Particles in Saturn’s main rings range in size from dust to even kilometer-sized objects. Their size distribution is thought to be a result of competing accretion and fragmentation processes. While growth is naturally limited in tidal environments, frequent collisions among these objects may contribute to both accretion and fragmentation. As ring particles are primarily made of water ice attractive surface forces like adhesion could significantly influence these processes, finally determining the resulting size distribution. Here, we derive analytic expressions for the specific self-energy Q and related specific break-up energy Q⋆ of aggregates. These expressions can be used for any aggregate type composed of monomeric constituents. We compare these expressions to numerical experiments where we create aggregates of various types including: regular packings like the face-centered cubic (fcc), Ballistic Particle Cluster Aggregates (BPCA), and modified BPCAs including e.g. different constituent size distributions. We show that accounting for attractive surface forces such as adhesion a simple approach is able to: a) generally account for the size dependence of the specific break-up energy for fragmentation to occur reported in the literature, namely the division into “strength” and “gravity” regimes, and b) estimate the maximum aggregate size in a collisional ensemble to be on the order of a few meters, consistent with the maximum aggregate size observed in Saturn’s rings of about 10m. / Die Ringe des Saturns bestehen aus Myriaden von Teilchen, deren Größe von Mikrometern (Staub) bis hin zu Hunderten von Metern reicht. Die Ringteilchen bestehen hauptsächlich aus Eis, wobei attraktive Oberflächenkräfte wie Adhäsion und Gravitation zur Bildung von Aggregaten führen kann. Das Wachstum der Aggregate wird durch die Wirkung der Gezeitenkräfte und auch durch Kollisionen der Ringteilchen untereinander auf natürliche Weise begrenzt. Die Kollisionen der Ringteilchen führen zu Akkretion und Fragmentation, welche die resultierende Größenverteilung der Agglomerate schließlich bestimmen. In dieser Arbeit wurden Ausdrücke für die spezifische Eigenenergie Q der Aggregate und der in Relation stehenden spezifischen Fragmentationsenergie Q* analytisch hergeleitet. Diese Ausdrücke können für alle aus monomeren Teilchen bestehenden Agglomerate verwendet werden. Die analytisch gewonnenen Ergebnisse wurden mit numerischen Experimenten verglichen. In den numerischen Experimenten wurden verschiedene Agglomerattypen erzeugt: (i) Agglomerate mit kubischem Kristallsystem, (ii) ballistische Teilchenaggregate und (iii) modifiziert ballistische Teilchenaggregate. Für die ballistischen Teilchenaggregate wurden verschiedene Größenverteilungen der Konstituenten verwendet. Als Ergebnis lassen sich die erzeugten Aggregate gemäß ihrer Größe in zwei Gruppen einteilen. Während die kleinen Aggregate hauptsächlich durch die Kontaktkräfte (Adhäsion) zusammengehalten werden, dominiert bei großen Aggregaten (größer als einige Meter) die Gravitationskraft. D.h. wächst aus kleinen Teilchen ein Aggregat, so wird dieses zunächst durch die haftenden Kontakte zwischen den Teilchen zusammengehalten. Wächst das Agglomerat über eine bestimmte Größe, so ist es die Eigengravitation, die den Körper zusammenhält. Damit kann die maximale Gesamtgröße der Aggregate im Kollisionsensemble abgeschätzt werden. Der so bestimmte Wert von einigen Metern stimmt mit der aus Beobachtungen berechneten maximalen Größe der Ringteilchen von rund 10 Metern gut überein.

Adhesion between different objects is happening everywhere. Without it, simple procedures like walking or holding something in a hand or attaching a postage stamp would be impossible. The life itself depends on adhesion on all levels, starting from the interactions between the living cells. Adhesion between two substrates is a complex phenomenon, which at present is still not well understood. There are several factors determining the strength of adhesion: (i) molecular interactions at interface, (ii) mechanical properties of adhesive, and (iii) area of contact between adhesive and probing surface. Two surfaces are tacky when they possess the right balance between these factors. Controlling the adhesion of materials is important in many fields ranging from industrial purposes to biomedical applications and everyday usage. There is a demand for “smart” materials with integrated functionalities that make them responsive, switchable, biocompatible, anti-bacterial, more energy efficient, or autonomous. In particular, materials for such cutting-edge applications like cell culture, drug delivery, tissue engineering, biosensors, anti/biofouling, microfluidics, climbing robots, sport equipment and many others require adjustable/tuneable adhesive properties. Many efforts were directed towards fabrication of materials with either weak or strong adhesion depending on the field of application. However, design of “smart” surfaces with reversibly switchable/controllable adhesion is still a highly challenging task. Therefore, the thesis aims on design of smart polymeric materials with responsive / adaptive adhesion properties. For this, fabrication and investigation of two types of switchable polymer layers based on stimuli-responsive polymer brushes will be performed. The first group is dealing with thermoresponsive polymer brushes: poly-(N-isopropylacrylamide) and two types of biocompatible polyethylene glycol-based systems. These polymer layers undergo phase transition below and above LCST between hydrophilic and hydrophobic states. The second part of the work is related to solvent-responsive comb-like and block copolymer brushes consisted of hydrophilic PEG and hydrophobic PDMS biocompatible and biodegradable polymers.

Adhesion between different objects is happening everywhere. Without it, simple procedures like walking or holding something in a hand or attaching a postage stamp would be impossible. The life itself depends on adhesion on all levels, starting from the interactions between the living cells. Adhesion between two substrates is a complex phenomenon, which at present is still not well understood. There are several factors determining the strength of adhesion: (i) molecular interactions at interface, (ii) mechanical properties of adhesive, and (iii) area of contact between adhesive and probing surface. Two surfaces are tacky when they possess the right balance between these factors. Controlling the adhesion of materials is important in many fields ranging from industrial purposes to biomedical applications and everyday usage. There is a demand for “smart” materials with integrated functionalities that make them responsive, switchable, biocompatible, anti-bacterial, more energy efficient, or autonomous. In particular, materials for such cutting-edge applications like cell culture, drug delivery, tissue engineering, biosensors, anti/biofouling, microfluidics, climbing robots, sport equipment and many others require adjustable/tuneable adhesive properties. Many efforts were directed towards fabrication of materials with either weak or strong adhesion depending on the field of application. However, design of “smart” surfaces with reversibly switchable/controllable adhesion is still a highly challenging task. Therefore, the thesis aims on design of smart polymeric materials with responsive / adaptive adhesion properties. For this, fabrication and investigation of two types of switchable polymer layers based on stimuli-responsive polymer brushes will be performed. The first group is dealing with thermoresponsive polymer brushes: poly-(N-isopropylacrylamide) and two types of biocompatible polyethylene glycol-based systems. These polymer layers undergo phase transition below and above LCST between hydrophilic and hydrophobic states. The second part of the work is related to solvent-responsive comb-like and block copolymer brushes consisted of hydrophilic PEG and hydrophobic PDMS biocompatible and biodegradable polymers.

We have pioneered a novel approach to the synthesis of high-quality and highly uniform few-layer graphene on silicon wafers, based on solid source growth from epitaxial 3C-SiC films [1,2]. The achievement of transfer-free bilayer graphene directly on silicon wafers, with high adhesion, at temperatures compatible with conventional semiconductor processing, and showing record- low sheet resistances, makes this approach an ideal route for metal replacement method for nanodevices with ultimate scalability fabricated at the wafer –level.

Many arthropods and vertebrates can cling to surfaces using adhesive pads on their legs. These pads are either smooth and characterised by a specialised, soft cuticle or they are hairy, i.e. densely covered with flexible adhesive setae. Animals climbing with adhesive organs are able to control attachment and detachment dynamically while running. The detailed mechanisms of how tarsal pads generate adhesive and frictional forces and how forces are controlled during locomotion are still largely unclear. The aim of this study was to clarify the attachment mechanism of smooth adhesive pads as present in many insects and tree frogs. To understand the function of these fluid-based adhesive systems, I characterized their performance under standardized conditions. To this end, experiments were conducted by simultaneously measuring adhesion, friction, and contact area in single adhesive pads. The first result of this study showed that friction in stick insect attachment pads is anisotropic: Attachment pads regularly detached when slid away from the body. Further analyses of "immobilized" arolia revealed that this anisotropy is not caused by an increased shear stress in the proximal direction, but by the instability of the tarsus when pushed distally. In the second part of this study, I analysed the role of the pad secretion present in insects and tree frogs. In stick insects, shear stress was largely independent of normal force and increased with velocity, seemingly consistent with the viscosity effect of a continuous fluid film. However, measurements of the remaining force two minutes after a sliding movement showed that adhesive pads could sustain considerable static friction in insects and tree frogs. Repeated sliding movements and multiple consecutive pull-offs of stick insect single legs to deplete adhesive secretion showed that on a smooth surface, friction and adhesion strongly increased with decreasing amount of fluid in insects. In contrast, stick insect pull-off forces significantly decreased on a rough substrate. Thus, the secretion does not generally increase attachment but does so only on rough substrates, where it helps to maximize contact area. When slides with stick insect arolia were repeated at one position so that secretion could accumulate, sliding shear stress decreased but static friction remained clearly present. This suggests that static friction in stick insects, which is biologically important to prevent sliding, is based on non-Newtonian properties of the adhesive emulsion rather than on a direct contact between the cuticle and the substrate. % Analogous measurements in toe pads of tree frogs showed that they are also able to generate static friction, even though their pads are wetted by mucus. In contrast to the mechanism proposed for insects, static friction in tree frogs apparently results from the very close contact of toe pads to the substrate and boundary lubrication. In the last section of this study, I investigated adhesive forces and the mode of detachment by performing pull-off measurements at different velocities and preloads. These experiments showed that preload has only an increasing effect on adhesion for faster pull-offs. This can be explained by the viscoelastic material properties of the stick insect arolium, which introduce a strong rate-dependence of detachment. During fast pull-offs, forces can spread over the complete area of contact, leading to forces scaling with area. In contrast, the pad material has sufficient time to withdraw elastically and peel during slow detachments. Under these conditions the adhesive force will concentrate on the circumference of the contact area, therefore scaling with a length, supporting models such as the peeling theory. The scaling of single-pad forces supported these conclusions, but large variation between pads of different stick insects did not allow statistically significant conclusions. In contrast, when detachment forces were quantified for whole insects using a centrifuge, forces scaled with pad contact area and not with length. / Viele Arthropoden und Vertebraten können sich mit Hilfe tarsaler Haftorgane an Oberflächen festhalten. Diese Organe sind entweder glatt, mit einer spezialisierten, weichen Cuticula oder haarig, d.h. dicht besetzt mit mikroskopisch kleinen, biegsamen Hafthaaren. Mit Haftorganen kletternde Tiere können während des Laufens Haftkräfte dynamisch kontrollieren. Die genaueren Mechanismen, mit denen Adhäsions- und Reibungskräfte erzeugt werden und mit denen die Kräfte während des Laufens schnell kontrolliert werden können, sind allerdings noch immer weitgehend unklar. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Haftmechanismus von glatten Haftorganen bei Insekten und Baumfröschen näher aufzuklären. Um die Funktion dieser flüssigkeitsbasierten Haftsysteme zu verstehen, charakterisierte ich ihr Adhäsions- und Reibungsverhalten unter standardisierten Bedingungen. Dazu führte ich Experimente an einzelnen Haftorganen durch, bei denen ich gleichzeitig Adhäsion, Reibung, und Kontaktfläche erfasste. Das erste Ergebnis dieser Arbeit war, dass die Reibung von Insektenhaftorganen von der Bewegungsrichtung abhängt. Ein Haftorgan, das vom Körper weg bewegt wird (distale Richtung), löst sich meist von der Oberfläche ab. Weitere Untersuchungen an Haftorganen bei fixiertem Tarsus zeigten, dass die Richtungsabhängigkeit nicht durch eine erhöhte Scherspannung in der proximalen Richtung hervorgerufen wird, sondern durch die Instabilität des Tarsus, wenn der Fuß vom Körper weg bewegt wird. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchte ich die Rolle des Haftsekrets bei Stabheuschrecken und Baumfröschen. Bei Stabheuschrecken war die Scherspannung unabhängig von der Normalkraft und nahm mit der Bewegungsgeschwindigkeit zu, scheinbar in Einklang mit der viskosen Reibung eines durchgehenden Flüssigkeitsfilms. Jedoch ergaben Scherspannungsmessungen bei Stabheuschrecken und Fröschen selbst zwei Minuten nach einer Gleitbewegung ein beträchtliches Maß an statischer "Rest"-Reibung. Um den Einfluss geringer werdender Haftflüssigkeit zu untersuchen, wurden wiederholte Gleitversuche sowie aufeinanderfolgende Ablöseversuche auf glatten Oberflächen durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass sowohl die Reibungs- als auch die Adhäsionskraft mit abnehmender Flüssigkeitsmenge anstieg. Im Gegensatz hierzu nahm die Adhäsionskraft auf rauen Oberflächen mit abnehmender Haftflüssigkeitsmenge ab. Demzufolge führte die Haftflüssigkeit nur auf rauen Oberflächen zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche und zu einer Erhöhung der Adhäsionskraft. Reibungskräfte auf glatten Oberflächen wurden bei Stabheuschrecken umso geringer, je häufiger Reibungsversuche an ein und der selben Stelle durchgeführt wurden (um die Menge an Haftflüssigkeit zu erhöhen). Dennoch blieb immer eine statische Reibung vorhanden. Das Vorhandensein von statischer Reibung ist biologisch wichtig um das unfreiwillige Ausrutschen zu verhindern. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Haftreibung bei Insekten nicht auf direkte Kontakte zwischen Cuticula und Untergrund zurückzuführen ist, sondern auf die (scherverdünnende) nicht-Newtonschen Eigenschaften des zweiphasigen Haftsekrets. Analoge Messungen an Haftzehen von Baumfröschen zeigten, dass auch diese statische Reibungskräfte erzeugen können, obwohl sie von einem flüssigen Schleim benetzt sind. Im Gegensatz zu dem bei Insekten gefundenen Mechanismus, entsteht bei Fröschen die statische Reibung wahrscheinlich durch Trockenreibung und den sehr nahen Kontakt zur Oberfläche. Im letzten Teil dieser Arbeit untersuchte ich Adhäsionskräfte und den Ablösevorgang durch Haftkraftmessungen bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Normalkräften. Diese Experimente zeigten, dass die Normalkraft nur bei schnellem Ablösen zu höheren Adhäsionskräften führt. Dies ist durch die viskoelastischen Materialeigenschaften der Stabheuschrecken-Arolien erklärbar, die zu einer starken Geschwindigkeitsabhängigkeit des Ablösevorgangs führen. Bei schnellem Ablösen breiten sich die Kräfte über die gesamte Kontaktzone aus, was zu einer Flächenskalierung der Adhäsion führt. Im Gegensatz dazu hat das Haftorgan bei einem langsamen Ablöseprozess genügend Zeit, sich elastisch zurückzuziehen und abzuschälen. Unter diesen Bedingungen konzentriert sich die Kraft am Rand der Kontaktzone, wodurch die Adhäsionskräfte mit einer Länge skalieren, wie z.B. von der "peeling" Theorie vorhergesagt. Die Skalierung von Einzelbein-Haftkräften bestätigte diese Schlußfolgerungen, aber die starke Variation zwischen verschiedenen Stabheuschrecken erlaubte es nicht, diese statistisch abzusichern. Im Gegensatz dazu zeigten die Haftkräfte ganzer Insekten, welche mit Hilfe einer Zentrifuge gemessen wurden, eine deutliche Flächenskalierung.

Erstes Ziel der Arbeit war es Methoden aufzubauen, die die funktionellen Eigenschaften von peripheren Monozyten ermitteln sollten, um die Rolle dieser Zellen bei der essentiellen Hypertonie zu erfassen. Es wurde versucht, die immunologischen Mechanismen der Entzündung oder Voraktivierung dieser Zellen zu charakterisieren. Der Aktivierungsgrad der peripheren Monozyten von Patienten mit essentieller Hypertonie im Vergleich zu Normalkontrollen wurde anhand ihrer Zytokinsekretion untersucht. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass die peripheren Monozyten von essentiellen Hypertonikern im Vergleich zu normotensiven Probanden nach Stimulation vermehrt IL-1ß und TNF-alpha sezernieren, verursacht durch eine transkriptionelle Hochregulation. Neben spezifischen Mediatoren sezernieren aktivierte Monozyten eine Reihe unspezifischer toxischer Effektormoleküle wie z.B. Sauerstoffsuperoxid. Der Gipfel der Chemilumineszenzaktivität als Maß der Superoxidproduktion peripherer Monozyten von Hypertonikern war nach Stimulation signifikant höher im Vergleich zu den Kontrollen. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde die Hypothese generiert, dass den voraktivierten Monozyten von Hypertoniepatienten eine entscheidende Rolle bei der Initiierung von Gefäßwandläsionen zu kommen könnte, welche die frühen arteriosklerotischen Veränderungen bei diesen Patienten im Vergleich zur gesunden Normalbevölkerung mitbegründen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde daher die Adhäsion peripherer Monozyten von Hypertonikern an humane Endothelzellen im Vergleich zu Monozyten von normotensiven Gesunden überprüft. Die Adhäsion der Monozyten von Hypertonikern war signifikant erhöht. Interessanterweise führte die Vorinkubation mit einem AT1-Rezeptorantagonisten bei den Patientenmonozyten zu einer Reduzierung der Sekretion proinflammatorischer Zytokine und der Endothelzelladhäsion. Die vorgestellten Befunde sind für die Pathogenese der vorzeitigen sowie vermehrten atherosklerotischen Veränderungen essentieller Hypertoniker von Bedeutung und unterstützen die Hypothese einer inflammatorischen Genese der Atherosklerose. / Immunopathogenic mechanisms may be involved in the pathogenesis of atherosclerosis and hypertensive disease. The possible role of monocytes in the pathology of atherosclerosis in hypertension has been a matter of great interest. It was demonstrated that monocytes from hypertensive patients secrete significantly higher levels of proinflammatory cytokines after stimulation with lipopolysaccharide or angiotensin II compared with normotensive individuals. The upregulation of IL-1ß and TNF-alpha expression was also seen at the RNA-level. The increased secretion of these cytokines is considered to be a marker for activated circulating monocytes. To investigate the direct impact of these preactivated monocytes, the adhesion of monocytes from normal controls and hypertensive patients to vascular endothelial cells was determined spontaneously and after in vitro stimulation. Oxygen species release as a further activation marker was analyzed for monocytes by chemiluminescence. Spontaneous adhesion of monocytes from patients and the adhesion after stimulation were significantly increased compared with normal controls. Preincubation with an AT1 receptor antagonist diminished the cytokine secretion and the adhesion in both groups to comparable levels. In monocytes, peak levels of chemiluminescence after stimulation were significantly higher in patients. The data indicate that preactivated monocytes from hypertensives may be of pathogenic importance in atherosclerosis. Prevention of angiotensin II-mediated activation of monocytes from hypertensive patients by an AT1 receptor antagonist may be a novel therapeutic approach to prevent vascular alterations in hypertension.

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. <br><br> 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. <br><br> 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. <br><br> 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. / 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. <br><br> 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. <br><br> 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.

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. <br><br> 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. <br><br> 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. / 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.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, über die gezielte Analyse, Messung und Bewertung, einen entscheidenden Beitrag für das grundlegende Verständnis der Haftungsmechanismen bei der Verklebung von verpackungsindustrienahen Modellsystemen zu leisten. Anhand einer Vielzahl von Untersuchungen zur Charakterisierung der Oberflächenmorphologie, -chemie, -beschaffenheit, der grenzflächenenergetischen und Benetzungseigenschaften konnten einige Ansätze für Korrelationen zwischen Stoff- und Verbundeigenschaften ermittelt werden. Dazu wurden einige neue messtechnische Erkenntnisse zur grenzflächenenergetischen Charakterisierung der Modellsysteme (Modellklebstoffe und -oberflächen) gewonnen. Es wurde allerdings gezeigt, dass bei den beiden untersuchten Klebstoffsystemen (Schmelz- und Dispersionskleber) die Haftmechanismen oft durch klebstoffspezifische Phänomene (Schmelzklebstoffe - Wachsseparation und Dispersionsklebstoffe - wässriger precursor film), welche aufgrund einer grenzflächenbedingten Phasenseparation des Klebstoffes zur Bildung einer &amp;quot;Trennschicht&amp;quot; führen, negativ verändert werden können.

Einleitung Artikulationsgips dient der sicheren Verankerung von zahnärztlichen Gipsmodellen im Kausimulator. Eine Norm zur Quantifizierung der Haftfähigkeit dieses speziellen Dentalgipses an Gipsmodellen existiert bisher nicht. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, Unterschiede zwischen Artikulationsgipsen bezüglich ihrer Adhäsion an Modellgipsen festzustellen und die neu entwickelte Methode zu bewerten. Material und Methoden Zur Untersuchung wurden die Artikulationsgipse dentona® arti-base® 60, piccodent® A 50, AmannGirrbach Artifix® und KerrTM Snow White Plaster No.2 an einen Typ 3 (dentona® dento dur® 110) und 4 Gips (dentona® sockel plaster® GT 160) gegossen. Die zylindrischen Prüfkörper enthielten zentrisch eingegossene Retentionen, die zur Verankerung in einer Universalprüfmaschine dienten. Prüfkörper aus Typ 3 und 4 Gips wurden vor dem Angießen des Artikulationsgipses 48 h getrocknet. Die Messung der Adhäsionskraft (in N) erfolgte mittels Zugversuch, 1 h nach der Erstarrung des Artikulationsgipses. Für jede Kombination wurden 10 Versuche durchgeführt. Die Datenauswertung erfolgte mittels t Test bei unabhängigen Stichproben und Dunnett´s T3 Vergleichstest (α=0,05). Ergebnisse Aus den 80 ermittelten Werten konnte ein Ranking der Gipskombinationen erstellt werden (Max. 1950,77 N, Min. 495,97 N). Es zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Kombinationen aus Modell- und Artikulationsgips. Innerhalb der Kombinationen mit Typ 3 Gips ergaben sich signifikante Unterschiede. Die Gruppen mit Typ 4 Modellgipses unterschieden sich hingegen nicht signifikant. Eine weitere Analyse zeigte bei zwei Artikulationsgipsen einen signifikanten Unterschied zwischen der Verwendung von Typ 3 und 4 Modellgips. Schlussfolgerung Es zeigte sich, dass die neu entwickelte Methode für die Untersuchung der Haftfähigkeit von Artikulationsgipsen geeignet ist. Aneinander gegossene Artikulations- und Modellgipse erreichen unterschiedlich hohe Adhäsionskräfte. Ein Vorteil für die Verwendung des Typ 3 gegenüber dem Typ 4 Modellgips ergab sich nicht. Am besten erschien in unserer Untersuchung die Kombination von dentona® dento dur® 110 und dentona® arti-base® 60.