einsatz in Schule, Lehre, Aus- und Weiterbildung und zum persönlichen Wissensmanagement eignen. Des Weiteren wurden jeder Lehr-, Lern- und Wissensmethode spezifische Kompetenzen von Lehrenden und Lernenden zugeordnet, die bei Lernenden während der Anwendung dieser Methode entstehen können und beim Lehrenden zur erfolgreichen Anwendung vorhanden sein sollten. Die Herausforderung dieser Arbeit bestand somit auch darin, alle Komponenten von gezielten Lehr-, Lern- und Wissensprozessen und dem Aufbau von Kompetenzen in einem Referenzmodell für Bildungsmethoden zu berücksichtigen. Anhand des entwickelten Anwendungsmodells wird schließlich jede einzelne Methode beschrieben und kann im konkreten Einsatz auf ihre Tauglichkeit überprüft werden