Das Forschungsvorhaben liefert einen Beitrag zum Schweißen von Gleich- und Mischmaterialverbindungen aus Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) sowie deren Verarbeitung im Compoundieren und Spritzguss. Es wurde holzfasergefülltes (WPC) und flachsfasergefülltes (FFC) Polypropylen (PP) mit unterschiedlichen Füllgraden verwendet. Der Einsatz synthetisch-organsicher Fasern (PET-Fasern) im Compound zielte darauf ab, besonders die Schlagzähigkeit zu verbessern. Im Bereich des Urformens wurden Aussagen zur Verarbeitbarkeit, zu rezepturabhängigen Kurz- und Langzeiteigenschaften sowie Aussagen zur Dauergebrauchsfähigkeit erarbeitet. Die Anwendbarkeit der Fügeverfahren Heizelement- (HE-Schweißen) und Vibrationsschweißen (VIB-Schweißen) konnte für Gleich- und Mischmaterialverbindungen sowohl ohne als auch mit angepasster Energieeinbringung nachgewiesen werden. In diesem Zusammenhang können Aussagen zur Rezepturabhängigkeit, Verfahrensführung, Parameterauswahl, Prüfkriterien sowie den technischen Grenzen der Schweißverbindung unter kurzzeitmechanischer Beanspruchung getroffen werden. Weiterhin wird ein Beitrag zur Dauergebrauchsfähigkeit unter UV-Globalbewitterung und thermischer Alterung sowie zu langzeitmechanischen Eigenschaften von NFK-Schweißverbindungen geliefert.

In der vorliegenden Arbeit wird die Dynamik geordneter modulierter Phasen außerhalb des thermischen Gleichgewichts untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf einem zweidimensionalen, streifenbildenden System, genannt Modell B mit Coulomb-Wechselwirkung, welches aus einem geordneten Anfangszustand unter dem Einfluß eines Rauschterms relaxiert. Aus den mittels numerischer Simulationen gewonnenen Daten wird die lokale Orientierung der Streifen extrahiert und deren raum-zeitliche Korrelationsfunktionen berechnet. Wir beobachten eine langsame Dynamik und Alterungseffekte in der Zwei-Zeit-Autokorrelationsfunktion, welche einer Skalenform folgt, die aus kritischen Systemen bekannt ist. Dies geht einher mit dem Wachstum einer räumlichen Korrelationslänge senkrecht zu den Streifen. Zu sehr späten Zeiten klingt die zugehörige räumliche Korrelationsfunktion mit einem Potenzgesetz ab. Weiterhin wird der Einfluß der Systemgröße und verschiedener Seitenverhältnisse auf die Dynamik des Orientierungsfeldes studiert, wobei ein Wachstumsprozeß parallel zur Ausrichtung der Streifen identifiziert wird. Es zeigt sich, daß dieser Prozeß für die Nichtgleichgewichtsdynamik entscheidend ist. Zwei weitere Modelle für modulierte Phasen werden in ähnlicher Weise untersucht. Die Swift-Hohenberg-Gleichung in der Variante mit erhaltenem sowie nicht erhaltenem Ordnungsparameter zeigt ebenfalls Alterungseffekte in der Dynamik der Streifenorientierung. In einem System, welches zweidimensionale hexagonale Muster bildet, werden Alterungseffekte in der Autokorrelationsfunktion der Verschiebung beobachtet. Jedoch sättigt die zugehörige räumliche Korrelationslänge bei einem endlichen Wert, was auf eine Unterbrechung der Alterung hindeutet.

The availability of several methods to unambiguously mark individual cells has strongly fostered the understanding of clonal developments in hematopoiesis and other stem cell driven regenerative tissues. While cellular barcoding is the method of choice for experimental studies, patients that underwent gene therapy carry a unique insertional mark within the transplanted cells originating from the integration of the retroviral vector. Close monitoring of such patients allows accessing their clonal dynamics, however, the early detection of events that predict monoclonal conversion and potentially the onset of leukemia are beneficial for treatment. We developed a simple mathematical model of a self-stabilizing hematopoietic stem cell population to generate a wide range of possible clonal developments, reproducing typical, experimentally and clinically observed scenarios. We use the resulting model scenarios to suggest and test a set of statistical measures that should allow for an interpretation and classification of relevant clonal dynamics. Apart from the assessment of several established diversity indices we suggest a measure that quantifies the extension to which the increase in the size of one clone is attributed to the total loss in the size of all other clones. By evaluating the change in relative clone sizes between consecutive measurements, the suggested measure, referred to as maximum relative clonal expansion (mRCE), proves to be highly sensitive in the detection of rapidly expanding cell clones prior to their dominant manifestation. This predictive potential places the mRCE as a suitable means for the early recognition of leukemogenesis especially in gene therapy patients that are closely monitored. Our model based approach illustrates how simulation studies can actively support the design and evaluation of preclinical strategies for the analysis and risk evaluation of clonal developments.

Tannine sind pflanzliche, polyphenolische Sekundärmetabolite mit Protein-präzipitierenden und –bindenden Kapazitäten, welche offenbar für die antinutritiven und gesundheitsschädlichen Wirkungen der Tannine verantwortlich sind. Jedoch dominieren in der Literatur die gesundheitsfördernden Beschreibungen, für die meist die antioxidative Kapazität verantwortlich gemacht wurde. Der etablierte Modelorganismus Caenorhabditis elegans wurde zur Analyse dieses Kontrastes ausgewählt. Zunächst wurden Lebensdauer und Stressresistenz der mit Tanninsäure und den Tanninbausteinen Gallussäure, Ellagsäure und Catechin behandelten Nematoden ermittelt. Das vermutete Vorliegen eines „Calorie Restriction“ (CR)-Effektes als auch einer hormetischen Dosis-Wirkungs-Beziehung wurde überprüft. Weiterhin wurden antimikrobielle und antioxidative Eigenschaften als potentielle Ursachen der Langlebigkeit untersucht und die Auswirkungen auf die Fitness und Genexpression analysiert. Die Einbeziehung verschiedener Alterungs-Theorien rundete die Analyse der Tanninwirkung ab. Alle Tannin-Substanzen konnten eine Lebensverlängerung erwirken, doch erstaunlicherweise erwiesen sich Langlebigkeit und Stressresistenz als individuelle, nicht zwangsläufig gekoppelte Parameter. Hormesis, CR-nachahmende Eigenschaften, antimikrobielle Kapazitäten als auch verschiedene stressrelevante Gene sind teilweise für die Lebensverlängerung verantwortlich. Die antioxidative Kapazität scheint jedoch irrelevant zu sein. Die differentielle Expression mehrerer hundert Gene durch Tanninsäure unterstreicht zudem die Komplexität der Wirkweise. Hinweise zur Bestätigung der „Disposable Soma Theory“, der „Mitohormesis“-Theorie und der „Green Theory of Ageing“ konnten zum Teil gefunden werden. Diese Arbeit zeigt die individuelle und kontrastreiche Wirksamkeit der Tannine auf. Sie unterstreicht, dass Tannine molekulare Regulatoren sind, welche nicht nur auf ihre antioxidative und antinutritive Kapazität reduziert werden sollten. / The polyphenolic tannins are plant-produced secondary metabolites with protein precipitating and binding capacities. This characteristic is seemingly responsible for antinutritional and harmful effects. However, health benefits have also been extensively described in the literature. Indeed, antioxidant properties are believed to be the reason for these beneficial effects. The established model organism Caenorhabditis elegans was chosen to examine this apparent contradiction. The nematodes were exposed to tannic acid and to the tannin building blocks gallic acid, ellagic acid, and catechin and the lifespan and stress resistance were determined. The presence of a calorie restriction (CR) effect and a hormetic dose-response-relationship was verified. Furthermore, antimicrobial and antioxidative capacities were assessed as possible causes of longevity and the impact on fitness parameters and gene expressions was analysed. The consideration of different ageing theories completed the analysis of the tannin action. All tannin-substances were able to prolong the lifespan but against all expectations, longevity and stress resistance were shown to be independent entities, which are not necessarily linked. Hormesis, CR-mimetic properties, antimicrobial capacities as well as several stress relevant genes are partly responsible for the life-extension. The antioxidant capacities, however, appeared to be irrelevant. The regulation of several hundred gene expressions by tannic acid underlined the complexity of the mode of action. Furthermore, the results partly confirm the “Disposable Soma Theory”, the “Mitohormesis Theory” and the “Green Theory of Ageing”. This work dissects the contrasting efficiency of the tannin family and underlines in particular, that tannins are molecular regulators, which should not be reduced to their antioxidative and antinutritional capacities

Mit zunehmendem Alter verringert sich die Fähigkeit des menschlichen Organismus Infektionen erfolgreich zu bekämpfen und, z.B. nach Impfung, einen protektiven Schutz aufzubauen. Es wird vermutet, dass die Alterung des Immunsystems eine Rolle dabei spielt. Wichtige Ergebnisse liefern dazu vor allem tierexperimentelle Studien, welche jedoch die Komplexität menschlicher Immunität nur bedingt abbilden. Nur ansatzweise erforscht ist der Einfluss immunologischer Alterungsprozesse auf die primäre Immunantwort im Menschen. Um ein besseres Verständnis über primäre Immunantworten im Alter zu erlangen, haben wir junge (n=11, Med=26 Jahre) und ältere (n=12, Med=60 Jahre) Erwachsene mit einem viralen Erreger experimentell infiziert und die akute Immunreaktion und Entwicklung langlebiger Protektion eingehend untersucht. Dafür verwendeten wir den attenuierten Lebendimpfstoff gegen Gelbfieber, der ein hervorragendes Modelsystem darstellt um anti-virale Primärantworten im Menschen zu erforschen. Wir konnten zeigen, dass ältere Impflinge weniger Gelbfiebervirus-(GFV)-neutralisierende Antikörper produzierten, schwächere GFV-spezifische CD8+ T-Zellantworten erzeugten und quantitativ als auch qualitativ veränderte GFV-spezifische CD4+ T-Zellantworten generierten. Zudem wiesen ältere Impflinge häufiger eine vergleichsweise späte Virämie auf. Unsere systembiologische Untersuchungen zeigten, dass die niedrige Zahl von frisch aus dem Thymus ausgewanderten naiven CD4+ T Zellen, sogenannten CD4+ Recent thymic emigrants, sowie der Mangel an dendritischen Zellen vor bzw. am Beginn der Infektion ausschlaggebend für die schlechtere Immunreaktion und niedrigere Langzeit-Immunität bei Älteren war. Daraus schließen wir, dass in älteren Menschen die Verfügbarkeit eines breiten Repertoires naiver CD4+ T-Zellen und eine effektive Induktion des angeborenen Immunsystems in der frühen Phase einer primären Infektion kritisch für die akute Abwehr viraler Erreger und die Ausbildung protektiver Immunität ist. / The immunological competence to fight infections and to generate protective immunity, for example upon vaccination, progressively declines with advancing age. Although the aged immune system has been extensively studied at steady state and in aged animal models, there is only rudimentary understanding on how aging affects the immune response to a primary infection in humans. Involving complex individual systemic immune properties, such investigations have been very challenging particularly with the given restrictions of experimental infections in humans. In our study, we explored age-related changes in human immunity during experimental, primary immunization with live-attenuated yellow fever (YF) vaccine. In 11 young (median age: 26 years) and 12 elderly (median age: 60 years) vaccinees, we assessed individual viral burden and compared humoral and cellular immunity by advanced flow cytometric analysis over the entire course of the acute infection and up to 3 years after it. We discovered that aged subjects developed fewer neutralizing antibodies, mounted diminished YF-specific CD8+ T-cell responses and showed quantitatively and qualitatively altered YF-specific CD4+ T-cell immunity. A comparatively late peak in YF viremia suggested impaired infection control and viral clearance in the elderly. Among numerous immune signatures, low in vivo numbers of naive CD4+ recent thymic emigrants (CD4+ RTE) prior immunization and peripheral dendritic cells (DCs) in the early phase of the innate response phase were indicative for reduced acute responsiveness and altered long-term persistence of human cellular immunity to YF vaccination in the elderly. Thus, we reveal by this study that essential elements of immune responses such as CD4+ RTEs and DCs affect productive immunity in the elderly, explaining conclusively diminished responsiveness to vaccination with neo-antigens and infection with de novo pathogens in aged people.

Nach einem ausführlichem Überblick über den Kenntnisstand der Genetik und Neurowissenschaft von allgemeiner Intelligenz und einer methodischen Anmerkung zur Notwendigkeit der Berücksichtigung latenter Variablen in den kognitiven Neurowissenschaften am Beispiel einer Reanalyse publizierter Ergebnisse wir das am besten etablierte Gehirnkorrelat der Intelligenz, die Gehirngröße, aus evolutionsgenetischer Perspektive neu betrachtet. Schätzungen des Koeffizienten additiv-genetischer deuten an, dass es keine rezente direktionale Selektion auf Gehirngröße gegeben hat, was ihre Validität als Proxy für Intelligenz in evolutionären Studien in Frage stellt. Stattdessen deuten Korrelationen der Gesichtssymmetrie älterer Männer mit Intelligenz und Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit an, dass organismusweite Entwicklungsstabilität eine wichtige Grundlage von unterschieden in kognitiven Fähigkeiten sein könnte. Im zweiten Teil dieser Arbeit geht es vornehmlich um die Alterung kognitiver Fähigkeiten, beginnend mit einem allgemeinen Überblick. Daten einer Stichprobe von über 130 Individuen zeigen dann, dass die Integrität verschiedener Nervenbahnen im Gehirn hoch korreliert, was die Extraktion eines Generalfaktors der Traktintegrität erlaubt, der mit Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit korreliert. Der einzige Trakt mit schwacher Ladung auf diesem Generalfaktor ist das Splenium des Corpus Callosum, welches mit Veränderungen der Intelligenz über 6 Jahrzehnte korreliert und den Effekt des Bet2 adrenergischem Rezeptorgens (ADRB2) auf diese Veränderung mediiert, möglicherweise durch Effekte auf neuronale Komopensationsprozesse. Schließlich wird auf Basis neuer Analyseverfahren für Magnetresonanzdaten gezeigt, dass vermehrte Eiseneinlagerungen im Gehirn, vermutlich Marker für zerebrale Mikroblutungen, sowohl mit lebenslang stabilen Intelligenzunterschieden als auch mit der altersbedingten Veränderung kognitiver Fähigkeiten assoziiert sind. / After an extensive review of what is known about the genetics and neuroscience of general intelligence and a methodological note emphasising the necessity to consider latent variables in cognitive neuroscience studies, exemplified by a re-analysis of published results, the most well-established brain correlate of intelligence, brain size, is revisited from an evolutionary genetic perspective. Estimates of the coefficient of additive genetic variation in brain size suggest that there was no recent directional selection on brain size, questioning its validity as a proxy for intelligence in evolutionary analyses. Instead, correlations of facial fluctuating asymmetry with intelligence and information processing speed in old men suggest that organism-wide developmental stability might be an important cause of individual differences in cognitive ability. The second half of the thesis focuses on cognitive ageing, beginning with a general review. In a sample of over 130 subjects it has then been found that the integrity of different white matter tracts in the brain is highly correlated, allowing for the extraction of a general factor of white matter tract integrity, which is correlated with information processing speed. The only tract not loading highly on this general factor is the splenium of the corpus callosum, which is correlated with changes in intelligence over 6 decades and mediates the effect of the beta2 adrenergic receptor gene (ADRB2) on cognitive ageing, possibly due to its involvement in neuronal compensation processes. Finally, using a novel analytic method for magnetic resonance data, it is shown that more iron depositions in the brain, presumably markers of a history of cerebral microbleeds, are associated with both lifelong-stable intelligence differences and age-related decline in cognitive functioning.

In alkalischen Lösungen führt die Reaktion von Hydroxylionen mit den Si-O-Si-Bindungen des Glasnetzwerks zur Bildung hydratisierter Oberflächen und gelöstem Silikat. Der Grad der Korrosion bzw. der Alterung der Glasfaser ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Glases und Korrosionslösung sowie von Zeit und Temperatur. Die Untersuchung von Glasfasern verschiedener chemischer Zusammensetzung in NaOH- sowie Zementlösungen zeigte, dass die inhibierende Wirkung von Ca-Ionen zu einem veränderten Korrosionsmechanismus führt. Dies konnte anhand der mechanischen Eigenschaften der Glasfasern sowie rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen gezeigt werden. Während die Korrosion in NaOH-Lösung zu einer ausgeprägten Umwandlung der gesamten äußeren Glasfaserschicht in Reaktionsprodukte führte, zeigten Glasfasern in Zementlösung bei gleichem pH-Wert einen stark lokal begrenzten, punktförmigen Angriff. Daraus resultieren unterschiedliche mechanische Eigenschaften der Glasfasern in Abhängigkeit von der gewählten Korrosionslösung.

- Matrix modification of jute/polypropylene composites with MAHgPP - Fibre surface modification for epoxy/jute composites, including: NaOH treatment, silane coupling agents, epoxy dispersion and their combinations - Investigation the influence of modification on the performance of jute fibre and jute compostites. / Untersuchungen zum mechanischen und thermischen Verhalten sowie zur Benetzung von Jute­fasern im Ausgangszustand, nach Entwachsen und nach Oberflächenmodifikation, mit dem Ziel einer Verwendung als Verstärkungsfasern in Verbundwerkstoffen. Untersuchungen zum mechanischen und thermischen Verhalten sowie zur hygrothermischen Alterung von Jute/Polypropylen (PP) Verbunden. Einfluss des PP-Typs, der Modifizierung der Matrix mit Maleinsäureanhydrid gepfropftem PP und des Faservolumengehalts.Untersuchung der Grenzschicht in Jute/Epoxidharz Verbunden in Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften nach Alkalibehandlung und Oberflächenmodifikation der Jutefasern. Jutefasern haben gute spezifische mechanische Eigenschaften. Die Einzelfasereigenschaften unterliegen der bei Naturfasern üblichen Streuung der mechanischen Eigenschaften. Im Gegensatz zu konventionellen Verstärkungsfasern (Glas, Carbon) nimmt wachstumsbedingt mit zunehmendem Faserquerschnitt die Festigkeit tendenziell zu. Faseroberflächenbehandlungen verbessern die Benetzbarkeit, erhöhen die thermische Stabilität und reduzieren die Feuchteaufnahme sowie den Diffusionskoeffizient. Jute/Polypropylen-Verbunde Chemische und physikalische Wechselwirkungen zwischen Faser und MAHgPP nach optimierter Kopplerauswahl verbessern in Abhängigkeit vom PP-Typ die Grenzflächenscherfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften. Durch Einbeziehen der Grenzflächeneigenschaften können mit einer modifizierten Mischungsregel die Zugfestigkeiten der Verbunde beschrieben werden. Jute/Epoxidharz-Verbunde Faseroberflächenbehandlungen mit Natronlauge, Organosilanen, Epoxiddispersionen und deren Kombinationen führen zu verbesserter Benetzung, reduzierter Wasseraufnahme und verbesserter Haftung sowie verbesserten mechanischen Eigenschaften in Jute/Epoxidharz-Verbunden.

AR-Glas wird in Form von Multifilamentgarn zur Verstärkung in textilbewehrtem Beton eingesetzt. Während des Herstellungsprozesses wird auf die AR-Glasfilamente die Schlichte aufgebracht, deren chemische Zusammensetzung maßgeblich die Qualität der Filament-Matrix-Grenzschicht bestimmt, sowie die chemische Beständigkeit im alkalischen Milieu gewährleistet. Zur Beurteilung der chemischen Beständigkeit in alkalischer Umgebung werden beschleunigte Alterungsversuche in wässrigen, alkalischen Lösungen durchgeführt. Die Reaktion von Hydroxid-Ionen mit dem Si-O-Si-Gruppen des Glasnetzwerkes führt zur Ausbildung hydratisierter Oberflächen und gelösten Silikaten. Das Ausmaß der Glaskorrosion ist von der chemischen Zusammensetzung der Glasfaser, der Schlichte bzw. Beschichtung und der alkalischen Lösung sowie von Zeit und Temperatur abhängig. Die beschleunigte Alterung von verschiedenen AR-Glasfasern in NaOH-Lösung sowie Zementlösung zeigt, dass sich der Korrosionsmechanismus aufgrund der vorhandenen Calcium-Ionen unterscheidet. Die Filamentbruchspannung wird anhand der Weibull-Verteilungsfunktion analysiert. Das mechanische Verhalten hängt deutlich von der chemischen Zusammensetzung der Alterungslösung ab, was zu unterschiedlichen Parametern der Weibull-Verteilungsfunktion sowie vermengten Verteilungen führen kann. Die Alterung in NaOH-Lösung führt zur Ausbildung einer korrodierten Schicht an der Filamentoberfläche. In Ca-haltigen Zementlösungen kommt es dagegen zu einer lokal begrenzten Korrosion. Für die Beurteilung verschiedener Polymerbeschichtungen werden Betonverbunde bei unterschiedlichen Temperaturen und Umgebungsfeuchten gelagert, wodurch geeignete Alterungsbedingungen evaluiert werden und den Vergleich der chemischen Beständigkeit unterschiedlicher Beschichtungen ermöglichen. / Rovings made of AR-glass are used in textile reinforced concrete. During the manufacturing process the sizing is applied on the AR-glass filaments. The chemical constitution of the sizing determines the quality of the filament-matrix-interface but also the chemical durability of the glass filaments in alkaline environment. The durability is evaluated by accelerated ageing tests in aqueous, alkaline solutions. In alkaline solutions, the reaction of hydroxyl ions with Si-O-Si-groups of the glass network leads to the formation of hydrated surfaces and dissolved silicate. The rate of this corrosion depends on the chemical constitution of the fibre and the alkaline solution as well as on time and temperature. The investigation of the ageing of glass fibres with different chemical constitutions in NaOH and cement solutions shows that the corrosion mechanism changes due to the inhibiting effect of calcium ions. The strength distributions have been evaluated using a Weibull distribution function. The mechanical behaviour strongly depends on the chemistry of the solution and determines the parameters of the Weibull distribution function in terms of either single or mixed distributions. The corrosion in NaOH solution leads to a strong dissolution of the outer layer of the glass fibres, whereas during aging in cement solution at the same pH-value a limited, local attack was revealed. The evaluation of polymer coatings is realised by the ageing of concrete composites at different temperatures and humidities to deduce adequate ageing conditions for the comparison of different coatings.

Process-induced Long-term Deformation Behavior of Injection Molded Semicrystalline Thermoplastics Injection molding is a very complex process because the polymer experiences a complex thermorheological history during molding that influences the molecular orientation, residual stresses, frozen-in free volume and crystallinity inside the part. These generally govern the final part properties. Therefore it is highly desirable to anticipate the effect of process parameters on the resulting microstructure and mechanical properties of the finished part in the long run. In the case of a semicrystalline thermoplastic part, the problem in understanding the deformation behavior arises from its two-phase structure and a tendency exists to concentrate primarily on the effect of the crystalline phase on the deformation behavior, while the contribution of the amorphous phase is less investigated. In this work, the influence of the processing parameters on the deformation behavior of injection molded semicrystalline thermoplastic parts, viz., syndiotactic Polystyrene (sPS) and Polybutylene terepthalate (PBT), has been monitored through creep. The resulting internal structures due to processing have been determined and the deformation behavior has been analyzed. It has been observed that only the rate of cooling shows a remarkable effect on the long-term viscoelastic behavior of an injection molded semicrystalline thermoplastic part as it influences not only the crystalline, but also the free volume fraction, whereas the different states of frozen-in orientations and pressure-induced densification have only a negligible effect. Besides, physical aging also plays an important role in the deformation behavior of the injection moldings which was manifested with the decrease in the tendency to creep. Therefore, it was suggested that the cooling rate during injection molding and the aging time can significantly affect the long-term deformation behavior of the injection molded semicrystalline thermoplastics. The results also showed that when no significant effect is observed in terms of short-term mechanical properties by changing the processing conditions, but while considering the long-term behavior they show a significant effect.