University of Kaiserslautern
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Histidine kinases and response regulators in Methanosarcina acetivorans
Get PDFThe ability of microorganisms to sense and react to environmental stimuli via signal transduction systems is a crucial factor in their survival. A variety of bacterial and eukaryotic signal transduction systems have been the subject of experimental investigations over the past few decades. Nevertheless, our understanding of archaeal signal transduction remains incomplete. At present, there are only a few publications that have experimentally investigated the structure and function of archaeal signalling. However, with the increasing number of fully sequenced archaeal genomes, there is an opportunity to examine these systems in greater detail. The methanogenic archaeon M. acetivorans has one of the largest known archaeal genomes and, with 53 putative HK and 16 putative RR, one of the largest sets of signal transduction systems.
In a comprehensive study the histidine kinases and response regulators of the methanogenic archaeon M. acetivorans were first analysed in silico. This revealed that the HKs can be classified into four different groups with respect to their HK domain (MA_type 1 A/B/C, MA_type 2, MA_type 3 and MA_CheA). Afterwards four selected putative HK (RdmS, MA2082, MA2013 and MA4377) were studied in detail using a biochemical approach. The recombinant proteins were examined regarding their ATP binding affinity and their auto- and transphosphorylation activity was tested using radioactive autokinase assays. This revealed that three of the four proteins assayed are true autokinases and that RdmS is an unusual kinase lacking the H-box and autokinase activity.A phosphotransfer profiling assay of the three autokinases with all RRs encoded in the M. acetivorans genome revealed that the HK may interact with several RRs. In addition, MA4377 and MA2013 were identified as HHKs involved in phosphorelay systems. This study provided the first evidence for the existence of a complex signalling network in M. acetivorans involving multiple HKs and RRs
Experimental Characterization of the Mechanical Properties of Filter Media in Solid–Liquid Filtration Processes
Get PDFNonwoven filter media are used in many industrial applications due to their high filtration efficiency and great variety of compositions and structures which can be produced by different processes. During filter operation in the separation process, the fluid flow exerts forces on the filter medium which leads to its deformation, and in extreme cases damage. In order to design or select a reliable filter medium for a given application, it is essential to have a comprehensive understanding of the mechanical properties of the nonwoven material. In general, the properties of the filter material are influenced by temperature and can be changed during loading due to irreversible deformation, fatigue, and aging processes. In order to gain a deeper comprehension, the presented study examines the influence of temperature and repeated tensile stress on the filter medium properties. The focus is on fuel and oil filters employed in automotive applications. The characteristic properties of the samples, including thickness, porosity, and permeability as well as Young’s modulus and Poisson’s number, are measured. Young’s modulus is determined for both new and aged samples. In addition, the viscoelastic behavior is investigated via a dynamic mechanical thermal analysis. The results demonstrate a significant dependence of mechanical properties on the material composition and the aging effects
Reactivity of the 2-Methylfuran Phase I Metabolite 3-Acetylacrolein Toward DNA
Get PDF2-Methylfuran (2-MF) is a well-known industrial chemical and also formed via thermal treatment of food. One main source of 2-MF in the human diet is coffee. 2-MF is known to form 3-acetylacrolein (AcA, 4-oxopent-2-enal) via cytochrome P 450 metabolism and further reacts with amino acids in vivo. Still the reactivity toward other biomolecules is rather scarce. Therefore, AcA was synthesized, and its reaction with 2′-deoxyadenosine (dA), 2′deoxyguanosine (dG), 2′deoxycytosine (dC), and 2′-deoxythymidine (dT) was tested. For this purpose, adduct formation was performed by acid hydrolysis of 2,5-dihydro-2,5-dimethoxy-2-methylfuran (DHDMMF) as well as pure AcA. The structures of these adducts were confirmed by UPLC-ESI+-MS/MS fragmentation patterns and 1H-/13CNMR spectra. Except for dT, which showed no reactivity, all adducts of AcA were characterized, which enabled the development of sensitive quantification methods via (U)HPLC-ESI±-MS/MS. Pure AcA was synthesized by oxidation of 2-MF using dimethyldioxirane (DMDO), and its behavior in aqueous medium was studied. Incubations of AcA and isolated DNA of primary rat hepatocytes (pRH) showed time- and dose-dependent formation of the identified DNA adducts dA-AcA, dG-AcA, or dC-AcA. In contrast, the DNA adducts dA-AcA, dG-AcA, or dC-AcA were not detected on a cellular level when pRH were incubated with 2-MF or AcA. This indicates an efficient detoxification or reaction with biomolecules in the cell, although the induction of other DNA damage, possibly also by other metabolites, cannot be ruled out in principle
Influence of Bilberry Extract on Neuronal Cell Toxicity
Get PDFIncreased intake of dietary antioxidants such as anthocyanins, which are enriched in colourful fruits, is a promising alternative to reduce the risk of degenerative diseases such as Alzheimer’s Disease (AD). Since Amyloid β (Aβ) is one of the key components contributing to AD pathology, probably by reactive oxygen species (ROS) induction, this study investigated the preventive effect of anthocyanin-rich bilberry extract (BE) and its anthocyanin fraction (ACN) on ROS generation and cell toxicity. The results showed a significant and concentration-dependent decrease in neuroblastoma cell (SH-SY5Y) viability by BE or ACN, whereas no cell toxicity was observed in HeLa cells. Incubation with BE and ACN for 24 h diminished the generation of induced ROS levels in SH-SY5Y and HeLa cells. In addition, low concentrations of BE (1–5 µg/mL) showed protective effects against Aβ-induced cytotoxicity in SH-SY5Y cells. In conclusion, our results suggest antioxidant and protective effects of BE and ACN, which could potentially be used to delay the course of neurodegenerative diseases such as AD. Further studies are needed to clarify the high potential of anthocyanins and their in vivo metabolites on neuronal function
Are depressive symptoms linked to a reduced pupillary response to novel positive information? - An eye tracking proof-of-concept study
Get PDFIntroduction: Depressive symptoms have been linked to difficulties in revising established negative beliefs in response to novel positive information. Recent predictive processing accounts have suggested that this bias in belief updating may be related to a blunted processing of positive prediction errors at the neural level. In this proof-of-concept study, pupil dilation in response to unexpected positive emotional information was examined as a psychophysiological marker of an attenuated processing of positive prediction errors associated with depressive symptoms.
Methods: Participants (N = 34) completed a modified version of the emotional Bias Against Disconfirmatory Evidence (BADE) task in which scenarios initially suggest negative interpretations that are later either confirmed or disconfirmed by additional information. Pupil dilation in response to the confirmatory and disconfirmatory information was recorded.
Results: Behavioral results showed that depressive symptoms were related to difficulties in revising negative interpretations despite disconfirmatory positive information. The eye tracking results pointed to a reduced pupil response to unexpected positive information among people with elevated depressive symptoms.
Discussion: Altogether, the present study demonstrates that the adapted emotional BADE task can be appropriate for examining psychophysiological aspects such as changes in pupil size along with behavioral responses. Furthermore, the results suggest that depression may be characterized by deviations in both behavioral (i.e., reduced updating of negative beliefs) and psychophysiological (i.e., decreased pupil dilation) responses to unexpected positive information. Future work should focus on a larger sample including clinically depressed patients to further explore these findings
Dynamics of carbene formation in the reaction of methane with the tantalum cation in the gas phase
Get PDFThe controlled activation of methane has drawn significant attention throughout various disciplines over the last few decades. In gas-phase experiments, the use of model systems with reduced complexity compared to condensed-phase catalytic systems
allows us to investigate the intrinsic reactivity of elementary reactions down to the atomic level. Methane is rather inert in chemical reactions, as the weakening or cleavage of a C–H bond is required to make use of methane as C 1 -building block. The simplest model system for transition-metal-based catalysts is a mono-atomic metal ion. Only a few atomic transition-metal cations activate methane at room temperature. One of the most efficient elements is tantalum, which forms a carbene and releases molecular hydrogen in the reaction with methane: Ta+ + CH4 -> TaCH2+ + H2. The reaction takes place at room temperature due to efficient intersystem crossing from the quintet to the triplet surface, i.e., from the electronic ground state of the tantalum cation to the triplet ground state of the tantalum carbene. This multi-state reactivity is often seen for reactions involving transition-metal centres, but leads to their theoretical treatment being a challenge even today. Chemical reactions, or to be precise reactive collisions, are dynamic processes making their description even more of a challenge to experiment and theory alike. Experimental energy- and angle-differential cross sections allow us to probe the rearrangement of atoms during a reactive collision. By interpreting the scattering signatures, we gain insight into the atomistic mechanisms and can move beyond stationary descriptions. Here, we present a study combining collision energy dependent experimentally measured differential cross sections with ab initio
calculations of the minimum energy pathway. Product ion velocity distributions were
recorded using our crossed-beam velocity map imaging experiment dedicated to studying transition-metal ion molecule reactions. TaCH 2+ velocity distributions reveal a significant degree of indirect dynamics. However, the scattering distributions also show signatures of rebound dynamics. We compare the present results to the oxygen transfer reaction between Ta + and carbon dioxide, which we recently studied
Formulierung von Gestaltungsprinzipien zur Entwicklung von VR-Lernumgebungen für den naturwissenschaftlichen Unterricht
Get PDFVR ist ein stetig wachsendes Forschungsgebiet, das die Perspektiven und Möglichkeiten der Mensch-Computer-Interaktion erweitert (Hassan & Hossain, 2022). Durch Studien konnte bereits vor dem aktiven Einsatz im Schulalltag eine Vielzahl an positiven Auswirkungen auf den Lernprozess durch die Nutzung von VR nachgewiesen werden (Chavez & Bayona, 2018). Das sogenannte Immersive Learning stellt damit einen Schlüsselbereich zur digitalen Transformation im Bildungsbereich dar. Um VR allerdings im Schulunterricht einsetzen zu können, bedarf es Lernumgebungen, die auf die örtlichen Gegebenheiten und alltäglichen Bedürfnisse eines praktischen Schulunterrichts angepasst sind. Solche Gestaltungsprinzipien sind allerdings im Bildungsbereich noch nicht vorhanden (Johnson-Glenberg, 2018). Diese Arbeit beschäftigt sich damit, Prinzipien aus der Theorie abzuleiten, diese mit Gestaltungskomponenten zu vereinen und darauf aufbauend eine VR-Lernumgebung zu gestalten und zu erforschen. Um eine Praxis-nähe bei der Entwicklung und Untersuchung zu gewährleisten, wurde ein Design-Based Research Ansatz gewählt. In aufeinander aufbauenden Mikrozyklen wurden die Gestaltungskomponenten evaluiert und daraus Gestaltungsprinzipien abgeleitet. Die Lernmaterialien wurden fächerübergreifend für die Fächer Chemie und Geografie konzipiert sowie praxisnah mit Teilnehmenden aus vier zehnten Klassen eines Gymnasiums in Rheinland-Pfalz evaluiert. Als Lerninhalt wurde der Kohlenstoffkreislauf gewählt und in den jeweiligen Curricula der Fächer verortet. Der Hauptfokus lag auf dem Fach Chemie, Themenfeld elf „Stoffe im Fokus von Um-welt und Klima“. Als virtueller Ort wurde die Nachbildung eines Abschnitts des außerschulischen Lernorts „Reallabor Queichland“ gewählt. Die Komponenten wurden in insgesamt sieben Mikrozyklen aufgeteilt, nummeriert von null bis sechs. Mikrozyklus null wird genutzt, um den Teilnehmenden den Umgang mit dem VR-System näher zu bringen und den Neuigkeitseffekt abzumildern. Mikrozyklus eins evaluiert die Grundfläche der VR-Lernumgebung mit dem Fokus auf den Realismus der Umgebung. Mikrozyklus zwei beschäftigt sich mit dem zu wählenden Bewegungsradius innerhalb der VR. Mikrozyklus drei untersucht den Effekt von realitätsnahen Hintergrundgeräuschen. Die Mikrozyklen vier bis sechs bestehen aus drei Lernstationen mit unterschiedlichen Interaktionsmöglichkeiten: realitätsnahe Interaktionen, realitätsferne Interaktionen sowie eine Mischung daraus. Erhoben wurden die Skalen räumliches Präsenzerleben, aktuelle Motivation, Realismus, wahrgenommene Bedienbarkeit, wahrgenommene Lerneffektivität und die VR-Skala. Ausgewertet wurden die Daten mit ANOVAs und Pfadanalysen sowie einer übergreifenden Analyse am Ende der Erhebung. Durch das Design der Komponenten konnte ein sehr hohes räumliches Präsenzerleben sowie ein sehr hoher wahrgenommener Realismus erzeugt werden. In den Lernstationen bewerteten die Teilnehmenden die wahrgenommene Lerneffektivität sowie Bedienbarkeit als auch den Zusammenhang von 3-D-Model-len, deren Manipulierbarkeit in VR und der damit verbundene Effekt auf die Lerneffektivität als sehr hoch. Insgesamt konnten aus den vorliegenden Daten zwölf Gestaltungsprinzipien generiert werden. Diese können dafür genutzt werden, neue VR-Lernumgebungen für den praktischen Einsatz im Schulunterricht zu erstellen. Es wurden theoretische Annahmen zur Respezifikation des Prozessmodells des räumlichen Präsenzerlebens getroffen und mit den erhobenen Daten geprüft. Die Anpassung des Modells an moderne VR-Brillen und kognitiv fordernde VR-Lernumgebungen stand dabei im Fokus und ergab sehr gute Modelfit-Werte. In weiterführen-den Studien sollten diese Annahmen mit größeren Stichproben überprüft werden
Bildungsgerechtigkeit und Digitalisierungskonzepte
Get PDFDie vorliegende Masterarbeit widmet sich der Analyse des Umgangs mit digitaler Ungleichheit an beruflichen Schulen und legt den Fokus auf die Rekonstruktion des Selbstverständnisses der Schulen im Hinblick auf die Herstellung von Bildungsteilhabe in digitalen Belangen. Die Zielsetzung besteht darin, ein tiefgreifendes Verständnis für die Praktiken und Herangehensweisen in Verbindung mit der Problematik zu erhalten. Dazu werden die Daten aus den Digitalisierungskonzepten und den narrativen Interviews mit Schulleitern und einem Digitalisierungsbeauftragten mithilfe der dokumentarischen Methode ausgewertet und in Relation gesetzt. Eine breite Studienlage belegt den Zusammenhang zwischen dem erfolgreichen Umgang mit digitalen Medien und der sozialen Herkunft. Die theoretische Konzeption des digital divide macht deutlich, dass digitale Ungleichheit eine komplexe, mehrdimensionale Problematik ist, welche weiter reproduziert und verschärft wird, wenn nicht ausgedehnte Maßnahmen zur Verringerung von herkunftsbezogenen Missverhältnissen im Rahmen von Digitalisierungsprozessen getroffen werden. Insgesamt zeichnen sich deutliche Unterschiede in der Problemwahrnehmung und den entwickelten Konzeptionen ab. Durch die Einbettung der Ergebnisse in die Akteur-Netzwerk-Theorie wird ersichtlich, dass komplexe Aushandlungsprozesse mit beteiligten Akteur*innen notwendig sind, um der digitalen Spaltung auf sämtlichen Ebenen entgegenzuwirken. Dabei gelingt es nicht jeder Schule gleich gut, Ressourcen für die Umsetzung ihrer Programme zu bündeln. Die untersuchten Praktiken zeigen auch, dass die Problemwahrnehmung durch die Schulleitungen prägend für die konkrete Ausgestaltung und Verfolgung der Zielvorgaben aus den Digitalisierungskonzepten ist. Zwar finden sich auf jeder Agenda Maßnahmen, die zur Förderung von digitaler Gleichheit und dem Abbau von Barrieren beitragen, doch die Problembeschreibungen der Interviewpartner zeigen, dass die Zielproblematik nicht in allen Facetten erfasst und der schulische Digitalisierungsprozess nicht ausreichend mit der Idee von Bildungsgerechtigkeit verknüpft werden
Strongly scattering media in nature: From studying light transport properties to harnessing natural materials for 3D microfabrication
Get PDFFunctional structures as well as materials provided by nature have always been a great source of inspiration for new technologies. Adapting and improving the discovered concepts, however, demands a detailed understanding of their working principles, while employing natural materials for fabrication tasks requires suitable functionalization and modification.
In this thesis, the white scales of the beetle Cyphochilus are examined in order to reveal unknown aspects of their light transport properties. In addition, the monomer of the material they are made of is utilized for 3D microfabrication.
White beetle scales have been fascinating scientists for more than a decade because they display brilliant whiteness despite their small thickness and the low refractive index contrast. Their optical properties arise from highly efficient light scattering within the disordered intra-scale network structure.
To gain a better understanding of the scattering properties, several previous studies have investigated the light transport and its connection to the structural anisotropy with the aid of diffusion theory. While this framework allows to relate the light scattering to macroscopic transport properties, an accurate determination of the effective refractive index of the structure is required. Due to its simplicity, the Maxwell-Garnett mixing rule is frequently used for this task, although its constraint to particle and feature sizes much smaller than the wavelength is clearly violated for the scales.
To provide a correct calculation of the effective refractive index, here, finite-difference time-domain simulations are used to systematically examine the impact of size effects on the effective refractive index. Deploying this simulation approach, the Maxwell-Garnett mixing rule is shown to break down for large particles. In contrast, it is found that a quadratic polynomial function describes the effective refractive index in close approximation, while its coefficients can be obtained from an empirical linear function. As a result, a simple mixing rule is reported that unambiguously surpasses classical mixing rules when composite media containing large feature sizes are considered. This is important not only for the accurate description of white beetle scales, but also for other turbid media, such as biological tissues in opto-biomedical diagnostics.
Describing light transport by means of diffusion theory moreover neglects any coherent effects, such as interference. Hence, their impact on the generation of brilliant whiteness is currently unknown. To shed a light on their role, spatial- and time-resolved light scattering spectromicroscopy is applied to investigate the scales and a model structure of them based on disordered Bragg stacks. For both structures the occurrence of weakly localized photonic modes, i.e., closed scattering loops, is observed, which is further verified in accompanying simulations. As shown in this thesis, leakage from these random photonic modes contributes at least 20% to the overall reflected light. This reveals the importance of coherent effects for a complete description of the underlying light transport properties; an aspect that is entirely missing in the purely diffusive transport presumed so far. Identifying the importance of weak localization for the generation of brilliant whiteness paves the way to further enhance the design of efficient optical scattering media, an issue that recently drawn great attention.
Unlike their plant-based counterparts, rigid carbohydrates, such as chitin, are currently unavailable for 3D microfabrication via direct laser writing, despite their great significance in the animal kingdom for the construction of functional microstructures. To overcome this gap, the monomeric unit of chitin, N-acetyl-D-glucosamine, is here functionalized to serve as a photo-crosslinkable monomer in a non-hydrogel photoresist. Since all previous photoresists based on animal carbohydrates are in the form of hydrogel formulations, a new group of photoresists is established for direct laser writing.
Moreover, it is exhibited that the sensitization effect, previously used only in the context of UV curing, can be successfully transferred to direct laser writing to increase the maximum writing speed. This effect is based on the beneficial combination of two photoinitiators.
In this, one photoinitiator is an efficient crosslinking agent for the monomer used, but a rather poor two-photon absorber. The other photoinitiator (called sensitizer) possesses, conversely, a much higher two-photon absorption coefficient at the applied wavelength but is not well suited as a crosslinking agent. In combination, the energy absorbed by the sensitizer is passed to the photoinitiator, resulting in the formation of radicals needed to start the polymerization. As this greatly increases the rate at which the photoinitiator is radicalized, resists containing a photoinitiator and a sensitizer are shown to outperform resists containing only one of the components. Deploying the sensitization effect in direct laser writing therefore offers a simple way to individually tune the crosslinking ability and the two-photon absorption properties by combining existing compounds, compared to the costly chemical synthesis of novel, customized photoinitiators.In der Natur vorhandene funktionelle Strukturen sowie Materialien sind seit jeher eine Inspirationsquelle für die Entwicklung neuer Technologien gewesen.
Die Adaption und Modifikation der gefundenen Konzepte erfordert jedoch ein genaues Verständnis der zugrundeliegenden Funktionsprinzipien, während natürliche Materialien oftmals funktionalisiert und modifiziert werden müssen, um sie für Fertigungszwecke einsetzen zu können.
In der vorliegenden Dissertation werden die strahlend weißen Schuppen des Käfers Cyphochilus hinsichtlich bisher unbekannter Aspekte ihrer Lichttransporteigenschaften untersucht. Darüber hinaus wird die Monomereinheit des Materials, aus dem sie bestehen, funktionalisiert, um das Monomer für die 3D Mikrofabrikation nutzbar zu machen.
Seit über einer Dekade faszinieren die weißen Käferschuppen Wissenschaftler, da sie trotz ihrer geringen Dicke und des kleinen Brechungsindexkontrasts eine strahlend weiße Färbung aufweisen. Diese optische Eigenschaft kommt durch die äußerst effiziente Streuung des Lichts in der ungeordneten Netzwerkstruktur im Inneren der Schuppen zustande.
Um die Streueigenschaften besser zu verstehen, wurde in etlichen, bisherigen Veröffentlichungen der Lichttransport und seine Verbindung zu der strukturellen Anisotropie des Netzwerks mit Hilfe der Lichtdiffusionstheorie untersucht. Dieser Ansatz erlaubt es zwar die Streueigenschaften anhand makroskopischer Transporteigenschaften zu beschreiben, dafür wird aber eine genau Bestimmung des effektiven Brechungsindex der Schuppe benötigt. Für dessen Berechnung wird regelmäßig die Mischregel nach Maxwell-Garnett aufgrund ihrer Einfachheit verwendet. Die Gültigkeit dieser Regel ist allerdings beschränkt auf Partikel beziehungsweise Strukturdetails die viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, eine Bedingung, die von den Schuppen nicht erfüllt wird.
Um eine korrekte Berechnung des effektiven Brechungsindex zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit Simulationen genutzt, die auf der Methode der Differenzenquotienten im Zeitbereich beruhen und eine systematische Untersuchung des Einflusses von Größeneffekten erlauben. Unter Zuhilfenahme dieser Methode wird gezeigt, dass die Maxwell-Garnett Mischregel in der Tat im Fall großer Partikelgrößen versagt. Im Gegenzug wird allerdings festgestellt, dass eine quadratische Funktion, deren Koeffizienten durch eine empirisch gefundene, lineare Funktion festgelegt werden, in der Lage ist in diesem Regime den effektiven Brechungsindex in guter Näherung zu beschreiben. Demzufolge wird hier eine neue, einfache Mischregel präsentiert, deren Genauigkeit die Genauigkeit etablierter Mischregeln im Fall von Materialien mit großen Strukturdetails klar übertrifft. Neben einer korrekten Beschreibung der Käferschuppen ist diese Formel auch für andere ungeordnete Medien interessant, z.B. bei der Beschreibung von biologischem Gewebe im Zusammenhang mit optischen Diagnostikverfahren.
Eine weitere Schwäche der bisherigen Beschreibung des Lichttransport mittels Diffusionstheorie besteht in der Vernachlässigung sämtlicher kohärenter Effekte, beispielsweise Interferenzeffekte, wodurch deren Einfluss auf die Erzeugung der Weißfärbung unbekannt ist. Um die Rolle dieser Effekte zu beleuchten, wird das Streulicht einer Käferschuppe sowie einer Modellstruktur der Käferschuppen, die sich aus ungeordneten Braggspiegeln zusammensetzt, mit Hilfe eines spektro-interferometrischen Experiments orts- und zeitaufgelöst untersucht.
Für beide Strukturen wird das Auftreten von schwach lokalisierten, photonischen Moden, d.h. geschlossenen Streupfaden, festgestellt, was durch entsprechende Simulationen zusätzlich bestätigt wird. Ferner wird beobachtet, dass Streuverluste dieser Moden für mindestens 20% des reflektierten Lichts verantwortlich sind. Kohärente Effekte, die im Bild des rein diffusiven Lichttransports völlig vernachlässigt werden, sind folglich unerlässlich für eine vollständige Beschreibung der Transporteigenschaften. Die Identifizierung des Einflusses der schwachen Lokalisation auf das brillante Weiß ebnet damit den Weg für weitere Optimierungen effizienter, optischer Streumedien, ein Forschungsfeld, das in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat.
Im Gegensatz zu festen, pflanzenbasierten Polysacchariden, stehen feste Polysaccharide tierischen Ursprungs, wie beispielsweise Chitin, bislang nicht für die 3D Mikrofabrikation mittels direktem Laserschreiben zur Verfügung, obwohl sie im Tierreich eine große Rolle als Material zur Erzeugung funktioneller Strukturen einnehmen. Um diese Lücke zu schließen, wird in der vorliegenden Arbeit die Monomereinheit des Chitins, N-acetyl-D-glucosamin, so funktionalisiert, dass sie als vernetzbares Monomer in Photolacken verwendet werden kann, die kein Hydrogel bilden. Da bisherige tierische Polysaccharide immer in Form von Hydrogellacken verwendet wurden, begründen die präsentierten Lacke damit eine neue Materialklasse für das direkte Laserschreiben.
Darüber hinaus wird die erfolgreiche Adaption des sogenannten Sensibilisierungseffekt gezeigt, der bisher nur aus dem Kontext der UV-Belichtung bekannt ist und mit dessen Hilfe die maximale Schreibgeschwindigkeit beim direkte Laserschreiben erhöht werden kann. Dieser Effekt basiert auf der vorteilhaften Kombination zweier Photoinitiatoren, von denen einer das verwendete Monomer effizient vernetzen kann, dabei aber einen relativ kleinen Zwei-Photonen-Absorptionsquerschnitt aufweist. Der zweite auch Sensibilisator genannte Initiator besitzt dagegen einen großen Zwei-Photonen-Absorptionsquerschnitt, ist dafür aber weniger gut geeignet die Polymerisierung zu initialisieren. In Kombination gibt der Sensibilisator die absorbierte Energie an den Photoinitiator ab, der dann wiederum in Radikale zerfällt, die die Polymerisierung starten. Da dadurch die Rate der erzeugten Photoinitiatorradikale deutlich erhöht wird, übertreffen Lacke, die sowohl den Photoinitiator als auch den Sensibilisator enthalten, die Lacke, die nur eine der beiden Komponenten enthalten. Durch Kombination geeigneter Initiatoren ist es daher möglich die Vernetzungsfähigkeit und den Zwei-Photonen-Absorptionsquerschnitt unabhängig voneinander zu optimieren, ohne dass dafür die aufwendige chemische Synthese neuer Photoinitiatoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften nötig wird
Amtliche Bekanntmachung der RPTU Kaiserslautern-Landau 2024.03
Get PDFAmtliche Bekanntmachung der RPTU Nr. 03/11.04.202