TY  - THES
A1  - Sczech, Ronny
T1  - Haftvermittlung von Polyelektrolyten zwischen Celluloseoberflächen
T1  - Adhesion of polyelectrolytes between cellulose surfaces
N2  - Der Adhäsionsprozess an Cellulosefasern sollte bis hin zur molekularen Ebene aufgeklärt werden. Zuerst wurde eine definierte Celluloseoberfläche durch Aufschleudern hergestellt und eingehend charakterisiert wurde. Die Beschaffenheit der Oberfläche ist stark abhängig von der Konzentration Celluloselösung, die für das Aufschleudern benutzt wurde. Für geringe Konzentrationen bildete sich ein Netzwerk von Cellulosefibrillen über die Siliziumoberfläche aus. In einem mittleren Bereich wurden geschlossene Filme mit Dicken zwischen 1,5 und ca. 10 nm erhalten. Diese Filme wiesen eine Rauhigkeit unter 2 nm auf, was der Größe eines Cellulosemoleküls entspräche. Mit höheren Konzentrationen wurden die Filme dicker und auch rauer.  Die molekular glatten Cellulosefilme wurden zur Untersuchung der Adhäsionseigenschaften zwischen Celluloseoberflächen und ihrer Modifikation durch den Einfluss von Haftvermittlern (Polyelektrolyte) eingesetzt. Dafür wurde das Haftungsvermögen von Celluloseperlen auf der glatten Celluloseoberfläche analysiert. Die Adhäsion der Celluloseperlen hängt dabei von der Menge und von der Art des adsorbierten Polyelektrolyts ab. Geringe Polyelektrolytkonzentrationen ermöglichen wegen der teilweisen Bedeckung der Celluloseoberflächen eine Verstärkung der Haftvermittlung (Adhäsion). Höhere Konzentrationen an Polyelektrolyten bedecken die Celluloseoberfläche komplett, so dass die Symmetrie der Polyelektrolytadsorption entscheidend wird. Wenn Celluloseperlen und glatte Celluloseoberfläche gleichzeitig mit Polyelektrolyten beschichtet werden verringert sich bei hohen Konzentrationen die Adhäsion erheblich. Ein hohes Maß an Adhäsion wird dagegen erreicht, wenn nur eine der beiden gegenüberliegende Celluloseoberflächen separat beschichtet und dann in Kontakt mit der anderen gebracht Oberfläche wurde.  Der Einfluss einer äußeren Kraft auf die haftenden Celluloseperlen wurde untersucht, um eine Aussage über die auftretenden Adhäsionskräfte machen zu können. Dafür wurde eine spezielle Strömungszelle entwickelt, mit der die Bewegung von Celluloseperlen beobachtet werden kann. Je nach Ausrichtung der Strömungszelle bewegten sich die Celluloseperlen unterschiedlich schnell. War die Strömungszelle horizontal ausgerichtet, wirkte zusätzlich zur Adhäsionskraft noch die Gravitation auf die Oberfläche, so dass hier eine wesentlich langsamere Durchschnittsgeschwindigkeit ermittelt wurde als für die Messungen in vertikaler Ausrichtung.  Die Zugabe von verschiedenen Polyelektrolyten bei den Messungen mit der Strömungszelle hatte einen erheblichen Einfluss auf die Beweglichkeit der haftenden Celluloseperlen. Bei geringen Polyelektrolytkonzentrationen wurde das Potential der einzelnen Polyelektrolyten zur effektiven Haftvermittlung durch eine signifikant geringere Durchschnittsgeschwindigkeit der rollenden Celluloseperlen sichtbar. Aus der kritischen Anfangsgeschwindigkeit der rollenden Celluloseperlen wurde die Adhäsionsarbeit errechnet, die für die Bewegung nötig ist.
N2  - The process of adhesion of cellulose fibres should be revealed down to a molecular level. Therefore, a well defined cellulose surface was prepared and then characterized. Cellulose was deposited on silicon wafer surfaces via spin coating from a solution of cellulose in dimethylacetamide (including 7% (w/w) lithium chloride). The resulting cellulose layers were analyzed by ellipsometry, AFM, FTIR, ICP-MS, x-ray reflectivity, and contact angle measurements. The texture of the prepared cellulose surfaces depends strongly on the used cellulose solution for spin coating process. For cellulose concentrations below 0.07wt% the wafer surfaces are covered with a network of cellulose fibrils. For concentrations between 0.07 and 0.5 wt%, closed films with thicknesses between 1.5 and ca. 10 nm are obtained. These films are molecularly smooth (rms roughness < 2nm). Higher concentrations result in thicker films with significantly rougher surfaces (rms roughness >2nm). The cellulose layers were used to investigate cellulose/cellulose adhesion and their modification by polyelectrolytes. To this end the sticking behavior of cellulose beads was analyzed. It is demonstrated that the adhesion of the beads depends on the type, amount, and adsorption symmetry of adsorbed polyelectrolyte. Low, incomplete polyelectrolyte coverage always enhances adhesion, whereas for high coverage the symmetry of the polyelectrolyte coating is very important. In this case, adhesion is enhanced if only one surface is covered with polyelectrolyte prior to contact. If both surfaces were fully covered with polyelectrolytes before contact adhesion is decreased. Flexible and cationic polyelectrolytes are the most potent candidates for this usage.  The influence of an external force on the adhered cellulose beads was investigated to extimate the occurring adhesion forces. A special flow chamber was developed, in order to track the movements of cellulose beads rolling over a flat cellulose film. A constant water stream was applied as external force. The alignment of the flow chamber in reference to lab floor has an considerable influence on the speed of the rolling cellulose beads. If the flow chamber was aligned in the horizontal position, then gravity acts in addition to the adhesion force onto the surface. Thus, here were measured a substantial lower average speed of cellolude beads as it was measured for the vertical alignment of the flow chamber. The influence of gravity on the rolling friction of the cellulose beads could be prooved by modelling the rolling friction to HERTZ’s law and by evaluating statistically the movement vectors of the cellulose beads. As an another result of this findings one can estimate the occurring adhesion forces and energies.  The addition of different polyelectrolytes to the water stream used in measurements with the flow chamber had a substantial influence on the mobility of adhered cellulose beads. At high concentrations of polyelectrolyte sticked so many beads at the cellulose surface, that it was not possible to interpret the data reasonable. Low concentrations enables the potential of the invidual polyelectrolyte to be a effictive binding agent. Here, a significant lower average speed of cellulose beads rolling over a cellulose surface was observed by all used polyelectrolytes but most by a flexible and cationic one.
KW  - Polyelektrolyt
KW  - Haftvermittler
KW  - Cellulose
KW  - Nassfestigkeit
KW  - Oberflächen
KW  - Adhäsion
KW  - surfaces
KW  - adhesion
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7338
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heilmann, Katja
T1  - Wechselwirkungen von Immunzellen mit synthetischen und biomimetischen Oberflächen
T1  - Interactions of immune cells with synthetic and biomimetic surfaces
N2  - Die vorliegende Arbeit wurde im Zeitraum von Oktober 2002 bis November 2005 an dem Institut für Biochemie und Biologie der Universität Potsdam in Kooperation mit dem Institut für Chemie des GKSS Forschungszentrums in Teltow unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. B. Micheel und Herrn Prof. Dr. Th. Groth angefertigt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen von Immunzellen mit verschiedenen Kultursubstraten untersucht. Dafür wurden drei verschiedene Hybridomzelllinien eingesetzt. Eine Hybridomzelllinie (K2) ist im Laufe dieser Arbeit hergestellt und etabliert worden.  Der Einsatz von synthetischen und proteinbeschichteten Kulturoberflächen führte bei Hybridomzellen zu einer deutlich gesteigerten Antikörpersynthese im Vergleich zu herkömmlichen Zellkulturmaterialien. Obwohl diese Zellen in der Regel als Suspensionszellen kultiviert werden, führten die eingesetzten Polymermembranen (PAN, NVP) zu einer verbesserten Antikörpersynthese (um 30%) gegenüber Polystyrol als Referenz. Es konnte gezeigt werden, dass es einen Zusammenhang zwischen der Produktivität und dem Adh asionsverhalten der Hybridomzellen gibt.  Um den Einfluss von Proteinen der extrazellulären Matrix auf Zellwachstum und Antikörpersynthese von Hybridomzellen zu untersuchen, wurden proteinbeschichtete Polystyrol-Oberflächen eingesetzt. Für die Modifikationen wurden Fibronektin, Kollagen I, Laminin und BSA ausgewählt. Die Modifikation der Polystyrol-Oberfläche mit geringen Mengen Fibronektin (0,2-0,4 µg/ml) führte zu einer beträchtlichen Steigerung der Antikörpersynthese um 70-120%. Für Kollagen I- und BSA-Beschichtungen konnten Steigerungen von 40% beobachtet werden. Modifikationen der Polystyrol-Oberfläche mit Laminin zeigten nur marginale Effekte. Durch weitere Versuche wurde bestätigt, dass die Adhäsion der Zellen an Kollagen I- und Laminin-beschichteten Oberflächen verringert ist. Die alpha2-Kette des alpha2beta1-Integrins konnte auf der Zelloberfläche nicht nachgewiesen werden. Durch ihr Fehlen wird wahrscheinlich die Bindungsfähigkeit der Zellen an Kollagen I und Laminin beeinflusst. Durch die Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass Hybridomzellen nicht nur Suspensionszellen sind und das Kultursubstrate das Zellwachstum und die Produktivität dieser Zellen stark beeinflussen können. Der Einsatz von synthetischen und proteinbeschichteten Kultursubstraten zur Steigerung der Antikörpersynthese kann damit für die industrielle Anwendung von großer Relevanz sein. Für die Modellierung einer Lymphknotenmatrix wurden Fibronektin, Kollagen I, Heparansulfat und N-Acetylglucosamin-mannose in verschiedenen Kombinationen an Glasoberflächen adsorbiert und für Versuche zur In-vitro-Immunisierung eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass die Modifikation der Oberflächen die Aktivierung und Interaktion von dendritischen Zellen, T- und B-Lymphozyten begünstigt, was durch den Nachweis spezifischer Interleukine (IL12, IL6) und durch die Synthese spezifischer Antikörper bestätigt wurde. Eine spezifische Immunreaktion gegen das Antigen Ovalbumin konnte mit den eingesetzten Zellpopulationen aus Ovalbumin-T-Zell-Rezeptor-transgenen Mäusen nachgewiesen werden. Die In-vitro-Immunantwort wurde dabei am stärksten durch eine Kombination von Kollagen I, Heparansulfat und N-Acetylglucosamin-mannose auf einer Glasoberfläche gefördert. Die Etablierung einer künstlichen Immunreaktion kann eine gesteuerte Aktivierung bzw. Inaktivierung von körpereigenen dendritischen Zellen gegen bestehende Krankheitsmerkmale in vitro ermöglichen. Durch die Versuche wurden Grundlagen für spezifische Immunantworten erarbeitet, die u.a. für die Herstellung von humanen Antikörpern eingesetzt werden können.
N2  - In this scientific work the interactions of immune cells with different culture substrata were investigated. Therefore, three hybridoma cell lines were tested, one cell line (K2) was established during this work. The application of synthetic and protein-coated culture surfaces lead to a significantly increased synthesis of monoclonal antibodies in comparison to usual tissue polystyrene. Although hybridoma cells were normally cultured in suspension applied polymer membranes like PAN and NVP induced an increase by 30%. Furthermore, an influence of cell adhesion and antibody synthesis could be shown. To investigate the influence of extracellular matrix proteins on growth and antibody synthesis of hybridoma cells tissue culture polystyrene was coated with fibronectin, collagen I, laminin and bovine serum albumine in different concentrations. Modifications with fibronectin (concentrations between 0.2 and 0.4 µg/ml) improved the yield of monoclonal antibodies considerably by 70-120%. Coating cell culture plates with collagen I and bovine serum albumine induced an increase by 40%. The coating with laminin showed only marginal effects. Further experiments approved a decreased adhesion of hybridoma cells on collagen I and laminin coated surfaces. FACS analysis showed a reduced presence of the alpha2-chain of the alpha2/beta1-integrin responsible for mediating the binding to collagen I and laminin. Probably, the binding affinity to collagen I and laminin coated surfaces was influenced by this. The results showed a high impact of modified culture substrata on antibody synthesis even if hybridoma cells were cultured in suspension normally and this could be an approach for industrial application. The second part of this work comprised the creation of a lymph node paracortex related surface. Different matrix proteins like fibronectin, collagen I, heparane sulfate and a sugar named N-acetylglucosamine-mannose were coated in different combinations on glass surfaces to create a matrix. Dendritic cells were cultivated on these surfaces and get activated with ovalbumin. After that naïve T- and B-cell populations were added and it could be shown nicely that the modifications of the culture surface were essential for activation and interaction of dendritic cells, T- and B-cells which resulted in the secretion of specific interleukins (IL12, IL6) and specific antibodies (anti-ovalbumin-antibodies). In these experiments a specific immune respone to ovalbumin in vitro could be detected if the cells were isolated from ovalbumin-receptor-transgenic-mice (TgNDO11.10). This In-vitro-immunization was triggered at most if cells were cultured on a surface coated with a combination of collagen I, heparane sulfate and N-acetylglucosamine-mannose. These experiments could be basics for controlled specific immune reactions in vitro which could be used for the production of human antibodies or for the controlled activation or inactivation of immune cells.
KW  - Hybridomtechnik
KW  - Antikörper
KW  - Extrazelluläre Matrix
KW  - Antikörperproduktion
KW  - Adhäsion
KW  - Polymermembranen
KW  - adhesion
KW  - polymer membranes
KW  - hybridoma cells
KW  - antibody synthesis
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-8843
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frömmel, Ulrike
T1  - Vergleichende geno- und phänotypische Charakterisierung von Escherichia coli aus Menschen, Hausschweinen und Wildtieren
T1  - Comparative genotypic and phenotypic characterization of Escherichia coli from humans, domestic pigs and wild animals
N2  - Escherichia (E.) coli ist als kommensales Bakterium ein wichtiger Bestandteil des Mikrobioms von Säugern, jedoch zudem der häufigste Infektionserreger des Menschen. Entsprechend des Infektionsortes werden intestinal (InPEC) und extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) unterschieden. Die Pathogenese von E. coli-Infektionen ist durch Virulenzfaktoren determiniert, welche von jeweils spezifischen virulenzassoziierten Genen (inVAGs und exVAGs) kodiert werden. Häufig werden exVAGs auch in E. coli-Isolaten aus dem Darm gesunder Wirte nachgewiesen. Dies führte zu der Vermutung, dass exVAGs die intestinale Kolonisierung des Wirtes durch E. coli unterstützen. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, das Wissen über den Einfluss von exVAGs auf die Besiedlung und damit die Adhäsion von E. coli an Epithelzellen des Darmtraktes zu erweitern. Die Durchführung einer solch umfassenden E. coli-Populationsstudie erforderte die Etablierung neuer Screeningmethoden. Für die genotypische Charakterisierung wurden mikropartikelbasierte Multiplex-PCR-Assays zum Nachweis von 44 VAGs und der Phylogenie etabliert. Für die phänotypische Charakterisierung wurden Adhäsions- und Zytotoxizitätsassays etabliert. Die Screeningmethoden basieren auf der VideoScan-Technologie, einem automatisierten bildbasierten Multifluoreszenzdetektionssystem. Es wurden 398 E. coli-Isolate aus 13 Wildsäugerarten und 5 Wildvogelarten sowie aus gesunden und harnwegserkrankten Menschen und Hausschweinen charakterisiert. Die Adhäsionsassays hatten zum Ziel, sowohl die Adhäsionsraten als auch die Adhäsionsmuster der 317 nicht hämolytischen Isolate auf 5 Epithelzelllinien zu bestimmen. Die Zytotoxizität der 81 hämolytischen Isolate wurde in Abhängigkeit der Inkubationszeit auf 4 Epithelzelllinien geprüft. In den E. coli-Isolaten wurde eine Reihe von VAGs nachgewiesen. Potentielle InPEC, insbesondere shigatoxinproduzierende und enteropathogene E. coli wurden aus Menschen, Hausschweinen und Wildtieren, vor allem aus Rehen und Feldhasen isoliert. exVAGs wurden mit stark variierender Prävalenz in Isolaten aus allen Arten detektiert. Die größte Anzahl und das breiteste Spektrum an exVAGs wurde in Isolaten aus Urin harnwegserkrankter Menschen, gefolgt von Isolaten aus Dachsen und Rehen nachgewiesen. In Isolaten der phylogenetischen Gruppe B2 wurden mehr exVAGs detektiert als in den Isolaten der phylogenetischen Gruppen A, B1 und D. Die Ergebnisse der Adhäsionsassays zeigten, dass die meisten Isolate zelllinien-, gewebe- oder wirtsspezifisch adhärierten. Ein Drittel der Isolate adhärierte an keiner Zelllinie und nur zwei Isolate adhärierten stark an allen Zelllinien. Grundsätzlich adhärierten mehr Isolate an humanen sowie an intestinalen Zelllinien. Besonders Isolate aus Eichhörnchen und Amseln sowie aus Urin harnwegserkrankter Menschen und Hausschweine waren in der Lage, stark zu adhärieren. Hierbei bildeten die Isolate als Adhäsionsmuster diffuse Adhäsion, Mikrokolonien, Ketten und Agglomerationen. Mittels statistischer Analysen wurden Assoziationen zwischen exVAGs und einer hohen Adhäsionsrate ersichtlich. So war beispielsweise das Vorkommen von afa/dra mit einer höheren Adhäsionsrate auf Caco-2- und 5637-Zellen und von sfa/foc auf IPEC-J2-Zellen assoziiert. Die Ergebnisse der Zytotoxizitätsassays zeigten eine sehr starke und zeitabhängige Zerstörung der Monolayer aller Epithelzelllinien durch die α-Hämolysin-positiven Isolate. Auffallend war die hohe Toxizität hämolytischer Isolate aus Wildtieren gegenüber den humanen Zelllinien. Mit den innerhalb dieser Arbeit entwickelten Screeningmethoden war es möglich, große Mengen an Bakterien zu charakterisieren. Es konnte ein Überblick über die Verbreitung von VAGs in E. coli aus unterschiedlichen Wirten gewonnen werden. Besonders Wildtiere wurden sowohl durch den Nachweis von VAGs in den entsprechenden Isolaten, verbunden mit deren Adhäsionsfähigkeit und ausgeprägter Zytotoxizität als Reservoire pathogener E. coli identifiziert. Ebenso wurde eine zelllinienspezifische Adhäsion von Isolaten mit bestimmten exVAGs deutlich. Damit konnte der mögliche Einfluss von exVAGs auf die intestinale Kolonisierung bestätigt werden. In weiterführenden Arbeiten sind jedoch Expressions- und Funktionsanalysen der entsprechenden Proteine unerlässlich. Es wird anhand der Mikrokoloniebildung durch kommensale E. coli vermutet, dass Adhäsionsmuster und demzufolge Kolonisierungsstrategien, die bisher pathogenen E. coli zugeschrieben wurden, eher als generelle Kolonisierungsstrategien zu betrachten sind. Das E. coli-α-Hämolysin wirkt im Allgemeinen zytotoxisch auf Epithelzellen. Ein in der Fachliteratur diskutierter adhäsionsunterstützender Mechanismus dieses Toxins ist demnach fragwürdig. Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Screeningmethoden umfassende Analysen einer großen Anzahl an E. coli-Isolaten ermöglichen.
N2  - Escherichia (E.) coli is as commensal bacterium an important component of the microbiome of humans and animals, but also the most common infectious agent of human. According to the site of infection intestinal pathogenic (InPEC) and extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) are differentiated. The pathogenesis of E. coli infections is determined by virulence factors encoded by specific virulence-associated genes (inVAGs and exVAGs). Frequently, exVAGs also be detected in E. coli isolates from the intestine of clinically healthy hosts. This led to the assumption that exVAGs support the intestinal colonization of the host by E. coli. The main objective of this work was to extend the knowledge about the influence of exVAGs on the settlement and adhesion of E. coli to epithelial cells of the intestinal tract. The implementation of such a comprehensive E. coli population study required the establishment of new screening methods. For the genotypic characterization novel microbead-based multiplex PCR assays were established to detect 44 VAGs and phylogeny. For the phenotypic characterization novel in vitro adhesion and cytotoxicity assays were established. These screening methods based on the VideoScan technology, which is an automated image-based multi-fluorescence detection system. There have been characterized 398 E. coli isolates from 13 wild mammal species and 5 species of wild birds as well as from healthy and urinary diseased humans and domestic pigs. The adhesion assays were aimed at both the adhesion rates and the adhesion patterns of the 317 non-hemolytic isolates on intestinal human Caco-2 and porcine IPEC-J2 cells and on human urinary bladder 5637, porcine kidney PK-15 epithelial and HEp-2 cells. The cytotoxicity of 81 hemolytic isolates was compared on the human intestinal epithelium LoVo, and on 5637, IPEC-J2 and PK-15 according to the incubation period. The E. coli isolates showed a series of VAGs. Potential InPEC, especially shigatoxin-producing and enteropathogenic E. coli were isolated from humans, domestic pigs and wild animals, especially from deers (Capreolus capreolus) and hares (Lepus europaeus). exVAGs were detected with widely varying prevalence in E. coli isolates from all species studied. The largest number and the widest range of exVAGs were shown in isolates from urine of urinary diseased patients, followed by isolates from badgers (Meles meles) and deer. Within the isolates of the phylogenetic group B2 more exVAGs were detected as within the isolates of the phylogenetic groups A, B1, and D. Adhesion of the E. coli isolates was specific to cells, host, and tissue, though it was also unspecific. A third of the isolates adhered to any cell line and only two isolates adhered strongly to all cell lines. Basically, more bacteria adhered to human as well as to intestinal cell lines. Especially isolates from squirrels (Sciurus vulgaris) and blackbirds (Turdus merula) and from the urine of urinary diseased humans and domestic pigs were able to strongly adhere. Commensal and pathogenic isolates can adhere in various forms, including diffuse distribution, microcolonies, chains and clumps. Using statistical analyzes associations between the occurrence of some VAGs and a high adhesion rates were seen. Several known adhesins were associated with host cell specific adhesion. Other new potential adhesion genes were described. The results of the cytotoxicity assays showed a very strong and time-dependent degradation of the epithelial cell monolayer of all the α-hemolysin-positive E. coli isolates. The high toxicity of hemolytic isolates from wild animals against the human cell lines was striking. The screening methods enabled both, the genotypic and phenotypic characterisation of large amounts of bacterial isolates. An overview of the distribution of VAGs in E. coli from different hosts was obtained. Especially wild animals were either by the detection of VAGs in the corresponding E. coli isolates, combined with the adhesion and marked cytotoxicity identified as reservoirs of pathogenic E. coli. As well, a cell-line specific adhesion of E. coli isolates with certain exVAGs became clear. Thus, the possible influence on the intestinal colonization of exVAGs could be confirmed. In further work, however, expression and functional analysis of the corresponding proteins are essential. It is suspected on the basis of microcolony formation by commensal E. coli that adhesion patterns and consequently colonization strategies that were previously attributed to pathogenic E. coli, are to be regarded rather as a general colonization strategy. The E. coli α-hemolysin acts generally cytotoxic to epithelial cells. An in the literature discussed adhesion supporting mechanism of this toxin is therefore questionable. Within this work it was shown that the developed screening methods enable comprehensive analyzes of a large number of E. coli isolates.
KW  - Escherichia coli
KW  - Adhäsion
KW  - virulenzassoziierte Gene
KW  - Hämolyse
KW  - ExPEC
KW  - Escherichia coli
KW  - adhesion
KW  - virulence-associated genes
KW  - hemolysis
KW  - ExPEC
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69147
ER  - 
TY  - THES
A1  - Elsner, Nils
T1  - Nanomechanik und Adhäsion von Polyelektrolytmultischicht-Hohlkapseln
T1  - Nanomechanics and adhesion of polyelectrolyte multilayer hollow capsules
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit zwei Themengebieten. Es ging zum einen um die mechanischen Eigenschaften von Polyelektrolythohlkapseln und zum anderen um die Adhäsion von Polyelektrolythohlkapseln. Die mechanischen Eigenschaften wurden mit der AFM „colloidal probe” Technik untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Kraftdeformationskurven für kleine Deformationen den nach der Schalentheorie vorhergesagten linearen Verlauf haben. Ebenso wurde die quadratische Abhängigkeit der Federkonstanten von der Dicke bestätigt. Für PAH/PSS findet man einen E-Modul von 0.25 GPa. Zusammen mit der Tatsache, dass die Deformationskurven unabhängig von der Geschwindigkeit sind und praktisch keine Hysterese zeigen, sowie der Möglichkeit die Kapseln plastisch zu deformieren, kann man schließen, dass das System in einem glasartigen Zustand vorliegt. <pt>Erwartungsgemäß zeigte der pH einen starken Einfluss auf die PEM. Während in einem pH-Bereich zwischen 2 und 11.5 keine morphologischen Änderungen festgestellt werden konnten, vergrößerte sich der Radius bei pH = 12 um bis zu 50 %. Diese Radienänderung war reversibel und ging einher mit einem sichtbaren Weicherwerden der Kapseln. Eine Abnahme des E-Moduls um mindestens drei Größenordungen wurde durch Kraftdeformationsmessungen bestätigt. Die Kraftdeformationskurven zeigen eine starke Hysterese. Das System befindet sich nun nicht mehr in einem glasartigen Zustand, sondern ist viskos bis gummiartig geworden. Messungen an Kapseln, die mit Glutardialdehyd behandelt wurden, zeigten, dass die Behandlung das pH-abhängige Verhalten verändert. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass das PAH durch den Glutardialdehyd quervernetzt wird. Bei einem hohen Quervernetzungsgrad, zeigen die Kapseln keine Änderung des mechanischen Verhaltens bei pH = 12. Schwach quervernetzte Kapseln werden immer noch signifikant weicher bei pH = 12, jedoch ändert sich der Radius nicht. Außerdem wurden Multilagenkapseln untersucht, deren Stabilität nicht auf elektrostatischen Wechselwirkungen sondern auf Wasserstoffbrückenbindungen beruhte. Diese Kapseln zeigten eine deutlich höhere Steifigkeit mit E-Modulen bis zu 1 GPa. Es wurde gefunden, dass auch dieses System für kleine Deformationen ein lineares Kraft-Deformationsverhalten zeigt, und dass die Federkonstante quadratisch von der Dicke abhängt. Die Kapseln lösen sich praktisch sofort bei pH = 6.5 auf. In der Nähe dieses pHs konnte das Abnehmen der Federkonstanten verfolgt werden. Außerdem wurde das Adhäsionsverhalten von PAH/PSS Kapseln auf mit PEI-beschichtetem Glas untersucht. Die Adhäsionsflächen waren zu einem großen Teil rund und ließen sich quantitativ auswerten. Der Adhäsionsradius nimmt mit dem Kapselradius zu und mit der Dicke ab. Das Verhalten konnte mit zwei Modellen, einem für die große und einem für die kleine Deformation beschrieben werden. Das große Deformationsmodell liefert um eine Größenordung niedrigere Adhäsionsenergien als das kleine Deformationsmodell, welches mit Werten von ‑0.2 mJ/m<sup>2 Werte in einem plausiblen Bereich liefert. Es wurde gefunden, dass bei einem Verhältnis von Dicke zu Deformation von etwa eins "buckling" auftritt. Dieser Punkt markierte zugleich den Übergang von der großen zur kleinen Deformation.
N2  - This work had two objectives. The first was to study the mechanical properties of polyelectrolyte hollow capsules depending on the pH and the wall composition utilizing the AFM colloidal probe technique. The second objective was to study the adhesion of these capsules varying the radius and thickness. It was found that the AFM colloidal probe technique can be utilized to measure the shells spring constant. The acquired deformation curves for small deformations showed the linear force deformation relation predicted by the shell theory. The stiffness of capsules composed of polyallylamine and polystyrenesulfonate scales quadratically with the thickness giving Young’s modulus of 0.25 GPa. Changing the pH had no effect concerning the morphology and the elastic properties of the afore mentioned capsules up to pH = 11.5. At pH = 12 the capsules’ radius increased between 30 % and 50 % and the elastic modulus decreased by more than one order of magnitude. This pH-change can be viewed as the glass transition of the material, being in a glassy state below pH = 11.5 and becoming rubbery at pH = 12. Introducing crosslinking into the capsule wall inhibited any morphological changes at pH = 12, while leaving the capsule stiffness sensitive for small degrees of crosslinking. It was possible to prove the quadratic thickness dependency of the stiffness for a system where the internal forces keeping together the multilayer were hydrogen bonds (poly(methacrylic acid) / poly-4-vinylpyrrolidone). These apsules are significantly stiffer than the afore mentioned ones (Young’s modulus 0.6 to 1 GPa) and show a strong reaction towards increasing the pH by dissolving within seconds. Close to the dissolution pH these capsules also exhibit a transition from a glassy to a rubbery state. Capsules composed of polyallylamine / polystyrene sulfonate adhered to polyethylene imine coated glass. The radius of the adhesion disc increased with the radius of the capsule and decreased with increasing thickness. This behaviour could be semi quantitatively described with a strong and a weak deformation model giving a value for the adhesion energy of ‑0.02 mJ/m<sup>2 for the small deformation model. At deformations of the order of the thickness, the theoretically predicted buckling was observed.
KW  - Polyelektrolyt
KW  - Mehrschichtsystem
KW  - Mikroskopie
KW  - Kraftmikroskopie
KW  - Mechanische Eigenschaft
KW  - Adhäsion
KW  - Wasserstoffionenkonzentration
KW  - polyelectrolyte multilayer
KW  - microscopy
KW  - atomic force microscopy
KW  - mechanical properties
KW  - adhesion
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5555
ER  - 
TY  - THES
A1  - Albers, Nicole
T1  - On the relevance of adhesion : applications to Saturn's rings
T1  - Zur Relevanz von Teilchenadhäsion : Anwendung auf die Ringe des Saturn
N2  - Since their discovery in 1610 by Galileo Galilei, Saturn's rings continue to fascinate both experts and amateurs. Countless numbers of icy grains in almost Keplerian orbits reveal a wealth of structures such as ringlets, voids and gaps, wakes and waves, and many more. Grains are found to increase in size with increasing radial distance to Saturn. Recently discovered "propeller" structures in the Cassini spacecraft data, provide evidence for the existence of embedded moonlets. In the wake of these findings, the discussion resumes about origin and evolution of planetary rings, and growth processes in tidal environments. In this thesis, a contact model for binary adhesive, viscoelastic collisions is developed that accounts for agglomeration as well as restitution. Collisional outcomes are crucially determined by the impact speed and masses of the collision partners and yield a maximal impact velocity at which agglomeration still occurs. Based on the latter, a self-consistent kinetic concept is proposed. The model considers all possible collisional outcomes as there are coagulation, restitution, and fragmentation. Emphasizing the evolution of the mass spectrum and furthermore concentrating on coagulation alone, a coagulation equation, including a restricted sticking probability is derived. The otherwise phenomenological Smoluchowski equation is reproduced from basic principles and denotes a limit case to the derived coagulation equation. Qualitative and quantitative analysis of the relevance of adhesion to force-free granular gases and to those under the influence of Keplerian shear is investigated. Capture probability, agglomerate stability, and the mass spectrum evolution are investigated in the context of adhesive interactions. A size dependent radial limit distance from the central planet is obtained refining the Roche criterion. Furthermore, capture probability in the presence of adhesion is generally different compared to the case of pure gravitational capture. In contrast to a Smoluchowski-type evolution of the mass spectrum, numerical simulations of the obtained coagulation equation revealed, that a transition from smaller grains to larger bodies cannot occur via a collisional cascade alone. For parameters used in this study, effective growth ceases at an average size of centimeters.
N2  - Seit ihrer Entdeckung im Jahre 1610 durch Galileo Galilei faszinieren die Ringe des Saturn sowohl Laien als auch Experten. Planetare Ringe finden sich in der Äquatorialebene aller vier Riesenplaneten unseres Sonnensystems und sind eines der eindruckvollsten Beispiele granularer Gase. Darunter gehören die Saturnringe zu den Bekanntesten. Sie bergen eine Vielzahl von Strukturen und erstrecken sich über mehr als 240 000 Kilometer, wobei sie weit weniger als 100 Meter dick sind. Unzählige kleinerer Körper bewegen sich auf leicht exzentrischen Kepler-ähnlichen Bahnen um den Zentralplaneten und bestehen dabei vorwiegend aus Eis. Die seit Juli 2004 im Orbit um den Saturn befindliche Raumsonde Cassini liefert atemberaubende Bilder und Daten, die nicht nur neue Erkenntnisse liefern, sondern auch alte Fragestellungen neu aufleben lassen. Dazu gehört z.B. die Frage nach dem Ursprung und den Entwicklungsstufen planetarer Ringe. Kürzlich, im äusseren A-Ring entdeckte Kleinmonde, deren Existenz schon viel früher postuliert wurde, weisen auf eventuell stattfindende Wachstumsprozesse hin. Da sich planetare Ringe jedoch hauptsächlich innerhalb der sogenannten Roche-Zone des jeweiligen Planeten befinden, ist ein effektives, allein auf gravitativen Wechselwirkungen beruhendes Größenwachstum nicht zu erwarten. Der Einfluß von Teilchenadhäsion auf diese Prozesse ist bis dato fraglich. Im Rahmen dieser Dissertation ist ein Kontaktmodell für adhäsive, viskoelastische Binärstöße granularer Teilchen entwickelt worden, welches sowohl deren Agglomeration als auch Restitution gestattet. Chakateristisch für granulare Materie ist die dissipative Wechselwirkung der einzelnen Teilchen untereinander. Dieser Energieverlust wird gewöhnlich mittels des Restitutionskoeffizienten erfaßt, der das Verhältnis von Relativgeschwindigkeiten nach zu vor dem Stoß darstellt. Dieser Parameter ermöglicht es, Agglomeration und Restitution nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ voneinander zu unterscheiden. Ferner ergibt sich eine maximale Impaktgeschwindigkeit, bei der eine Agglomeration noch immer möglich ist. Basierend auf der Existenz derartiger Grenzgeschwindigkeiten für Agglomeration und Fragmentation, wurde in dieser Dissertation ein selbstkonsistentes, kinetisches Strukturbildungsmodell vorgestellt und im Hinblick auf die Koagulation von Teilchen weitergehend untersucht. Eine Koagulationsgleichung, die einer eingeschränkten Haftwahrscheinlichkeit Rechnung trägt, ist analytisch hergeleitet worden. Aus ihr läßt sich die allgemein bekannte, aber ansonsten phenomenologische Smoluchowski Gleichung als ein Grenzfall ableiten, bei dem jeder mögliche Kontakt zur Koagulation führt. Qualitative und quantitative Untersuchungen der Relevanz von Adhäsion in kräftefreien und Kepler-gescherten Systemen beziehen sich auf die Stabilität von Zwei-Teilchen-Agglomeraten, die Wahrscheinlichkeit eines gegenseitigen "Einfangens" beider Teilchen, und die zeitliche Entwicklung der Größenverteilung unter Berücksichtigung der im ersten Teil dieser Arbeit eingeführten Kollisionsdynamik. Dabei ergab sich ein kritischer Abstand zum Zentralkörper, der das ansonsten in diesem Rahmen benutzte Roche Kriterium erweitert. Numerische Simulationen der vorgestellten Koagulationsgleichung zeigen deutlich, daß im Vergleich zu Smoluchowski-ähnlichem Verhalten, ein kollisionsbasiertes Wachstum von kleineren zu größeren Körpern nicht notwendigerweise auftritt. Lediglich Größen von Zentimetern konnten an dieser Stelle erreicht werden. Die Relevanz von adhäsiven Teilchenwechselwirkungen konnte damit nachgewiesen werden. Vermögen diese auch nicht für ein effektives Wachstum aufzukommen, so sind sie dennoch von Bedeutung für die kollektive Dynamik planetarer Ringe.
KW  - Saturn<Planet>
KW  - Cassini<Raumsonde>
KW  - Adhäsion
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Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10848
ER  -