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Azobenzene-functionalized molecular glasses for holographic applications
(2010)
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Roland Walker
- Holography is an optical imaging technique, with which an authentic copy of the original object can be created, even in the absence of the object itself. This means, that in contrast to conventional photography, the information of depth is not lost. Holography is based on writing an interference grating in a photosensitive volume element. Hereby two light sources are generating an interference pattern, which causes chemical or physical changes in the photosensitive material. By illumination of the stored diffraction grating, the original information can be reconstructed. One of the most important classes of photoaddressable chromophores utilized in holography are azobenzene compounds. Owing to the rich photochemistry of these chromophores, materials incorporating azobenzenes can be used as photoswitches, allowing fast and reversible control over the chemical, physical or optical properties of the entire system. Therefore, azobenzene-containing compounds are envisioned as smart light-responsive materials for various holographic applications. This thesis describes the synthesis and characterization of azobenzene-containing molecular glasses as well as their application as functional materials in specific holographic experiments. By utilizing a modular design principle, we were able to fine-tune their physical and photo-physical properties and optimize the molecular structure in view of the formation of surface relief nanostructures as well as inscription of holographic volume gratings. Understanding the formation of surface relief nanostructures and discovering ways of controlling the process is of importance, as uniform surface relief gratings (SRGs) with adjustable spacing and amplitude are of interest. Therefore a new series of azobenzene-containing molecular glasses based on a triphenylamine core has been synthesized and photo-physically characterized. A clear relationship between the chemical structure of these molecules and SRG build-up was established: the rate of formation and the maximal achievable amplitude of SRGs strongly depend on the optical susceptibility at the wavelength of the writing laser. Furthermore, we found that different polarizations of the laser beams also have a major influence. With this knowledge we were able to efficiently form SRGs with amplitude heights of up to 600 nm by tailoring the molecular structure of the material and selecting specific experimental conditions. Furthermore, it has been demonstrated that these surface patterns are stable enough to be transferred to a polymer surface with replica molding techniques. This concept has the potential to be practically applied for holographic optical elements. Holography is a most promising solution for optical data storage, as in contrast to conventional optical storage media, the entire volume of the medium is used instead of only a few thin layers. Unfortunately, current rewritable materials still exhibit certain challenges, most important, sufficiently fast writing times. Therefore, material concepts especially for improving the recording time as well as the long-term stability of holographic volume gratings are presented. By employing azobenzene-containing molecular glasses in blends with photoaddressable polymers, we were able to merge the excellent long-term stability of the polymer systems with the higher photo-physical sensitivity of the molecular glasses, thus creating a superior holographic material which combines the advantages of both material classes. In order to find a suitable blending material, we synthesized series of photochromic azobenzene-containing molecular glasses and screened them with respect to their photo-physical properties. The best combination of structural variations was chosen for the blending experiments. Already a blend comprising as less as ten wt% of molecular glass allowed us to decrease the holographic writing time of a photoaddressable block copolymer system by a factor of three while increasing the recording sensitivity by the factor five. In addition to molecular glasses with ordinary azobenzene chromophores we also examined low molecular weight materials functionalized with bisazobenzene moieties. This enabled us to achieve higher maximum refractive index modulations. Liquid-crystalline behaviour could be introduced with the incorporation of substituents at the bisazobenzene moiety. Subsequent investigations of the photo-physical properties revealed a long-term stable photo-orientation solely based on small molecular compounds, making such materials an interesting alternative to established systems. In summary, this thesis demonstrates that azobenzene-containing molecular glasses are a worthwile focus for research, as they are an amazingly versatile and adaptable class of materials suitable for a large number of different applications.
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Der Markenwert touristischer Destinationen und seine Implikationen für das Destinationsmanagement aus tourismusgeographischer Perspektive. Herleitung und Überprüfung eines empirischen Messinstruments am Beispiel des UNESCO Weltkulturerbe Bamberg.
(2010)
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Sebastian Raum
- Vor dem Hintergrund aktueller Diskurse bezüglich subjektiv aufgeladener, imaginativer Geographien legt der Tourismus dem städtischen Raum ein Bezugssystem auf, welches nach Bildern, Geschichten und Gebäuden auf die Destination abgestimmt ist und es ermöglicht, die Destination zielgruppengerecht zu vermarkten. Als besonders zugkräftiges Argument dieser Kommodifikation beziehungsweise Touristifikation von Räumen hat sich inzwischen die Eintragung einer Destination in die Liste der UNESCO-Welterbestätten herausgestellt. Ziel der UNESCO-Welterbekonvention ist in erster Linie der Schutz des gemeinsamen Erbes aller Menschen. In den Augen vieler Kommunalpolitiker und City Manager dient das UNESCO-Prädikat jedoch vorwiegend einem möglichst effektiven Destinationsmarketing (Place Branding) und damit der Steuerung einer positiven Entwicklung des Markenwertes ihrer Destination. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein modulares Messinstrument zur Bestimmung des Markenwertes eines touristischen Zielgebietes zu entwickeln. Nachdem bislang lediglich ein rein akademischer Diskurs zum Thema Markenwert für touristische Destinationen geführt wurde, kann ein solches Messinstrument durch einen interdisziplinären Ansatz unter Verwendung von Aspekten aus Ökonomie, Dienstleistungsmanagement und der Stadt- und Tourismusgeographie konkrete Handlungsempfehlungen zur touristischen Inwertsetzung und möglichst konfliktfreien Nutzung von Destinationen liefern. Nach einer Analyse und Darstellung des Standes der Wissenschaft zu den Themen Destination, Destinationsmarke und Markenwert wurde ein Modell entwickelt, welches es erlaubt, den Markenwert einer Destination zu ermitteln. Das Modell wurde dann am Beispiel der UNESCO-Welterbestadt Bamberg getestet und der Markenwert für die Destination exemplarisch ermittelt. Auf Basis der dort ermittelten Ergebnisse gelang es, strategische wie auch konkrete Handlungsempfehlungen für die betrachtete Destination abzuleiten sowie allgemeine Empfehlungen zur Vermarktung von UNESCO-Welterbestätten auszusprechen. Für Bamberg werden konkret eine strategische Destinationsentwicklung unter Beteiligung aller relevanten Gremien sowie eine stringente Zielgruppenorientierung und eine darauf ausgerichtete Umsetzung aller Maßnahmen empfohlen. Allgemein wird für UNESCO-Welterbestätten eine bessere Kooperation untereinander angemahnt. Ferner bedürfen alle Maßnahmen stets der Berücksichtigung der jeweiligen Position im Lebenszyklus der betreffenden Destination.
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Neue organometallisch substituierte Alkine, Alkene und Metallacyclen - Anwendung der Multikern-NMR-Spektroskopie
(2010)
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Peter Thoma
- Diese Dissertation berichtet über die Synthese neuer Mono- und Dialkinylstannane. Diese wurden mit gängigen Methoden (NMR, IR, MS, teils Röntgenstrukturanalyse) charakterisiert und ihre Anwendung in 1,1-Organoborierungsreaktionen wurde gezeigt. Die Alkinylstannane können in guten bis sehr guten Ausbeuten (teilweise quantitativ) erhalten werden. Nur in wenigen Fällen war eine Reinigung mittels fraktionierter Destillation nötig. Drei der Dialkinylstannene konnten kristallisiert und mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse charakterisiert werden. Bei zwei dieser Strukturen handelt es sich um Diethinylstannane, von denen bisher kein Beispiel literaturbekannt ist. Bei der Charakterisierung mit Hilfe der NMR-Spektroskopie konnte der bisherige Datensatz für Alkinylstannane (chemische Verschiebung, Kopplungskonstanten und isotopeninduzierte chemische Verschiebung) beträchtlich erweitert werden. Als ein besonders bemerkenswerter Effekt ist die beobachtete große Kopplungskonstante 6J(119Sn,19F)=30-35 Hz zu nennen, die in allen Alkinylstannanen beobachtet wurde, die para-Fluor-Benzylgruppen tragen. Dies weist auf eine Hyperkonjugation des Zinn-Atoms mit dem aromatischen Rest hin. Bei der Reaktion der Dialkinylstannane mit Triorganoboranen konnten verschiedene Reaktivitäten und Produktverteilungen beobachten werden. In allen Fällen für Dialkinylstannane die mit Trimethylsilyl-Gruppen substituiert sind liefert die Organoborierung 2,5-trimethylsilylsubstituierte Stannole, unabhängig vom Triorganoboran. Für Trialkylborane konnten Intermediate [Alkinyl(alkenyl)stannane] beobachtet werden, die innerhalb weniger Tage zu den entsprechenden Silolen abreagieren. Für BPh3 8 konnten diese Zwischenstufen nicht beobachtet werden. Diethinylstannane reagierten mit allen Trialkylboranen selektiv zu 2,5-unsubstituierten Stannolen. In der Reaktion mit 9-Et-9-BBN konnte nur die Erweiterung der Borabicyclo[3.3.1]nonan-Einheit beobachtet werden und die Ethyl-Gruppe verbleibt am Bor-Atom. Im Gegensatz dazu führt die entsprechende Reaktion mit BPh3 zu einer Mischung aus Stannolen und 1,4-Stanna-bora-cyclohexa-2,5-dienen neben weiteren bisher noch unbekannten Nebenprodukten. Die Umsetzung der anderen Dialkinylstannane mit Trialkylboranen liefert Gemische aus Stannolen und 1,4-Stanna-bora-cyclohexa-2,5-dienen. Der relative Anteil der 6-Ringe steigt mit dem sterischen Anspruch der Reste am Zinn und am Bor. Wird BPh3 verwendet, konnten reine 6-Ringe erhalten werden. Eine Erhöhung der Lewis-Acidität der Triorganoborane kann durch die Verwendung von Tris(pentafluorophenyl-)boran, B(C6F5)3 9 erreicht werden. In der Tat führte dies zu einigen interessanten Beobachtungen. Stannole waren die Endprodukte in der Reaktion zwischen Dialkinylstannane die mit Trimethylsilyl-Gruppen substituiert sind und B(C6F5)3. Diese waren, im Gegensatz zu ihren Silol-Analoga, beständig gegen Photoisomerisation. In allen anderen Fällen reagieren Dialkinylstanne mit B(C6F5)3 unter der quantitativen Bildung von 1,4-Stanna-bora-cyclohexa-2,5-dienen, wobei eines mittels Röntgenkristallstrukturanalyse charakterisiert werden konnte. Die Lewis-acide Natur von B(C6F5)3 9 half dabei die postulierten zwitterionischen Intermediate mit Hilfe spektroskopischer Methoden zu charakterisieren und in zwei Beispielen konnten die Molekülstrukturen mittels Röntgenkristallstrukturanalyse erhalten werden. Zum ersten Mal konnte ein solider struktureller Beweis für solche Intermediate mit H- oder Me3Si-Gruppe am Alkin erbracht werden Die Absättigung des stark Lewis-aciden Bor-Atoms mit vier Substituenten erklärt die langsame Umlagerung in die Endprodukte. Betrachtet man die Stannole als 1,3-Dipole kann man sich Additionsreaktionen mit Dipolarophilen vorstellen. Tatsächlich zeigten die Stannole eine Reaktivität mit Isocyanaten und einigen Isothiocyanaten. Diese Produkte konnten als neue bicyclische Verbindungen charakterisiert werden. Die vorgeschlagenen Konfiguration (H am C2 in cis-Position relativ zu Et am C3) konnte mittels 1D 1H-1H-NOE-Differenz-NMR-Spektroskopie bestätigt werden. Zwei stereogene Zentren werden hierbei in einer Reaktion erzeugt. Die Umsetzung von 1,4-Stannabora-3,4,5-triphenyl-cyclohexa-2,5-dienen mit Ethylisocyanat ergibt keine bicyclischen Verbindungen. Statt dessen werden neue Alkenylstannane gebildet. Ringöffnende Alkoholyse der Bicyclen ergab neue Stannolene. Von diesen konnte eines im Festkörper mittels Röntgenkristallographie untersucht werden. Beide Enantiomere sind im Kristallgitter vorhanden und kristallisieren in einer kettenartigen Struktur, in der sie sich abwechseln. Die Untersuchung der Reaktivität der Stannole bezüglich Isoselenocyanaten ergab ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu Isocyanaten und Isothiocyanaten. Als einziges Produkt konnte das 1,3,5,2,4,6-Triselenatristannin-Derivat identifiziert werden.
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Role of Dissolved Organic Nitrogen in the Soil Nitrogen Cycle of Forest Ecosystems
(2010)
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Bettina Schmidt
- In the last years, dissolved organic N (DON) has been shown to be a crucial part of the soil N cycle in forest ecosystems. Despite this, information on its dynamics, sources and fate is still lacking. Especially data from (sub)tropical forest ecosystems are scarce. Therefore, this study investigated (i) the magnitude and drivers of DON fluxes in a subtropical montane forest, (ii) the biodegradability of DON from forest floors, (iii) the abiotic formation mechanism for DON in forest floors as postulated by the Ferrous Wheel Hypothesis and (iv) the link between DON and dissolved organic C (DOC) dynamics. In a field study (2005-2008), average DON fluxes in forest floor percolates and seepage (60 cm) of a subtropical montainous cypress forest (16 and 8 kg N ha-1 yr-1, respectively) were similar to fluxes in other (sub)tropical ecosystems, and dominated total N fluxes. Dissolved organic N concentrations in the soil were independent of the water flux (meaning that no dilution effect was visible). This implies that first, the pool size of potentially soluble DON is variable and second, that this pool is hard to deplete. In contrast, the linear relationship between soil organic solute and water fluxes was positive, showing that precipitation is an important driver for DON losses in this ecosystem. Although this has also been reported from temperate ecosystems, this relationship did not hold when analyzing the combined data from various (sub)tropical and temperate forest ecosystems. The biodegradability of DON was highest in inoculated spruce-Oi water extracts in a 21-day incubation experiment, while in extracts from beech-Oi and Oa horizons, DON concentrations only slightly decreased. Dissolved organic N was recalcitrant in spruce-Oa and cypress-Oa extracts, indicating that this DON could add to the formation of stable soil N pools. As various additions of NO3- never influenced DON biodegradation, it is concluded that microbes do not necessarily prefer mineral N over DON as substrate. Mineralization was always more important than microbial uptake in samples without NO3- additions, and denitrification only played a minor role in spruce-Oi samples (as indicated by a negative balance of all N species after 21 days). Fluorescence excitation-emission spectroscopy and subsequent parallel factor analysis identified four groups of fluorophores in the extracts. The initial concentration of two of these so-called factors was correlated with DON biodegradation, but protein-like fluorescence (which has been suggested as a proxy for dissolved organic matter biodegradation) was shown to be independent of DON biodegradation due to similar excitation-emission-maxima of recalcitrant compounds. Therefore, these factors might not always be suitable to predict DON biodegradation. The abiotic reaction of NO2- with DOC (as postulated by the last step of the Ferrous Wheel Hypothesis) was tested in a second incubation experiment in extracts with varying DOC concentrations and qualities and NO2- additions under oxic conditions. Concentrations of added NO2- never decreased within 60 min, indicating, that no DON formation from added NO2- took place. The results show, that the last step of the Ferrous Wheel Hypothesis (which has been suggested to be fast) is unlikely to occur in forest floors. Dissolved organic N and C fluxes were both highly dependent on precipitation at the cypress site, suggesting a strong link between these two classes of compounds. This assumption was supported by the first incubation experiment, where both DON and DOC biodegradation were not influenced by NO3- additions. Moreover, DOC dynamics closely resembled DON dynamics, which suggests that DON biodegradation could be driven by microbial C demand. Therefore, the often used separation of DON and DOC into functionally different compound classes is not always warranted. In conclusion, this study emphasized the need to include DON in biogeochemical N studies of both temperate and (sub)tropical ecosystems, and provided new and important insights regarding DON biodegradation, possible DON sources in forest floors and the link between DON and DOC dynamics in forest ecosystems.
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Charakterisierung thermophiler Cellulasen aus Sulfolobus solfataricus und Thermotoga maritima
(2010)
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Kristina Kufner
- Die Cellulase SSO1949 aus dem hyperthermophilen Archaeon S. solfataricus P2 ist aufgrund ihrer extremen thermo- und acidophilen Eigenschaften interessant für industrielle Anwendungen. 2005 wurde das 37 kDa grosse Enzym biochemisch charakterisiert und weist ein pH- und Temperaturoptimum von ca. 1.8 und ca. 80°C auf. Auf ein N-terminales Signalpeptid folgt eine Ser/Thr-reiche Region, an welche die katalytische Domäne anschliesst, die Sequenzähnlichkeiten zu anderen Mitgliedern der Glykosidhydrolase-Familie 12 aufweist. Für biotechnologische Anwendungen muss SSO1949 möglichst kostengünstig in grossen Mengen produziert werden. In E. coli wird SSO1949 rekombinant in unlöslicher Form („Inclusion Bodies“) überexprimiert. Die Aggregation des Proteins konnte auch durch Koexpression mit Chaperonen, Verkürzung der Ser/Thr-reichen Region sowie des C-Terminus, Deletieren des hydrophoben Loops innerhalb der konservierten Region und Fusion mit verschiedenen Proteinen nicht verhindert werden. In dieser Arbeit wurde eine Strategie entwickelt, SSO1949 aus „Inclusion Bodies“ denaturierend zu reinigen und das inaktive Enzym anschliessend in seine aktive Form zu überführen. Das geschah durch schnelles Verdünnen des Proteins in Rückfaltungspuffer. Die anschliessende Aufkonzentrierung gestaltete sich schwierig, dennoch konnte SSO1949 in dieser Arbeit enzymatisch charakterisiert werden. Im katalytischen Zentrum von SSO1949 befinden sich zwei konservierte Glutamatreste (E213 und E310). Durch Modellstrukturanalysen konnten in der Umgebung der katalytischen Reste Aminosäuren identifiziert werden, die möglicherweise für die extreme Acidophilie von SSO1949 verantwortlich sind. Durch gezielten Austausch dieser Aminosäuren wurde untersucht, inwiefern das pH-Optimum des Enzyms verschoben werden kann. Den grössten Einfluss zeigte die Mutation der Aminosäure Threonin 137 zu Asparagin, bei der sich das pH-Optimum von SSO1949 von 1.8 auf 3.4 verschob. Dieser Effekt konnte bereits bei Mutation der homologen Aminosäuren in Xylanasen von in Aspergillus kawachii, Streptomyces sp. und Bacillus circulans beobachtet werden. Da sich E. coli nicht als geeignetes Expressionssystem für SSO1949 herausstellte, wurde in dieser Arbeit dazu übergegangen, das Enzym unter den Bedingungen zu exprimieren, unter denen es natürlicherweise exprimiert wird, nämlich in dem Crenarchaeot Sulfolobus. Seit 2007 steht für Sulfolobus acidocaldarius ein Shuttle-Vektor-System zur Verfügung, in welchem SSO1949 unter Kontrolle verschiedener induzierbarer und konstitutiver Promotoren exprimiert wurde. Darüberhinaus wurde SSO1949 zur stabileren Proteinexpression auch ins Genom von S. acidocaldarius integriert. Durch Verwendung von uracilauxotrophen pyrEF-defizienten Mutanten wurde eine effiziente Selektion erreicht. Als selektive Marker für die Uracil-Selektion dienten die funktionsfähigen pyrEF-Gene aus Sulfolobus solfataricus P2, welche für Enzyme des Uridinmonophosphat-Syntheseweges codieren. SSO1949 zeigt 85% Sequenzidentität zu einer weiteren Endoglukanase aus Sulfolobus solfataricus. Bei der Cellulase SSO1354 handelt es sich um eine extrazelluläre Cellulase, die nicht frei ins Medium sekretiert wird, sondern mit der Zelloberfläche assoziiert bleibt. Auch SSO1949 ist sowohl in der Membranfraktion als auch im Kulturüberstand zu finden und kann aus beiden Fraktionen aufgereinigt werden. Die Aufeinigung von SSO1949 gestaltete sich schwierig und seine Identität konnte nicht massenspektrometrisch bestätigt werden. Aufgrund von Sequenzähnlichkeiten zu SSO1949 wurden zwei weitere Cellulasen der Glykosidhydrolase-Familie 12 für Mutationsstudien im aktiven Zentrum ausgewählt. CelA aus Thermotoga maritima und EglA aus Pyrococcus furiosus wurden bereits in früheren Arbeiten charakterisiert und weisen ebenfalls extreme Hitzestabilität auf mit einem pH-Optimum im leicht sauren Bereich bei pH 6. Durch gezielten Austausch von Aminosäuren im katalytischen Zentrum der beiden Glukanasen gegen die homologen Aminosäuren in SSO1949 sollte ihr pH-Optimum weiter ins saure Milieu verschoben werden. Die Punktmutationen im aktiven Zentrum von CelA führten jedoch lediglich zu einer Verschiebung des pH-Optimums um eine pH-Stufe in den sauren Bereich. Bei allen Mutanten wurde die cellulolytische Aktivität in Mitleidenschaft gezogen. Abschließend wurde ein Hybridprotein aus den beiden Cellulasen SSO1949 aus Sulfolobus solfataricus und CelA aus Thermotoga maritima generiert, welches die Eigenschaften der besseren Löslichkeit und Acidophilie erfolgreich in einem Protein vereint. Das neu entstandene Fusionsprotein wird zwar noch immer unlöslich in E. coli exprimiert, kann jedoch im Gegensatz zu SSO1949 mit milderen Denaturierungsmitteln aus „Inclusion Bodies“ gelöst werden. Nach erfolgreicher Rückfaltung zeigte das funktionsfähige Hybridprotein ein Temperaturoptimum von ca. 85°C und ein pH-Optimum von ca. pH 3.
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Untersuchungen zum Wissenserwerb, zur kognitiven Belastung und zu emotionalen Faktoren im experimentellen Unterricht über Grundlagen der Gentechnik im Lernort Labor unter besonderer Berücksichtigung von Schülervorstellungen (am Beispiel des Demonstrationslabors Bio-/Gentechnik der Universität Bayreuth mit Schülern der 10. Klasse Realschule)
(2010)
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Gaitano Franke
- Gentechnik ist ein aktuelles Thema des Biologieunterrichtes der 10. Jahrgangsstufe des Lehrplans der sechsstufigen Realschule in Bayern. Um eine praktische Auseinandersetzung mit dieser Thematik zu ermöglichen, wurde das Demonstrationslabor Bio-/ Gentechnik des Lehrstuhls Didaktik der Biologie an der Universität Bayreuth seit 2007 erstmals auch für dieses Schülerklientel zugänglich gemacht. In einem mehrstündigen Praktikumsunterricht wurden 293 Schülerinnen und Schülern aus 13 nordbayerischen Realschulklassen Grundlagen der Gentechnik näher gebracht, indem Experimente zu den einzelnen Schritten eines Klonierungsversuchs (Restriktion und Ligation von DNA, Transformation von E. coli- Bakterien, Ausplattieren von Bakterien) durchgeführt wurden. Gleichzeitig zu den Praktika wurden drei Begleitstudien durchgeführt, deren Zweck die Evaluation des Unterrichtserfolgs war: Hierbei sollte überprüft werden, welche Auswirkungen der Praktikumsbesuch auf verschiedene kognitive Faktoren, wie den Wissenserwerb oder die geistige Anstrengung, aber auch auf affektive Faktoren, wie situationsbezogene Emotionen (z.B. Interesse und Wohlbefinden), hat. Weiterhin sollte der Frage nachgegangen werden, ob ein Konzeptwechsel in diesem Rahmen möglich ist. Ein Schwerpunkt lag dabei auf der Beobachtung der Auswirkungen einer Berücksichtigung von Schülervorstellungen im Unterricht. Zu diesem Zweck wurden die Schülerinnen und Schüler klassenweise auf zwei Interventionsgruppen (I-1, I-2) verteilt. Beide Gruppen erhielten im Demonstrationslabor denselben experimentellen Unterricht mit dem Unterschied, dass die Lernenden in I-2 zusätzlich mit Schülervorstellungen zur Gentechnik konfrontiert wurden. Dazu wurden in einer zuvor durchgeführten Studie die Vorstellungen von 144 Schülerinnen und Schülern zu acht Begriffen und Prozessen der Gentechnik erfasst und kategorisiert sowie anschließend in die Unterrichtskonzeption integriert. Die unterrichtliche Umsetzung orientierte sich dabei an einem konstruktivistischen Lehrmodell. Die Ergebnisse der drei Begleitstudien ergaben, dass sich die Behandlung von Schülervorstellungen im Unterricht in vielerlei Hinsicht positiv auf die Lernenden auswirkte: So zeigten sich die Schülerinnen und Schüler der Gruppe I-2 interessierter und fühlten sich wohler. Auch erzielten sie signifikant bessere Ergebnisse im Wissenstest, der im Anschluss an den Unterricht durchgeführt wurde, bei gleichzeitig verringerter geistiger Anstrengung. Es ist auch in dieser Gruppe gelungen, einen Konzeptwechsel zugunsten der fachwissenschaftlichen Vorstellungen zu erzielen. Hervorzuheben war die besondere Wirkung der Konfrontationsmethode auf die Schüler, die sich durch die Berücksichtigung ihrer Vorstellungen - im Gegensatz zu Schülerinnen - verstärkt angesprochen fühlten. Ausgehend von diesen positiven Ergebnissen empfiehlt es sich, die Erfassung von Schülervorstellungen auf weitere Themen auszudehnen, um es den Lehrern zu ermöglichen, in vielen Unterrichtssituationen auf diese zurückgreifen zu können.
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"Smart" Hydrogels based on Trishydrophilic Triblock Terpolymers
(2010)
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Stefan Reinicke
- The work presented in this thesis focuses on the synthesis of double stimuli-responsive, trishydrophilic triblock terpolymers and their utilization for the construction of “smart” hydrogel systems, responding to a variety of external stimuli. The central focus was put on ABC triblock terpolymers composed of a pH-sensitive A block, a water soluble B block and a thermo-sensitive or multi-responsive C block. This concept was used for the construction of hydrogels responding independently to pH, temperature, and UV light. It was further applied to the formation of polymer/nanoparticle hybrid micelles suitable for the formation of magneto-responsive hydrogels (ferrogels). At first, a new route for the synthesis of block copolymers, containing ethylene oxide and glycidol derivatives, was developed. The crucial aspect of this procedure, based on sequential anionic polymerization, was the utilization of the phosphazene base t-BuP4, enabling the anionic polymerization of epoxide monomers in the presence of lithium counterions. It was shown, that ethoxyethyl glycidyl ether polymerizes easily under the established polymerization conditions without unwanted termination. Hence, we were able to synthesize well-defined block copolymers containing vinyl and epoxide monomers in a one-pot reaction, without performing additional intermediate steps. This new synthetic route was then utilized to synthesize a series of poly(2-vinylpyridine)-block-poly(ethylene oxide)-block-poly(glycidyl methyl ether-co-ethyl glycidyl ether) (P2VP-b-PEO-b-P(GME-co-EGE)) triblock terpolymers suitable for pH and temperature dependent hydrogel formation. The reversible gelation for this particular system relies on two distinct mechanisms. Under conditions, where only one outer block is insoluble, core-shell-corona (CSC) micelles are formed, resulting in gelation via close cubic packing of the micelles. On the other hand, the micelles are also able to crosslink through their corona when both outer blocks are insoluble. As a direct consequence, a temperature triggered gel-sol-gel transition occurred at pH = 7, accompanied by a unique gel strengthening. Solubility and gelation studies were performed by DLS, rheology and SANS. The influence of polymer concentrations and block lengths on the gelation behavior and gel properties was studied. In order to derive information about the exact structure of the cubic lattice formed in the low temperature gel phase (simple cubic or body centered cubic), a 19 wt% aqueous solution of a particular P2VP-b-PEO-b-P(GME-co-EGE) triblock terpolymer at pH = 7 was further investigated using SANS under steady shear. By application of shear stress, the irregularly arranged polydomains of the sample oriented macroscopically along a preferred direction, which led to highly defined, strongly anisotropic 2D scattering patterns. The interpretation of these patterns confirmed the presence of a body centered cubic packing. The gel-sol transition upon temperature increase can be explained by a shrinkage of the shell of the CSC micelles. To increase the versatility of the established hydrogel concept, we further synthesized ABC triblock terpolymers with different responsive polymers as C blocks. This required an alternative synthetic route, combining anionic polymerization and ATRP via “click” chemistry. After optimization of each synthetic step, exemplary poly(2-vinylpyridine)-block-poly(ethylene oxide)-block-poly(oligo(ethylene glycol) methacrylate) (P2VP-b-PEO-b-POEGMA) and poly(2-vinylpyridine)-block-poly(ethylene oxide)-block-poly(dimethyl- aminoethyl methacrylate) (P2VP-b-PEO-b-PDMAEMA) triblock terpolymers were synthesized, respectively, and characterized regarding their solubility and gelation behavior. At pH > 5, P2VP-b-PEO-b-PDMAEMA forms CSC micelles with a P2VP core, and a pH- as well as thermo-sensitive PDMAEMA corona. This particular structure represents a hydrogel, whose temperature dependent response can be easily changed from a gel-sol to a sol-gel transition by increasing the pH from 8 to 9. At pH = 7.5 on the other hand, gel formation is induced by the addition of hexacyanocobaltate(III) ions due to electrostatic interactions between the multivalent cobaltate ions and the charged DMAEMA units, causing a physical crosslinking of the CSC micelles. The gel can subsequently be disintegrated by an exposure to UV-light, based on a UV-catalyzed aquation of the trivalent hexacyanocobaltate(III) ions ions to divalent aquapentacyanocobaltate(III)-ions. In the last part, a new approach was developed to create a novel type of magnetic field-responsive hydrogels (ferrogels), in which the nanoparticles are tightly bound to the polymer matrix. The P2VP block of the previously synthesized P2VP-b-PEO-b-P(GME-co-EGE) triblock terpolymers was quaternized to a low extent and complexed with negatively charged, citrate stabilized maghemite (γ-Fe(III)-oxide) nanoparticles. Using different analytical methods it was shown that well-defined CSC hybrid micelles were obtained with cores formed by a complex of P2VP and 3-4 nanoparticles per core. Concentrated solutions of these micelles are able to form gels depending on temperature, as revealed by rheology measurements. Due to the presence of the maghemite particles, it is possible to induce gelation via remote heating using AC magnetic fields, which was demonstrated by high frequency magnetocalorimetry.
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Editorial zu Heft 1 von "ACT - Zeitschrift für Musik und Performance".
(2010)
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Anno Mungen
Knut Holtsträter
- Beim vorliegenden Text handelt es sich um das Editorial zur ersten Ausgabe der Zeitschrift "ACT - Zeitschrift für Musik und Performance".
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Feste – Opern – Prozessionen, hrg. von Katharina Hottmann und Christine Siegert, Hildesheim: Olms 2008 (Jahrbuch Musik und Gender, hrg. vom Forschungsinstitut Musik und Gender und der Fachgruppe Frauen- und Genderstudien in der GfM, Bd. 1).
(2010)
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Sarah Manthey
- Der vorliegende Text bespricht den Sammelband "Feste – Opern – Prozessionen", der im Rahmen des Jahrbuchs für Musik und Gender veröffentlicht wurde.
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David Lynch – Dark Splendor. Raum Bilder Klang, hrg. von Werner Spies, Ostfildern 2009; See this Sound. Versprechungen von Bild und Ton, hrg. von Cosima Rainer, Stella Rollig, Dieter Daniels, Manuela Ammer und vom Kunstmuseum Linz, Köln 2009.
(2010)
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Sarah Mauksch
- Bei dem vorliegenden Text handelt es sich um die Vorstellung und Bewertung der Ausstellungkataloge "David Lynch - Dark Splendor. Raum Bilder Klang" sowie "See this Sound. Versprechungen von Bild und Ton".
