@phdthesis{Behm2019,
  author    = {Behm, Laura Vera Johanna},
  title     = {Thermoresponsive Zellkultursubstrate f{\"u}r zeitlich-r{\"a}umlich gesteuertes Auswachsen neuronaler Zellen},
  doi       = {10.25932/publishup-43619},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-436196},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {VII, 105},
  year      = {2019},
  abstract  = {Ein wichtiges Ziel der Neurowissenschaften ist das Verst{\"a}ndnis der komplexen und zugleich faszinierenden, hochgeordneten Vernetzung der Neurone im Gehirn, welche neuronalen Prozessen, wie zum Beispiel dem Wahrnehmen oder Lernen wie auch Neuropathologien zu Grunde liegt. F{\"u}r verbesserte neuronale Zellkulturmodelle zur detaillierten Untersuchung dieser Prozesse ist daher die Rekonstruktion von geordneten neuronalen Verbindungen dringend erforderlich. Mit Oberfl{\"a}chenstrukturen aus zellattraktiven und zellabweisenden Beschichtungen k{\"o}nnen neuronale Zellen und ihre Neuriten in vitro strukturiert werden. Zur Kontrolle der neuronalen Verbindungsrichtung muss das Auswachsen der Axone zu benachbarten Zellen dynamisch gesteuert werden, zum Beispiel {\"u}ber eine ver{\"a}nderliche Zug{\"a}nglichkeit der Oberfl{\"a}che. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob mit thermoresponsiven Polymeren (TRP) beschichtete Zellkultursubstrate f{\"u}r eine dynamische Kontrolle des Auswachsens neuronaler Zellen geeignet sind. TRP k{\"o}nnen {\"u}ber die Temperatur von einem zellabweisenden in einen zellattraktiven Zustand geschaltet werden, womit die Zug{\"a}nglichkeit der Oberfl{\"a}che f{\"u}r Zellen dynamisch gesteuert werden kann. Die TRP-Beschichtung wurde mikrostrukturiert, um einzelne oder wenige neuronale Zellen zun{\"a}chst auf der Oberfl{\"a}che anzuordnen und das Auswachsen der Zellen und Neuriten {\"u}ber definierte TRP-Bereiche in Abh{\"a}ngigkeit der Temperatur zeitlich und r{\"a}umlich zu kontrollieren. Das Protokoll wurde mit der neuronalen Zelllinie SH-SY5Y etabliert und auf humane induzierte Neurone {\"u}bertragen. Die Anordnung der Zellen konnte bei Kultivierung im zellabweisenden Zustand des TRPs f{\"u}r bis zu 7 Tage aufrecht erhalten werden. Durch Schalten des TRPs in den zellattraktiven Zustand konnte das Auswachsen der Neuriten und Zellen zeitlich und r{\"a}umlich induziert werden. Immunozytochemische F{\"a}rbungen und Patch-Clamp-Ableitungen der Neurone demonstrierten die einfache Anwendbarkeit und Zellkompatibilit{\"a}t der TRP-Substrate. Eine pr{\"a}zisere r{\"a}umliche Kontrolle des Auswachsens der Zellen sollte durch lokales Schalten der TRP-Beschichtung erreicht werden. Daf{\"u}r wurden Mikroheizchips mit Mikroelektroden zur lokalen Jouleschen Erw{\"a}rmung der Substratoberfl{\"a}che entwickelt. Zur Evaluierung der generierten Temperaturprofile wurde eine Temperaturmessmethode entwickelt und die erhobenen Messwerte mit numerisch simulierten Werten abgeglichen. Die Temperaturmessmethode basiert auf einfach zu applizierenden Sol-Gel-Schichten, die den temperatursensitiven Fluoreszenzfarbstoff Rhodamin B enthalten. Sie erm{\"o}glicht oberfl{\"a}chennahe Temperaturmessungen in trockener und w{\"a}ssriger Umgebung mit hoher Orts- und Temperaturaufl{\"o}sung. Numerische Simulationen der Temperaturprofile korrelierten gut mit den experimentellen Daten. Auf dieser Basis konnten Geometrie und Material der Mikroelektroden hinsichtlich einer lokal stark begrenzten Temperierung optimiert werden. Ferner wurden f{\"u}r die Kultvierung der Zellen auf den Mikroheizchips eine Zellkulturkammer und Kontaktboard f{\"u}r die elektrische Kontaktierung der Mikroelektroden geschaffen. Die vorgestellten Ergebnisse demonstrieren erstmalig das enorme Potential thermoresponsiver Zellkultursubstrate f{\"u}r die zeitlich und r{\"a}umlich gesteuerte Formation geordneter neuronaler Verbindungen in vitro. Zuk{\"u}nftig k{\"o}nnte dies detaillierte Studien zur neuronalen Informationsverarbeitung oder zu Neuropathologien an relevanten, humanen Zellmodellen erm{\"o}glichen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schuck2020,
  author    = {Schuck, Bernhard},
  title     = {Geomechanical and petrological characterisation of exposed slip zones, Alpine Fault, New Zealand},
  doi       = {10.25932/publishup-44612},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-446129},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XVII, 143},
  year      = {2020},
  abstract  = {The Alpine Fault is a large, plate-bounding, strike-slip fault extending along the north-western edge of the Southern Alps, South Island, New Zealand. It regularly accommodates large (MW > 8) earthquakes and has a high statistical probability of failure in the near future, i.e., is late in its seismic cycle. This pending earthquake and associated co-seismic landslides are expected to cause severe infrastructural damage that would affect thousands of people, so it presents a substantial geohazard. The interdisciplinary study presented here aims to characterise the fault zone's 4D (space and time) architecture, because this provides information about its rheological properties that will enable better assessment of the hazard the fault poses. The studies undertaken include field investigations of principal slip zone fault gouges exposed along strike of the fault, and subsequent laboratory analyses of these outcrop and additional borehole samples. These observations have provided new information on (I) characteristic microstructures down to the nanoscale that indicate which deformation mechanisms operated within the rocks, (II) mineralogical information that constrains the fault's geomechanical behaviour and (III) geochemical compositional information that allows the influence of fluid- related alteration processes on material properties to be unraveled. Results show that along-strike variations of fault rock properties such as microstructures and mineralogical composition are minor and / or do not substantially influence fault zone architecture. They furthermore provide evidence that the architecture of the fault zone, particularly its fault core, is more complex than previously considered, and also more complex than expected for this sort of mature fault cutting quartzofeldspathic rocks. In particular our results strongly suggest that the fault has more than one principal slip zone, and that these form an anastomosing network extending into the basement below the cover of Quaternary sediments. The observations detailed in this thesis highlight that two major processes, (I) cataclasis and (II) authigenic mineral formation, are the major controls on the rheology of the Alpine Fault. The velocity-weakening behaviour of its fault gouge is favoured by abundant nanoparticles promoting powder lubrication and grain rolling rather than frictional sliding. Wall-rock fragmentation is accompanied by co-seismic, fluid-assisted dilatancy that is recorded by calcite cementation. This mineralisation, along with authigenic formation of phyllosilicates, quickly alters the petrophysical fault zone properties after each rupture, restoring fault competency. Dense networks of anastomosing and mutually cross-cutting calcite veins and intensively reworked gouge matrix demonstrate that strain repeatedly localised within the narrow fault gouge. Abundantly undeformed euhedral chlorite crystallites and calcite veins cross-cutting both fault gouge and gravels that overlie basement on the fault's footwall provide evidence that the processes of authigenic phyllosilicate growth, fluid-assisted dilatancy and associated fault healing are processes active particularly close to the Earth's surface in this fault zone. Exposed Alpine Fault rocks are subject to intense weathering as direct consequence of abundant orogenic rainfall associated with the fault's location at the base of the Southern Alps. Furthermore, fault rock rheology is substantially affected by shallow-depth conditions such as the juxtaposition of competent hanging wall fault rocks on poorly consolidated footwall sediments. This means microstructural, mineralogical and geochemical properties of the exposed fault rocks may differ substantially from those at deeper levels, and thus are not characteristic of the majority of the fault rocks' history. Examples are (I) frictionally weak smectites found within the fault gouges being artefacts formed at temperature conditions, and imparting petrophysical properties that are not typical for most of fault rocks of the Alpine Fault, (II) grain-scale dissolution resulting from subaerial weathering rather than deformation by pressure-solution processes and (III) fault gouge geometries being more complex than expected for deeper counterparts. The methodological approaches deployed in analyses of this, and other fault zones, and the major results of this study are finally discussed in order to contextualize slip zone investigations of fault zones and landslides. Like faults, landslides are major geohazards, which highlights the importance of characterising their geomechanical properties. Similarities between faults, especially those exposed to subaerial processes, and landslides, include mineralogical composition and geomechanical behaviour. Together, this ensures failure occurs predominantly by cataclastic processes, although aseismic creep promoted by weak phyllosilicates is not uncommon. Consequently, the multidisciplinary approach commonly used to investigate fault zones may contribute to increase the understanding of landslide faulting processes and the assessment of their hazard potential.},
  language  = {en}
}