Qucosa
Not a member yet
63150 research outputs found
Sort by
Einblicke ... / Tourismusverband Sächsische Schweiz: Tourismusnachrichten aus der Sächsischen Schweiz
No full textEinblicke ... / Tourismusverband Sächsische Schweiz: Tourismusnachrichten aus der Sächsischen Schweiz
No full textQuantifizierung der Prozess-Eigenschafts-Beeinflussung bei der lichtbogenbasierten additiven Fertigung mit hochfestem Stahl
No full textDiese Dissertation befasst sich mit der additiven Fertigung mittels Direct Energy Deposition (DED)-Arc-Verfahren und dessen Anwendung für die Herstellung von Strukturbauteilen. Insbesondere wird untersucht, wie mechanisch-technologische Eigenschaften wie Festigkeit, Schwingfestigkeit und Oberflächenqualität von DED-Arc-Komponenten durch den Prozess beeinflusst werden.
Ein zentraler Fokus der Arbeit liegt auf den Auswirkungen von Temperaturzyklen, die während der Fertigung entstehen. Es wird gezeigt, dass hohe Zwischenlagentemperaturen und wiederholtes Aufheizen die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Streckgrenze, signifikant beeinflussen. Die Dissertation beschreibt die Entwicklung eines Modells zur Vorhersage dieser Eigenschaften basierend auf Prozessüberwachung und Analyse von Temperaturverläufen.
Die Forschungsergebnisse bieten Ansätze zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Strukturbauteilen mittels DED-Arc-Verfahren, insbesondere bei der Verwendung von hochfestem Stahl in sicherheitsrelevanten Bauteilen.:1 Stand der Technik zur Forschungsfrage
2 Literatur
3 Wesentliche Resultate
4 Übergeordnete Zusammenfassung und Ausblick
5 Literaturverzeichnis der Einzelveröffentlichungen
6 Thematischer Anhang
7 Anhang mit freigegebenen Einzelveröffentlichunge
A Photochemically Tunable Asymmetric Membrane Model System
No full textDie asymmetrische Verteilung der Lipidspezies in den Doppelschichten der Plasmamembran ist ein grundlegendes Merkmal des zellulären Lebens. Die Lipidasymmetrie wird durch spezialisierte Proteine aktiv aufrechterhalten und kann durch Translokasen, die Tausende von Lipiden pro Sekunde zwischen den beiden Membraneinzelschichten verschieben können, schnell abgebaut werden. Ob es jedoch biologische notwendig ist, eine asymmetrische Lipidverteilung aufrechtzuerhalten, und wie diese Verteilung zwischen den beiden Einzelschichten schnell geändert werden kann, waren offene Fragen in der Membranforschung. Die Verwendung von Modellmembranen, die eine rasche und kontrollierte Anpassung der Lipidasymmetrie ermöglichen, ist notwendig, um die Folgen rascher Änderungen der Lipidverteilung in den Membraneinzelschichten zu verstehen. Zu diesem Zweck wurde eine Reihe von Einzelschicht-spezifischen photocaged Phospholipid-Sonden entwickelt. Diese Sonden wurden verwendet, um große unilamellare Vesikel mit asymmetrischer Lipidverteilung in den Einzelschichten zu erzeugen, die unter Lichtkontrolle eingestellt werden kann. Anhand dieses asymmetrischen Modellmembransystems konnte eine örtlich begrenzte und schnelle Zunahme bestimmter Phospholipidarten in der äußeren Membraneinzelschicht gezeigt werden. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass eine rasche Verschiebungen der Lipidverteilung zwischen den Einzelschichten und insbesondere die sekundenschnelle Verlagerung von Phosphatidsäure in die innere Membranschicht, mit der Neubildung von Membrandomänen in phasengetrennten Membranen einher geht. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass rasche Veränderungen in der Lipid-Einzelschicht-Verteilung Veränderungen in der lateralen Organisation und den Materialeigenschaften von Membranen bewirken können, was darauf hindeutet, dass ein Bild von biologischen Membranen mit einer dynamischeren Lipid-Asymmetrie gerechtfertigt ist. Letztendlich bieten das photochemische Toolkit und die vorgestellte asymmetrische Modellmembran eine Grundlage für die Erforschung jener Prozesse, welche dynamische Lipidasymmetrie zur Steuerung von Membranfunktionen nutzen.:Table of Contents
Erklärung entsprechend § 5.5 der Promotionsordnung V
Acknowledgments VII
Summary IX
Zusammenfassung X
Publications XI
Table of Contents XIII
List of Figures XVI
List of Tables XVIII
List of Abbreviations XVIII
Background 1
1. Introduction: Functional Architecture of Cellular Membranes 1
1.1 Lipid structure and classification 5
1.2 Lipid functions and lipid diversity 8
1.3 Biological membranes: Protein-studded lipid bilayers 9
1.4 Lipid assemblies in Membrane Models: From micelles to large vesicles 11
1.5 Studying lipids: methodologies and challenges 12
1.5.1 Quantifying & modulating spatiotemporal lipid abundances in situ 13
1.5.2 Photocaged lipids for precise perturbation of lipid levels 14
1.5.3 Targeted photocaged lipids to subcellular localizations 15
1.6 Visualizing lipid localization: direct and indirect imaging approaches 17
1.6.1 Indirect Methods: Fluorescent protein assemblies 17
1.6.2 Direct methods: Fluorescent and spin-labeled lipid analogs 17
1.7 Model Membranes to interrogate the structure and function of biological membranes 20
1.7.1 Mechanistic Insights from Membrane Model Systems 20
1.7.2 Lipid-lipid interaction and membrane lateral heterogeneity 21
1.7.3 Liquid-Ordered (Lo) and Liquid-Disordered (Ld) Domains in model membranes 22
1.8 Plasma membrane lipid asymmetry 24
1.8.1 Generation and Maintenance of Lipid Asymmetry 26
1.8.2 Physiological Relevance and Pathological Implications of Lipid Asymmetry 28
1.8.3 In-vitro models to study lipid membrane asymmetry 29
1.8.4 Remaining questions 29
Aims and scope of this thesis 31
Results 33
2. Leaflet-specific caged phospholipid probes 33
2.1 Design and synthesis of sulfonated caged phospholipids 33
2.1.1 General synthetic considerations 33
2.1.2 Synthesis of click caged functionalized phospholipids 34
2.2 Attachment of sulfonated scaffolds for leaflet-specific caged lipid probes 38
2.2.1 Synthesis of sulfonated caged phospholipids 40
2.2.2 Synthesis of Alexa Fluor caged phospholipids 41
3. In-vitro reconstitution of lipid membrane asymmetry in a minimal model system with spatiotemporal control 44
3.1 GUV preparation 44
3.1.1 Characterization of GUV quality and yield 44
3.2 Loading Leaflet-specific phospholipids into GUVs – making asymmetric vesicles 48
3.2.1 Optimization of Concentration Ranges for Different Probes 51
3.3 Washing Steps of Asymmetric GUVs 53
3.4 Assessing photoreaction in symmetric Giant Unilamellar Vesicles 56
3.5 Assessing photoreaction efficiency in sulfonated caged phospholipids using fluorescence microscopy 57
3.6 Proof-of-principle 59
4. Application 63
4.1 Transbilayer movement of lipids influences lateral membrane organization 63
5. Discussion 73
6. Conclusion and Future Perspectives 79
7. References 81
8. Materials and Methods 97
8.1 General synthetic procedures 97
8.2 General Reagents and solutions for reconstitution experiments using GUVs 112
8.3 Preparation of GUVs 113
8.4 PEGylation of coverslips 114
8.5 Micro-channel assembly 115
8.6 Setup of the Microfluidic System for GUVs Washing and Probe Loading 115
8.7 Loading of lipid probes into GUVs with the micellar method 117
8.7.1 Sulfonated caged phospholipids 117
8.7.2 Alexa Fluor caged phospholipids 117
8.8 Loading of lipid probes into GUVs using cyclodextrins 118
8.8.1 Sulfonated caged phospholipids 118
8.8.2 Alexa Fluor caged phospholipids 118
8.9 Wash step with 96-well plate 118
8.10 Loading procedures of outer leaflet targeted caged compounds in cells 119
8.11 Encapsulation of lipid biosensors in GUVs 120
8.12 Liposome preparation of sulfonated caged phospholipids 120
8.13 General procedure for uncaging experiments 121
8.14 Laser scanning confocal microscopy 122
8.15 Image analysis 122
8.15.1 Quantification of luminal fluorescence in GUVs 122
8.15.2 Mollweide Projections 124
8.15.3 Quantification of domain sizes and fluorescence intensities 124
8.16 Photophysical characterization of new compounds 125
9. Appendix 126
9.1 UV-Vis characterization of sulfonated caged phospholipids 126
9.2 UV-Visible characterization of Alexa Fluor caged phospholipids 126
9.3 Mollweide Projections 128
9.4 1H, 13C and 31P spectra of leaflet-specific caged compounds 131The asymmetric distribution of lipid species across the bilayer leaflets of the plasma membrane is a fundamental feature of cellular life. Specialized proteins actively maintain lipid asymmetry and can be rapidly dissipated by translocases capable of moving thousands of lipids per second between the two leaflets of the membrane. However, the biological necessity of maintaining an asymmetric lipid distribution and the advantages to the cell of rapidly changing the lipid distribution across bilayer leaflets has been an open question in the membrane field. The use of model membranes that allow rapid and controlled adjustment of lipid asymmetry is necessary to understand the consequences of rapid changes in lipid distribution across bilayer leaflets. To this end, a series of leaflet-specific photocaged phospholipid probes have been developed. These probes have been used to generate Giant Unilamellar Vesicles with asymmetric lipid transbilayer distribution that can be tuned under light control. Using this asymmetric model membrane system, localized and rapid increases of specific phospholipid species in the outer leaflet of the membrane have been demonstrated. It was shown that rapid shifts in lipid distributions across the bilayer leaflets, specifically phosphatidic acid moving to the inner leaflet within seconds, is associated with de novo formation of membrane domains in phase-separated membranes. These results suggest that rapid changes in lipid transbilayer distribution can drive changes in membrane lateral organization and material properties, suggesting that a view of biological membranes with more dynamic lipid asymmetry may be warranted. Finally, the photochemical toolkit and the asymmetric model membrane presented provide a basis for exploring the processes that use dynamic lipid asymmetry to drive membrane functions.:Table of Contents
Erklärung entsprechend § 5.5 der Promotionsordnung V
Acknowledgments VII
Summary IX
Zusammenfassung X
Publications XI
Table of Contents XIII
List of Figures XVI
List of Tables XVIII
List of Abbreviations XVIII
Background 1
1. Introduction: Functional Architecture of Cellular Membranes 1
1.1 Lipid structure and classification 5
1.2 Lipid functions and lipid diversity 8
1.3 Biological membranes: Protein-studded lipid bilayers 9
1.4 Lipid assemblies in Membrane Models: From micelles to large vesicles 11
1.5 Studying lipids: methodologies and challenges 12
1.5.1 Quantifying & modulating spatiotemporal lipid abundances in situ 13
1.5.2 Photocaged lipids for precise perturbation of lipid levels 14
1.5.3 Targeted photocaged lipids to subcellular localizations 15
1.6 Visualizing lipid localization: direct and indirect imaging approaches 17
1.6.1 Indirect Methods: Fluorescent protein assemblies 17
1.6.2 Direct methods: Fluorescent and spin-labeled lipid analogs 17
1.7 Model Membranes to interrogate the structure and function of biological membranes 20
1.7.1 Mechanistic Insights from Membrane Model Systems 20
1.7.2 Lipid-lipid interaction and membrane lateral heterogeneity 21
1.7.3 Liquid-Ordered (Lo) and Liquid-Disordered (Ld) Domains in model membranes 22
1.8 Plasma membrane lipid asymmetry 24
1.8.1 Generation and Maintenance of Lipid Asymmetry 26
1.8.2 Physiological Relevance and Pathological Implications of Lipid Asymmetry 28
1.8.3 In-vitro models to study lipid membrane asymmetry 29
1.8.4 Remaining questions 29
Aims and scope of this thesis 31
Results 33
2. Leaflet-specific caged phospholipid probes 33
2.1 Design and synthesis of sulfonated caged phospholipids 33
2.1.1 General synthetic considerations 33
2.1.2 Synthesis of click caged functionalized phospholipids 34
2.2 Attachment of sulfonated scaffolds for leaflet-specific caged lipid probes 38
2.2.1 Synthesis of sulfonated caged phospholipids 40
2.2.2 Synthesis of Alexa Fluor caged phospholipids 41
3. In-vitro reconstitution of lipid membrane asymmetry in a minimal model system with spatiotemporal control 44
3.1 GUV preparation 44
3.1.1 Characterization of GUV quality and yield 44
3.2 Loading Leaflet-specific phospholipids into GUVs – making asymmetric vesicles 48
3.2.1 Optimization of Concentration Ranges for Different Probes 51
3.3 Washing Steps of Asymmetric GUVs 53
3.4 Assessing photoreaction in symmetric Giant Unilamellar Vesicles 56
3.5 Assessing photoreaction efficiency in sulfonated caged phospholipids using fluorescence microscopy 57
3.6 Proof-of-principle 59
4. Application 63
4.1 Transbilayer movement of lipids influences lateral membrane organization 63
5. Discussion 73
6. Conclusion and Future Perspectives 79
7. References 81
8. Materials and Methods 97
8.1 General synthetic procedures 97
8.2 General Reagents and solutions for reconstitution experiments using GUVs 112
8.3 Preparation of GUVs 113
8.4 PEGylation of coverslips 114
8.5 Micro-channel assembly 115
8.6 Setup of the Microfluidic System for GUVs Washing and Probe Loading 115
8.7 Loading of lipid probes into GUVs with the micellar method 117
8.7.1 Sulfonated caged phospholipids 117
8.7.2 Alexa Fluor caged phospholipids 117
8.8 Loading of lipid probes into GUVs using cyclodextrins 118
8.8.1 Sulfonated caged phospholipids 118
8.8.2 Alexa Fluor caged phospholipids 118
8.9 Wash step with 96-well plate 118
8.10 Loading procedures of outer leaflet targeted caged compounds in cells 119
8.11 Encapsulation of lipid biosensors in GUVs 120
8.12 Liposome preparation of sulfonated caged phospholipids 120
8.13 General procedure for uncaging experiments 121
8.14 Laser scanning confocal microscopy 122
8.15 Image analysis 122
8.15.1 Quantification of luminal fluorescence in GUVs 122
8.15.2 Mollweide Projections 124
8.15.3 Quantification of domain sizes and fluorescence intensities 124
8.16 Photophysical characterization of new compounds 125
9. Appendix 126
9.1 UV-Vis characterization of sulfonated caged phospholipids 126
9.2 UV-Visible characterization of Alexa Fluor caged phospholipids 126
9.3 Mollweide Projections 128
9.4 1H, 13C and 31P spectra of leaflet-specific caged compounds 13
Analyse des Ermüdungsprozesses von hochfestem Beton unter Berücksichtigung der Probengröße
No full textFür die Bemessung gegen Ermüdung stellt die Übertragbarkeit von Laborergebnissen auf bauteilrelevante Abmessungen eine große Herausforderung dar. Die Frage der Übertragbarkeit stellt sich bezüglich des Größeneffekts in Anbetracht immer größer werdender Strukturen, wie Windenergieanlagen und Brücken, sowie hinsichtlich der Eigenschaften hochfester Betonzusammensetzungen. Sie sind von besonderem Interesse für die Ermüdung, weil mit zunehmender Betondruckfestigkeit das Verhältnis von zyklischen zu statischen Lasten zunimmt. Von diesen und weiteren Einflussfaktoren hängt die Schädigungsentwicklung ab, welche mit einer lebensdauerbegleitenden Schädigungsanalyse charakterisiert werden kann. Eine zuverlässige Schädigungsanalyse ermöglicht zusätzlich die Erfassung des Istzustands gealterter Bauwerke. Eine fundierte Bewertung der Schädigungsentwicklung baut dabei auf einem umfassenden Verständnis des Ermüdungsprozesses auf.
Folglich ist es das Ziel dieser Arbeit den Ermüdungsprozess unter Druckschwellbelastung an drei Druckfestigkeiten und drei Probengrößen mit mechanischen und akustischen Prüfmethoden zu analysieren. Die Hypothese ist, dass mit zunehmender Druckfestigkeit und Probengröße die auftretenden Probenveränderungen abnehmen bzw. die Sprödigkeit zunimmt. Sie basiert auf einem bruchmechanischen Modellansatz des Größeneffekts, nach welchem der Volumenanteil einer lokal begrenzten, anisotropen Schädigungszone am Probenvolumen mit zunehmender Probengröße und Homogenität des Gefüges abnimmt.
Das Auftreten einer Schädigungszone in der dritten Ermüdungsphase kann in hochfestem Beton mit der Schallemissionsortung und der Ultraschallprüfung gezeigt werden. Mit letzterer wird die anisotrope Entwicklung der Ultraschallgeschwindigkeit analysiert. Zudem wird das bevorzugt lastparallele Risswachstum bei der Belastung im oberen Spannungsbereich mit einer Zunahme der plastischen Energiedichte in Verbindung gebracht.
Mit zunehmender Druckfestigkeit wird eine abnehmende Veränderung plastischer Probeneigenschaften wie der Verdichtung und der axialen Dehnung festgestellt. Die Ultraschallgeschwindigkeit und die Steifigkeit zeigen bei hochfestem Beton geringere Veränderungen als bei normalfestem Beton. Der Einfluss der Zusammensetzung wird anhand der geprüften normal und hochfesten Betone diskutiert. Mit zunehmender Probengröße ist bei der Zusammensetzung HFB-2 eine abnehmende Veränderung einiger Probeneigenschaften am Ende der Lebensdauer festzustellen, während bei der Zusammensetzung HFB-1 keine Größenabhängigkeit beobachtet wird.
Der bruchmechanische Modellansatz kann die beobachtete Abhängigkeit des Ermüdungsprozesses auf der Probenebene von der Probengröße und der Druckfestigkeit weitestgehend erklären. Aufgrund des Zusammenhangs lastparalleler Risse mit der Querdehnung bzw. des aus der Ultraschallgeschwindigkeit senkrecht zur Lastrichtung abgeleiteten dynamischen E-Moduls, werden diese Probeneigenschaften als Schädigungsindikatoren diskutiert.For fatigue design, the transferability of laboratory results to structural dimensions presents a major challenge. The issue of transferability arises with regard to the size effect, considering the ever-increasing scale of structures such as wind turbines and bridges, as well as the properties of high strength concrete mixtures. These are of particular interest for fatigue, because as concrete compressive strength increases, the ratio of cyclic to static loads also increases. The damage development depends on these and other influencing factors, which can be characterized through a damage analysis that accompanies the entire service life. A reliable damage analysis also enables the assessment of the current condition of aged structures. A sound evaluation of damage development is based on a comprehensive understanding of the fatigue process.
Consequently, the aim of this work is to analyse the fatigue process under compressive cyclic loading at three compressive strengths and three specimen sizes using mechanical and acoustic testing methods. The hypothesis is that with increasing compressive strength and specimen size, the occurring specimen changes decrease, or the brittleness increases. This is based on a fracture mechanics size effect model, according to which the volume fraction of a locally confined, anisotropic fracture damage zone in the specimen volume decreases with increasing specimen size and homogeneity of the microstructure.
The occurrence of a fracture damage zone in the third fatigue phase can be demonstrated in high strength concrete using both acoustic emission source localisation and ultrasonic testing. The latter is used to analyse the anisotropic development of the ultrasonic pulse velocity. Additionally, the preferential crack growth parallel to the load direction under high stress levels is associated with an increase in plastic energy density.
With increasing compressive strength, a decrease in changes of the plastic specimen properties, such as compaction and axial strain, is observed. The ultrasonic velocity and stiffness show smaller changes in high strength concrete compared to normal strength concrete. The influence of the composition is discussed using the tested normal and high strength concretes. With increasing specimen size, a decrease of the change of some specimen properties is determined for the composition HFB-2, while no size dependency is noted in composition HFB-1.
The fracture mechanics model can largely explain the observed dependence of the fatigue process at the specimen scale on specimen size and compressive strength. Due to the relation of load-parallel cracks with transverse strain and the dynamic modulus of elasticity derived from the ultrasonic pulse velocity perpendicular to the load direction, these specimen properties are discussed as damage indicators
Insights into the strategic innovation of the business model for competitive advantage
No full textThe publication-based dissertation explores how startups and corporations aim to create competitive advantage through strategic business model innovation, with a focus on environmental sustainability and disruptive innovations. It comprises four research papers developed for publication in peer-reviewed academic journals. The first paper conducts a systematic literature review to provide an integrated, comprehensive understanding of the contextual factors of disruptive innovation. It presents an integrated framework of disruptive innovation processes, improving the predictive ability of the theory of disruptive innovation. The second paper applies a flexible pattern-matching approach to analyze how startups with disruptive potential innovate their value propositions. It provides an integrated empirical framework of value proposition innovation determinants and tactics. The third paper investigates artificial intelligence in the business models of green technology startups. The results include an empirical framework that identifies five strategic key manifestations of integrating artificial intelligence into business models. The fourth paper adopts a qualitative research approach to explore organizational frames for decision-making in sustainable business innovation. It provides an empirically derived, integrated framework of two distinct organizational frames. The dissertation includes an introduction section that describes the need and motivation for the overarching research topic, introduces the key theoretical concepts, and details the publication status of the four research papers. The conclusion section provides theoretical and practical implications, as well as limitations and future research avenues across the four papers. In summary, this dissertation contributes to an enhanced understanding of strategic business model innovation in the context of environmental sustainability
and disruptive innovations
