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Der Beitrag von Verfassungsgerichten zur demokratischen Qualität von Wahlen in Sub-Sahara Afrika: Eine vergleichende Studie zu Madagaskar und Senegal
Get PDFThis thesis is the first comparative study on the role of African constitutional courts in elections. Approximately 20 African countries have introduced such courts during the course of the third wave of democratisation. While it is a widespread scholarly assumption that constitutional courts are beneficial for democracy, studies on the actual democratic repercussions of these courts are rare. Moreover, we know little at present about the nature of African constitutional courts and their role in processes of democratisation. This thesis takes specifically the field of electoral disputes as an example by which to examine the influence of constitutional courts on democracy. Elections are a core feature of democracy, and therefore particularly pertinent for studying constitutional courts’ repercussions on it. This approach is furthermore innovative because scholars of electoral integrity have recognised the importance of courts for democratic elections. Yet, theoretical and empirical works that examine this relationship in more detail are currently only pending.
To begin to answer the question of how constitutional courts contribute to the democratic quality of elections in African electoral democracies, the constitutional courts of Madagascar and Senegal are examined in a structured, focused comparison. For this purpose, the study develops a novel theoretical framework that captures how constitutional court behaviour is linked, through their functional, ambiguous or dysfunctional interventions, to the democratic quality of elections. As a theoretical innovation, the thesis combines the concept of the “democratic quality of elections” with that of the “electoral cycle” in disentangling how the three democratic qualities of elections – participation, competition and legitimacy – are at stake throughout the six steps of the electoral cycle. For this thesis, an original dataset of 274 constitutional court interventions was compiled during field research stays in Madagascar and in Senegal. The analysis of these interventions was embedded in data from 78 interviews conducted with constitutional court judges, legal experts and politicians, as well as from secondary sources such as legal comments and election observation reports.
The analysis revealed that in both countries all three qualities of democratic elections were subject to constraints during the periods of observation. Focusing on the courts’ major decisions, it was observed that both courts responded to the existing constraints on competition and legitimacy with predominantly dysfunctional interventions. The interventions of the Madagascan High Constitutional Court had, however, more serious repercussions on the democratic quality of elections, which was reflected in the 2009 breakdown of the democratic regime. The discussion of the results against the backdrop of prominent theories of court behaviour shows that the appointment rules and practices in place hampered in both countries the emergence of independent constitutional courts. Furthermore, both courts lacked public support and did not strategically build up a support base – which made them more vulnerable to political pressure. Moreover, the study showed that the relationship between the rule of law and elections is inextricable intertwined. However, this inextricability ultimately leads to a stagnating process in which courts impede electoral integrity and whereby contentious elections undermine assertive judicial decision making.Diese Dissertation ist die erste vergleichende Studie über die Rolle von afrikanischen Verfassungsgerichten bei Wahlen. Etwa zwanzig afrikanische Staaten haben im Zuge der dritten Welle der Demokratisierung Verfassungsgerichte eingeführt. Obwohl die Annahme weit verbreitet ist, dass Verfassungsgerichte einen demokratieförderlichen Einfluss auf politische Regime haben, gibt es kaum Studien zu den tatsächlichen Auswirkungen von Verfassungsgerichten auf die Demokratie. Außerdem fehlen Erkenntnisse über die Entwicklung afrikanischer Verfassungsgerichte und ihre Rolle in Demokratisierungsprozessen. Diese Studie untersucht den Einfluss von Verfassungsgerichten auf die Demokratie am Beispiel von Wahlklagen. Wahlen sind ein Kernelement von Demokratie und eignen sich daher besonders für diese Fragestellung. Damit leistet die Arbeit auch einen Beitrag zum Forschungsfeld der fairen Wahlen. In diesem Gebiet wurde die Bedeutung von Gerichten für demokratische Wahlen erkannt, aber der genaue Zusammenhang zwischen diesen beiden ist bisher weder theoretisch noch empirisch wenig erforscht.
In dieser Dissertation werden die Verfassungsgerichte Madagaskars und Senegals mit Hilfe eines strukturiert-fokussiertem Vergleichs analysiert. Die Untersuchung ist durch die Fragestellung, wie Verfassungsgerichte zur demokratischen Qualität von Wahlen beitragen, geleitet. Ein für diese Dissertation neuentwickeltes Analyseraster erlaubt die Unterscheidung von funktionalen, ambivalenten und dysfunktionalen Einflüssen der Verfassungsgerichte auf die demokratische Qualität von Wahlen. Zudem wird das Konzept der demokratischen Qualität von Wahlen mit dem des Wahlzyklus‘ auf innovative Weise verbunden. Dadurch kann genau ausdifferenziert werden, welche der drei demokratischen Qualitäten von Wahlen (Partizipation, Wettbewerb und Legitimität) in welcher Weise für die sechs Schritte des Wahlzyklus relevant sind. Für die empirische Untersuchung wurde auf Grundlage von Feldforschungsdaten ein neuartiger Datensatz mit 274 Verfassungsgerichtsinterventionen erstellt. Die Analyse wurde mit Daten aus 78 Interviews mit Verfassungsrichtern, Juristen und Politikern sowie mit Sekundärquellen wie juristischen Kommentaren oder Wahlberichten ergänzt.
Die Untersuchung zeigt, dass in beiden Ländern die drei demokratischen Qualitäten von Wahlen während des Untersuchungszeitraums behindert wurden. Die Analyse der Hauptinterventionen hat ergeben, dass die Verfassungsgerichte auf die Behinderungen von Wettbewerb und Legitimität mit hauptsächlich dysfunktionalen Interventionen reagiert haben. Die Interventionen des madagassischen Verfassungsgerichts hatten jedoch schwerwiegendere Auswirkungen auf die demokratische Qualität von Wahlen, was am Zusammenbruch der madagassischen Demokratie im Jahr 2009 deutlich wird.
Die Diskussion der Ergebnisse im Licht prominenter Theorien zum Verhalten von Gerichten zeigt, dass die Ernennungsregeln für Verfassungsrichter sowie die Art und Weise, wie diese angewendet werden, das Entstehen von unabhängigen Verfassungsgerichten in beiden Ländern erschwert haben. Darüber hinaus verfügen die Gerichte über keine gesellschaftliche Unterstützung und sind daher verletzlicher gegenüber politischer Einflussnahme. Dies liegt auch daran, dass die Gerichte keine strategischen Bemühungen unternommen haben, um gesellschaftliches Vertrauen aufzubauen. Außerdem zeigt die Dissertation, dass Rechtsstaatlichkeit und Wahlen untrennbar miteinander verbunden sind. Diese enge Verflechtung führt zu einem stagnierenden Prozess, in dem Gerichte faire Wahlen erschweren und umstrittene Wahlen wiederum die Entwicklung einer unabhängigen Rechtsprechung hemmen
Driftröhrenionenmobilitätsspektrometrie laser-induzierte Fluoreszenzdetektion
Get PDFThe coupling of ion mobility spectrometry (IMS) and laser-induced fluorescence spectroscopy (LIF) at atmospheric pressure was realized in this work. The construction of a module based drift tube enabled the use of different ionization techniques, as well as the implementation of a laser induced fluorescence detection system and a Faraday plate detector. With the analysis of the ionized dye Rhodamine 6G the system was characterized. For this, a “homemade” electrospray ionization source was used as ion source. At a distance of approximately 9 mm from the ESI tip to the drift tube entrance, a high desolvation rate of gaseous Rhodamine 6G was observed. The length
of the drift tube was 3.2 cm. The drift time resolved laser induced fluorescence analysis of ions at ambient conditions on the example of dye Rhodamine 6G was investigated in a simplified IMS
drift cell of open design.
Continuous wave radiation at a wavelength of 447 nm and 462 nm was used for excitation. The maxima of the fluorescence were observed at λ = 505 nm. The drift time resolved fluorescence emission was monitored by a spectrograph in combination with a gated intensified charge coupled device.
The dependencies of Rhodamine 6G fluorescence intensities (continuous ion flow) on the electric fields of both the ion gate field and the drift field were determined at the exit of the 32 mm long
drift cell. With increasing gate voltage, the signal intensity decreased. With an electrospray flow rate of 300 nL min-1 and a laser diode with 462 nm used as excitation source, a gate voltage of ≥ 50 V was required to block or deflect fluorescent ions of Rhodamine 6G in the drift cell. The increase of the fluorescence intensity was proportional to the electric field strength in the range of 510 - 638 V cm-1.
Drift time dependent (pulsed ion flow) LIF analysis was performed under optimized conditions (462 nm, ESI flow rate 300 nL min-1, gate voltage 80 V, ICCD integration time: 100 μs). The drift time spectra produced with both, the Faraday plate detector and the laser induced fluorescence detector showed the same trends. Significantly smaller FWHM were found with the LIF detector as compared to that found with the electrometer. Based on the findings of the experiments with Rhodamine 6G, the experimental setup for PAH analysis was designed and developed. A unidirectional flow, closed, heated (up to 200° C) drift iv tube (length: 16.8 cm) ion mobility spectrometer with photoionization source (VUV Kr, 10.0/10.6 eV) was implemented in a pulsed laser induced fluorescence detection system. With this setup it
was possible to investigate the dependence of the fluorescence intensity of selected PAH (continuous ion introduction) on the experimental parameters such as: PID-lamp current, ion gate
voltage, electric field strength in the drift tube.
The fluorescence intensity was dependent on the PID lamp current. The rise of both the fluorescence intensity and the continuous ion current with the increase of the PID lamp current was
observed. The simultaneous decrease of both the total ion current and the fluorescence intensity with the increase of the ion gate voltage was monitored. The generated by photoionization ions could be transported through the drift region and detected with the laser induced fluorescence monitoring system. The LIF signal intensities increased proportional to the drift field strength in the range of 157 – 265 V cm-1
Klassische Konditionierung immunologischer Funktionen bei nierentransplantierten Patienten und die Mechanismen der β2-Adrenozeptor-vermittelten Inhibition der IL-2-Produktion in humanen CD4+ T-Zellen
Get PDFDie klassische Konditionierung immunsuppressiver Effekte ist ein eindrucksvolles Beispiel für die bidirektionale Kommunikation zwischen Nerven- und Immunsystem. In tierexperimentellen Studien konnten bereits die Mechanismen und die potentielle klinische Relevanz der Konditionierung von T-Zellfunktionen dokumentiert werden. Auch beim Menschen lassen sich immunsuppressive Effekte konditionieren. Dafür wurde ein Paradigma etabliert, in dem das Immunsuppressivum Cyclosporin A (CsA) als unkonditionierter Stimulus (US) mehrmals mit einem gustatorischen Reiz (konditionierter Stimulus/CS) gepaart wird. Das Ziel dieser Studien war es die potentielle klinische Relevanz dieses assoziativen Lernprozesses bei immunsupprimierten Patienten zu analysieren. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmalig ein Konditionierungsparadigma erfolgreich in eine bereits bestehende pharmakologische Behandlung mit Calcineurin (CaN)-Inhibitoren bei nierentransplantierten Patienten eingebettet. Dafür wurden die Teilnehmer (24 Männer und 6 Frauen) gebeten ihre Medikamenteneinnahmen mit einem neuartigen grünen Getränk (CS) zu kombinieren. Nach sechs Paarungen in der Akquisition, wurden in der Evokation zwischen die Einnahmen der Immunsuppressiva zwei Placeboeinnahmen integriert, die ebenfalls mit dem CS kombiniert wurden. Vor und nach der Konditionierung wurde den Patienten zu drei Zeitpunkten Blut abgenommen und die anti-CD3-induzierte IL-2- und IFN-γ-Produktion, sowie die Proliferation der CD4+ T-Zellen gemessen. Die gelernte Immunsuppression führte zu einer signifikanten Inhibition des zirkadianen Anstiegs der Proliferation von CD4+ TZellen. Des Weiteren wurden in dieser Arbeit die intrazellulären Mechanismen der Konditionierung immunsuppressiver Effekte in humanen CD4+ T-Zellen untersucht. In tierexperimentellen Studien konnte nachgewiesen werden, dass die Konditionierung des Immunsystems durch die Aktivierung des sympathischen Nervensystems und die Ausschüttung von Katecholaminen vermittelt wird. Über β-Adrenozeptoren (AR) wird der Effekt der Katecholamine an immunkompetente Zellen weitergeleitet. Aus Experimenten mit CD4+ TZellen der Ratte ist bekannt, dass die Aktivierung des β2AR auf T-Zellen über die Inhibition von CaN zur Reduktion der IL-2-Produktion führt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Stimulation des β2AR bei humanen CD4+ T-Zellen zwar ebenfalls eine dosisabhängige Inhibition der IL-2-Produktion bedingt, der zugrunde liegende Mechanismus allerdings sowohl CaN- als auch Proteinkinase A-unabhängig ist. Zusammen bilden diese Befunde einen weiteren wichtigen Schritt für den Einsatz von Konditionierungsprozessen als ergänzende Therapie im Rahmen einer immunopharmakologischen Behandlung
Synthese und Charakterisierung sauber stimulierbarer molekularer Schalter, Doppelschalter und Motoren
Get PDFIn den einleitenden Kapiteln dieser Arbeit werden allgemeine Prinzipien zur Funktion und Unterscheidungsmerkmale verschiedener molekularer Schalter und Motoren sowie deren potentielle Nutzung, etwa in der Medizin, beschrieben. Das gemeinsame Merkmal von Schaltern und Motoren ist, dass die zum Teil komplexen Moleküle, bzw. aus mehreren verschlauften Molekülen bestehenden Systeme, durch externe Stimuli zu reversiblen Bewegungen angeregt werden, deren Kombination zyklische Abläufe ermöglicht. Die Bewegungsamplituden können bei Isomerisierungen oder bei Änderungen der Koordination eines Atoms in der Größenordnung von wenigen Ångström liegen bis hin zu Amplituden von einigen Moleküldurchmessern bei Bewegungen, die etwa verschlaufte Moleküle ausführen, wenn sie neue koordinative Bin-
dungen ausbilden.
Der experimentelle Teil dieser Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung neuer molekularer Schalter und Motoren. Die Bewegungen, die von den Systemen nach geeigneter Anregung ausgeführt werden, wurden mit unterschiedlichen analytischen Methoden, insbesondere der UV/vis-Spektroskopie, nachgewiesen. Berechnungen für die Energien wurden für die Grund- und die angeregten Zustände der schaltbaren Moleküle durchgeführt und auf die-ser Basis die UV/vis-Spektren simuliert. Die Simulationen korrelieren mit den experimentell ermittelten Spektren und bestätigen daher die angenommenen Strukturveränderungen
Robust part-of-speech tagging of social media text
Get PDFPart-of-Speech (PoS) tagging (Wortklassenerkennung) ist ein wichtiger Verarbeitungsschritt in vielen sprachverarbeitenden Anwendungen.
Heute gibt es daher viele PoS Tagger, die diese wichtige Aufgabe automatisiert erledigen.
Es hat sich gezeigt, dass PoS tagging auf informellen Texten oft nur mit unzureichender Genauigkeit möglich ist.
Insbesondere Texte aus sozialen Medien sind eine große Herausforderung.
Die erhöhte Fehlerrate, welche auf mangelnde Robustheit zurückgeführt werden kann, hat schwere Folgen für Anwendungen die auf PoS Informationen angewiesen sind.
Diese Arbeit untersucht daher Tagger-Robustheit unter den drei Gesichtspunkten der (i) Domänenrobustheit, (ii) Sprachrobustheit und (iii) Robustheit gegenüber seltenen linguistischen Phänomene.
Für (i) beginnen wir mit einer Analyse der Phänomene, die in informellen Texten häufig anzutreffen sind, aber in formalen Texten nur selten bis gar keine Verwendung finden.
Damit schaffen wir einen Überblick über die Art der Phänomene die das Tagging von informellen Texten so schwierig machen.
Wir evaluieren viele der üblicherweise benutzen Tagger für die englische und deutsche Sprache auf Texten aus verschiedenen Domänen, um einen umfassenden Überblick über die derzeitige Robustheit der verfügbaren Tagger zu bieten.
Die Untersuchung ergab im Wesentlichen, dass alle Tagger auf informellen Texten große Schwächen zeigen.
Methoden, um die Robustheit für domänenübergreifendes Tagging zu verbessern, sind prinzipiell hilfreich, lösen aber das grundlegende Robustheitsproblem nicht.
Als neuen Lösungsansatz stellen wir Tagging in zwei Schritten vor, welches eine erhöhte Robustheit gegenüber domänenübergreifenden Tagging bietet.
Im ersten Schritt wird nur grob-granular getaggt und im zweiten Schritt wird dieses Tagging dann auf das fein-granulare Level verfeinert.
Für (ii) untersuchen wir Sprachrobustheit und ob jede Sprache einen zugeschnittenen Tagger benötigt, oder ob es möglich ist einen sprach-unabhängigen Tagger zu konstruieren, der für mehrere Sprachen funktioniert.
Dazu vergleichen wir Tagger basierend auf verschiedenen Algorithmen auf 21 Sprachen und analysieren die notwendigen technischen Eigenschaften für einen Tagger, der auf mehreren Sprachen akkurate Modelle lernen kann.
Die Untersuchung ergibt, dass Sprachrobustheit an für sich kein schwerwiegendes Problem ist und, dass die Tagsetgröße des Trainingskorpus ein wesentlich stärkerer Einflussfaktor für die Eignung eines Taggers ist als die Zugehörigkeit zu einer gewissen Sprache.
Bezüglich (iii) untersuchen wir, wie man mit seltenen Phänomenen umgehen kann, für die nicht genug Trainingsdaten verfügbar sind.
Dazu stellen wir eine neue kostengünstige Methode vor, die nur einen minimalen Aufwand an manueller Annotation erwartet, um zusätzliche Daten für solche seltenen Phänomene zu produzieren.
Ein Feldversuch hat gezeigt, dass die produzierten Daten ausreichen um das Tagging von seltenen Phänomenen deutlich zu verbessern.
Abschließend präsentieren wir zwei Software-Werkzeuge, FlexTag und DeepTC, die wir im Rahmen dieser Arbeit entwickelt haben.
Diese Werkzeuge bieten die notwendige Flexibilität und Reproduzierbarkeit für die Experimente in dieser Arbeit.Part-of-speech (PoS) taggers are an important processing component in many Natural Language Processing (NLP) applications, which led to a variety of taggers for tackling this task.
Recent work in this field showed that tagging accuracy on informal text domains is poor in comparison to formal text domains.
In particular, social media text, which is inherently different from formal standard text, leads to a drastically increased error rate.
These arising challenges originate in a lack of robustness of taggers towards domain transfers.
This increased error rate has an impact on NLP applications that depend on PoS information.
The main contribution of this thesis is the exploration of the concept of robustness under the following three aspects: (i) domain robustness, (ii) language robustness and (iii) long tail robustness.
Regarding (i), we start with an analysis of the phenomena found in informal text that make tagging this kind of text challenging.
Furthermore, we conduct a comprehensive robustness comparison of many commonly used taggers for English and German by evaluating them on the text of several text domains.
We find that the tagging of informal text is poorly supported by available taggers.
A review and analysis of currently used methods to adapt taggers to informal text showed that these methods improve tagging accuracy but offer no satisfactory solution.
We propose an alternative tagging approach that reaches an increased multi-domain tagging robustness.
This approach is based on tagging in two steps.
The first step tags on a coarse-grained level and the second step refines the tags to the fine-grained tags.
Regarding (ii), we investigate whether each language requires a language-tailored PoS tagger or if the construction of a competitive language independent tagger is feasible.
We explore the technical details that contribute to a tagger's language robustness by comparing taggers based on different algorithms to learn models of 21 languages.
We find that language robustness is a less severe issue and that the impact of the tagger choice depends more on the granularity of the tagset that shall be learned than on the language.
Regarding (iii), we investigate methods to improve tagging of infrequent phenomena of which no sufficient amount of annotated training data is available, which is a common challenge in the social media domain.
We propose a new method to overcome this lack of data that offers an inexpensive way of producing more training data.
In a field study, we show that the quality of the produced data suffices to train tagger models that can recognize these under-represented phenomena.
Furthermore, we present two software tools, FlexTag and DeepTC, which we developed in the course of this thesis.
These tools provide the necessary flexibility for conducting all the experiments in this thesis and ensure their reproducibility
Biofunktionalisierung von Calciumphosphat-Nanopartikeln für Anwendungen in Molekularbiologie und Biomedizin
No full textThis work comprises the syntheses and characterisations of different formulated calcium phosphate nanoparticles for various biomedical and molecular biology applications, including immunisation, vaccination, transfection and cell-targeting. It investigates the transport and the functionalisation of a broad set of biomedically and molecular biology relevant molecules and gives an overview over the feasible applications for the usage of calcium phosphate nanoparticles. This work has successfully shown the cloning of bimodal expression systems for the investigation of translation and transcription. The resulting plasmids could be used for the nanoparticular transfection. Moreover, the successful cloning and production of a new promising class of aptamers (chimeric aptamers) was shown, as well as their conjugation on the surface of calcium phosphate nanoparticles. Different biomolecules, including targeting sequences (iRGD, antibodies, anti-cancer drugs, or antigens) could be covalently attached on the surface of thiol-terminated and silica-coated calcium phosphate nanoparticles using a various set of cross coupling chemicals. These nanoparticles were also successfully used as a carrier for different immunogenic adjuvants (rSF, poly(I:C), CpGm) to improve the immune response of nanoparticle-presented antigens to the host immune system. The usage of triple shell calcium phosphate nanoparticles allowed the endocytosis-mediated transport of various molecular biology relevant molecules, such as phycoerythrin (R-PE), tandem plasmids or proteins across the cell membrane. It was not possible though to transport the in vitro transcribed polyA+-tandem-mRNA with the help of calcium phosphate nanoparticles. Triple shell calcium phosphate nanoparticles were also successfully used as transfection agents for the plasmid pCherries’n’Broccolies, using the fluorescent protein mCherry and the RNA imaging aptamer dBroccoli as probes to analyse transcriptional or translational cellular processes. The transport of the auto fluorescent protein reveals the fate of a nanoparticle-transported protein. These results were later confirmed, especially by the uptake analysis of the tandem protein. It turned out that the successful nanoparticle-transport is dependent on the biomolecule (DNA, RNA, protein) that is used. Calcium phosphate nanoparticles have demonstrated an extraordinary wide field for applications. Thus, the successful covalent attachment of HSV-1 glycoprotein B derived antigens to the nanoparticles, leading to a prophylactic protection against HSV infections, which was demonstrated by the high survival rate of treated mice. Although some of the projects could not finally be accomplished, but some interesting indications were found and will be helpful for future projects. However, the usage of calcium phosphate nanoparticles was demonstrated as an effective and valuable carrier or presenting system that will give rise to versatile useful biomedical and molecular biology relevant nanotools in the future.Diese Arbeit thematisiert die Synthesen und Charakterisierungen von Calciumphosphat-Nanopartikeln für biomedizinische und molekularbiologische Anwendungen, wie die Immunisierung, Vakzinierung, Transfektion oder spezifische Zellmarkierung. Die Arbeit untersucht den Transport sowie die Funktionalisierungsmöglichkeiten eines breiten Spektrums an biomedizinisch und molekularbiologisch relevanten Molekülen und gibt einen Überblick über mögliche Anwendungen für den Gebrauch von Calciumphosphat Nanopartikeln. Diese Arbeit konnte erfolgreich die Generierung eines bimodalen Expressionssystems zeigen, welches zur Untersuchung von Transkription und Translation angewendet werden könnte. Die resultierenden Plasmide ließen sich zur nanopartikel-basierten Transfektion nutzen. Darüber hinaus, konnte die erfolgreiche Klonierung und Produktion einer neuen Aptamerklasse (chimäre Aptamere) erfolgreich gezeigt werden und ebenfalls deren Konjugation auf der Oberfläche von Calciumphosphat Nanopartikeln. Verschiedene Biomoleküle mit zielgerichteter und epitoperkennende Funktion wie dem cyclischen Nonapeptid iRGD sowie Antikörper (CD146, IgG1, IgG2, F4/80), immunogene Antigene (P1 und P2) oder Zytostatika (Doxorubicin) konnten unter Verwendung verschiedener heterobifunktioneller Crosslinker kovalent auf der Oberfläche von thiol-terminierten und silica-umhüllten Calciumphosphat Nanopartikeln angebracht werden. Diese Nanopartikel wurden ebenfalls erfolgreich als Trägersystem für unterschiedlicher immunogene Adjuvanzien (rSF, poly(I:C), CpGm) verwendet, um die Immunantwort auf die nanopartikel-präsentierten Antigene des Zielorganismus zu verbessern. Die Verwendung von dreischaligen Calciumphosphat-Nanopartikeln erlaubte den endozytose-vermittelten Transport von verschiedenen molekularbiologisch relevanten Molekülen in die Zelle über die Zellmembran, wie zum Beispiel dem Phycoerythrin (R-PE), dem Plasmid zur eukaryotischen Tandemexpression (mRFP GFP) oder dem Tandemprotein. Es war nicht möglich, die in vitro transkribierte polyA+-tandem-mRNA mithilfe von dreischaligen Calciumphosphat-Nanopartikeln in Zellen zu transportieren. Dennoch wurden dreischalige Calciumphosphat-Nanopartikel erfolgreich als Transfektionsagens für das Plasmid pCherries’n’Broccolies verwendet, welches über das fluoreszente Protein mCherry und dem DFHBI-fluoreszenzinduzierbaren RNA-Aptamer dBroccoli als Sonden zur Analyse von transkriptionellen und/oder translationalen zellulären Prozessen nutzen. Der Transport eines auto-fluoreszenten Proteins in die Zelle wie beispielsweise dem R-PE kann Aufschluss über das Schicksal eines über nanopartikel-transportieren Proteins geben. Die dabei resultierenden Ergebnisse konnten insbesondere durch die Aufnahmestudie des Tandemproteins bestätigt werden. Hierbei zeigte sich, dass der erfolgreiche nanopartikel-basierte Transport von der Art des zu transportierenden Biomoleküls (DNA, RNA, Protein) abhängig ist. Calciumphosphat-Nanopartikel konnten ein äußerst weites Anwendungsspektrum demonstrieren. So auch bei der kovalenten Anbringung von HSV-1 Glykoprotein B abgeleiteten Antigenen auf die Nanopartikeloberfläche, welche nach Immunisierung letztlich zu einem prophylaktischen Schutz gegen HSV-1 Infektionen in Mäusen führte und durch die hohe Überlebensrate der mit Nanopartikeln behandelten Mäuse demonstriert wurde. Trotz der Tatsache, dass Projekte nicht zu Abschluss gebracht werden konnten, so wurden doch interessante Hinweise gefunden die hilfreich für zukünftige Arbeiten sein werden. Die Verwendung von Calciumphosphat-Nanopartikel demonstrierte sich hierbei als ein effektives und wertvolles Träger- oder Präsentationsystem, welches sicherlich auch in Zukunft die Entwicklung einer Vielzahl an verschieden nützlichen biomedizinisch und molekularbiologisch relevanten Nanowerkzeugen ermöglichen wird
Function optimization and complexity control in the development process of mechatronic chassis systems using the example of electric power steering systems
No full textAufgrund gestiegener Anforderungen an den Energieverbrauch und die Funktionalität der Systeme im Fahrwerkbereich werden passive sowie hydraulisch aktuierte Systeme fortschreitend durch mechatronische Systeme ersetzt, sodass eine Anpassung der Entwicklungsprozesse erforderlich ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel elektromechanischer Lenksysteme ein neuer beziehungsweise angepasster Entwicklungsprozess definiert, welcher die gestiegenen Anforderungen aus der Sicht eines Original-Equipment-Manufacturers (OEM) berücksichtigt. Dazu werden zunächst der aktuelle Stand der Technik sowie bereits bestehende Entwicklungsprozesse wie das V-Modell und der in der Automobilindustrie weit verbreitete Produktentstehungsprozess vorgestellt. Anschließend werden die Entwicklungswerkzeuge Simulation, Prüfstände und Fahrversuche sowie deren optimaler Einsatz dokumentiert. Im Anschluss an die Vorstellung der spezifischen Eigenschaften elektromechanischer Lenksysteme wird das Prozesskonzept am Beispiel der Lenksysteme umgesetzt. Dabei werden aktuelle gesetzliche und funktionale Anforderungen definiert sowie im Rahmen einer umfassenden Presseanalyse die Bewertungen von Lenksystemen verschiedener Beispielfahrzeuge bezüglich unterschiedlicher Bewertungskriterien ermittelt. Die Auswertung der Presseanalyse identifiziert die Lenkübersetzung und die Lenkungsrückmeldung als Kriterien mit Optimierungspotenzial. Mit Hilfe eines neu entwickelten Vorgehens zur Konzeptauslegung können die grundsätzlichen Eigenschaften zur Leistungsauslegung und Dimensionierung von Lenksystemen in der frühen Entwicklungsphase mit geringem Aufwand abgeschätzt werden. Dabei wird das im Rahmen der Presseanalyse identifizierte Kriterium der Lenkübersetzung berücksichtigt. Darüber hinaus werden ein umfassender Versuchskatalog sowie die zugehörigen Auswertemethoden zur Charakterisierung und Objektivierung von Lenksystemeigenschaften entwickelt. Den Ergebnissen der Presseanalyse folgend wird insbesondere die Lenkungsrückmeldung bezüglich des Einflusses von Hardware und Software detailliert betrachtet sowie der Einfluss der Radaufhängung mit Hilfe einer speziellen Prüfeinrichtung evaluiert. Durch die Entwicklung einer neuen Absicherungsmethodik für wettbewerbsdifferenzierende Software-Eigenentwicklungsumfänge und den effizienten Einsatz eines Lenksystemprüfstands können die Absicherung der Software-Anteile nachhaltig unterstützt sowie Zeit und Kosten eingespart werden. Der im Rahmen der vorliegenden Arbeit definierte Entwicklungsprozess verknüpft das V-Modell mit dem Produktentstehungsprozess der Automobilindustrie und trägt unter Berücksichtigung der aufgeführten Bestandteile nachhaltig zur Funktionsoptimierung und Komplexitätsbeherrschung bei der Entwicklung mechatronischer Fahrwerksystem bei.Due to increased demands on energy consumption and functionality of chassis systems, passive and hydraulically actuated systems are continuously replaced by mechatronic systems. This change of systems results in the need to adapt the development processes. Within the framework of the present study, a new or respectively adapted development process for mechatronic chassis systems is being defined using the example of electric power steering systems. The process takes account of the new requirements from the point of view of an original equipment manufacturer (OEM). Therefore, the current state of the art as well as already existing development processes like the V-model development process and the product development process, which is widely used in the automotive industry, are presented. The relevant development tools such as simulation, test bench and driving test as well as their optimal use are documented. After documenting the specific characteristics of electric power steering systems, the process concept is implemented using the example of the steering system. Current governmental and functional requirements are defined and the specific requirements for the steering systems of various sample vehicles are determined in an extensive press analysis. The steering ratio and the steering feedback are identified as the criteria with the highest optimization potential. By using a newly developed approach to the conceptual design, the basic characteristics of steering systems regarding the power and dimensioning can be estimated with little effort in the early development phase. This estimation takes the criterion of the steering ratio, identified in the press analysis, into account. In addition, a comprehensive test catalog and the associated evaluation methods for the characterization and objectification of steering system properties are developed. Following the results of the press analysis, in particular, the steering feedback is examined in detail regarding the influence of hardware and software. Additionally, the influence of the suspension is evaluated using a special test device. By defining a new testing method for the software functions and the efficient use of a steering test bench, the testing of the competitive differentiating in house developed software components can be supported and time and costs can be reduced. Taking the listed components into account, the newly defined development process contributes to the functional optimization and complexity control in the development of mechatronic chassis systems and in particular electric power steering systems by combining the V-model with the automotive industry product development process
Novel approach to investigate the tribological system valve spindle/valve seat ring for large bore gas engines
No full textDie technische Entwicklung von Großgasmotoren in den Bereichen Marine, Lokomotive und insbesondere Kraftwerk hat zu mechanischen Wirkungsgraden von über 50 % geführt, wodurch das tribologische System Ventilspindel/Sitzring an den Grenzen seiner Funktionsfähigkeit eingesetzt wird. Problemverschärfend wirkt eine zunehmend strengere Abgasgesetzgebung. Hocheffiziente Großgasmotoren werden im Systemverbund mit neuen Technologiekonzepten als potenzieller Ansatz für einen emissions- und kostenreduzierten Betrieb gesehen. Die steigenden Zünddrücke, höheren Temperaturen und reduzierten Verbrennungsrückstände bewirken aufgrund neuartiger Betriebsbedingungen einen hohen Ventilverschleiß mit vorzeitigem Funktionsausfall.
Das tribologische Verhalten der Paarung Ventilspindel/Sitzring ist nach Quellenlage aus den Bereichen Automotive und Heavy-Duty bekannt. Als wichtigste Einflussfaktoren auf den Ventilverschleiß wurden die beiden Phasen Ventilschließen und Verbrennungsdruck bestimmt. Hingegen sind für den Bereich Großgasmotor, außer vom Autor selbst, bislang keine wissenschaftlichen Arbeiten dokumentiert. Darüber hinaus fehlt eine Zuordnung der eigenschaftsbestimmenden Verschleißmechanismen sowie der Verschleißanteile am Gesamtventilverschleiß für die beiden Phasen Ventilschließen und Verbrennungsdruck.
Die vorliegende Dissertation betrachtet die Entwicklung, Konstruktion und den Aufbau eines neuartigen Ventilverschleißprüfstands zur getrennten experimentellen Simulation der Phasen Ventilschließen und Verbrennungsdruck für Großgasmotoren. Zu diesem Zweck wurden im ersten Schritt Ventilspindeln mit unterschiedlicher Laufzeit aus demselben Typ Großgasmotor mikrostrukturell und chemisch untersucht. Die Untersuchung der tribologisch beanspruchten Randschichten diente zur Analyse der Verschleißmechanismen und der Validierung des Prüfstands in Bezug auf die eigenschaftsbestimmenden Verschleißmechanismen. So konnten aus den ersten Versuchsreihen zum Einfluss von Ventilschließen und Verbrennungsdruck bei 380 °C an Luft gleich neue Erkenntnisse gewonnen werden. Die Versuche bestätigen den signifikanten Einfluss von Schließgeschwindigkeit und Verbrennungsdruck auf den Ventilverschleiß. Als neue Erkenntnisse konnten eine größere Zunahme des Sitzringverschleißes im Vergleich zur Ventilspindel unter Ventilschießen und eine Abnahme des Ventilspindelverschleißes um ca. 30 % trotz einer Steigerung des Verbrennungsdrucks von 140 auf 180 bar gewonnen werden. Dieser Verschleißrückgang mit steigender Last bedeutet, dass die mechanisch-dominierten Verschleißmechanismen unter Ventilschließen durch chemisch-dominierte unter Verbrennungsdruck überlagert werden. Ferner konnten die beiden Verschleißmechanismen Adhäsion mit Werkstoffübergang und Oberflächenzerrüttung mit dem Untermechanismus Delamination beiden Belastungsphasen zugeordnet werden. Die Verschleißraten beider Phasen waren ähnlich groß. Als vierte, wichtige und neue Erkenntnis folgt, dass das Ventilschließen zur Bewertung des Systemverhaltens wichtiger ist als der Verbrennungsdruck. Diese neuen Erkenntnisse, die beispielhaft mit den Werkstoffen Stellite™ 12 bei der Ventilspindel und Pleuco 12 MW beim Sitzring untersucht wurden, können jetzt als belastbare Ansatzpunkte für weitere Parameterstudien und Werkstoffentwicklungen genutzt werden.The technical development of large bore gas engines for marine, locomotive and power plant in particular leads to mechanical efficiencies of more than 50 %, whereas the tribological system valve spindle/seat ring is applied at its functional limits. Stringent emission regulations has an additional effect. Highly efficient large bore gas engines combined with new technology concepts are a promising approach in order to reach lower emissions and operating costs. Because of novel operating conditions caused by increasing peak firing pressures, higher temperatures and reduced combustion residues valve wear effects premature failure.
Based on findings from literature the tribological behavior of the pair valve spindle/seat ring is known from automotive and heavy-duty applications. Valve closure and peak firing pressures have been identified as main factors influencing valve wear. However, so far scientific investigations regarding valve wear in large bore gas engines have not been published, apart from the author’s papers. Furthermore, an allocation of determining wear mechanisms and a partition of wear on the entire valve wear concerning valve closure and peak firing pressure are missing.
This dissertation deals with the development, design and construction of a novel valve wear test rig for separate simulating of valve closure and peak firing pressure. For this purpose, the microstructure and chemistry of valve spindles with different operating hours from engine tests of the same type of engine were analyzed. Objectives of the investigations were to identify the wear mechanisms and to validate the test rig regarding the determining wear mechanisms. From the first test series on the impact of valve closure and peak firing pressure at 380 °C on air new findings could be gained. Tests verify the main influence of valve closure and peak firing pressure on valve wear. As new findings an increase of seat ring wear compared to valve spindle for valve closure and a decrease of valve spindle wear from 140 to 180 bar of about 30 % could be found. This decrease by increasing load means that mechanically-dominated wear mechanisms for valve closure are superimposed by chemically-dominated ones. Furthermore, both wear mechanisms adhesion by material transfer and surface fatigue by delamination can be allocated to both phases valve closure and peak firing pressure, while the wear rates of both phases are equal. The fourth new and important outcome is, that valve closure is more important than peak firing pressure in order to evaluate the tribological behavior of valve spindle/seat ring.
This new findings, exemplary examined for materials Stellite™ 12 for valve spindle and Pleuco 12 MW for seat ring, will now provide a better understanding and sustainable propositions for further parameter studies and material development
Analysis of aromatic amines in human urine using comprehensive multi-dimensional gas chromatography mass spectrometry
No full textIm Laufe der Jahre hat sich gezeigt, dass einige aromatische Amine (AA) das Potenzial haben, beim Menschen zu Blasenkrebs zu führen, wobei das Rauchen von Zigaretten als Hauptquelle gilt. In Bezug auf durch Tabakrauch verursachten Blasenkrebs wurde jedoch nur über wenige dieser Verbindungen berichtet. Daher wurde ein Interesse daran entwickelt, mehr über die Existenz von AA in menschlichen Körperflüssigkeiten zu erfahren. Die Verwendung einer umfassenden mehrdimensionalen Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC×GC-qMS) ermöglichte den Nachweis mehrerer isomerer Verbindungen mit gleicher Molekülmasse und hat aufgrund ihrer Fingerabdruckanalyse ein klares Bild von der Existenz von aromatischen Aminen im menschlichen Urin gegeben. Um die in dieser Studie verwendeten Urinproben von Rauchern, Nichtrauchern und ehemaligen Rauchern für die GC geeignet zu machen, waren vor der Analyse mehrere Vorbehandlungsschritte erforderlich. Die Schritte umfassten: (i) thermische saure Hydrolyse zur Spaltung aromatischer Aminaddukte, (ii) Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) der hydrolysierten Analyten, (iii) Derivatisierung der extrahierten Amine durch Diazotierung und Iodierung und (iv) Anreicherung der Iodderivate mit Headspace-Festphasen-Mikroextraktion (SPME), bevor die Analyten in das GC-System eingeführt wurden. Die Anwendung der entwickelten In-situ-Derivatisierungs-SPME GC×GC-qMS-Technik führte zu mehr als 100 isomeren aromatischen Aminen, die im menschlichen Urin identifiziert wurden. Im Hinblick auf die Anzahl und die Peakintensitäten war der Urin der Raucher höher belastet im Vergleich zu dem Urin von Nichtrauchern und ehemaligen Rauchern. Es wurden auch einige alternative Entwicklungen untersucht, um die Probenvorbereitungsprozedur hinsichtlich des Zeitaufwands und des Einsatzes vonLösungsmitteln zu verbessern.
Die mikrowellenunterstützte Technik zeigte eine Möglichkeit, die Zeit von 12 Stunden der herkömmlichen Hydrolyse auf ≤ 1 Stunde potentiell zu minimieren. Und für die organischen Lösungsmittel wurden geringere Mengen durch Dünnschicht-Mikroextraktion (TFME) einschließlich der benötigten Probenmenge erreicht. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass diese Arbeit ein besseres Verständnis der Prävalenz von aromatischen Aminen im Menschen ermöglicht als bisher bekannt. Dies schafft wahrscheinlich eine Plattform für weitere Untersuchungen in den Urinproben der Patienten, bei denen Blasenkrebs diagnostiziert wird. Dies kann letztendlich nützlich sein, um Biomarker zu finden, die verwendet werden können, um den Gehalt an krebserregenden aromatischen Aminen in Urinproben zu bestimmen.Over the years, it has been revealed that some aromatic amines (AAs) have a potential to cause bladder cancer in humans, with cigarette smoking as a major source. However, in relation to tobacco-smoking bladder cancer only few of these compounds have been reported. Hence, an interest to study more about the existence of AAs in human body fluids was developed. The use of a comprehensive multi-dimensional gas chromatography mass spectrometry (GC×GC-qMS) enabled the detection of several isomeric compounds of the same molecular mass and it has given a clear picture of the existence of aromatic amines in human urine due to its fingerprint analysis. For the investigation of urine samples, which were of smokers, non-smokers and past-smokers in this study; pre-treatment steps are necessary prior to analysis to make the analytes suitable for GC. The steps include: (i) thermal acidic hydrolysis to cleave aromatic amine adducts, (ii) liquid-liquid extraction (LLE) of the hydrolyzed analytes, (iii) derivatization of the extracted amines through diazotization and iodination and (iv) enrichment of the iodinated derivatives with headspace solid-phase microextraction (SPME), before introducing the analytes into the GC system. The application of the developed in-situ derivatization SPME GC×GC-qMS technique resulted in more than 100 isomeric aromatic amines identified in human urine and with regard to the numbers and peak intensities, the urine of smokers were more burdened compared to non- and past-smokers urine. Also, some alternative developments were investigated in order to improve sample preparation procedures which are mainly the time and solvents consumed during preparation. Microwave-assisted technique showed a possibility of potentially minimizing the time from 12 hours of the conventional hydrolysis to ≤ 1 hour. And for the organic solvents, less amounts were achieved by thin-film microextraction (TFME) including the amount of sample needed. In conclusion, the work done here offers a better understanding on the prevalence of several aromatic amines in humans, than previously reported. This creates a platform for further investigations probably in the urine samples of the patients who are diagnosed with bladder cancer. This may eventually be useful in finding biomarkers which could be used to determine the level of cancer-causing aromatic amines in urine samples
Ordered molecular layers and the influence of elevated temperature on their respective vibrational spectra
No full textIn der vorliegenden Dissertation wurde das temperaturabhängige Strukturverhalten organischer Monoschichten untersucht. Dafür wurden verschieden präparierte Monoschichten erhitzt und mittels Summenfrequenzspektroskopie analysiert. Die dabei gewonnenen Schwingungsspektren gaben Hinweise auf die bei verschiedenen Temperaturen auftretenden Veränderungen der Monoschicht und auf die jeweiligen Konformationsänderungsenthalpien.
Weiterhin wurden erste Experimente durchgeführt um diese Veränderungen zeitaufgelöst aufnehmen zu können.Within the scope of the presented thesis, the structural behavior of organic monolayers has been studied. For that reason, different monolayers were prepared and heated. The structural changes that occurred during the heating process were and analyzed via sum-frequency generation spectroscopy. The generated spectra can be utilized to grant insights regarding the enthalpy for conformational changes.
Furthermore, first experiments for an in-time observation of these changes were successfully executed