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The development of recombinant DNA techniques opened a new era for protein production both in scientific research and industrial application. However, the purification of recombinant proteins is very often quite difficult and inefficient. Therefore, we tried to employ novel techniques for the expression and purification of three pharmacologically interesting proteins: the plant toxin gelonin; a fusion protein of gelonin and the extracellular domain of the subunit of the acetylcholine receptor (gelonin-AchR) and human neurotrophin 3 (hNT3). Recombinant gelonin, acetylcholine receptor a subunit and their fusion product, gelonin-AchR were constructed and expressed. The gelonin gene, a 753 bp polynucleotide was chemically synthesized by Ya-Wei Shi et al. and was kindly provided to us. The gene was first inserted into the vector pUC118 yielding pUC-gel. It was subsequently transferred into pET28a and pET-gel was expressed in E. coli. The product, gelonin was soluble and was purified in two steps showing a homogeneous band corresponding to 28 kD on SDS-PAGE. The expression of the extracellular domain of the -subunit of AchR always led to insoluble aggregates and even upon coexpression with the chaperonin GroESL, very small and hardly reproducible amounts of soluble material were formed, only. Therefore, recombinant AchR- gelonin was cloned and expressed in the same host. The corresponding fusion protein, gelonin-AchR, again formed aggregates and it had to be solubilized in 6 M Gu-HCl for further purification and refolding. The final product, however, was recognized by several monoclonal antibodies directed against the extracellular domain of the -subunit of AchR as well as a polyclonal serum against gelonin. Expression and purification of recombinant hNT3 was achieved by the use of a protein self-splicing system. Based on the reported hNT3 DNA sequence, a 380 bp fragment corresponding to a 14 kD protein was amplified from genomal DNA of human whole blood by PCR. The DNA fragment was cloned into the pTXB1 vector, which contains a DNA fragment of intein and chintin binding domain (CBD). A further construct, pJLA-hNT3, is temperature-inducible. Both constructs expressed the target protein, hNT3-intein-CBD in E. coli by the induction with IPTG or temperature, however, as aggregates. After denaturation and renaturation, the soluble fusion protein was slowly loaded on an affinity column of chitin beads. A 14 kD hNT3 could be isolated after cleavage with DTT either at 4 °C or 25 °C for 48 h. Based on nerve fiber out-growth of the dorsal root ganglia of chicken embryos, both, hNT-3-intein-CBD and hNT3 itself exhibit almost the same biological activity.
Im ersten Teil der Arbeit wurde die Cytotoxizität von drei Testsubstanzen (Digitonin, SDS und TritonX-100) mit Hilfe von vier verschiedenen Assays (NR, CV, LDH und WST) in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass WST und LDH aufgrund ihrer geringen Streuung und hohen Sensitivität die am besten geeigneten Methoden sind, um Cytotoxizität zu messen. Anschließend wurden mit diesen Assays die IC50-Konzentrationen von 16 Entwicklungssubstanzen der Firma Knoll AG bestimmt, um die ermittelten Konzentration in den folgenden Induktionsversuchen zu verwenden. Anschließend wurde der Einfluss der 16 Knoll-Substanzen auf Cytochrom P450-Isoenzyme in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Dabei zeigte sich, das von den 16 Substanzen lediglich drei eine schwache CYP 1A-Induktion, die über EROD und MROD bestimmt wurde, bewirkten. Im Gegensatz dazu bewirkten acht der Knoll-Substanzen eine starke Induktion, im Vergleich zum Modellinduktor PB, der durch CYP1A und 2B katalysierten BROD-Aktivität. Dieses PB-ähnliche Induktionsmuster zeigte sich auch im Testosteron-Assay. Als herausragender Induktor, vom PB-Typ zeigte sich dabei die Substanz LU 135252. Die Konjugationsreaktionen (Phase II) mit den verschiedenen Substraten CDNB für GST und MUF, HOBI und PNP für verschiedene UGTs wurden durch die Knoll-Substanzen wenig beeinflusst. Im abschließenden Teil wurde der Einfluss von vier Knoll-Substanzen auf drei peroxisomale Enzyme (ACOX, CAT und Katalase) und auf Cytochrom P450 4A untersucht. Die beiden Substanzen 201640 und 418585 erhöhten die Aktivitäten aller vier Enzyme (wenn auch schwächer als die Modellinduktoren CLO und CIPRO) und könnten sich damit als Peroxisomen Proliferatoren erweisen. Der Vergleich von in vivo-Daten aus Toxizitätsstudien mit den in vitro-Daten zeigte eine sehr gute Übereinstimmung bei der qualitativen Einteilung der Substanzen in Nicht-Induktoren und Induktoren, des PB- bzw. des Clofibrat-Typs.
Contributions to the application of adaptive antennas and CDMA code pooling in the TD CDMA downlink
(2002)
TD (Time Division)-CDMA is one of the partial standards adopted by 3GPP (3rd Generation Partnership Project) for 3rd Generation (3G) mobile radio systems. An important issue when designing 3G mobile radio systems is the efficient use of the available frequency spectrum, that is the achievement of a spectrum efficiency as high as possible. It is well known that the spectrum efficiency can be enhanced by utilizing multi-element antennas instead of single-element antennas at the base station (BS). Concerning the uplink of TD- CDMA, the benefits achievable by multi-element BS antennas have been quantitatively studied to a satisfactory extent. However, corresponding studies for the downlink are still missing. This thesis has the goal to make contributions to fill this lack of information. For near-to-reality directional mobile radio scenarios TD-CDMA downlink utilizing multi-element antennas at the BS are investigated both on the system level and on the link level. The system level investigations show how the carrier-to-interference ratio can be improved by applying such antennas. As the result of the link level investigations, which rely on the detection scheme Joint Detection (JD), the improvement of the bit er- ror rate by utilizing multi-element antennas at the BS can be quantified. Concerning the link level of TD-CDMA, a number of improvements are proposed which allow considerable performance enhancement of TD-CDMA downlink in connection with multi-element BS antennas. These improvements include * the concept of partial joint detection (PJD), in which at each mobile station (MS) only a subset of the arriving CDMA signals including those being of interest to this MS are jointly detected, * a blind channel estimation algorithm, * CDMA code pooling, that is assigning more than one CDMA code to certain con- nections in order to offer these users higher data rates, * maximizing the Shannon transmission capacity by an interleaving concept termed CDMA code interleaving and by advantageously selecting the assignment of CDMA codes to mobile radio channels, * specific power control schemes, which tackle the problem of different transmission qualities of the CDMA codes. As a comprehensive illustration of the advantages achievable by multi-element BS anten- nas in the TD-CDMA downlink, quantitative results concerning the spectrum efficiency for different numbers of antenna elements at the BS conclude the thesis.
The dissertation is concerned with the numerical solution of Fokker-Planck equations in high dimensions arising in the study of dynamics of polymeric liquids. Traditional methods based on tensor product structure are not applicable in high dimensions for the number of nodes required to yield a fixed accuracy increases exponentially with the dimension; a phenomenon often referred to as the curse of dimension. Particle methods or finite point set methods are known to break the curse of dimension. The Monte Carlo method (MCM) applied to such problems are 1/sqrt(N) accurate, where N is the cardinality of the point set considered, independent of the dimension. Deterministic version of the Monte Carlo method called the quasi Monte Carlo method (QMC) are quite effective in integration problems and accuracy of the order of 1/N can be achieved, up to a logarithmic factor. However, such a replacement cannot be carried over to particle simulations due to the correlation among the quasi-random points. The method proposed by Lecot (C.Lecot and F.E.Khettabi, Quasi-Monte Carlo simulation of diffusion, Journal of Complexity, 15 (1999), pp.342-359) is the only known QMC approach, but it not only leads to large particle numbers but also the proven order of convergence is 1/N^(2s) in dimension s. We modify the method presented there, in such a way that the new method works with reasonable particle numbers even in high dimensions and has better order of convergence. Though the provable order of convergence is 1/sqrt(N), the results show less variance and thus the proposed method still slightly outperforms standard MCM.
Der kausale Zusammenhang zwischen der Dominanz von Mikroflechten gegen über Makroflechten in Tieflandregenwäldern war nicht bekannt und wird in vorliegender Studie erörtert. In der Literatur wird eine unvorteilhafte Kombination von hohen Temperaturen, niedrigen Lichtintensitäten und hoher Feuchtigkeit für die weitgehende Abwesenheit von Makroflechten in tropischen Tieflandregenwäldern verantwortlich gemacht. Aufgrund der hohen Abundanz in diesen Habitaten, kann diese Aussage für krustige Flechten nur bedingt zutreffen. Es wurden eine Reihe von Arbeitshypothesen entwickelt, die klären sollten, ob corticole Grünalgenflechten bestimmte funktionelle Lebensstrategie aufweisen, in welcher Weise das Mikroklima ihren Stoffwechselprozess beeinflusst, und warum sie im tropischen Tiefland-Regenwald dominieren. Die Fragenstellungen wurden unter Verwendung von ökophysiologischen Methoden in vivo und in situ in einem für die Flechten mikroklimatisch unvorteilhafte, tropischen immergrünen Tieflandregenwald im National Park Les Nouragues (Französisch-Guyana) untersucht. Aufgrund des intensiven Kontakts mit ihrem Substrat werden corticole Flechten stark von den mikroklimatischen Bedingungen des Phorophyten beeinflusst. Sie zeigen morphologisch-anatomische Anpassungen, die einen physiologisch vorteilhaften Zustand zwischen Wasserübersättigung und Austrocknung ermöglichen. Ihre Photosynthese ist an niedrige Lichtintensitäten angepasst und nutzt unterschiedliche Lichtqualitäten aufgrund physiologischer Strategien verschieden aus. Weitere Ergebnisse zeigten dass Krustenflechten neben funktionellen morphologisch-anatomischen und physiologischen Strategien, auch durch ein hohes Oberflächen zu Volumen Verhältnis, durch ein hohes Biomassenverhältnis des Photobionten zum Mycobionten und wahrscheinlich durch die Fähigkeit, saprophytisch Kohlenstoff zu gewinnen, befähigt sind, mikroklimatisch unvorteilhafte Habitate, wie die eines tropischen Tieflandregenwaldes, zu besiedeln
Sowohl 4 alpha- als auch 4 beta-Cyclobamipin imitieren die Konformationsisomere des unverstrebten Bamipins, die durch Umklappen des Sechsrings und durch N-Inversion möglich sind. Bamipin ist ein H1-Antihistaminikum, das im Handel als Lactat oder Hydrochlorid unter dem Namen Soventol® Anwendung findet. Protonierung von 4 alpha- und 4 beta-Cyclobamipin führt zu den entsprechenden Salzen. Die Konformation der Salze wird NMR-spektroskopisch bestimmt. H1-antihistaminische Wirksamkeitstests ergeben eine 14 mal höhere Wirksamkeit für das 4 alpha-Isomere im Vergleich zu Bamipin. 4 beta-Cyclobamipin besitzt dagegen nur 40% Wirkpotential.
Cyclo-(PhAs)6 als Edukt für Übergangsmetallcyclopentadienyl-Komplexe mit Asn- und (PhAs)n-Liganden
(2002)
In der Chemie der (RAs)n-Heterocyclen, R = Alkyl, Aryl, hat sich cyclo-(PhAs)6 als besonders wertvolles Ausgangsmaterial für Komplexe mit Asn- bzw. (PhAs)n-Liganden bewährt. Die Cothermolyse von Hexaphenylcyclohexaarsan mit verschiedenen Übergangsmetallcyclopentadienyl-Komplexen liefert eine Reihe von neuartigen Verbindungen mit substituentenfreien As-Liganden und substituentenhaltigen As-Liganden, welche zum Teil in guten Ausbeuten hergestellt und in einigen Fällen durch eine Röntgenstrukturanalyse charakterisiert wurden. Bei den Komplexen mit As1- und As2-Liganden verdienen besondere Beachtung das dreiecksdodekaedrische [{Cp=Fe}4As4] sowie das aus der trigonalen Bipyramide bestehende [{CpRCo}3(µ3-As)2], dessen Spitzen von jeweils einem dreibindigen Arsenatom besetzt sind. Bei [{Cp-Co}3(µ3-As)2] ist das freie Elektronenpaar am Arsen noch zusätzlich durch ein {M(CO)5}-Fragment (M = Mo, W) komplexierbar ([{Cp-Co}3{(µ4-As)M(CO)5}2]). Verbindungen mit substituentenhaltigen As-Liganden sind in der Literatur nur vereinzelt beschrieben. Bei [{Cp=Rh}3(µ-CO)(AsPh2)As] wurde offensichtlich eine PhAs-Gruppe unter Ph-Wanderung in einen Ph2As-Liganden umgewandelt. Bemerkenswert ist der PhAs-Ligand in [{Cp=Rh(CO)}2(AsPh)W(CO)5], dessen freies Elektronenpaar noch zusätzlich an ein {W(CO)5}-Fragment koordiniert ist. In [{Cp=Rh}3(Rh(CO)2)(AsPh)(AsO)] sind ein PhAs- und AsO-Ligand realisiert.
Matrix Compression Methods for the Numerical Solution of Radiative Transfer in Scattering Media
(2002)
Radiative transfer in scattering media is usually described by the radiative transfer equation, an integro-differential equation which describes the propagation of the radiative intensity along a ray. The high dimensionality of the equation leads to a very large number of unknowns when discretizing the equation. This is the major difficulty in its numerical solution. In case of isotropic scattering and diffuse boundaries, the radiative transfer equation can be reformulated into a system of integral equations of the second kind, where the position is the only independent variable. By employing the so-called momentum equation, we derive an integral equation, which is also valid in case of linear anisotropic scattering. This equation is very similar to the equation for the isotropic case: no additional unknowns are introduced and the integral operators involved have very similar mapping properties. The discretization of an integral operator leads to a full matrix. Therefore, due to the large dimension of the matrix in practical applcation, it is not feasible to assemble and store the entire matrix. The so-called matrix compression methods circumvent the assembly of the matrix. Instead, the matrix-vector multiplications needed by iterative solvers are performed only approximately, thus, reducing, the computational complexity tremendously. The kernels of the integral equation describing the radiative transfer are very similar to the kernels of the integral equations occuring in the boundary element method. Therefore, with only slight modifications, the matrix compression methods, developed for the latter are readily applicable to the former. As apposed to the boundary element method, the integral kernels for radiative transfer in absorbing and scattering media involve an exponential decay term. We examine how this decay influences the efficiency of the matrix compression methods. Further, a comparison with the discrete ordinate method shows that discretizing the integral equation may lead to reductions in CPU time and to an improved accuracy especially in case of small absorption and scattering coefficients or if local sources are present.
Die traditionelle anonyme Architektur der Tropen hat weltweit über lange Zeiträume hinweg intelligente Bauformen, Baukonstruktionen und Raumfolgen entwickelt für das Wohnen, die Arbeit, die Kultur und die Religion ihrer agrarisch geprägten Gesellschaftsformen unter harten klimatischen Bedingungen. Für die Dritte Welt in den Tropen führte die Begegnung mit der europäischen Zivilisation durch die Kolonisation im 19. Jahrhundert zu einem Zusammenbruch ihrer traditionellen Kulturformen. In den vergangenen 100 Jahren, vor allem seit der Unabhängigkeit der jungen Staaten, wurden grosse bauliche Investitionen geleistet, die jedoch selten unter Beachtung der besonderen Bedingungen des tropischen Klimas erfolgten. Die grosse Masse des Gebauten zeigt heute die stereotypen architektonischen Gestaltungsansätze des europäischen gemässigten Klimas mit nachteiligen Konsequenzen für die ökologische und hygienische Konzeption des Gebäudes. Von derzeit 6 Milliarden Menschen (im Jahre 2000) leben 5 Milliarden in der Dritten Welt. Die Bevölkerungsexplosion in diesen jungen Staaten wird in Zukunft grosse Bauaufgaben für den Wohnungsbau, Verwaltung, Kultur und Soziales erfordern, die mit den überholten europäischen Schematismen nicht mehr zu bewältigen sein werden. Vor diesem Hintergrund könnte ein Rückgriff auf die alten baulichen Erfahrungen der traditionellen anonymen Architektur der Tropen wesentliche und vorbildhafte Hilfestellung bieten für die Entwicklung einer neuen klimagerechten und menschenwürdigen Architektur. Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf die Herausarbeitung der Prinzipien des klimagerechten Bauens in den Tropen. Ihre Ergebnisse gründen auf der Forschung, welche die Fachhochschule Konstanz unter meiner Leitung in den vergangenen 15 Jahren im tropischen Klimaraum Afrikas durchgeführt hat.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der wirkmechanistischen Untersuchung substituierter Pteridine im Hinblick auf die Beeinflussung zentraler Regulationswege der Proliferation, der Apoptose und des Zytoskeletts. Im Besonderen sollte die Interaktion mit dem mitogen-aktivierten Protein Kinase (MAPK)- bzw. dem Phosphatidylinositol 3-Kinase (PI3K)-Signalweg erforscht werden, nachdem bereits gezeigt werden konnte, dass die cAMP-erhöhende und Protein Kinase A (PKA)-aktivierende Eigenschaft der Pteridine nicht alleine für die wachstumshemmende Wirkung verantwortlich sein kann. Als zentrales Element der Proliferationskontrolle reguliert der MAPK-Signalweg die Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors ELK1. Anhand eines Reportergen-Assays sollte die Beeinflussung der ELK1-Phosphorylierung durch in Position 6 substituierte Derivate der Stammverbindung E481 (7-Benzylamino-6-chloro-2-piperazino-4-pyrrolidino-pteridin) untersucht werden. Alle Substanzen sind hinsichtlich einer Hemmung der ELK1-Phosphorylierung weniger wirksam als die Leitsubstanz E481. Zusätzlich erfolgt nur bei E481 die Hemmung der ELK1-Phosphorylierung und die des Zellwachstums in einem vergleichbaren Konzentrationsbereich. Ferner sollte die Relevanz des PI3K-Signalweges für morphologische und wachstumsregulierende Wirkungen substituierter Pteridine bestimmt werden, nachdem für E481 bereits in der Vulvakarzinomzelllinie A431 eine Hemmung der PI3K und Zytoskelettveränderungen nachgewiesen werden konnte. Die Untersuchungen ergaben, dass die PI3K als genereller Vermittler der wachstumshemmenden Eigenschaft substituierter Pteridine ausgeschlossen werden kann. Auch die morphologischen Effekte durch E481 scheinen nicht PI3K-vermittelt zu sein. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit beschäftigte sich mit der Frage, ob die Hemmung der PI3K in A431 Zellen durch E481 eine Rolle spielt für die Arretierung im Zellzyklus und die Apoptoseinduktion. Diese Wirkungen können über den PI3K-Effektor PKB an das nachgeschaltete Signalelement Glycogen Synthase Kinase 3beta (GSK3b) und über das proapoptotisch wirkende BAD vermittelt werden, die allerdings zusätzlich mit dem PKA-Signalweg interagieren. Für die GSK3beta kann trotz einer verminderten PKB-Phosphorylierung keine verminderte Phosphorylierung festgestellt werden, was möglicherweise durch die gleichzeitig aktivierte PKA verursacht wird, die ebenfalls die GSK3beta phosphorylieren kann. Die Untersuchungen der BAD-Phosphorylierung deuten ab einer 18-stündigen E481-Inkubation eine verminderte PKA-abhängige Phosphorylierung an und lassen zudem eine verminderte PKB-abhängige Phosphorylierung vermuten. Möglicherweise trägt dies zu der E481-vermittelten Apoptoseinduktion in A431 Zellen bei. Ferner zeichnet sich nach 24-stündiger Inkubation mit E481 konzentrationsabhängig eine verringerte Phosphorylierung des Tumorsuppressorproteins pRb (Retinoblastoma) ab, was vermutlich wesentlich zum G1-Arrest beiträgt. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen der E481-vermittelten Paxillinlokalisation sollten mögliche Wechselwirkungen zwischen dem cAMP-Signalweg und den morphologischen Veränderungen aufdecken. Es zeigt sich, dass eine E481 bedingte Abrundung der Zellen mit einer Paxillinabwanderung von der Plasmamembran einhergeht. Dieser Prozess findet unter Beteiligung einer Phosphatase statt- und ist nicht PKA-, vielleicht aber cAMP-vermittelt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Wirkmechanismus substituierter Pteridine, insbesondere von E481, wesentlich komplexer ist als bislang vermutet. Zusätzlich zu der potenten Hemmung der Phosphodiesterase 4 greift E481 in eine Reihe zentraler Signalübertragungswege (MAPK-, PI3K/PKB-Signalweg) ein. Darüber hinaus interagiert E481 wirkungsvoll mit Signalelementen, welche die Integrität des Zytoskeletts gewährleisten. Hierbei scheinen PKA-unabhängige, möglicherweise aber cAMP-vermittelte Phosphataseinduktionen eine bedeutende Rolle zu spielen.
Diese Arbeit stellt die erste exakte quantenchemische Behandlung eines chemischen Elementarprozesses dar, der durch eine Vielzahl elektronischer Potentialflächen und nichtadiabatischer Kopplungsgebiete geprägt ist.Motiviert durch die historische Bedeutung der Reaktion zur Entwicklung elementarer Reaktionsmechanismen (M. und J.Polanyi, Herschbach) sowie die experimentellen Arbeiten von Bergmann, dem es Mitte der 90er Jahre gelang, gezielt innere Schwingungsanregungen im Targetmolekül zu stimulieren (STIRAP), wurde die Dynamik der Radikalreaktion Na2(v,J) + Cl -> NaCl(v',J') + Na* quantenchemisch untersucht. Untersuchungsparameter waren in erster Linie die Schwingungs- und Rotationsabhängigkeit des Targetmoleküls sowie die Stoßenergieabhängigkeit im Bereich von 0.2-0.5eV. Auf der Basis von sehr genauen gekoppelten ab initio-MRCI-Potentialflächen - insgesamt wurden im Ein- und Ausgangskanal 32 diabatische Potential- und Koppelelementflächen berechnet und analytisch dargestellt - wurde ein nichtadiabatisches Surface-Hopping-Programm entwickelt, wobei die semiklassischen Trajektorien u.a. nach dem Fewest-Switches-Algorithmus von Tully propagiert wurden. Die Ergebnisse geben ein detailliertes Bild dieser Multikreuzungsreaktion wider: Die Schwingungsenergieabhängigkeit zeigte in Übereinstimmung mit dem Experiment eine kontinuierliche Zunahme des chemolumineszenten Reaktionsquerschnittes mit der Anregung des Targetmoleküls (v(Na2)=0-28). Die Stoßenergieabhängigkeit zeigt mit zunehmenden v(Na2) eine Inversion: Zunahme des chemolumineszenten Querschnittes mit zunehmender Stoßenergie bei v=0, Abnahme bei v>0. Die große freiwerdende Exothermizität (abzüglich der Na-Anregungsenergie) wird zu ca. 75% in innere Energie des Produktmoleküls überführt, wobei zusätzliche Energie durch Schwingungs- bzw. Stoßenergieanregung aufgrund des wachsenden Stoßparameterbereichs zu über 50% in Rotationsenergie des NaCl umgesetzt wird. Der differentielle Reaktionsquerschnitt zeigt bei einer Stoßenergie von 0.3eV eine deutliche Bevorzugung der Vorwärstsstreuung in Bezug auf die Richtung des stoßenden Cl-Atoms. Die statistische Phasenraumtheorie gibt zwar die Schwingungsabhängigkeit gut wider, allerdings nur unter der falschen - wie die Trajektorienrechnungen zeigen - Vorraussetzung, dass der strahlungslose Kanal (Na im Grundzustand) gemäß seines statistischen Gewichtes zur Reaktion beiträgt. Die Bedeutung der einzelnen Zustände im Eingangskanal wurde detailliert untersucht und es konnte ferner gezeigt werden, dass auch der Quenchprozess zwischen Grund- und erstem angeregten Zustand im Ausgangskanal von großer Bedeutung für das Chemolumineszenzverhalten ist. Abschließend wurde gezeigt, dass die Reaktion von heissem NaCl' (hohe innere Anregung des Targets) mit Na unter Bildung von Na* mit relativ geringem Querschnitt verläuft. Der von M.Polanyi in seinen legendären Flammenexperimentenursprünglich propagierte indirekte Reaktionsmechanismus - Na2+Cl -> NaCl'+Na; NaCl'+Na-> NaCl+Na* - erweist sich gegenüber dem obigen direkten Mechanismus somit als relativ ineffektiv.
In dem empirischen Forschungsprojekt werden Empfehlungen für die Gestaltung der Schnittstelle ÖPNV - CarSharing in der Kombinierten Mobilität gegeben. Im Rahmen von Modellprojekten in Mannheim und Aachen wurden der Annahmeprozess, das Mobilitätsverhalten und die Kundenzufriedenheit untersucht, um Effekte und Erfolgsfaktoren Kombinierter Angebote zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Beteiligten von der Zusammenarbeit profitieren. Der ÖPNV kann durch CarSharing vorhandene Kunden binden und neue Kundengruppen ansprechen. Bekanntheitsgrad und Kundenzahlen von CarSharing können gesteigert werden. CarSharing eignet sich als den ÖPNV ergänzendes Verkehrsmittel. Aufgabenträger und Verkehrsunternehmen müssen eine aktive Rolle in der Kooperation übernehmen und CarSharing in das ÖV-Angebot integrieren. Mit der Erweiterung des Umweltverbundes um die 4. Säule CarSharing und einer konsequenten Vernetzung der Verkehrsmittel wird ein wesentlicher Beitrag für einen umwelt- und umfeldverträglichen Stadtverkehr geleistet. Gleichzeitig wird der ÖPNV durch den innovativen Baustein CarSharing attraktiver.
Das relativ kostengünstige Hot-Wire-CVD-Verfahren (HWCVD) ist für die großflächige Abscheidung von Dünnschichtsolarzellen auf der Basis des amorphen Siliziums (a-Si:H) eine viel versprechende Alternative zu anderen Abscheideverfahren, da - bei apparativ relativ einfachem Aufbau - ähnliche oder sogar bessere Materialeigenschaften sowie höhere Abscheideraten erreichbar sind. Allerdings wurde erst mit dieser Arbeit gezeigt, dass HWCVD zur Herstellung von a-Si:H-Solarzellen hochskaliert und zur Beschichtung großer Flächen angewendet werden kann. Dafür wurde eine Anlage speziell für die großflächige Abscheidung (30 cm x 30 cm) konzipiert und weltweit erstmals der Einfluss der Gaszuführungs- und Filamentgeometrie auf die Uniformität und Materialqualität des a-Si:H systematisch untersucht- sowohl experimentell als auch gestützt durch theoretische Berechnungen. Abschließend wurde der Prozess mit einer Monte-Carlo-Simulationsmethode simuliert und die Simulationsergebnisse an Hand der experimentellen Ergebnisse interpretiert.
In vielen Ländern werden derzeit Simulationsmodelle miteinander gekoppelt, die zum einen Prozesse auf der Oberfläche und im Entwässerungssystem und zum anderen Prozesse in der Kläranlage nachbilden. Den Anlass hierfür stellte die Erkenntnis dar, dass eine getrennte Betrachtung und Optimierung der beiden Teile eines Abwassersystems nicht zwangsläufig zu aus Gewässersicht besten Lösungen führt. Da die Zusammenhänge sehr komplex sind, können Auswirkungen von Systemveränderungen, seien sie baulicher oder verfahrenstechnischer Art, nur mit Modellen im Vorfeld eingeschätzt werden. Die gemeinsame Simulation von Entwässerungssystem und Kläranlage wird mit dem Begriff "integrierte Modellierung" beschrieben. Da der Einsatz der integrierten Modellierung in den Anfängen steckt, gibt es eine Vielzahl an offenen Fragen und Defiziten. Stichworte sind hier insbesondere die erforderliche Detailliertheit der Modellansätze sowie die zu betrachtenden Stoffparameter und die damit einhergehenden Unsicherheiten bei den Simulationsergebnissen. Diese unbefriedigende Situation gab Anlass zu einer Zusammenstellung und Bewertung der Unsicherheiten, die bei der integrierten Modellierung bestehen. Im Vordergrund stand die Beurteilung unterschiedlicher Modellansätze und -parameter. Die Unsicherheiten wurden zunächst hinsichtlich der maßgebenden Größen Entlastungsverhalten und Kläranlagenablauf getrennt bewertet. Es zeigte sich, dass große Defizite hinsichtlich der Beurteilung der Auswirkungen von Modellansätzen und -parametern über die "Systemgrenze" hinweg bestehen. Unter System wird hier einerseits das Entwässerungssystem und andererseits die Kläranlage verstanden. Ausgewählte Unsicherheiten, wie z.B. die Auswirkungen unterschiedlicher Modellansätze und -parameter zur Simulation der stofflichen Prozesse auf der Oberfläche und im Kanal, wurden detailliert untersucht und beschrieben, was zu einem besseren Prozessverständnis beiträgt. Es wurde grundsätzlich nachgewiesen, dass eine Kopplung der verwendeten Modellansätze aus den Bereichen Entwässerungssystem und Kläranlage weitgehend zu nachvollziehbaren Ganglinien an allen maßgebenden Stellen im Abwassersystem führt. Es zeigten sich jedoch auch Schwächen bei der derzeitig häufig gewählten Vorgehensweise. Die Simulation des chemischen Sauerstoffbedarfs als ein Parameter im Entwässerungssystem und die konstante Fraktionierung an der Übergabestelle zum Kläranlagenmodell, welches verschiedene CSB-Fraktionen als Eingangsgrößen benötigt, führte zu teilweise unplausiblen Ganglinien im Kläranlagenablauf. Es wurden zwei Lösungsansätze untersucht und festgestellt, dass die getrennte Simulation von partikulärem und gelöstem CSB entscheidende Vorteile insbesondere bei stark ablagerungsbehafteten Kanalnetzen aufweist. Die Arbeit verdeutlicht, welche Modellansätze und -parameter gewässerökologisch relevante Emissionen und die Kläranlagenablaufkonzentrationen maßgebend beeinflussen. In Abhängigkeit von der Zielsetzung müssen bei zukünftigen Simulationsstudien bisher häufig vereinfacht modellierte Prozesse, wie z.B. die Verdrängung gelöster Stoffe im Entwässerungssystem, detaillierter nachgebildet werden. Verschiedene Modellansätze auf der Oberfläche (2-Komponenten-Methode/ Akkumulation-Abtrag) sowie verschiedene Modellparameter bei der Anwendung der Akkumulations-/Abtragsmethode führten zu extrem unterschiedlichen Ergebnissen bezüglich der stündlichen CSB-Entlastungswerte. Andere Prozesse dagegen können in bestimmten Anwendungsfällen vernachlässigt werden. So ist die detaillierte Nachbildung des Absetzverhaltens in den Regenbecken lediglich bei der Beurteilung langfristiger Wirkungen von Relevanz. Bezogen auf die maximalen CSB-Konzentrationen im Kläranlagenablauf erwiesen sich verschiedene Modellansätze im Entwässerungssystem und unterschiedliche Fraktionierungsansätze an der Schnittstelle als wenig sensitiv. Als wichtigste Einflussgröße stellte sich das Nachklärbeckenmodell heraus. Mit der Anwendung des Modells in einem kleinen Einzugsgebiet wurden die Probleme in einem konkreten Anwendungsfall deutlich. Eine Nachbildung der Zu- und Ablaufganglinien der Kläranlage war während Trockenwetterphasen möglich. Die Schwankungen der Stickstoffkonzentrationen im Ablauf der Belebung und im Ablauf der Nachklärung, die sich aufgrund der Betriebsweise der intermittierenden Belüftung ergeben, konnten zufrieden-stellend modelliert werden. Während Regenwetterphasen traten dagegen diverse Abweichungen der Simulations- gegenüber den Messergebnissen auf. Eine aufwändigere Beprobung während Regenwetter ist erforderlich. Die exemplarische Anwendung des Modells wie auch die Erkenntnisse aus den Sensitivitätsanalysen zeigten, dass die integrierte Modellierung von Entwässerungssystem und Kläranlage bei diversen Aufgabenstellungen ein sinnvolles Werkzeug ist. Vor dessen Einsatz sollten jedoch die jeweils maßgebenden Gewässerbelastungen identifiziert werden.
Das erste Ziel dieser Arbeit war es, Verbindungen aus imperfekten Pilzen zu selektieren und zu isolieren, die ueber die Hemmung des JAK2-STAT-1alpha-Signalweges die Induktion der iNOS-Expression in humanen A549/8-Zellen, humanen Lungen-Alveolarepithel-Karzinom-Zellen, negativ beeinflussen. Es konnten drei Verbindungen aus unterschiedlichen Penicillium-Staemmen isoliert werden, die durch Reportergen-Analysen betreffend der Wirkung der Rohfermentationsprodukte auf die iNOS-, eNOS-Promotor-Aktivitaet sowie der STAT-1alpha-abhaengigen Promotor-Aktivitaet selektiert wurden. Die Substanzen Sporogen-A01, S-Curvularin sowie S14-95 zeigten in den Reportergen-Analysen aehnliche Aktivitaeten, die sich nur in der Potenz unterschieden. Waehrend Sporogen-A01 und S-Curvularin eine, wenn auch konzentrationsunabhaengige, Hemmung auf die NF-kappaB-abhaengige Promotor-Aktivitaet in HeLa-S3-Zellen zeigten, so ergab sich fuer S14-95 kein Einfluss auf diesen Signaltransduktionsweg. Bei S14-95 scheint es sich um eine spezifisch die IFN-gamma-abhaengigen Wege der transkriptionellen Aktivierung der iNOS hemmende Verbindung zu handeln. Die Effekte dieser Substanz auf den humanen TNF-alpha-Promotor liegen wie auch fuer S-Curvularin bei 80% Hemmung und auch der humane COX-2-Promotor wurde durch alle drei Substanzen in Reportergen-Analysen stark gehemmt. In A549/8-Zellen zeigten die Substanzen keine (S14-95 und S-Curvularin) oder lediglich geringe (Sporogen-A01) Wirkung auf die Zellproliferation. Die Verbindungen stellen wichtige Strukturen dar, die bei der pharmakologischen Unterdrueckung der NO-Produktion in pathophysiologischen Situationen eine Rolle spielen koennten. Im zweiten Teil wurde in humanen DLD1-Zellen, Kolon-Adenokarzinom-Zellen, und A549/8-Zellen die Regulation der iNOS-Expression durch kleine G-Proteine der Rho-Familie, die bekanntermassen in den Signaltransduktionsweg von Cytokinen involviert sind, untersucht. Atorvastatin und Lovastatin (HMG-CoA-Reduktase-Hemmer), die Ras- und Rho-Proteine gleichermassen indirekt hemmen, indem sie ihre essentielle Membranverankerung verhindern, erhoehten die Cytokin-induzierte NO-Produktion und iNOS-mRNA-Expression in den untersuchten humanen Zellen auf das 2 bis 4-fache, ohne jedoch selbst die Expression der iNOS induzieren zu koennen. DLD1- und AKN1-Zellen, die stabil mit einem 16kb-Fragment des humanen iNOS-Promotors vor einem Luziferase-Reportergen transfiziert worden waren, zeigten in Gegenwart von Atorvastatin oder Lovastatin eine mehr als 2,5-fache Steigerung der Cytokin-induzierten Luziferaseaktivitaet, was fuer eine erhoehte Transkriptionsrate als Ursache der erhoehten iNOS-mRNA-Spiegel spricht. In A549/8piNOS(16)Luc-Zellen erhoehten die beiden Statine die Luziferaseaktivitaet dagegen in einem weitaus geringerem Masse, so dass in diesen Zellen eine Beteiligung posttranskriptioneller Mechanismen, im Sinne einer erhoehten iNOS-mRNA-Stabilitaet, anzunehmen ist. Die beobachtete Statin-vermittelte Verstaerkung der Cytokin-induzierten iNOS-mRNA-Expression und iNOS-Promotoraktivitaet konnte durch Substitution von Mevalonat und Geranylgeranylpyrophosphat wieder vollstaendig aufgehoben werden, waehrend die Koinkubation mit FPP nur eine geringfuegige Reduktion zur Folge hatte. Die Superinduktion war somit das Ergebnis einer spezifischen Hemmung der HMG-CoA-Reduktase und beruhte auf der Hemmung posttranslational geranylgeranylierter Proteine. Vor dem Hintergrund, dass die kleinen G-Proteine der Rho-Familie vorwiegend geranylgeranyliert und die der Ras-Familie hauptsaechlich farnesyliert werden, scheint die Cytokin-induzierte iNOS-Expression durch Rho-Proteine negativ reguliert zu werden. Diese Hypothese konnte dadurch verifiziert werden, dass auch Clostridium difficile Toxin B - das durch UDP-Glucosylierung saemtliche Rho-Proteine (Rho, Rac, Cdc42) direkt inaktiviert, Ras-Proteine jedoch unbeeinflusst laesst - die Cytokin-induzierte iNOS-mRNA-Expression in den humanen Zellen auf mehr als das Dreifache zu steigern vermochte.
Die Bestimmung des Erdgravitationspotentials aus den Meßdaten des Forschungssatelliten CHAMP lässt sich als Operatorgleichung formulieren (SST-Problem). Dieser Ansatz geht davon aus, dass ein geometrischer Orbit des Satelliten CHAMP vorliegt. Mittels numerischer Differentiation unter Einsatz eines geeigneten Denoising Verfahrens kann dann aus dem geometrischen Orbit der Gradient des Potentials längs der Bahn bestimmt werden. Damit sind insbesondere die Radialableitung (und der Flächengradient) auf einem Punktgitter auf der Bahn bekannt. In einem erdfesten System stellt sich dies als eine nahezu vollständige Überdeckung der Erde (bis auf Polar Gaps) mit einem ziemlich dichten Datengitter auf Flughöhe des Satelliten dar. Die Lösung der SST-Operatorgleichung (Bestimmung des Potentials auf der Erdoberfläche aus Kenntnis der Radialableitung auf einem Datengitter auf Flughöhe) ist ein schlecht gestelltes inverses Problem, das mit einer geeigneten Regularisierungstechnik gelöst werden muß. Im vorliegenden Fall wurde eine solche Regularisierung mit Hilfe von nicht-bandlimitierten Regularisierungsskalierungsfunktionen und Regularisierungswavelets umgesetzt. Diese sind stark ortslokalisierend und führen daher auf ein Potentialmodell, welches eine Linearkombination stark ortslokalisierender Funktionen ist. Ein solches Modell kann als Lokalmodell auch aus nur lokalen Daten berechnet werden und bietet daher gegenüber Kugelfunktionsmodellen wie EGM96 erhebliche Vorteile für die moderne Geopotentialbestimmung. Die Diskretisierung und numerische Umsetzung der Berechnung eines solchen Modells erfolgt mit Splines, die hier ebenfalls Linearkombinationen stark ortslokalisierender Funktionen sind. Die großen linearen Gleichungssysteme, die zur Berechnung der glättenden oder interpolierenden Splines gelöst werden müssen, können auf schnelle und effiziente Weise mit dem Schwarzschen alternierenden Algorithmus in Verbindung mit schnellen Summationsverfahren (Fast Multipole Methods) gelöst werden. Eine Kombination des Schwarzschen alternierenden Algorithmus mit solchen schnellen Summationsverfahren ermöglicht eine weitere erhebliche Beschleunigung beim Lösen dieser Gleichungssysteme. Zur Bestimmung von Glättungsparametern (Spline-Smoothing) und Regularisierungsparametern kann die L-Curve Method zum Einsatz kommen.
Optisches On-line-Verfahren zur Trockengewichtsbestimmung bei Fermentationen von filamentösen Pilzen
(2002)
In der vorgelegten Arbeit wurde eine neue Technik untersucht, mit deren Hilfe das Myzeltrockengewicht bei Fermentationen von filamentösen Pilzen im On-line-Verfahren über optische Messungen bestimmt werden kann. Das Verfahren beruht auf der Messung der Lichtstreuung resp. der diffusen Reflexion des Myzels in einem Fermenter. Eine theoretische Beschreibung der diffusen Reflexion resp. der Lichtstreuung großer und völlig unregelmäßiger Partikel, wie man sie bei den filamentösen Pilzen findet, kann im Augenblick nicht gegeben werden. Aus diesem Grund muss für die Anwendung das Verfahren über empirische Befunde abgesichert werden. Um externe Eichkurven erstellen zu können, wurde ein Probengefäß von der Form eines "Hornes" resp. der Form einer klassischen Lichtfalle und ein Rührsystem für die Off-line-Messungen entwickelt, in dem die Fehler der Eichmessungen durch die Reflexionen von den Glaswänden des Probengefäßes und des Rührsystems stark reduziert werden. Die Verfälschung der Intensität der Reflexion und der Lichtstreuung konnte dabei um den Faktor 62 vermindert werden. d.h. der Fehler bei kleinen Teilchenkonzentrationen wurde dadurch reproduzierbar um mehr als 100 % verringert. Die Einsatztauglichkeit des entwickelten Probengefäßes und des Rührsystems wurde mit Streulichtmessungen an Polystyrolteilchen der Firmen Duke Scientific Corporation und BASF mit einer den Pellets ähnlichen Größe überprüft. Für die Interpretation der gemessenen Intensitätstkurven ergab sich der wichtige Befund, dass bei diesen Polystyrolteilchen keine wesentliche Wellenlängenabhängigkeit der Streulichtintensität gefunden wurde. Es wurden sieben verschiedenen filamentöse Pilze mit der entwickelten Streulicht/diffusen Reflexionsmethode untersucht, um deren Verwendbarkeit zur Trockengewichtsbestimmungsmethode abzusichern. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass eine On-line-Trockengewichtsbestimmung bei Fermentationen von filamentösen Pilzen über Streulichtintensitäten/diffuse Reflexionsintensitäten möglich ist. Diese Methode ist nur anwendbar, wenn die Intensitätsveränderungen des Anregungslichtes sich während der Fermentation nicht wesentlich ändert, d.h. innerhalb der Fehler der Methode liegt. In einer Arbeit von Koch wurde bei Bakterien gezeigt, dass die Streulichtintensität proportional zum Volumen der Bakterien und nicht zur Bakterienanzahl ist. Die Analyse der Pelletgrößenverteilungen bei filamentösen Pilzen hat auch gezeigt, dass die Streulichtintensität proportional zum Myzeltrockengewicht unabhängig von der vorliegenden Größenverteilung ist. Trotz dieser Befunde bleiben die Ursachen der Intensitätsveränderungen bei der Fermentationen von verschiedenen Pilzen, d.h. die unterschiedlichen Steigungen im linearen Zusammenhang zwischen Myzeltrockengewicht und Intensität, ungeklärt.
Different aspects of geomagnetic field modelling from satellite data are examined in the framework of modern multiscale approximation. The thesis is mostly concerned with wavelet techniques, i.e. multiscale methods based on certain classes of kernel functions which are able to realize a multiscale analysis of the funtion (data) space under consideration. It is thus possible to break up complicated functions like the geomagnetic field, electric current densities or geopotentials into different pieces and study these pieces separately. Based on a general approach to scalar and vectorial multiscale methods, topics include multiscale denoising, crustal field approximation and downward continuation, wavelet-parametrizations of the magnetic field in Mie-representation as well as multiscale-methods for the analysis of time-dependent spherical vector fields. For each subject the necessary theoretical framework is established and numerical applications examine and illustrate the practical aspects.
Inhalt dieser Arbeit ist der diastereoselektive Zugang zu den orthogonal Amingeschützten 6+ - und 6^2-6-Amino-3-azabicyclo[3.1.0]hexanen 1 und 2 (R, X=H). Diese können als Baustein für pharmazeutische Präparate wie dem Gyrasehemmer Trovafloxacin eingesetzt werden, oder in pharmakologischen Studien zur Imitation konformativ rigider 4-Amino-piperidine, einer ebenfalls häufig in Arzneimitteln auftretenden Struktureinheit, dienen. Die als Ausgangsverbindung benötigten Aminonitrile 1 und 2 (R=CN) werden aus cyclischen Chlorenaminen 3 durch 3,5-Ringschlußreaktion mit Alkalicyanid erhalten. Als Schutzgruppen fungieren ein Allyl- oder Benzylrest als PG1, sowie ein Ethoxycarbonyl-, ein Benzyl- oder Methylrest als PG2. Die erhaltenen Nitrile werden mit einer Lösung von Natrium in flüssigem Ammoniak bei 70°C reduktiv decyaniert. Beide Konfigurationsisomere reagieren bei diesen Bedingungen unter Retention der Konfiguration. Setzt man die 6beta-Aminonitrile in einer Lösung von Lithium in flüssigem Ethylamin bei erhöhter Temperatur (0°C) um, invertieren diese in die thermodynamisch stabilere 6alpha-Amin-Konfiguration.
Utilization of Correlation Matrices in Adaptive Array Processors for Time-Slotted CDMA Uplinks
(2002)
It is well known that the performance of mobile radio systems can be significantly enhanced by the application of adaptive antennas which consist of multi-element antenna arrays plus signal processing circuitry. In the thesis the utilization of such antennas as receive antennas in the uplink of mobile radio air interfaces of the type TD-CDMA is studied. Especially, the incorporation of covariance matrices of the received interference signals into the signal processing algorithms is investigated with a view to improve the system performance as compared to state of the art adaptive antenna technology. These covariance matrices implicitly contain information on the directions of incidence of the interference signals, and this information may be exploited to reduce the effective interference power when processing the signals received by the array elements. As a basis for the investigations, first directional models of the mobile radio channels and of the interference impinging at the receiver are developed, which can be implemented on the computer at low cost. These channel models cover both outdoor and indoor environments. They are partly based on measured channel impulse responses and, therefore, allow a description of the mobile radio channels which comes sufficiently close to reality. Concerning the interference models, two cases are considered. In the one case, the interference signals arriving from different directions are correlated, and in the other case these signals are uncorrelated. After a visualization of the potential of adaptive receive antennas, data detection and channel estimation schemes for the TD-CDMA uplink are presented, which rely on such antennas under the consideration of interference covariance matrices. Of special interest is the detection scheme MSJD (Multi Step Joint Detection), which is a novel iterative approach to multi-user detection. Concerning channel estimation, the incorporation of the knowledge of the interference covariance matrix and of the correlation matrix of the channel impulse responses is enabled by an MMSE (Minimum Mean Square Error) based channel estimator. The presented signal processing concepts using covariance matrices for channel estimation and data detection are merged in order to form entire receiver structures. Important tasks to be fulfilled in such receivers are the estimation of the interference covariance matrices and the reconstruction of the received desired signals. These reconstructions are required when applying MSJD in data detection. The considered receiver structures are implemented on the computer in order to enable system simulations. The obtained simulation results show that the developed schemes are very promising in cases, where the impinging interference is highly directional, whereas in cases with the interference directions being more homogeneously distributed over the azimuth the consideration of the interference covariance matrices is of only limited benefit. The thesis can serve as a basis for practical system implementations.