La mise au point de capteurs optiques moyen infrarouge (MIR) pour la surveillance des polluants organiques dans l'environnement aquatique est actuellement un défi de grande importance. Les capteurs MIR basés sur la spectroscopie à ondes évanescentes sont des outils d'analyse prometteurs pour la détection et la quantification simultanées d'une variété de polluants tels que les composés hydrocarbonés. Les verres de chalcogénure sont particulièrement bien adaptés aux applications de détection en raison de leur large domaine de transparence (jusqu'à 10-16 µm en fonction de leur composition). Ainsi, des films minces de chalcogénure pour le développement de plates-formes optiques intégrées ont été synthétisés. Leur fonctionnalisation par des polymères afin d'augmenter la sensibilité des capteurs a également été réalisée. Parmi les compositions de verre (GeSe2)100-x(Sb2Se3)x, deux cibles en verre séléniure ont été choisies pour leurs propriétés optiques et physiques. Grâce à la spectroscopie de réflexion totale atténuée, des mesures ont été effectuées dans l'eau pour détecter les hydrocarbures aromatiques (benzène, toluène et les trois isomères du xylène) dans des concentrations comprises entre 250 ppb et 40 ppm. Des mesures de détection ont également été effectuées à l'aide d'eau de mer et d'eau souterraine. Pour augmenter leur sensibilité, l'utilisation de nanoparticules métalliques est l'une des solutions prometteuses basées sur l'absorption infrarouge améliorée en surface (SEIRA). Ainsi, des structures hybrides combinant nanoparticules d'or déposées sur des verres de chalcogénure ont été fabriquées et caractérisées. / The development of middle-infrared (MIR) sensors for organic pollutants monitoring in the aquatic environment is currently a challenge of great importance. The mid-infrared sensor based on evanescent wave spectroscopy is a promising analytical tool for simultaneous detection and quantification of a variety of pollutants such as hydrocarbon compounds. Chalcogenide glasses are particularly well adapted for sensing applications due to their wide domain of transparence (up to 10-16 µm depending on their composition). The aims of this study are to synthetize chalcogenide thin films for developing mid-infrared optical integrated platforms and perform their functionalization with polymers in order to increase the sensor sensitivity. Among (GeSe2)100-x(Sb2Se3)x glass compositions, two selenide glass targets were chosen for their optical and physical properties. Thanks to attenuated total reflection spectroscopy, measurements were performed in water to detect aromatic hydrocarbons (benzene, toluene and the three xylene isomers) in the concentrations range of 25 ppb to 10 ppm. Detection measurements have also been fulfilled using seawater and ground-water. To increase their sensitivity, the use of metallic nanoparticles is one of the promising solutions based on Surface Enhanced Infrared Absorption (SEIRA). Thus, hybrid structures combining gold nanoparticles/chalcogenide glass and waveguides were fabricated and characterized.

No description available.

The sensitivity of Xeroderma pigmentosa (XP) patients to sunlight has spurred the discovery and genetic and biochemical analysis of the eight XP gene products (XPA-XPG plus XPV) responsible for this disorder. These studies also have served to elucidate the nucleotide excision repair (NER) process, especially the critical role played by the XPA protein. More recent studies have shown that NER also involves numerous other proteins normally employed in DNA metabolism and cell cycle regulation. Central among these is ataxia telangiectasia and Rad3-related (ATR), a protein kinase involved in intracellular signaling in response to DNA damage, especially DNA damage-induced replicative stresses. This review summarizes recent findings on the interplay between ATR as a DNA damage signaling kinase and as a novel ligand for intrinsic cell death proteins to delay damage-induced apoptosis, and on ATR’s regulation of XPA and the NER process for repair of UV-induced DNA adducts. ATR’s regulatory role in the cytosolic-to-nuclear translocation of XPA will be discussed. In addition, recent findings elucidating a non-NER role for XPA in DNA metabolism and genome stabilization at ds-ssDNA junctions, as exemplified in prematurely aging progeroid cells, also will be reviewed.

No description available.

Over the last decades organic light-emitting diodes (OLEDs) and organic solar cells (OSCs) have gained considerable attention as efficient, flexible, lightweight, and potentially low-cost technology for lighting and display applications or as a renewable energy source, respectively. However, achieving long-term stability remains challenging. Revealing and understanding aging processes is therefore of great interest. This work presents fundamental investigations to understand and circumvent organic device degradation. In the first part, single materials used in organic devices were investigated. By tailoring an attenuated total reflection infrared (ATR-IR) spectrometer to the specific needs and subsequent measurements, it is shown that the tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3) molecule, a well known fluorescent green emitter, degrades during air exposure by the formation of carbonyl groups. By using a laser desorption/ionization time of flight mass spectrometer (LDI-TOF-MS) it was shown that a,w-bis-(dicyanovinylen)-sexithiophen (DCV6T-Bu4), a well known small-molecule material which is used as part of the active layer, reacts with oxygen during ultraviolet (UV) irradiation. By using climate boxes and a sun simulator the impact of dry and humid air as well as sunlight on C60, a widely-used acceptor molecule in organic solar cells, was investigated. The breaking of the C60 cage to C58 and C56 and the further reaction of these components with oxygen as well as the dimerization of C58 and C56 molecules were found. The degradation products such as C58O increase with air exposure time but they are independent of the humidity level of the ambient air as well as sunlight irradiation. Subsequent annealing leads to a decrease of the C58O concentration. Many efficient n-dopants are prone to degradation in air, due to the low ionization potentials, thereby limiting the processing conditions. It was found that the air exposure of the highly efficient n-dopant tetrakis(1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidinato)ditungsten(II) (W2(hpp)4) leads to oxidation reactions of the molecule to [W(hpp)2 + O] and other degradation products. The decay constant of W2(hpp)4 and the matching mean growth time of the [W(hpp)2 + O] degradation as well as a second very quick degradation of the dopant could be determined. The two decay constants can be explained by the assumption that W2(hpp)4 molecules, which are involved in the charge transfer, do degrade slower due to the fact that the charge transfer leads to a downshift of the energy levels of the W2(hpp)4 molecule. Apart from the properties of the organic materials, other effects such as the impact of different purification systems on the material purity as well as the dependence of material purity on the OLED lifetime has been investigated. No correlations between the purification grade and the amount of impurities were found. OLEDs which contain N,N\'-di(naphthalen-1-yl)-N,N\'-diphenyl-benzidine (alpha-NPD) purified in a vertically interlaced stainless steel sublimation systems shows slightly higher external quantum efficiencies compared to tube-based vacuum sublimation systems. The devices which contain alpha-NPD purified by a sublimation system have an extended lifetime. Finally, the impact of residual gases during device fabrication on OLED lifetime and electrical characteristics was investigated. It was found that water vapor introduces an additional series resistance to the OLED, while the other gases do not influence the electric characteristics. The presence of nitrogen or oxygen impacts the lifetime of the OLEDs by the same amount. Nitrogen is non-reactive, this leads to the conclusion that the influence of nitrogen and oxygen on the OLED lifetime is of non-chemical nature, such as changes in the morphology of the organic layers. Water vapor introduces an additional, even faster degradation process within the first hours of OLED operation. As major sources of device degradation, the dimerization of 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen) as well as the complexation reaction of alpha-NPD with a bis(1-phenylisoquinoline)iridium(III) (Ir(piq)2) fragment was identified.

O conhecimento da composição do petróleo e seus produtos é uma necessidade imprescindível numa refinaria para o ajuste das condições do processo. A espectroscopia de infravermelho próximo (NIR) apresenta-se como uma ferramenta útil para atender esta necessidade, por sua grande potencialidade e aplicações. Neste contexto, foi desenvolvida a metodologia experimental da espectroscopia NIR, através de dois tipos de sensores: transmissão (Sistema de transmitância) e refletância total atenuada ATR (Sistema ATR). Foram analisadas 63 amostras de petróleo no Sistema de transmitância e 41 amostras no Sistema ATR. O API das amostras oscila entre 29,8 e 35,6. Na primeira etapa do trabalho foram obtidos os espectros NIR e cromatografias SIMDIS (Destilação Simulada) das amostras de petróleo, e dos dados obtidos foram eliminadas algumas amostras por apresentar pontos discrepantes. Na segunda fase foi realizada a análise dos espectros no esquema OFF-LINE, em ambos sistemas, escolhendo como faixa espectral a região de 5600 a 6000 cm-1 que corresponde a regiões de sobretons do NIR para os hidrocarbonetos. Também foram realizados testes de repetibilidade dos espectros e testes sobre a influência do comprimento das fibras ópticas utilizadas. Foi realizado um pré-tratamento dos espectros, com a finalidade de fazer as informações contidas neles mais sensíveis às diferenças. Assim mesmo, foi desenvolvida a análise dos espectros no esquema ON-LINE, com um LOOP fechado, para o sistema de transmitância, com óleo Diesel e petróleo bruto, para testar as variações de temperatura e velocidade de escoamento nos espectros. Nesta etapa também foram realizados testes de repetibilidade a diferentes temperaturas. A fase seguinte foi o desenvolvimento do modelo da rede neural (RN). As variáveis de entrada do processo são os espectros de absorção pré-tratados, arbitrariamente representados em 20 comprimentos de onda e o grau API do petróleo. As variáveis de saída da rede são as porcentagens em peso da SIMDIS. / The knowledge of the petroleum composition and its products is an indispensable tool in a refinery for the process conditions settlement. The Near Infrared Spectroscopy (NIR) presents-itself as a helpful tool that attends to this need, because of its high potential and applications. In this context, it was developed the experimental methodology for NIR spectroscopy using two kinds of sensors: Transmission (Transmission system) and Attenuated Total Reflectance (ATR system). There were analyzed 63 petroleum samples by transmission system and 41 samples by the ATR system. The API degree of the samples ranges from 29,8 to 35,6. In the first step of this work, NIR spectra and SIMDIS chromatography data (Simulated Distillation) of the petroleum samples were obtained. From these data some samples were eliminated due to the presence of inconsistent points. In the second step, the analysis of the spectra OFF-LINE was carried out. In both systems, by choosing the region of 5600 to 6000 cm-1 as the spectral range which corresponds to the NIR overtone region for the hydrocarbons. Moreover, repeatability tests for the spectra were carried out and tests about the influence of the optical fibers on them. A pre spectrum treatment was carried out in order to become their information more sensible to the differences. Besides, the ON-LINE spectrum analysis by a closed LOOP were developed for the transmission system, with oil diesel and petroleum, in order to test the effect of the temperature and flow rate variations on the spectra. In this step, tests of repeatability at different temperatures were also carried out. In the following step, it was developed the Neural Network (RN) model. The entry variables of the data input are the random absorption spectra represented in 20 wavelengths with pre processing and the petroleum API degree. The net output variables are the weight percentages of the SIMDIS.

Le syndrome de Williams-Beuren (SWB} est une maladie génétique rare causée par une microdélétion de la région 7q11.23. A la suite de l'observation clinique d'une jeune fille atteinte du SWB ayant développé un lymphome de Burkitt à l'âge de 7 ans, nous nous sommes intéressé au lien génétique entre SWB et cancer. L'étude d'une série de cas de cancers survenus chez des enfants atteints de SWB a montré que les lymphomes non-hodgkiniens de type B étaient surreprésentés dans cette population puisque 73% des cancers chez les enfants atteints du SWB étaient des LNH-B. La région critique du SWB a été explorée par CGH-array et séquencage haut-débit dans les échantillons sains et tumoraux de 2 patients atteints de SWB. Aucune perte d'hétérozygotie de la région 7q11.23 n'a été trouvé. En outre, une délétion somatique de la région 7q11.23 a été identifiée dans un lymphome de Burkitt sporadique (Guenat D et al., J Hematol Oncol, 2014). Nous avons ensuite exploré les mécanismes de réponses aux dommages à l'ADN dans des lignées de fibroblastes primaires dérivées de patients atteints du SWB ainsi que dans des lignées 293T traitées avec des siRNA ciblant RFC2, BAZ1B et GTF2/, 3 gènes localisés en 7q11.23 et codant des protéines de réparation de l'ADN. Les cellules dérivées de patients SWB ont montré un défaut de signalisation dans les voies ATM/ATR-dépendantes en réponse aux dommages à l'ADN (Guenat D et al., DNA repair, article soumis). L'haploinsuffisance de la région 7q11.23 associée au SWB pourrait donc jouer un rôle dans la lymphomagenèse B par l'altération de voies de réponse aux dommages à l'ADN ATM/ATR-dépendantes. Cependant, ces résultats mériteraient d'être confirmés dans des modèles murins reproduisant le génotype complet du SWB. Enfin, des données épidémiologiques exhaustives sur l'incidence des pathologies tumorales chez les individus atteints du SWB sont indispensables pour affirmer qu'une prédisposition au cancer existe chez ces patients / Williams-Beuren syndrome (WBS) is a genetic disorder caused by a microdeletion at 7q11.23. The case of a young girl with WBS who developed a Burkitt lymphoma at the age of 7 leads us to explore the genetic link between WBS and cancer. The study of a series of cancers occurred in WBS patients during childhood have shown that B-cell non hodgkin lymphoma are over-represented in this population since 73% cancer cases in WBS were B-NHL. The critical region of WBS was explored by array-CGH and high-throughput sequencing in normal and tumor samples from WBS patients. No loss of heterozygosity at 7q11.23 was found. ln addition, a somatic deletion at 7q11.23 was observed in a sporadic case of Burkitt lymphoma (Guenat D et al., J Hematol Oncol, 2014). DNA damage response mechanisms were then explored in primary fibroblast cell lines derived from WBS patients as well as in 293T cell line treated with siRNA targeting RFC2, GTF2/ and BAZ1 B, 3 genes mapping at 7q11.23 that encode proteins involved in DNA damage response. WBS patients cell lines have shown a defect in ATM/ ATR-dependent DNA damage response pathways (Guenat D et al., DNA Repair, article submitted). Haploinsufficiency of the 7q11.23 region associated with WBS might play a role in B-cell lymphomagenesis through the alteration of ATM/ATR-dependent DNA damage response pathways. However, these results deserve to be confirmed in mouse models that reproduce the complete genotype of human WBS. Finally, strong epidemiological data would be required to confirm the predisposition to cancer in WBS patients.

The migration behavior of actinides and other radioactive contaminants in the environment is controlled by prominent molecular phenomena such as hydrolysis and complexation reactions in aqueous solutions as well as the diffusion and sorption onto minerals present along groundwater flow paths. These reactions significantly influence the mobility and bioavailability of the metal ions in the environment, in particular at liquid-solid interfaces. Hence, for the assessment of migration processes the knowledge of the mechanisms occurring at interfaces is crucial. The required structural information can be obtained using various spectroscopic techniques. In the present study, the speciation of uranium(VI) and neptunium(V) at environmentally relevant mineral – water interfaces of oxides of titania, alumina, silica, zinc, and alumosilicates has been investigated by the application of attenuated total reflection Fourier-transform infrared (ATR FT-IR) spectroscopy. Moreover, the distribution of the hydrolysis products in micromolar aqueous solutions of U(VI) and Np(V/VI) at ambient atmosphere has been characterized for the first time, by a combination of ATR FT-IR spectroscopy, near infrared (NIR) absorption spectroscopy, and speciation modeling applying updated thermodynamic databases. From the infrared spectra, a significant change of the U(VI) speciation is derived upon lowering the U(VI) concentration from the milli- to the micromolar range, strongly suggesting the dominance of monomeric U(VI) hydrolysis products in the micromolar solutions. In contradiction to the predicted speciation, monomeric hydroxo species are already present at pH ≥ 2.5 and become dominant at pH 3. At higher pH levels (> 6), a complex speciation is evidenced including carbonate containing complexes. For the first time, spectroscopic results of Np(VI) hydrolysis reactions are provided in the submillimolar concentration range and at pH values up to 5.3, and they are comparatively discussed with U(VI). For both actinides, the formation of similar species is suggested at pH ≤ 4, whereas at higher pH, the infrared spectra evidence structurally different species. At pH 5, the formation of a carbonate-containing dimeric complex, that is (NpO2)2CO3(OH)3−, is strongly suggested, whereas carbonate complexation occurs only under more alkaline conditions in the U(VI) system. The results from the experiments of the sorption processes clearly demonstrate the formation of stable U(VI) surface complexes at all investigated mineral phases. This includes several metal oxides, namely TiO2, Al2O3, and SiO2, serving as model systems for the elucidation of more complex mineral systems, and several alumosilicates, such as kaolinite, muscovite and biotite. From a multiplicity of in situ experiments, the impact of sorbent characteristics and variations in the aqueous U(VI) system on the sorption processes was considered. A preferential formation of an inner-sphere complex is derived from the spectra of the TiO2 and SiO2 phases. In addition, since the in situ FT-IR experiments provide an online monitoring of the absorption changes of the sorption processes, the course of the formation of the U(VI) surface complexes can be observed spectroscopically. It is shown that after prolonged sorption time on TiO2, resulting in a highly covered surface, outer-sphere complexation predominates the sorption processes. The prevailing crystallographic modification, namely anatase and rutile, does not significantly contribute to the spectra, whereas surface specific parameters, e.g. surface area or porosity are important. A significant different surface complexation is observed for Al2O3. The formation of inner-spheric species is assumed at low U(VI) surface coverage which is fostered at low pH, high ionic strength and short contact times. At proceeded sorption the surface complexation changes. From the spectra, an outer-spheric coordination followed by surface precipitation or polymerization is deduced. Moreover, in contrast to TiO2, the appearance of ternary U(VI) carbonate complexes on the γ-Al2O3 surface is suggested. The first results of the surface reactions on more complex, naturally occurring minerals (kaolinite, muscovite and biotite) show the formation of U(VI) inner-sphere sorption complexes. These findings are supported by the spectral information of the metal oxide surfaces. In this work, first spectroscopic results from sorption of aqueous Np(V) on solid mineral phases are provided. It is shown that stable inner-sphere surface species of NpO2+ are formed on TiO2. Outer-sphere complexation is found to play a minor role due to the pH independence of the sorption species throughout the pH range 4 – 7.6. The comparative spectroscopic experiments of Np(V) sorption onto TiO2, SiO2, and ZnO indicate structurally similar bidentate surface complexes. The multiplicity of IR spectroscopic experiments carried out within this study yields a profound collection of spectroscopic data which will be used as references for future investigations of more complex sorption systems in aqueous solution. Furthermore, from a methodological point of view, this study comprehensively extends the application of ATR FT-IR spectroscopic experiments to a wide range in the field of radioecology. The results obtained in this work contribute to a better understanding of the geochemical interactions of actinides, in particular U(VI) and Np(V/VI), in the environment. Consequently, more reliable predictions of actinides migration which are essential for the safety assessment of nuclear waste repositories can be performed. / Das Migrationsverhalten von Aktiniden und anderen radioaktiven Schadstoffen in der Umwelt wird von wichtigen molekularen Prozessen entlang der Grundwasserfließwege reguliert. Dazu gehören sowohl die Hydrolyse und Komplexierung in wässrigen Lösungen als auch Diffusion und Sorption der Schwermetalle an Mineralen. Diese Reaktionen beeinflussen entscheidend die Mobilität und Bioverfügbarkeit der Metallionen in der Umwelt, insbesondere an den fest-flüssig Grenzflächen. Genaue Kenntnisse über die an diesen Grenzflächen stattfindenden Mechanismen sind somit entscheidend, um Migrationsprozesse verlässlich abschätzen zu können. Die benötigten strukturellen Informationen können mit verschiedenen spektroskopischen Techniken ermittelt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Speziation von Uran(VI) und Neptunium(V) an umweltrelevanten Grenzflächen von Oxiden des Titans, Aluminiums, Siliziums und Zinks und von Alumosilikaten mittels ATR FT-IR Spektroskopie. Des Weiteren wurde die Verteilung aquatischer Spezies in mikromolaren Lösungen des U(VI) und Np(V/VI) unter Normalbedingungen charakterisiert. Diese erstmalige Untersuchung wurde mit einer Kombination aus Speziationsmodellierung unter Anwendung aktueller thermodynamischer Daten und ATR FT-IR und NIR Absorptionsspektroskopie realisiert. Die Infrarotspektren zeigen eine deutliche Änderung der Speziesverteilung im Konzentrationsverlauf vom millimolaren zum mikromolaren Bereich. Dies verweist auf die Bildung monomerer U(VI) Hydrolyseprodukte. Im Gegensatz zu berechneten Speziationen werden diese monomeren Komplexe schon bei pH ≥ 2,5 gebildet und dominieren die Speziation bei pH 3. Bei höheren pH-Werten (> 6) konnte eine komplexe Speziesverteilung mit Anteilen von Karbonatkomplexen nachgewiesen werden. Erstmals konnten im Rahmen dieser Arbeit spektroskopische Befunde der Hydrolysereaktionen des Np(VI) im submillimolaren Konzentrationsbereich bis pH 5,3 erhalten werden. Diese wurden im Vergleich mit der U(VI) Speziation diskutiert. Obwohl im sauren Bereich (pH ≤ 4) die Bildung ähnlicher Komplexe nachgewiesen wurde, zeigen die bei höheren pH-Werten erhaltenen Spektren eine unterschiedliche Speziesverteilung. Im Gegensatz zum U(VI) bildet das Np(VI) schon bei pH 5 karbonathaltige aquatische Spezies wie (NpO2)2CO3(OH)3−. Die Ergebnisse der Sorptionsexperimente von U(VI) zeigen die Bildung stabiler Oberflächenkomplexe an allen untersuchten Mineralphasen. Dies umfasst mehrere als Modellsystem dienende Metalloxide wie TiO2, Al2O3 und SiO2, als auch komplexere Alumosilikate wie Kaolinit, Muskovit und Biotit. Für eine detaillierte Charakterisierung der Oberflächenkomplexe wurde eine Vielzahl von in situ Sorptionsexperimenten durchgeführt, die den Einfluss unterschiedlicher Parameter der mineralischen Phase als auch des wässrigen U(VI) Systems berücksichtigen. Die bevorzugte Bildung von innersphärischen Komplexen an TiO2 und SiO2 wird aus den spektroskopischen Daten abgeleitet. Da die in situ FT-IR Spektroskopie eine kontinuierliche Registrierung der Absorptionsänderungen während der ablaufenden Sorptionsprozesse erlaubt, kann somit der Verlauf dieser Prozesse quasi in Echtzeit spektroskopisch verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit fortschreitender Sorptionsdauer, d.h. bei hohen Beladungsdichten, die Bildung einer weiteren außersphärischen Spezies die Sorption dominert. Die vorliegende kristallographische Modifikation, Anatas und Rutil, ist nicht maßgeblich für das Auftreten unterschiedlicher Sorptionsprozesse verantwortlich, obwohl Parameter wie die spezifische Oberfläche und die Porosität für den Sorptionsprozess von Bedeutung sind. Deutlich verschiedene Oberflächenreaktionen werden für Al2O3 beobachtet. Aus den Spektren kann die Ausbildung einer innersphärischen Spezies bei sehr niedrigen U(VI) Beladungen, niedrigen pH-Werten, hohen Ionenstärken und kurzen Kontaktzeiten abgeleitet werden. Bei fortschreitender Sorption ändert sich die Art der Oberflächenkomplexe. Zunächst bilden sich außersphärische Spezies, während im weiteren Verlauf die Spektren auf eine beginnende Oberflächenausfällung bzw. Polymerisation hinweisen. Weiterhin wird das Auftreten von ternären U(VI) Karbonatkomplexen an γ-Al2O3 aus den spektroskopischen Daten abgeleitet. Die ersten Ergebnisse der Sorptionsexperimente an komplexeren, natürlich auftretenden Mineralphasen (Kaolinit, Muskovit und Biotit) zeigen eine bevorzugte Ausbildung von innersphärischen U(VI) Komplexen. Diese Resultate werden durch die spektralen Befunde der Experimente der Metalloxide gestützt. Erstmalig werden in dieser Arbeit spektroskopische Ergebnisse der Sorptionsprozesse von wässrigen Np(V) an verschiedenen Mineralphasen präsentiert. Wie U(VI) bildet Np(V) stabile innersphärische Oberflächenkomplexe an TiO2. Die Speziesverteilung an der TiO2 Oberfläche ist im pH Bereich 4 – 7,6 konstant. Daher ist zu erwarten, dass eine außersphärische Komplexierung hier nur eine untergeordnete Rolle spielt. Der Vergleich von Spektren der Np(V) Sorptionskomplexe an TiO2, SiO2 und ZnO weist auf die Bildung strukturell ähnlicher bidentater Komplexe hin. Die Vielzahl der hier vorgestellten infrarotspektroskopischen Experimente bietet eine fundierte Sammlung spektroskopischer Daten, die für zukünftige Untersuchungen komplexer aquatischer und mineralischer Systeme unerlässlich ist. Gleichzeitig wurde der Anwendungsbereich der ATR FT-IR Technik auf dem Gebiet der Radioökologie umfassend erweitert. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der geochemischen Wechselwirkungen von Aktiniden, im Speziellen von U(VI) und Np(V) in der Umwelt bei. Damit unterstützen sie den Aufklärungsprozess der Migration von radioaktiven Kontaminationen und dienen als Grundlage für zuverlässige Prognosen für die Sicherheitsbewertung von Endlagern für nukleare Abfälle.

Die Zellmembran dient der Zelle nicht nur als äußere Hülle, sondern ist auch an einer Vielzahl von lebenswichtigen Prozessen wie Signaltransduktion oder Zelladhäsion beteiligt. Wasser als integraler Bestandteil von Zellen und der extrazellulären Matrix hat sowohl einen großen Einfluss auf die Struktur von Biomolekülen, als auch selbst besondere Merkmale in eingschränkter Geometrie. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Effekte an Modellmembranen untersucht: Erstens der Einfluss des Gegenions an kationischen Lipiden (DODAX, X = F, Cl, Br, I) auf die Eigenschaften des Grenzflächenwassers und zweitens das Vermögen durch Viskositätsänderungen das Wachstum von Nervenzellen anzuregen sowie die einzelnen Stadien der Bildung von neuronalen Netzwerken und deren Optimierung zu charakterisieren. Lipidmultischichten und darin adsorbiertes Grenzflächenwasser wurden mittels Infrarotspektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion untersucht. Nach Charakterisierung von Phasenverhalten und Wasserkapazität der Lipide wurden die Eigenschaften des Wassers durch kontrollierte Hydratisierung bei einem Wassergehalt von einem Wassermolekül pro Lipid verglichen. Durch die geringe Wasserkapazität können in diesem besonderen System direkte Wechselwirkungen zwischen Lipiden und Wasser aus der ersten Hydratationsschale beobachtet werden. Bemerkenswert strukturierte OH-Streckschwingungsbanden in Abhängigkeit des Anions und niedrige IR-Ordnungsparameter zeigen, dass stark geordnete, in ihrer Mobilität eingeschränkte Wassermoleküle an DODAX in verschiedenen Populationen mit unterschiedlich starken Wasserstoffbrückenbindungen existieren und sich vermutlich in kleinen Clustern anordnen. Die zweite Fragestellung hatte zum Ziel, das Wachstum von Nervenzellen auf Membranen zu beleuchten. Auf der Ebene einzelner Zellen wurde untersucht, ob sich in Analogie zu den bisher verwendeten elastischen Substraten, die Viskosität von Membranen als neuartiger physikalischer Stimulus dafür eignet, das mechanosensitive Verhalten von Neuronen zu modulieren. Das Wachstum der Neuronen wurde auf substrat- und polymergestützten Lipiddoppelschichten mittels Phasenkontrastmikroskopie beobachtet. Die Quantifizierung der Neuritenlängen, -auswuchsgeschwindigkeiten und -verzweigungen zeigten kaum signifikante Unterschiede. Diffusionsmessungen (FRAP) ergaben, dass entgegen der Erwartungen, die Substrate sehr ähnliche Fluiditäten aufweisen. Die Betrachtung der zeitlichen Entwicklung des kollektiven Neuronenwachstums, also der Bildung von komplexen Netzwerken, offenbarte robuste „Kleine-Welt“-Eigenschaften und darüber hinaus unterschiedliche Stadien. Diese wurden durch graphentheoretische Analyse beschrieben, um anhand typischer Größen wie dem Clusterkoeffizienten und der kürzesten Pfadlänge zu zeigen, wie sich die Neuronen in einem frühen Stadium vernetzen, im Verlauf eine maximale Komplexität erreichen und letztlich das Netzwerk durch effiziente Umstrukturierung hinsichtlich kurzer Pfadlängen optimiert wird.

Uran kann sowohl durch geogene als auch anthropogene Vorgänge in die Umwelt gelangen. Dazu zählen natürliche Uranerzvorkommen und deren Leaching sowie die Auswaschung von Uran aus den Hinterlassenschaften des ehemaligen Uranerzbergbaus. Die Aufklärung des Verhaltens von Uran in der Geo- und Biosphäre ist für eine Risikoabschätzung des Migrationsverhaltens von Radionukliden in der Umwelt notwendig. Algen sind in der Natur weit verbreitet und die wichtigste Organismengruppe in den aquatischen Lebensräumen. Durch ihre ubiquitäre Verbreitung in der Natur ist ihr Einfluss auf das Migrationsverhalten von Uran in der Umwelt von grundlegendem Interesse z.B. um effektive und wirtschaftliche Remediationsstrategien für Wässer zu entwickeln. Außerdem stehen Algen am Beginn der Nahrungskette und spielen eine wirtschaftlich relevante Rolle als Nahrung beziehungsweise Nahrungsergänzungsmittel. Die Möglichkeit des Transfers von algengebundenem Uran entlang der Nahrungskette könnte eine ernsthafte Gesundheitsgefahr für den Menschen darstellen. Das Ziel dieser Arbeit war die quantitative und strukturelle Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen Uran(VI) und der Grünalge Chlorella vulgaris im umweltrelevanten Konzentrations- und pH-Wertbereich unter besonderer Berücksichtigung der Stoffwechselaktivität. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse der Sorptionsexperimente zeigen deutlich den maßgeblichen Einfluss des Stoffwechselstatus von Chlorella auf die Wechselwirkung mit Uran. So kann in Gegenwart von umweltrelevanten Urankonzentrationen eine Remobilisierung von zuvor passiv gebundenem Uran durch die stoffwechselaktiven Algen erfolgen. Die in Abhängigkeit von der Stoffwechselaktivität, der Urankonzentration und dem pH-Wert mit den Algenzellen gebildeten Uran(VI)-Komplexe wurden strukturell mit Hilfe der spektroskopischen Methoden TRLF-, EXAFS- und ATR-FTIR-Spektroskopie charakterisiert. Mittels TEM konnte Uran in Form von 30-70 nm großen nadelförmigen Ablagerungen in der Zellwand der lebende Algenzellen nachgewiesen werden. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur Vorhersage des Migrationsverhaltens von Uran unter umweltrelevanten Bedingungen und der radiologischen Risikobewertung von geogen und anthropogen auftretendem Uran. / Uranium could be released into the environment from geogenic deposits and from former mining and milling areas by weathering and anthropogenic activities. The elucidation of uranium behavior in geo- and biosphere is necessary for a reliable risk assessment of radionuclide migration in the environment. Algae are widespread in nature and the most important group of organisms in the aquatic habitat. Because of their ubiquitous occurrence in nature the influence of algae on the migration process of uranium in the environment is of fundamental interest e.g. for the development of effective and economical remediation strategies for contaminated waters. Besides, algae are standing at the beginning of the food chain and play an economically relevant role as food and food additive. Therefore the transfer of algae-bound uranium along the food chain could arise to a serious threat to human health. Aim of this work was the quantitative and structural characterization of the interaction between U(VI) and the green alga Chlorella vulgaris in environmental relevant concentration and pH range with special emphasis on metabolic activity. The obtained findings of the sorption experiments in this study demonstrate clearly, the interactions with uranium are heavily influenced by the status of the investigated Chlorella cells. So in presence of environmentally relevant uranium concentrations a remobilization of algal-bound uranium by metabolically active algae occurred. The U(VI)-algae-complexes formed in dependence of cell activity, uranium concentration and pH value were structural characterized by TRLF, EXAFS and ATR-FTIR spectroscopy. With the help of TEM under the given experimental conditions uranium was detected in form of 30-70 nm needle-like deposites in the cell wall of living algae. The obtained results of this study contribute to the prediction of the migration behavior of uranium under environmental conditions, the radiological risk assessment of geogenic and anthropogenic appearing uranium and a reliable estimation of the accumulation of uranium in the food chain.