Universiẗat, Diss., 2003--Bonn.

In Magnetic Resonance Imaging (MRI), acquisition of dynamic data may be highly complex due to rapid changes occurred in the object to be imaged. For clinical diagnostic, dynamic MR images require both high spatial and temporal resolution. The speed in the acquisition is a crucial factor to capture optimally dynamics of the objects to obtain accurate diagnosis. In the 90’s, partially parallel MRI (pMRI) has been introduced to shorten scan times reducing the amount of acquired data. These approaches use multi-receiver coil arrays to acquire independently and simultaneously the data. Reduction in the amount of acquired data results in images with aliasing artifacts. Dedicated methods as such Sensitivity Encoding (SENSE) and Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition (GRAPPA) were the basis of a series of algorithms in pMRI. Nevertheless, pMRI methods require extra spatial or temporal information in order to optimally reconstruct the data. This information is typically obtained by an extra scan or embedded in the accelerated acquisition applying a variable density acquisition scheme. In this work, we were able to reduce or totally eliminate the acquisition of the training data for kt-SENSE and kt-PCA algorithms obtaining accurate reconstructions with high temporal fidelity. For dynamic data acquired in an interleaved fashion, the temporal average of accelerated data can generate an artifact-free image used to estimate the coil sensitivity maps avoiding the need of extra acquisitions. However, this temporal average contains errors from aliased components, which may lead to signal nulls along the spectra of reconstructions when methods like kt-SENSE are applied. The use of a GRAPPA filter applied to the temporal average reduces these errors and subsequently may reduce the null components in the reconstructed data. In this thesis the effect of using temporal averages from radial data was investigated. Non-periodic artifacts performed by undersampling radial data allow a more accurate estimation of the true temporal average and thereby avoiding undesirable temporal filtering in the reconstructed images. kt-SENSE exploits not only spatial coil sensitivity variations but also makes use of spatio-temporal correlations in order to separate the aliased signals. Spatio-temporal correlations in kt-SENSE are learnt using a training data set, which consists of several central k-space lines acquired in a separate scan. The scan of these extra lines results in longer acquisition times even for low resolution images. It was demonstrate that limited spatial resolution of training data set may lead to temporal filtering effects (or temporal blurring) in the reconstructed data. In this thesis, the auto-calibration for kt-SENSE was proposed and its feasibility was tested in order to completely eliminate the acquisition of training data. The application of a prior TSENSE reconstruction produces the training data set for the kt-SENSE algorithm. These training data have full spatial resolution. Furthermore, it was demonstrated that the proposed auto-calibrating method reduces significantly temporal filtering in the reconstructed images compared to conventional kt-SENSE reconstructions employing low resolution training images. However, the performance of auto-calibrating kt-SENSE is affected by the Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the first pass reconstructions that propagates to the final reconstructions. Another dedicated method used in dynamic MRI applications is kt-PCA, that was first proposed for the reconstruction of MR cardiac data. In this thesis, kt-PCA was employed for the generation of spatially resolved M0, T1 and T2 maps from a single accelerated IRTrueFISP or IR-Snapshot FLASH measurement. In contrast to cardiac dynamic data, MR relaxometry experiments exhibit signal at all temporal frequencies, which makes their reconstruction more challenging. However, since relaxometry measurements can be represented by only few parameters, the use of few principal components (PC) in the kt-PCA algorithm can significantly simplify the reconstruction. Furthermore, it was found that due to high redundancy in relaxometry data, PCA can efficiently extract the required information from just a single line of training data. It has been demonstrated in this thesis that auto-calibrating kt-SENSE is able to obtain high temporal fidelity dynamic cardiac reconstructions from moderate accelerated data avoiding the extra acquisition of training data. Additionally, kt-PCA has been proved to be a suitable method for the reconstruction of highly accelerated MR relaxometry data. Furthermore, a single central training line is necessary to obtain accurate reconstructions. Both reconstruction methods are promising for the optimization of training data acquisition and seem to be feasible for several clinical applications. / Dynamische Bildgebung mithilfe der Magnetresonanztomographie stellt eine besondere Herausforderung dar. Für klinische Anwendungen benötigt man Bilder mit hoher räumlicher und bei schnellen Bewegungen auch zeitlicher Auflösung. Technologische Fortschritte in den letzten Jahrzehnten konnten MRT-Experimente erheblich beschleunigen. Ein wichtiger Beitrag lieferte die parallele Bildgebung (pMRT), die durch die Entwicklung von Spulenarrays für den Empfang des MR-Signals ermöglicht wurde. In paralleler Bildgebung wird nur ein Teil der eigentlich benötigten Daten aufgenommen. Diese Unterabtastung des k-Raum führt zu Bildern mit Aliasing-Artefakten. Verschiedenste Algorithmen wurden entwickelt, um mittels der zusätzlichen räumlichen Informationen der Spulenarrays anschließend Bilder zu rekonstruieren. Heute spielen Sensitivity Encoding (SENSE) und Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition (GRAPPA) eine große und bilden eine Grundlage für eine Vielzahl anderer Algorithmen. Einen Großteil aller pMRT Methoden erfordern für optimale Ergebnisse zusätzliche räumliche oder zeitliche Informationen zur Kalibrierung. Diese Kalibrations- oder Trainingsdaten werden in der Regel durch einen zusätzlichen Scan erzeugt oder in die beschleunigte Messung eingebettet aufgenommen. Das ist eine unerwünschte Verlängerung der Messzeit die Folge. In dieser Arbeit konnten wir kt-SENSE und kt-PCA Rekonstruktionen dynamischer MRT Daten mit hoher zeitlicher Genauigkeit erzielen bei gleichzeitiger Reduktion bzw. sogar Beseitigung der benötigten Menge an Trainingsdaten. Um die in beiden Methoden benötigten Spulensensitivitäten zu berechnen, kann bei bestimmten Abtastschemata mit dem Mittelwert der dynamischen Daten ein weitgehend Artefakt-freies Bild erzeugt werden. Dieser zeitliche Mittelwert enthält jedoch kleine Fehler, die durch die Anwendung von Methoden wie kt-SENSE zu Signalauslöschungen im Spektrum der rekonstruierten Daten führen können. Es konnte gezeigt werden, dass die Anwendung eines GRAPPA Filter auf den zeitlichen Mittelwert die Fehler in den Spulensensitivitäten reduziert und die Rekonstruktion von Daten aller Frequenzen ermöglicht. Eine weitere aufgezeigte Möglichkeit ist die Verwendung einer radialen Akquisition, die dank der inkohärenten Aliasing-Artefakte ebenfalls zu einer erheblich genaueren Abschätzung des zeitlichen Mittelwerts führt. Dies verhindert zeitliche Ungenauigkeiten in den rekonstruierten Bildern. Zusätzliche zu Spulensensitivitäten verwenden Rekonstruktionsmethoden wie kt-SENSE Vorkenntnisse über räumlich-zeitliche Korrelationen, um Artefakte zu entfernen. Informationen darüber werden gewöhnlich aus voll aufgenommenen Trainingsdaten mit geringer Auflösung extrahiert. Die separate Akquisitions dieser Trainingsdaten verursacht eine unerwünschte Verlängerung der Messzeit. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die niedrige Auflösung der Trainingsdaten zu zeitlichen Filterungseffekten in den rekonstruierten Daten führen kann. Um dies zu verhindern und um die zusätzliche Aufnahme von Trainingsdaten zu vermeiden, wurde eine Autokalibrierung für kt-SENSE vorgeschlagen und untersucht. Hierbei werden die benötigten Trainingsdaten in einem ersten Schritt durch eine TSENSE Rekonstruktion aus den unterabgetasteten Daten selbst erzeugt. Dank der vollen Auflösung dieser Trainingsdaten kann das Auftreten eines zeitlichen Filters verhindert werden. Die Leistung der Auto-kalibration wird lediglich durch einen Einfluss des SNRs der TSENSE Trainingsdaten auf die finalen Rekonstruktionen beeinträchtigt. Ein weiteres Verfahren für die dynamische MRT ist kt-PCA, das zunächst für die Rekonstruktion von MR-Herzdaten vorgeschlagen wurde. In dieser Arbeit wurde kt-PCA für die neurologische MR Relaxometrie verwendet. Hierbei konnten aus beschleunigten IRTrueFISP und IR-Snapshot-FLASH Messungen genaue M0, T1 und T2 Karten gewonnen werden. Im Gegensatz zur Herzbildgebung weisen MR Relaxometrie Datensätze Signal auf alles zeitlichen Frequenzen auf, was ihre Rekonstruktion mit konventionellen Methoden erschwert. Andererseits können die zeitlichen Signalverläufe mit einigen wenigen Parametern dargestellt werden und die Rekonstruktion mittels kt-PCA vereinfacht sich erheblich aufgrund der geringen Anzahl benötigter Hauptkomponenten (PC). Weiter wurde gezeigt, dass aufgrund der hohen Redundanz ein Trainingsdatensatz bestehend aus einer einzigen Zeile ausreicht, um alle relevanten Informationen zu erhalten. In dieser Thesis wurde demonstriert, dass mit dem Ansatz einer auto-kalibrierten kt-SENSE Rekonstruktion Bilder mit hoher zeitlicher Genauigkeit aus beschleunigten Datensätzen des Herzens gewonnen werden können. Dies vermeidet die gewöhnlich benötigte zusätzliche Aufnahme von Trainingsdaten. Weiterhin hat sich kt-PCA als geeignetes Verfahren zur Rekonstruktion hochbeschleunigter MR Relaxometrie Datensätze erwiesen. In diesem Fall war ein Trainingsdatensatz bestehend aus einer einzelnen Zeile ausreichend für Ergebnisse mit hoher Genauigkeit.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2007. / Druckausg. beim Logos Verlag, Berlin erschienen.

Universiẗat, Diss., 2001--Heidelberg.

<p> The single selective inversion recovery experiment, developed by Bain and Cramer, has been used with great success in elucidating the molecular dynamics of three systems.</p> <p> The isomerization of d,l bis(1-indenyl)dimethylsilane to its meso isomer proceeds through sequential [1,5]-suprafacial shifts; ΔH+ for the process was evaluated as 21.9 ± 0.5 kcal/mol. There is only one mechanism operating at a detectable rate below about 150°C. Below 100°C this process is too slow to be detected by DNMR, but it is readily followed by classical kinetics methods. Above 100°C, the isomerization may be followed by 1D selective inversion experiments. The isoindene intermediate is conveniently trapped as its double Diels-Alder adduct showing that the rearrangement occurs relatively rapidly on the chemical time-scale.</p> <p> The barrier to hindered rotation about the Mn - C(4) sigma bond in (n^1 -Cpp)Mn(CO)3(PEt3)2 was measured. The observed value of ΔH+ was 13.1 ± 0.2 kcal/mol. ΔS+ was determined to be -11.2 ± 0.7 eu. As the compound is thermally sensitive, it would have been impossible to use lineshape analysis to determine the barrier. 1D selective inversion recovery experiments were used.</p> <p> A combination of 13C NOESY, 13C single selective inversion, and 13C lineshape analysis experiments identified the exchange pathways and determined temperature-dependent rate constants for the N,N'-[dimethyl-(2,2'dithiobisacetyl)]ethylenediamine (DADS) system. DADS exists as five exchanging rotamers in solution. Two of the conformers are symmetric, with C2 symmetry (ZZ1 and ZZ2). The other three conformers are asymmetric, with one amide group cis and the other trans (ZE1, ZE2, ZE3).</p> <p> The NOESY experiments gave a site-to-site map of the exchange processes at several temperatures. At room temperature, ZE1 is exchanging with both ZE2 and ZE3, but there appears to be no exchange between ZE2 and ZE3. This process seems to occur via hindered rotation about the disulfide bond, with ΔH+ = 15.3 ± 0.4 kcal/mol, and ΔS+ = -6.3 ± 1.1 eu.</p> <p> At higher temperatures, ZZ1 and ZZ2 start to exchange with ZE1 via hindered rotation about the amide bonds. ΔH+ for the process was determined to be 19.8 ± 0.4 kcal/mol, and ΔS+ was found to be 0.7 ± 1.2 eu. The barrier agrees quite well with that measured for the uncyclized precursor to DADS. ΔH+ was found to be 19.3 ± 0.7 kcal/mol, while ΔS+ was determined to be 2.5 ± 2.1 eu.</p> / Thesis / Master of Science (MSc)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von Phosphan-Kupfer(I)- und Silber(I)-Thiocarboxylaten der Art [(nBu3P)mMSC(O)R] (m = 2, 3; M = Cu, Ag; R = Me, Ph). Die Verbindungen wurden in Hinsicht auf ihr Potential zur thermischen Abscheidung dünner Schichten untersucht. Weiterhin befasst sich diese Arbeit mit der Darstellung von Silber(I)- und Kupfer(I)-Carboxylaten, die im organischen Rest mindestens eine zusätzliche Donorfunktion besitzen ([(nBu3P)mMO2CR]; m = 1, 2; M = Ag, Cu; R = ungesättigter organischer Rest, CH2O(CH2)2OCH3). Das thermische Verhalten und die Anwendbarkeit dieser Komplexe zur Abscheidung dünner Metallschichten mittels CVD-Verfahren wurden untersucht. Das Verhalten von Phosphan-Silber und -Kupfer-Verbindungen in Lösung wurde mittels dynamischer NMR-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden phosphankoordinierte Silber(I)- und Kupfer(I)-Acetate als Modellsystem benutzt und mit einem ausgewählten Vertreter der ungesättigten Carboxylate verglichen.

Carbohydrates are essential biomolecules that decorate cell membranes and proteins in organisms. They are important both as structural elements and as identification markers. Many biological and pathogenic processes rely on the identification of carbohydrates by proteins, thereby making them attractive as molecular blueprints for drugs. This thesis describes how NMR spectroscopy can be utilized to study carbohydrates in solution at a molecular level. This versatile technique facilitates for investigations of (i) shapes, (ii) motions and (iii) interactions. A conformational study of an E. coli O-antigen was performed by calculating atomic distances from NMR NOESY experiments. The acquired data was utilized to validate MD simulations of the LPS embedded in a membrane. The agreement between experimental and calculated data was good and deviations were proven to arise from spin-diffusion. In another study presented herein, both the conformation and the dynamic behavior of amide side-chains linked to derivatives of D-Fucp3N, a sugar found in the O-antigen of bacteria, were investigated. J-couplings facilitated a conformational analysis and 13C saturation transfer NMR experiments were utilized to measure rate constants of amide cis-trans isomerizations. 13C NMR relaxation and 1H PFG diffusion measurements were carried out to explore and describe the molecular motion of mannofullerenes. The dominating motions of the mannofullerene spectral density were found to be related to pulsating motions of the linkers rather than global rotational diffusion. The promising inhibition of Ebola viruses identified for a larger mannofullerene can thus be explained by an efficient rebinding mechanism that arises from the observed flexibility in the linker. Molecular interactions between sugars and caffeine in water were studied by monitoring chemical shift displacements in titrations. The magnitude of the chemical shift displacements indicate that the binding occurs by a face to face stacking of the aromatic plane of caffeine to the ring plane of the sugar, and that the interaction is at least partly driven by solvation effects. Also, the binding of a Shigella flexneri serotype Y octasaccharide to a bacteriophage Sf6 tail spike protein was investigated. This interaction was studied by 1H STD NMR and trNOESY experiments. A quantitative analysis of the STD data was performed employing a newly developed method, CORCEMA-ST-CSD, that is able to simulate STD data more accurately since the line broadening of protein resonances are accounted for in the calculations. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript. Paper 4: Manuscript. Paper 5: Manuscript.</p>

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von Phosphan-Kupfer(I)- und Silber(I)-Thiocarboxylaten der Art [(nBu3P)mMSC(O)R] (m = 2, 3; M = Cu, Ag; R = Me, Ph). Die Verbindungen wurden in Hinsicht auf ihr Potential zur thermischen Abscheidung dünner Schichten untersucht. Weiterhin befasst sich diese Arbeit mit der Darstellung von Silber(I)- und Kupfer(I)-Carboxylaten, die im organischen Rest mindestens eine zusätzliche Donorfunktion besitzen ([(nBu3P)mMO2CR]; m = 1, 2; M = Ag, Cu; R = ungesättigter organischer Rest, CH2O(CH2)2OCH3). Das thermische Verhalten und die Anwendbarkeit dieser Komplexe zur Abscheidung dünner Metallschichten mittels CVD-Verfahren wurden untersucht. Das Verhalten von Phosphan-Silber und -Kupfer-Verbindungen in Lösung wurde mittels dynamischer NMR-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden phosphankoordinierte Silber(I)- und Kupfer(I)-Acetate als Modellsystem benutzt und mit einem ausgewählten Vertreter der ungesättigten Carboxylate verglichen.

Une nouvelle famille de complexes de difluorure de bore photosensibles est développée. Elle est basée sur des structures moléculaires contenant une unité β-dicétone à conjugaison électronique π.La grande variété de groupements aromatiques et la nature donneur ou accepteur d'électrons des différents substituants permet l'élaboration de systèmes électroniques donneur-accepteur-donneur d'électrons (D1-A-D1) et donneur-accepteur (D2-A).L'absorption électronique de cette famille de molécule se situe dans la partie visible du spectre électromagnétique et une partie du spectre ultraviolet, et est caractérisée par une bande d'absorption π-π* intense avec des coefficients d'absorption molaire supérieurs à 50 000 M-1cm-1.L'émission de fluorescence couvre une plage spectrale qui va du visible au proche infrarouge avec des rendements quantiques de fluorescence en solution relativement élevés pouvant atteindre 62 %.En fin, cette famille de molécule est photochimiquement stable et est, contrairement à d'autres familles de complexes de difluorure de bore, chimiquement très stable en solution.Mots-clés : Difluorure de bore, β-dicétone, matériaux π-conjugués, luminescence, fluorescence stationnaire et résolue dans le temps (TRES), synthèse organique, RMN-19F dynamique, complexes & colorants fluorescents, curcumine & curcuminoide, complexe BF2, photophysique. / A new photosensitive family of boron difluoride complex is developed. It is based on π-conjugated molecular structures containing β-diketonates unit.The wide variety of aromatic groups and the nature of donor or electron acceptor of the different substituents allow the development of electron donor-acceptor-donor (DAD) and donor-acceptor (DA) electronic systems.The electronic absorption of this family of molecules is in the visible part of the electromagnetic spectrum and a portion of the ultraviolet spectrum, and is characterized by an intense π-π* absorption band with molar absorption coefficient greater than 50 000 M-1.cm-1.The fluorescence emission covers a spectral range going from visible to near infrared, with relatively high fluorescence quantum yields of up to 62 % in solution.This new material family is photochemically stable and, unlike some other families of boron difluoride complexes, chemically very stable in solution.