In dieser Arbeit wurden fluoreszierende MIP-Partikel hergestellt, um polare Analyten von biologischer und ökologischer Bedeutung zu analysieren, zum Beispiel den Krebs-Biomarker Sialinsäure (SA) und die Herbizide Glyphosat (GPS), Haloxyfop P und Fenoxaprop P. Die MIP-Schale wurde auf Siliziumdioxid und siliziumdioxid-beschichtete Polystyrol (PS)-Kernpartikel synthetisiert und enthielt einen Fluoreszenzfarbstoff, dessen Signal in Anwesenheit der Zielanalyten verstärkt wurde. Die Leistungsfähigkeit aller MIP-Partikel wurde durch den Vergleich ihres Bindungsverhaltens mit den nicht geprägten Polymer (NIP)-Partikeln und/oder durch ihre Diskriminierungsfähigkeit gegenüber konkurrierenden Analyten bewertet. Fluoreszierende Monomer für die MIP-Synthese erwiesen sich als vorteilhaft, da sowohl die Bindungsleistung als auch die Assoziationskonstanten einfacher bestimmt werden konnten. Als Alternative zur traditionellen Wasserstoffbrückenbindung zwischen Analyt und Bindungseinheit des Farbstoffes in unpolaren Lösungsmitteln, kann die Deprotonierung-Protonierung von harnstoffhaltigen Farbstoffen als Sensing-Mechanismus in polaren Medien wie DMF verwendet werden. Darüber hinaus führte die Verwendung eines „Dummy“-Analyten für die NIP-Partikel-Synthese zu einer Polymerschicht mit ähnlichen Eigenschaften wie die der MIP-Partikel, womit "Dummy"-NIPs als deutlich bessere Kontrollpartikel herangezogen werden konnten. Insgesamt erwies sich die Bestimmung der Diskriminierung der MIPs gegenüber konkurrierenden Analyten als konsistenteres Maß für die Leistungsbeurteilung. Mit Siliziumdioxid beschichtete, farbstoffdotierte PS-Partikel erwiesen sich als vielseitige Plattform für das Aufwachsen fluoreszierender MIP-Schalen, um zweifach fluoreszierende MIPs zu erhalten. Das Vorhandensein eines Kontrollsignals ist vorteilhaft für die Korrektur instrumenteller Schwankungen während analytischer Tests. / Fluorescent MIP particles were prepared to target highly polar analytes of biological and environmental significance, namely sialic acid (SA) and glyphosate (GPS), haloxyfop P and fenoxaprop P. Silica and silica-coated polystyrene (PS) particles were used as core supports on which a MIP shell was synthesized. In all systems, the MIP shell contained a fluorescent dye with urea sensing motifs whose signal was enhanced in the presence of the target analyte. The performance of all MIP particles was evaluated by comparing their binding behaviour to that of non-imprinted polymer (NIP) controls and/or determining their discrimination ability against competing analytes. It was found that the application of fluorescent monomers in MIP synthesis is advantageous due to simplified determination of binding performance and binding parameters such as association constants. It was also shown that deprotonation-reprotonation of urea containing dyes can be used as a sensing mechanism in polar media such as DMF, as an alternative to traditional hydrogen bonding in non-polar aprotic solvents. In addition, the results showed that the inclusion of a “dummy” template during NIP synthesis led to the formation of a polymer layer with similar properties as the MIP, and thus, “dummy” NIPs provided a more relevant comparison for MIP binding. Overall, the discrimination of MIPs against competing analytes was found to be a more consistent measure of MIP performance. When a urea containing dye was used to prepare MIPs targeting anions by hydrogen bonding in non-polar media, the choice of counterion used during imprinting influenced the binding behaviour of the resulting MIPs and must be carefully chosen. Lastly, silica-coated dye-doped PS was found to be a versatile platform for the grafting of fluorescent MIP shells to achieve dual fluorescent MIPs, and the presence of a control signal was beneficial in correcting instrumental fluctuations during analytical assays.

In this work, the structural, electronic, and optical properties of CdS nanoparticles with sizes up to 4nm have been calculated using density-functional theory (DFT). Inaccuracies in the description of the unoccupied states of the applied density-functional based tight-binding method (DFTB) are overcome by a new SCF-DFTB method. Density-functional-based calculations employing linear-response theory have been performed on cadmium sulfide nanoparticles considering different stoichiometries, underlying crystal structures (zincblende, wurtzite, rocksalt), particle shapes (spherical, cuboctahedral, tetrahedral), and saturations (unsaturated, partly saturated, completely saturated). For saturated particles, the calculated onset excitations are strong excitonic. The quantum-confinement effect in the lowest excitation is visible as the excitation energy decreases towards the bulk band gap with increasing particle size. Dangling bonds at unsaturated surface atoms introduce trapped surface states which lie below the lowest excitations of the completely saturated particles. The molecular orbitals (MOs), that are participating in the excitonic excitations, show the shape of the angular momenta of a hydrogen atom (s, p). Zincblende- and wurtzite-derived particles show very similar spectra, whereas the spectra of rocksalt-derived particles are rather featureless. Particle shapes that confine the orbital wavefunctions strongly (tetrahedron) give rise to less pronounced spectra with lower oscillator strengths. Finally, a very good agreement of the calculated data to experimentally available spectra and excitation energies is found.

In this work, the structural, electronic, and optical properties of CdS nanoparticles with sizes up to 4nm have been calculated using density-functional theory (DFT). Inaccuracies in the description of the unoccupied states of the applied density-functional based tight-binding method (DFTB) are overcome by a new SCF-DFTB method. Density-functional-based calculations employing linear-response theory have been performed on cadmium sulfide nanoparticles considering different stoichiometries, underlying crystal structures (zincblende, wurtzite, rocksalt), particle shapes (spherical, cuboctahedral, tetrahedral), and saturations (unsaturated, partly saturated, completely saturated). For saturated particles, the calculated onset excitations are strong excitonic. The quantum-confinement effect in the lowest excitation is visible as the excitation energy decreases towards the bulk band gap with increasing particle size. Dangling bonds at unsaturated surface atoms introduce trapped surface states which lie below the lowest excitations of the completely saturated particles. The molecular orbitals (MOs), that are participating in the excitonic excitations, show the shape of the angular momenta of a hydrogen atom (s, p). Zincblende- and wurtzite-derived particles show very similar spectra, whereas the spectra of rocksalt-derived particles are rather featureless. Particle shapes that confine the orbital wavefunctions strongly (tetrahedron) give rise to less pronounced spectra with lower oscillator strengths. Finally, a very good agreement of the calculated data to experimentally available spectra and excitation energies is found.

Über die Ätiologie und Epidemiologie der Erkrankungen des Respirationstraktes im Frühneolithikum Mitteleuropas gibt es bislang keine umfassenden Studien. Die Häufigkeit, mögliche Geschlechts- und Altersunterschiede, Populationsunterschiede und Erkenntnisse über mögliche Ursachen und auslösende Faktoren der Atemwegserkrankungen zur Zeit der Bandkeramik sind von besonderem Interesse. Zudem soll aufgezeigt werden wie wichtig es ist, alle Strukturen zu untersuchen, die den „knöchernen Respirationstrakt“ repräsentieren. Von den ersten Ackerbauern und Viehzüchtern aus Wandersleben (Thüringen, Kreis Gotha) lagen insgesamt 112 erwachsene Individuen zur Untersuchung vor. Rippen und Schädel wurden mit paläopathologischen Methoden untersucht. Diese waren neben einer makroskopischen Begutachtung der Knochen, röntgenologische, endoskopische, lupenmikroskopische, lichtmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen, um eine verlässliche Diagnosestellung zu gewährleisten. 100 % (n = 71/71) der befundbaren Individuen zeigten Spuren chronischer Erkrankungen im Bereich der knöchernen Strukturen, die die oberen Atemwege umgeben. Bei 76,8% (n = 53/69) der Individuen mit befundbaren Rippen konnten Spuren von chronischen Erkrankungen aufgezeigt werden. Signifikante Geschlechts- oder Altersunterschiede bestehen insgesamt nicht. Bei der linearbandkeramischen Population aus Wandersleben ist davon auszugehen, dass es sich in vielen Fällen um Chronifizierungen von Erkältungskrankheiten und um die Folgen einer vergleichbar schlechten Luftqualität hauptsächlich im Haus handelt. Dazu haben die damaligen Lebensumstände, vor allem aber die sesshafte Lebensweise und Wirtschaftszweige mit Ackerbau und Viehzucht, maßgeblich beigetragen.

Das IceCube Neutrino-Observatorium ist ein am geografischen Südpol im Eis installierter Neutrinodetektor. In IceCube werden Neutrinos mit Tscherenkow-Strahlung von Sekundärteilchen aus Neutrino Interaktionen detektiert. Für den Nachfolgedetektor IceCube-Gen2, werden neue und verbesserte Lichtdetektoren gesucht. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines dieser Lichtdetektoren. Dieser basiert auf Wellenlängen schiebenden und Licht leitenden Technologien. Der Detektor mit dem Namen "Wavelength-shifting Optical Module" (WOM) verwendet eine transparente Röhre, mit wellenlängenschiebender Farbe, als passiver Photonendetektor. Das in der Wellenlänge verschobene Licht wird durch Totalreflexion, zu kleinen PMTs an beiden Enden geleitet. Die Auswahl dieses Designs reduziert die Kosten und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich, möglicherweise können mit dieser Lösung extragalaktische Supernova in zukünftigen Detektoren beobachtet werden. Als eine Kernkomponente wird die wellenlängenschiebende Röhre ausführlich untersucht. Verschiedene Messaufbauten und Auswertungsmethoden werden entwickelt, um diese im Anschluss zu untersuchen und zu bewerten. Iterative Verbesserungen der Materialien und des Farbauftrageverfahren als auch Messmethoden, resultieren in einer kombinierten Einfang-, Wellenlängenschiebe- und Transporteffizienz von 28,1 +/- 5,4 % der Röhre. Ein Model zur Beschreibung des Lichtverhaltens in der Röhre wird entwickelt um eine Diskrepanz zwischen Theorie und Messung zu untersuchen. Die Kombination zwischen Messung und Model, bestätigt die Aussagekraft des Models und zeigt, dass ein Großteil der Verluste beim Lichttransport zustande kommen. Darüber hinaus werden die physikalischen Eigenschaften des WOM in die IceCube Simulationsumgebung eingebaut. Der Vergleich zu einem Konkurrenzmodul zeigt eine Überlegenheit des WOM um den Faktor 1,05 +/- 0,07. Es werden Vorschläge und Ausblicke für Verbesserungen der Leistungsfähigkeit des WOMs gegeben. / The IceCube Neutrino Observatory is an in ice neutrino detector located at the geographic South Pole. In IceCube neutrinos are detected via Cherenkov light produced by secondary particles in neutrino interactions. For the upgraded detector IceCube-Gen2, new and improved light detectors are sought-after. This work describes the development of one of those light detectors based on a novel combination of wavelength-shifting and light-guiding technology. The detector named the Wavelength-shifting Optical Module (WOM) utilizes a large transparent tube, coated with wavelength-shifting paint as a passive photon detector. The wavelength-shifted light is guided via total internal reflection towards small active light detectors, at each end of the tube. This design reduces costs and improves the signal to noise ratio significantly, thereby potentially enabling extragalactic supernova detections in future detectors. As a core component, the wavelength-shifting tube is extensively investigated. Different measurement setups and evaluation techniques are developed and investigated. Iterative improvement of materials and coating techniques as well as measurement methods currently result in a combined photon capture, shift and transport efficiency of 28.1 +/- 5.4 % for the tube. Those results contrast the theoretical maximum of 74.5 %. A model is developed to describe the light propagation and loss processes in the tube and to understand the discrepancies between theory and measurement. The combination of the measurements with the model, validate the descriptive qualities of the model and show that most of the light is lost during the light propagation in the tube. Additionally, the physical properties of the WOM are included in the IceCube simulation framework. A comparison to a competing module showed that the WOM outperforms by a factor of 1.05 +/- 0.07 in photon detection numbers. Where applicable, suggestions and outlooks are given to enhance the performance of the WOM.

Über die Ätiologie und Epidemiologie der Erkrankungen des Respirationstraktes im Frühneolithikum Mitteleuropas gibt es bislang keine umfassenden Studien. Die Häufigkeit, mögliche Geschlechts- und Altersunterschiede, Populationsunterschiede und Erkenntnisse über mögliche Ursachen und auslösende Faktoren der Atemwegserkrankungen zur Zeit der Bandkeramik sind von besonderem Interesse. Zudem soll aufgezeigt werden wie wichtig es ist, alle Strukturen zu untersuchen, die den „knöchernen Respirationstrakt“ repräsentieren. Von den ersten Ackerbauern und Viehzüchtern aus Wandersleben (Thüringen, Kreis Gotha) lagen insgesamt 112 erwachsene Individuen zur Untersuchung vor. Rippen und Schädel wurden mit paläopathologischen Methoden untersucht. Diese waren neben einer makroskopischen Begutachtung der Knochen, röntgenologische, endoskopische, lupenmikroskopische, lichtmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen, um eine verlässliche Diagnosestellung zu gewährleisten. 100 % (n = 71/71) der befundbaren Individuen zeigten Spuren chronischer Erkrankungen im Bereich der knöchernen Strukturen, die die oberen Atemwege umgeben. Bei 76,8% (n = 53/69) der Individuen mit befundbaren Rippen konnten Spuren von chronischen Erkrankungen aufgezeigt werden. Signifikante Geschlechts- oder Altersunterschiede bestehen insgesamt nicht. Bei der linearbandkeramischen Population aus Wandersleben ist davon auszugehen, dass es sich in vielen Fällen um Chronifizierungen von Erkältungskrankheiten und um die Folgen einer vergleichbar schlechten Luftqualität hauptsächlich im Haus handelt. Dazu haben die damaligen Lebensumstände, vor allem aber die sesshafte Lebensweise und Wirtschaftszweige mit Ackerbau und Viehzucht, maßgeblich beigetragen.:1 Einleitung ............................................................................................................................ 1 2 Material ............................................................................................................................... 3 3 Methoden ........................................................................................................................... 18 3.1 Vorarbeiten.............................................................................................................................18 3.2 Alters- und Geschlechtsbestimmung......................................................................................18 3.3 Paläopathologische Untersuchungsmethoden ........................................................................19 3.3.1 Dokumentation der erhaltenen Funde und der Befunde .................................................19 3.3.2 Makroskopische und lupenmikroskopische Untersuchung ............................................19 3.3.3 Röntgenologische Untersuchung ....................................................................................19 3.3.4 Endoskopische Untersuchung ........................................................................................19 3.3.5 Fotografie .......................................................................................................................20 3.3.6 Herstellung von Ab- und Ausgüssen ..............................................................................20 3.3.7 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung ............................................................20 3.3.8 Lichtmikroskopische Untersuchung ...............................................................................21 3.4 Statistik...................................................................................................................................21 3.5 Auswertung ............................................................................................................................22 4 Ergebnisse und Befunde .................................................................................................... 24 4.1 Alters- und Geschlechtsverteilung .........................................................................................24 4.1.1 Altersverteilung und Sterblichkeit ..................................................................................24 4.1.1.1 Altersverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln ....................28 4.1.1.2 Altersverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Rippen........................32 4.1.1.3 Altersverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln und Rippen. 36 4.1.2 Geschlechtsverteilung ....................................................................................................41 4.1.2.1 Geschlechtsverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln ...........47 4.1.2.2 Geschlechtsverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Rippen ..............49 4.1.2.3 Geschlechtsverteilung der erwachsenen Individuen mit erhaltenen Schädeln und Rippen.........................................................................................................................50 4.2 Knöcherne Schädelstrukturen ................................................................................................54 4.2.1 Begrenzung der Apertura piriformis ..............................................................................54 4.2.1.1 Anatomische Grundlagen...........................................................................................54 4.2.1.2 Veränderte Aperturae piriformes................................................................................55 4.2.1.3 Individuen mit veränderten Aperturae piriformes.....................................................66 4.2.1.4 Zur Klinik der Begrenzung der Apertura piriformis ..................................................72 4.2.1.5 Ausgewählte Fallbeispiele..........................................................................................72 4.2.1.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen an der Aperturae piriformes..... ...............................................................................................................74 4.2.2 Nasenhöhle .....................................................................................................................78 4.2.2.1 Anatomische Grundlagen........................................................................................................ 78 4.2.2.2 Veränderte Nasenhöhlen ............................................................................................80 4.2.2.3 Individuen mit veränderten Nasenhöhlen ...................................................................90 4.2.2.4 Zur Klinik der Nasenhöhle .........................................................................................97 4.2.2.5 Ausgewählte Fallbeispiele..........................................................................................98 4.2.2.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen in der Nasenhöhle .........102 4.2.3 Sulcus lacrimalis maxillae............................................................................................106 4.2.3.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................106 4.2.3.2 Veränderte Sulci lacrimales maxillae.......................................................................108 4.2.3.3 Individuen mit veränderten Sulci lacrimales maxillae .............................................118 4.2.3.4 Zur Klinik des Sulcus lacrimalis maxillae ...............................................................125 4.2.3.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................125 4.2.3.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen des Sulcus lacrimalis maxillae.....................................................................................................................128 4.2.4 Nasennebenhöhlen .......................................................................................................133 4.2.4.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................133 4.2.4.2 Veränderte Nasennebenhöhlen.................................................................................137 4.2.4.3 Individuen mit veränderten Nasennebenhöhlen .......................................................159 4.2.4.4 Zur Klinik der Nasennebenhöhlen ...........................................................................171 4.2.4.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................174 4.2.4.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen in den Nasennebenhöhlen.....................................................................................................186 4.3 Pneumatische Räume des Schläfenbeins..............................................................................202 4.3.1 Mittelohr.......................................................................................................................202 4.3.1.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................202 4.3.1.2 Betroffene Mittelohren.............................................................................................204 4.3.1.3 Individuen mit betroffenen Mittelohren...................................................................214 4.3.1.4 Zur Klinik des Mittelohres .......................................................................................220 4.3.1.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................221 4.3.1.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen der Mittelohren .............222 4.3.2 Warzenfortsatz .............................................................................................................225 4.3.2.1 Anatomische Grundlagen.........................................................................................225 4.3.2.2 Betroffene Warzenfortsätze......................................................................................226 4.3.2.3 Individuen mit betroffenen Warzenfortsätzen ..........................................................236 4.3.2.4 Zur Klinik des Warzenfortsatzes..............................................................................243 4.3.2.5 Ausgewählte Fallbeispiele........................................................................................244 4.3.2.6 Zusammenstellung der morphologischen Veränderungen der Warzenfortsätze......248 4.4 Rippen ..................................................................................................................................253 4.4.1 Allgemeine Anatomie des Brustkorbes........................................................................253 4.4.2 Zusammenstellung morphologischer Veränderungen an den Rippen..........................264 4.4.2.1 Impressionen ............................................................................................................265 4.4.2.2 Neubildungen ...........................................................................................................278 4.4.2.3 Differentialdiagnostisch relevante Veränderungen ..................................................314 4.4.2.4 Überblick über die häufigsten Veränderungen an den Rippen.................................339 4.4.2.5 Gruppen von intravitalen Veränderungen an den Rippen ........................................347 4.4.3 Veränderte Rippen........................................................................................................353 4.4.3.1 Krankheitshäufigkeiten der Rippen I bis XII ...........................................................366 4.4.3.2 Durchschnittliche Anzahl kranker Rippen ...............................................................401 4.4.3.3 Am häufigsten erhaltene Brustkorbbereiche ............................................................410 4.4.4 Individuen mit veränderten Rippen..............................................................................413 4.4.4.1 Übersicht über pathologische Veränderungen an den Rippen .................................423 4.5 Knöcherne Strukturen der oberen und unteren Atemwege und knöcherne Strukturen, die mögliche Komplikationen der Erkrankungen der oberen Atemwege anzeigen...................429 5 Diskussion .......................................................................................................................441 5.1 Diskussion der Alters- und Geschlechtsverteilung und der Sterblichkeit ............................441 5.2 Diskussion der Erkrankungen der oberen Atemwege ..........................................................443 5.2.1 Klinische Diskussion der oberen Atemwegserkrankungen der Erwachsenen von Wandersleben ...............................................................................................................443 5.2.1.1 Häufigste Erkrankungen der oberen Atemwege.......................................................446 5.2.1.1.1 Sinusitiden..........................................................................................................447 5.2.1.1.2 Pansinusitis.........................................................................................................454 5.2.1.1.3 Chronische Sinusitiden und Osteome ................................................................456 5.2.1.1.4 Chronische Rhinitiden und Sinusitiden..............................................................458 5.2.1.1.5 Fortleitungen der Rhinitiden auf die vordere knöcherne Nasenöffnung und den knöchernen Tränennasengang.............................................................................463 5.2.1.1.6 Komplikationen der Rhinitis und der Sinusitis (Rhinosinusitis) mit spezieller Betrachtung des Mittelohres und des Warzenfortsatzes .....................................468 5.2.1.1.7 Spezifische Infektionen der oberen Atemwege mit Tuberkulose als Schwerpunkt..........................................................................................................472 5.3 Diskussion der Erkrankungen der unteren Atemwege .........................................................476 5.3.1 Klinische Diskussion der unteren Atemwegserkrankungen der Erwachsenen von Wandersleben ...............................................................................................................476 5.3.1.1 Erkrankungen der unteren Atemwege ......................................................................476 5.3.1.2 Krankhafte Veränderungen an den Rippen der Individuen von Wandersleben .......480 5.4 Zusammenfassende Diskussion der Erkrankungen der oberen und unteren Atemwege ......491 5.4.1 Diskussion der Erkrankungen der oberen und unteren Atemwege ..............................491 5.4.2 Diskussion der Atemwegserkrankungen der Erwachsenen von Wandersleben in Bezug auf die Lebensumstände im Neolithikum ..........................................................495 5.4.2.1 Außenluftfaktoren ....................................................................................................497 5.4.2.1.1 Klima und Wetter ...............................................................................................497 5.4.2.1.2 Allergene............................................................................................................499 5.4.2.1.3 Zoonosen ............................................................................................................503 5.4.2.1.4 Rauch .................................................................................................................505 5.4.2.2 Innenluftfaktoren ......................................................................................................507 5.4.2.2.1 Rauch .................................................................................................................507 5.4.2.2.2 Allergene und Zoonosen ....................................................................................510 5.4.2.2.3 Natürliche Radioaktivität ...................................................................................514 5.4.2.2.4 Ernährungszustand .............................................................................................515 5.4.2.3 Erkrankungen ...........................................................................................................520 5.4.2.4 Nutzung der Zähne als Werkzeug ............................................................................525 5.4.3 Diskussion der Atemwegserkrankungen der Kinder von Wandersleben .....................526 5.4.4 Zusammenfassender Überblick über Atemwegserkrankungen und deren möglichen Entstehungsursachen in Wandersleben .......................................................528 5.4.5 Vergleich der Atemwegserkrankungen der erwachsenen Individuen von Wandersleben mit anderen Populationen......................................................................530 5.4.5.1 Vergleich der unspezifischen Erkrankungen der Atemwege ...................................532 5.4.5.2 Vergleich der spezifischen Erkrankungen der unteren Atemwege ..........................538 5.4.6 Abschließende Zusammenfassung für Wandersleben..................................................540 6 Zusammenfassung........................................................................................................... 542 7 Literaturverzeichnis......................................................................................................... 546 Befundkatalog der untersuchten Cranien und Costae aus der Skeletserie Wandersleben (geordnet nach Fundnummern) Im Katalog angewandte Methoden zur Befunderhebung und Erklärungen zum Katalog ....... I Literatur ................................................................................................................................. X Curriculum Vitae