Hydrogen is an efficient, carbon-free and safe energy carrier. However, its compact and weight-efficient storage is an ongoing subject for research and development. Among the intensively investigated hydrogen storage materials, lithium aluminum hydride (LiAlH4) is an attractive candidate because of its high theoretical hydrogen density (volumetric: 96.7g H2/l material; gravimetric: 10.6 wt.%-H2) in combination with rather low decomposition temperatures (onset temperature <100°C after doping). Although the reversible dehydrogenation of LiAlH4 must be carried out with the help of organic solvent, LiAlH4 can serve as single-use hydrogen storage material for various special applications, for example, hydrogen fuel cell systems. This thesis deals with transition metal (TM)-doped LiAlH4 aiming at tailored dehydrogenation properties. The crystal structure and morphology of TM-doped LiAlH4 is characterized by XRD and SEM respectively. The positive effects of four dopants (NiCl2, TiCl3, ZrCl4 and TiCl4) on promoting the dehydrogenation kinetics of LiAlH4 are systematically studied by thermal analysis. Based on the state of each TM chloride (solid or liquid), three low-energy-input doping methods (1. ball-milling at low rotation speed; 2. manual grinding or magnetic stirring; 3. magnetic stirring in ethyl ether) are compared in order to prepare LiAlH4 with the maximum amount of hydrogen release in combination with fast dehydrogenation kinetics. The dehydrogenation properties of the TM-doped LiAlH4 powders are measured under isothermal conditions at 80°C at a H2 pressure of 1 bar, which is within the operating temperature range of proton exchange membrane (PEM) fuel cells, aiming at applications where the exhaust heat of the fuel cell is used to trigger the dehydrogenation of the hydrogen storage material. Furthermore, the mid-term dehydrogenation behavior of TM-doped LiAlH4 was monitored up to a few months in order to test its mid-term storability. In addition, the pelletization of TM-doped LiAlH4 is investigated aiming at a higher volumetric hydrogen storage capacity. The effects of compaction pressure, temperature and the H2 back-pressure on the dehydrogenation properties of TM-doped LiAlH4 pellets are systematically studied. Moreover, the volume change through dehydrogenation and the short-term storage of the TM-doped LiAlH4 pellets are discussed in view of practical applications for PEM fuel cell systems. / Wasserstoff ist ein effizienter, kohlenstofffreier und sicherer Energieträger. Jedoch die kompakte und gewichtseffiziente Speicherung ist ein permanentes Forschungs- und Entwicklungsthema. Unter den intensiv untersuchten Materialien für die Wasserstoffspeicherung ist aufgrund der hohen theoretischen Speicherdichte (volumetrisch: 96,7 g H2/L, gravimetrisch: 10.6 Gew.%-H2) in Kombination mit sehr niedrigen Zersetzungstemperaturen (Anfangstemperatur < 100°C nach Dotierung) Lithium Aluminiumhydrid (LiAlH4) ein vielversprechender Kandidat. Obwohl die reversible Dehydrierung von LiAlH4 mit Hilfe von organischen Lösungsmitteln durchgeführt werden muss, kann LiAlH4-Pulver als Einweg-Speichermaterial für verschiedene Anwendungen dienen, beispielsweise für Wasserstoff/Brennstoffzellensysteme. Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit LiAlH4 dotiert mit Übergangsmetall, mit dem Ziel maßgeschneiderte Dehydrierungseigenschaften zu erreichen. Die Kristallstruktur und die Morphologie der mit Übergangsmetallen dotierten LiAlH4-Pulver wurden mit Röntgenbeugung (XRD) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert. Weiterhin wurde der positive Effekt der Dotanden auf die reaktionsfördernde Dehydrierung von LiAlH4 systematisch mit Hilfe thermoanalytischer Methoden untersucht. Für jedes Übergangsmetall, welches in Form von Übergangsmetallchloriden vorlag, wurden drei Dotierungsmethoden mit niedrigem Energieeintrag (Kugelmahlen mit geringer Rotations-geschwindigkeit, manuelles Schleifen/Magnetrühren, Magnetrühren mit Ethylether) verglichen, um LiAlH4-Pulver mit einer maximalen Wasserstofffreisetzungsmenge in Kombination mit einer schnellen Dehydrierungskinetik zu erzielen. Die Dehydrierung des dotierten LiAlH4-Pulvers wurde unter isothermen Bedingungen bei 80°C und einem H2-Druck von 1 bar gemessen, was im Bereich der Betriebstemperatur von PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membran) liegt. Dadurch sollen Anwendungen anvisiert werden, bei denen die entstehende Abwärme der Brennstoffzelle genutzt wird, um die Dehydrierung des Wasserstoffspeichermaterials auszulösen. Zudem wurde das Dehydrierungsverhalten des dotierten LiAlH4 bis zu einigen Monaten kontrolliert, um die mittelfristige Haltbarkeit zu testen. Weiterhin wurde die Pelletierung des mit Übergangsmetallen dotierten LiAlH4 mit dem Ziel untersucht, eine hohe volumetrische Speicherkapazität zu erreichen. Der Einfluss des Pressdrucks, der Dehydrierungstemperatur und des H2-Gegendrucks auf die Dehydrierungseigenschaften der mit Übergangsmetallen dotierten LiAlH4-Presslinge wurde systematisch analysiert. Außerdem wird die Volumenveränderung durch die Dehydrierung und die Kurzzeitspeicherung der mit Übergangsmetallen dotierten LiAlH4-Presslinge im Hinblick auf praktische Anwendungen unter Nutzung der Brennstoffzelle diskutiert.

Transition metal oxide coupling with carbon is an effective method for improving electrical conductivity of battery electrodes and avoiding the degradation of their lithium storage capability due to large volume expansion/contraction and severe particle aggregation during the lithium insertion and desertion process. In our present work, we develop an effective approach to fabricate the nanocomposites of porous rod-shaped Fe₃O₄ anchored on reduced graphene oxide (Fe₃O₄/rGO) by controlling the in situ nucleation and growth of β-FeOOH onto the graphene oxide (β-FeOOH/GO) and followed by dielectric barrier discharge (DBD) hydrogen plasma treatment. Such well-designed hierarchical nanostructures are beneficial for maximum utilization of electrochemically active matter in lithium ion batteries and display superior Li uptake with high reversible capacity, good rate capability, and excellent stability, maintaining 890 mA h g⁻¹ capacity over 100 cycles at a current density of 500 mA g⁻¹.

Recent experimental advances for the fabrication of various borophene sheets introduced new structures with a wide range of applications. Borophene is the boron atom analogue of graphene. Borophene exhibits various structural polymorphs all of which are metallic. In this work, we employed first-principles density functional theory calculations to investigate the mechanical properties of five different single-layer borophene sheets. In particular, we analyzed the effect of the loading direction and point vacancy on the mechanical response of borophene. Moreover, we compared the thermal stabilities of the considered borophene systems. Based on the results of our modelling, borophene films depending on the atomic configurations and the loading direction can yield a remarkable elastic modulus in the range of 163–382 GPa nm and a high ultimate tensile strength from 13.5 GPa nm to around 22.8 GPa nm at the corresponding strain from 0.1 to 0.21. Our study reveals the remarkable mechanical characteristics of borophene films.

Anhand einer prospektiven epidemiologischen Verlaufsstudie an einer repräsentativen Bevölkerungsstichprobe von ursprünglich 14- bis 17jährigen Jugendlichen (N=1395) werden die Häufigkeit und die Verlaufsmuster des Konsums, des Mißbrauchs und der Abhängigkeit von Cannabis untersucht. Die Jugendlichen wurden persönlich mit Hilfe eines Interviews befragt, wobei als diagnostisches Instrument das M-CIDI mit seinen DSM-IV Algorithmen verwendet wurde. Die Ergebnisse aus der Basiserhebung ergaben, daß 1995 etwa 20% aller 14- bis 17jährigen - in der Mehrzahl wiederholt - Cannabis probiert hatten und 6% der Population einen regelmäßigen Gebrauch aufweisen. Die Einjahres-Inzidenz (= Auftreten neuer Fälle) für den Cannabisgebrauch der nun 15- bis 19jährigen betrug zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung 20,1% für die Männer und 16,3% für die Frauen. Für den regelmäßigen Gebrauch wurden Inzidenzraen von 12% (Männer) und 8,4% (Frauen) ermittelt. Die Stabilität des Konsumverhaltens zwischen der Basis- und der Nachuntersuchung war relativ hoch un stieg mit höherem Initialkonsum an. Angesichts der hohen Gebrauchsrate von 32,4% bei den 15- bis 19jährigen bei der Nachuntersuchung ergab sich im Vergleich zu anderen psychotropen Substanzen eine relativ niedrige Prävalenz für Mißbrauch und Abhängigkeit (4%). Das Vorliegen einer Diagnose bei der Erstuntersuchung weist allerdings eine relativ hohe Stabilität über die Nachuntersuchungskette auf. / The paper examines the prevalence, incidence and stability patterns of cannabis use and dependence in a prospective epidemiological study of a random community sample of adolescents, aged 14 to 17 years (N=1395) at time 1. Assesments are based on personal interviews by trained clinical psychologists using the computerized DSM-IV lifetime and 12-month change version of the M-CIDI. Results indicate that in 1995 every fifth person aged 14 to 17 years had used cannabis at least once and 6% reported regular use. The 12-month incidence rates (i.e. proportion of the sample reporting first cannabis use in the last year) among subjects, 15 to 19 years of age at time 2, was high, with 20,1% of males and 16,3% of females reporting first use. The incidence of regular use was 12,0% (males) and 8,4% (females). The stability of consumption patterns from time 1 to time 2 was high. Increasing with higher initial consumption. Given the reexamined samples overall high cannabis consumption rates of 32,4%, the prevalence of clinically manifest DSM-IV abuse and dependence was low in comparison to other psychologic drugs (4%). However there was remarkable diagnostic stability over time in this age group of those with an initial diagnosis at time 1 receiving a diagnosis again at time 2.

Der Gegenstand dieser Dissertation sind Situationen, in denen die Aufgabe nicht durch einen Hinweisreiz vorgegeben wird. Die Idee besteht darin, die Reaktion der Versuchsperson (anders als beim klassischen Aufgabenwechselparadigma[TS] bzw. beim Wisconsin Card Sorting Test[WCST]) bei verschiedenen gleichzeitig gültigen Antwortalternativen zu untersuchen. Dafür gibt es methodische und empirische Gründe. Zum einen wurde kritisiert, dass ein Teil der Wechselkosten durch die Verarbeitung des Hinweisreizes entsteht. Zum anderen stellt sich die empirische Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten kommt, wenn Wechsel und Wiederholung nicht durch Hinweisreize oder Rückmeldungen vorgegeben werden, sondern wenn die Versuchsperson frei entscheiden kann, ob sie die Regel wechselt oder bei der eben ausgeführten Regel bleibt. Im experimentellen Paradigma der vorliegenden Arbeit wurden den Versuchspersonen entweder nur eine oder zwei alternative Reaktionsmöglichkeiten vorgegeben. Zu diesem Zweck wurde der WCST so modifiziert, dass in der Hälfte aller Durchgänge die zum Lösen der Aufgabe relevante Merkmalsdimension gewechselt oder wiederholt werden musste, während in der anderen Hälfte aller Durchgänge gleichzeitig zwei unterschiedliche, jedoch gleichermaßen gültige Merkmalsdimensionen dargeboten wurden. Auf diese Art war es möglich, freie Wechsel unangekündigten gleichsam erzwungenen (forcierten) Wechseln gegenüberzustellen. Eine Besonderheit dieser Dissertation besteht ferner darin, dass neben den manuellen Reaktionen die Blickbewegungen analysiert wurden. Dabei eröffnete die Analyse von Blickbewegungen ein Fenster in die Prozessdynamik während eines Durchgangs und ermöglichte es, Hypothesen über Aufmerksamkeitsprozesse eingehender zu untersuchen. Mit dem Experiment 1 wird das Paradigma und der Basisbefund vorgestellt. Im Einzelnen wurde der WCST so modifiziert, dass Reaktionszeit, Fehlerrate und relative Häufigkeiten von Wiederholungen und Wechseln erhoben werden konnten. In jedem Versuchsdurchgang wurden gleichzeitig vier Einzelreize (drei Referenzreize und ein Target) dargeboten. Jeder Reiz bestand aus den Merkmalsdimensionen Farbe, Form, Anzahl, wobei jede Dimension jeweils eine von vier Ausprägungen annehmen konnte. Die Aufgabe der Versuchsperson bestand darin, aus drei dargebotenen Referenzreizen denjenigen zu identifizieren, der mit dem Target in einem von drei möglichen Reizmerkmalen übereinstimmte. Von besonderem Interesse war hierbei die Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten bzw. einer Perseverationstendenz kommt, wenn die Versuchspersonen zwei in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen mit dem Target übereinstimmende Referenzreize dargeboten bekommen. Der Ort, die Merkmalsdimension, die Merkmalsausprägung der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize, sowie die Anzahl der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize wurden randomisiert und waren für die Versuchspersonen nicht vorhersehbar. In den forcierte Wahl-Durchgängen stimmte ein Referenzreiz mit dem Target überein, während in den freie Wahl-Durchgängen zwei Referenzreize in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen (zum Beispiel Farbe und Form) mit dem Target übereinstimmten. Die Ergebnisse zeigten, dass es auch dann zu Wechselkosten kam, wenn die Versuchsperson in den freie Wahl-Durchgängen denjenigen von zwei mit dem Target übereinstimmenden Referenzreizen wählte, bei dem die Übereinstimmung auf einer anderen Merkmalsdimension lag als im unmittelbar vorhergehenden Durchgang (Wechsel), im Vergleich dazu, dass sie den Referenzreiz wählte, der mit dem Target auf der gleichen Merkmalsdimension übereinstimmte, auf der auch im vorhergehenden Durchgang die Übereinstimmung lag (Perseveration). Im Einzelnen kam es bei den freie Wahl-Durchgängen zu einer Perseverationstendenz von etwa P = 2/3. Ferner führten Wechsel sowohl bei den forcierte als auch bei freie Wahl-Durchgängen zu längeren durchschnittlichen Reaktionszeiten als Perseverationen. Damit konnte gezeigt werden, dass Wechselkosten auch in einem Paradigma ohne Hinweisreize bei „freier Wahl“ entstehen, und zwar auch dann, wenn gleichzeitig die Möglichkeit zur Wiederholung und zum Wechsel bestand. Die durchgeführte Computersimulation eines neuronalen Netzes, mit dem die vermuteten kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse in dieser Aufgabe modelliert wurden, unterstützte die Hypothese, dass die in den Experimenten gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten durch eine intensivierte Enkodierung der zuvor relevanten Übereinstimmungsdimension erklärt werden kann. Experiment 2 untersuchte die Hypothese, dass Aufmerksamkeitseinstellungen aus dem vorherigen Durchgang einen bahnenden Effekt auf den Selektionsprozess und die Reaktionszeit von verschiedenen Antwortalternativen haben. Es wurde angenommen, dass ein Merkmal einer Dimension dann mehr Aufmerksamkeit auf sich zieht, wenn diese Dimension kurz zuvor relevant war. Dazu wurde das Paradigma aus Experiment 1 mit der Messung von Blickbewegungen kombiniert. Die Ergebnisse replizierten die in Experiment 1 gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten in den Reaktionszeiten. Die Blickbewegungsanalysen klärten die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Aufmerksamkeitsprozesse auf, indem neben den durchschnittlichen Fixationszeiten und der Fixationsanzahl eines Reizes auch der zeitliche Verlauf der Fixationswahrscheinlichkeit der Reize untersucht wurde. Wie vorhergesagt, war es in einem frühen Zeitbereich sowohl bei den freie als auch bei den forcierte Wahl-Durchgängen bei einer Perseveration wahrscheinlicher als bei einem Wechsel, dass derjenige Referenzreiz fixiert wurde, der eine Übereinstimmung zum Target enthielt und auf den am Ende des Durchgangs mit einem Tastendruck reagiert wurde. Ferner war die durchschnittliche Anzahl der Fixationen auf das Target und den gewählten Referenzreiz bei einem Wechsel höher als bei einer Perseveration. Dieser Befund ist konsistent mit Annahmen aus Theorien dimensionsbasierter Aufmerksamkeit, nach denen eine zuvor relevante Merkmalsdimension höher gewichtet verarbeitet wird, wodurch andere Merkmalsdimensionen in ihrer Verarbeitung beeinträchtigt werden. Des Weiteren gelang es mithilfe der Blickbewegungsdaten, die Wechselkosten in Such- und Verarbeitungszeit zu dekomponieren: Bei einem Wechsel war nicht nur die Zeit bis zur ersten Fixation des gewählten Referenzreizes, sondern auch die Zeit von dieser Fixation bis zum Tastendruck länger als bei einer Perseveration. Mit Experiment 3 wurde die Dynamik der Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen während Perseveration und Wechsel untersucht. Wie in den vorangehenden Experimenten enthielt jeder Einzelreiz verschiedene Ausprägungen einzelner Merkmalsdimensionen. Im Gegensatz zu den vorangehenden Experimenten wurden den Einzelreizen drei weitere Merkmalsdimensionen hinzugefügt, so dass jeder Einzelreiz sechs Merkmalsausprägungen auf verschiedenen Merkmalsdimensionen enthielt. Gleichzeitig wurden die Versuchspersonen instruiert, innerhalb welcher von zwei zuvor definierten Klassen von relevanten Merkmalsdimensionen die Übereinstimmung zwischen Target und Referenzreiz in einer Abfolge von Versuchsdurchgängen gesucht werden sollte. Je nach Instruktion sollte entweder auf Merkmale der Klasse Symbole (Form, Farbe, Anzahl) oder auf Merkmale der Klasse Hintergrund (Textur, Ecke, Balken) reagiert werden. Neben der Replikation der Ergebnisse in Bezug auf die Wechselkosten (Experiment 1) und die damit einhergehenden Unterschiede in der aktiven visuellen Verarbeitung (Experiment 2) zeigte sich ferner, dass der Moment des Wechsels einer Merkmalsdimension durch eine geringere Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen charakterisiert war als eine Wiederholung. Dies war insbesondere dann der Fall, wenn die irrelevanten Reizmerkmale, die intentional ausgeblendet werden sollten, der leichten, d.h. einfach zu verarbeitenden Klasse von Merkmalsdimensionen (Symbole) angehörten. Dabei waren die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Hintergrund fast doppelt so lange wie die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Symbole. Neben den Reaktionszeiten wurde auch die aktive visuelle Verarbeitung durch die unterschiedliche Dynamik von Aufrechterhaltung und Abschirmung bei Perseveration und Wechsel beeinflusst, was sich u.a. darin zeigte, dass die irrelevanten Reize während eines Wechsels verstärkt die Aufmerksamkeit auf sich lenkten und fixiert wurden. Die Ergebnisse der Experimente demonstrieren, dass die Verwendung eines Aufgabenwechselparadigmas mit zwei gleichzeitig richtigen Antwortalternativen einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse leisten kann, die den Wechseln zwischen Reizdimensionen bzw. Zuordnungsregeln zugrunde liegen. Die Analyse der Blickbewegungen erwies sich dabei als besonders nützlich, um die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Prozesse in ihrem Zeitverlauf aufzuklären. Die Ergebnisse der Experimente zeigen ferner, dass sich die Aufgabenträgheit im Sinne von persistierenden Aufmerksamkeitseinstellungen auch in Situationen widerspiegelt, in denen die Versuchspersonen zwischen zwei Reaktionsalternativen wählen können (in den Experimenten die Wahl der zuvor relevanten vs. nicht relevanten Merkmalsdimension). Weiterhin spiegeln die Ergebnisse zwei zentrale Organisationsprinzipien des kognitiven Systems wider. Zum einen wurde eine zuvor erfolgreiche Strategie (die zuvor relevante Übereinstimmungsdimension) in etwa 2/3 aller Durchgänge stabil erneut angewandt und zum anderen wurde in etwa 1/3 aller Durchgänge mit zwei Reaktionsalternativen flexibel auf eine zuvor nicht relevante Übereinstimmungsdimension gewechselt. Möglicherweise ist dieses Ungleichgewicht von Wechsel und Perseveration eine Art Kompromiss zwischen Stabilität/ exploitation und Flexibilität/ exploration. Es ist auch denkbar, dass diese gleichzeitig zu erfüllenden ‚Randbedingungen’ (constraints) kognitiver Kontrolle auch zu der unterschiedlichen Abschirmungsdynamik bei Perseveration und Wechsel führen, indem das System bei einem Wechsel anfälliger für Ablenkungen wird als bei einer Perseveration.

Background: Open reduction and internal fixation with a plate is deemed to represent the gold standard of surgical treatment for displaced intra-articular calcaneal fractures. Standard plate fixation is usually placed through an extended lateral approach with high risk for wound complications. Minimally invasive techniques might avoid wound complications but provide limited construct stability. Therefore, 2 different types of locking nails were developed to allow for minimally invasive technique with sufficient stability. The aim of this study was to quantify primary stability of minimally invasive calcaneal interlocking nail systems in comparison to a variable-angle interlocking plate. Material and Methods: After quantitative CT analysis, a standardized Sanders type IIB fracture model was created in 21 fresh-frozen cadavers. For osteosynthesis, 2 different interlocking nail systems (C-Nail; Medin, Nov. Město n. Moravě, Czech Republic; Calcanail; FH Orthopedics SAS; Heimsbrunn, France) as well as a polyaxial interlocking plate (Rimbus; Intercus GmbH; Rudolstadt, Germany) were used. Biomechanical testing consisted of a dynamic load sequence (preload 20 N, 1000 N up to 2500 N, stepwise increase of 100 N every 100 cycles, 0.5 mm/s) and a load to failure sequence (max. load 5000 N, 0.5 mm/s). Interfragmentary movement was detected via a 3-D optical measurement system. Boehler angle was measured after osteosynthesis and after failure occurred. Results: No significant difference regarding load to failure, stiffness, Boehler angle, or interfragmentary motion was found between the different fixation systems. A ignificant difference was found with the dynamic failure testing sequence where 87.5% of the Calcanail implants failed in contrast to 14% of the C-Nail group (P < .01) and 66% of the Rimbus plate. The highest load to failure was observed for the C-Nail. Boehler angle showed physiologic range with all implants before and after the biomechanical tests. Conclusion: Both minimally invasive interlocking nail systems displayed a high primary stability that was not inferior to an interlocking plate. Clinical relevance: Based on our results, both interlocking nails appear to represent a viable option for treating displaced intra-articular calcaneal fractures.

The constraint satisfaction problem (CSP) over a structure A with a finite relational signature, denoted by CSP(A), is the problem of deciding whether a given finite structure B with the same signature as A has a homomorphism to A. Using concepts and techniques from universal algebra, Bulatov and Zhuk proved independently that if A is finite, then the CSP over A is always in P or NP-complete. Following this result, it is a natural question to ask when and how this dichotomy can be generalized for infinite structures. The infinite-domain CSP dichotomy conjecture (originally formulated by Bodirsky and Pinsker [BPP14]) states that the same complexity dichotomy holds for first-order reducts of finitely bounded homogeneous structures. This conjecture has been solved for many special classes of structures. In this thesis we are developing new techniques involving canonical polymorphisms to attack this conjecture. Using these techniques we prove a new CSP dichotomy result, namely we show that the CSP over every finitely related ω-categorical monadically stable structure is in P or NP-complete.

Nanoskalige Multischichten besitzen attraktive physikalische Eigenschaften wie den Riesenmagnetwiderstand, die sehr sensibel von der Struktur der Grenzfläche und der Einzelschichtdicke abhängen. Mit Hilfe einer Wärmebehandlung wird versucht, den Riesenmagnetwiderstand der durch Sputtern abgeschiedenen Schichten zu erhöhen. In entmischenden System Co/Cu wird bei Einzelschichtdicken von 2nm eine Erhöhung des Riesenmagnetwiderstandes gemessen. Allerdings verringert sich der Widerstand bei höheren Temperaturen drastisch. Die Verringerung wird begleitet von einem Zerfall der Schichtstruktur. Diese Arbeit untersucht die thermische Stabilität und morphologische Entwicklung nanoskaliger Multischichten mit binären nichtmischbaren Komponenten während der Wärmebehandlung mit Hilfe der Monte-Carlo-Methode und im Rahmen der Cahn-Hilliard-Theorie. Es wird gezeigt, dass bei einer Wärmebehandlung abgeschiedener Schichten die chemische Unschärfe der Phasengrenzfläche verringert werden kann. Bei der Wärmebehandlung bildet sich abhängig von der Temperatur eine morphologische Rauigkeit an der Phasengrenzfläche. Oberhalb einer kritische Temperatur findet ein Rauigkeitsübergang statt, bei der langwellige Rauigkeiten mit ständig wachsender Amplitude entstehen. Die Überlappung der Undulationen der morphologischen Rauigkeit von Unter- und Oberseite einer dünnen Schicht wurde als ein Mechanismus für die Bildung von Schichtdurchbrüchen identifiziert. In polykristallinen Schichten verursachen Korngrenzen thermische Instabilitäten der Multischicht. &amp;quot;Grain boundary grooving&amp;quot; wird als ein Mechanismus für die Bildung eines Schichtdurchbruchs an Korngrenzen vorgeschlagen. Durchbrochen Schichten ziehen sich getrieben durch Kapillarkräfte zurück. An den Endstellen bilden sich Wulste aus. Je nach Schichtdickenverhältnissesn kommt es zu einer Verschmelzung mit benachbarten Schichten gleicher Phase. Die ursprüngliche Schichtstruktur wird zerstört.

Die Biomechanik der kaninen Lendenwirbelsäule wird durch die Durchführung von Partiellen Lateralen Korpektomien beeinflusst, so dass die Range of Motion bei Extension und Flexion sowie bei links- und rechtslateraler Biegung signifikant zunimmt. Werden in vitro an kaninen Lendenwirbelsäulensegmenten zwei Partielle Laterale Korpektomien an unmittelbar benachbarten Zwischenwirbelspalten durchgeführt, so hat die zweite Partielle Laterale Korpektomie bei einem Großteil der untersuchten Wirbelsäulensegmente einen kleineren Einfluss auf die Range of Motion als die erste Partielle Laterale Korpektomie.:1. Einleitung 1 2. Literaturübersicht 2 2.1 Bandscheibenvorfälle in der Tiermedizin 2 2.2 Die Bandscheibe 3 2.2.1 Anulus fibrosus 3 2.2.2 Nucleus pulposus 4 2.2.3 Endplatten 4 2.3 Diskopathie 4 2.3.1 Ein Überblick 4 2.3.2 Hansen Typ I Diskopathie – Extrusion des Nucleus pulposus 5 2.3.3 Hansen Typ II Diskopathie – Protrusion des Anulus fibrosus 6 2.3.4 Akute, nicht kompressive Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.5 Akute, kompressive Hydrated Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.6 Schmorl Knoten 7 2.4 Operationsmethoden an der Brust- und Lendenwirbelsäule des Hundes 7 2.4.1 Hemilaminektomie 7 2.4.2 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 8 2.4.3 Foraminotomie 8 2.4.4 Dorsale Laminektomie 8 2.4.5 Partielle Laterale Korpektomie 9 2.4.5.1 Operationstechnik und Slot-Morphometrie bei der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 9 2.4.5.2 Ziele und Risiken der Partiellen Lateralen Korpektomie 11 2.4.5.3 Prognostische Faktoren und Outcome nach der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 13 2.5 Biomechanik der Wirbelsäule nach chirurgischen Eingriffen 15 2.5.1 Ventral Slot 16 2.5.2 Hemilaminektomie 19 2.5.3 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 21 2.5.4 Dorsale Laminektomie 22 2.5.5 Partielle Laterale Korpektomie 23 3. Tiere, Material und Methoden 27 3.1 Arbeitshypothese 27 3.2 Patientengut 27 3.3 Präparation der Lendenwirbelsäulen 28 3.4 Einbettung der präparierten Lendenwirbelsäulen 29 3.5 Biomechanische Messung 32 3.5.1 Der Wirbelsäulenprüfstand 32 3.5.2 Nicht destruktive Tests 33 3.5.2.1 Testreihe 1: Biomechanische Messungen an den nativen Wirbelsäulensegmenten (ohne gefräste Partielle Laterale Korpektomie) 34 3.5.2.1.1 Extension und Flexion 34 3.5.2.1.2 Links- und rechtslaterale Biegung 34 3.5.2.1.3 Torsion nach links und rechts 35 3.5.2.2 Testreihe 2: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit einer Partiellen Lateralen Korpektomie zwischen L2 und L3 von rechts 35 3.5.2.3 Testreihe 3: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit zwei Partiellen Lateralen Korpektomien zwischen L2 und L3 sowie L3 und L4 von rechts 36 3.5.3 Destruktive Tests - Versagenstests 37 3.6 Postoperative Computertomographie 37 3.7 Statistische Auswertung 37 4. Ergebnisse 38 4.1 Nicht destruktive Tests 38 4.1.1 Gesamt-Range of Motion 38 4.1.2 Gegenüberstellung der Teil-Ranges of Motion: Extension vs. Flexion, linkslaterale Biegung vs. rechtslaterale Biegung und Torsion nach links vs. Torsion nach rechts 47 4.2 Einfluss der biomechanischen Testung auf die Range of Motion der Wirbelsäulensegmente 51 4.3 Destruktive Tests - Versagenstest 52 5. Diskussion 53 5.1 Hauptaussagen 53 5.1.1 Nicht destruktive Tests 53 5.1.1.1 Gesamt-Range of Motion 53 5.1.1.2 Teil-Ranges of Motion 55 5.1.2 Destruktive Tests - Versagenstests 56 5.2 Biomechanik der kaninen Lendenwirbelsäule nach Partiellen Lateralen Korpektomien – Ein Studienvergleich 57 5.3 Limitationen der Studie 61 5.4 Spinale Instabilität 65 5.5 Klinische Relevanz der Studienergebnisse und Schlussfolgerungen 69 6. Zusammenfassung 71 7. Summary 73 8. Literaturverzeichnis 75 9. Abbildungsverzeichnis 90 10. Tabellenverzeichnis 93 11. Finanzielle Förderung und Veröffentlichung der Studienergebnisse 94 12. Danksagung 95 / Einleitung Ziel neurochirurgischer Eingriffe zur Versorgung von Bandscheibenvorfällen ist es, das Rückenmark bei nur geringgradiger Manipulation möglichst vollständig zu dekomprimieren. Bei thorakolumbalen chronischen Bandscheibenvorfällen mit ventraler Myelokompression findet die Partielle Laterale Korpektomie ihren Einsatz. Bei dieser Operationsmethode wird das Rückenmark durch Einfräsen eines Spaltes (Slots) im Bereich der betroffenen Bandscheibe und ihrer benachbarten Wirbelkörper untertunnelt. Im Rahmen verschiedener biomechanischer Studien konnte nachgewiesen werden, dass die Partielle Laterale Korpektomie zu einer Verminderung der Wirbelsäulenstabilität führt. Deswegen wurde in der Literatur bisher davon abgeraten, multiple Partielle Laterale Korpektomien durchzuführen. Gelegentlich ist es aufgrund der Lähmung eines Patienten infolge einer Myelokompression durch mehrere Bandscheibenvorfälle jedoch notwendig, multiple Partielle Laterale Korpektomien anzuwenden. Ziele der Untersuchungen In dieser Studie sollten die biomechanischen Konsequenzen von einer und einer zusätzlichen zweiten Partiellen Lateralen Korpektomie auf ein kanines Lendenwirbelsäulensegment evaluiert werden, um Schlüsse hinsichtlich der Durchführbarkeit multipler Partieller Lateraler Korpektomien bei Hunden ziehen zu können. Tiere, Material und Methoden Im Rahmen dieser Kadaverstudie wurden 11 kanine Lendenwirbelsäulensegmente (bestehend jeweils aus dem ersten bis fünften Lendenwirbel) untersucht. Nach Entfernung der paraspinalen Muskulatur und Einbettung der Wirbelsäulensegmente an ihren kranialen und kaudalen Enden in eine Halterung aus Gießharz und Metallringen wurde mithilfe eines eigens entwickelten Wirbelsäulenprüfstandes die Range of Motion bei Extension und Flexion, links- und rechtslateraler Biegung sowie Torsion nach links und rechts unter Anlegung eines Drehmoments von 2 Nm in drei verschiedenen Testreihen getestet. Während einer ersten Testreihe wurden alle Wirbelsäulensegmente in nativem Zustand untersucht. Für eine zweite Testreihe wurde eine Partielle Laterale Korpektomie zwischen dem zweiten und dritten Lendenwirbel von rechts eingefügt. Vor der dritten Testreihe wurde eine zweite Partielle Laterale Korpektomie zwischen dem dritten und vierten Lendenwirbel von rechts eingefügt. Eine Testreihe bestand aus jeweils 10 Bewegungszyklen, von denen die ersten fünf Bewegungszyklen zur Präkonditionierung des Gewebes und die darauffolgenden fünf für die statistische Auswertung genutzt wurden. Die entstandenen Messwerte wurden aggregiert und aufbereitet. Die weitere statistische Auswertung erfolgte unter Durchführung des Friedman- und Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Tests. Ergebnisse Sowohl bei Extension und Flexion als auch bei links- und rechtslateraler Biegung konnte im Vergleich zu den nativen Wirbelsäulensegmenten nach der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie eine signifikante Zunahme der Range of Motion um einen Mittelwert von 22,6 % (Standardabweichung (SD) 16,1 %), bzw. 9,2 % (SD 7,4 %) festgestellt werden. Auch der Zuwachs der Range of Motion nach einer weiteren Partiellen Lateralen Korpektomie war für diese beiden Bewegungsrichtungen signifikant und betrug einen Mittelwert von weiteren 7,8 % (SD 14 %) bei Extension und Flexion sowie weiteren 6,1 % (SD 6,2 %) bei links- und rechtslateraler Biegung. Die Range of Motion nahm über die drei Testreihen hinweg nicht linear zu; so resultierte die größere Zunahme der Range of Motion bei einem Großteil der Wirbelsäulensegmente aus der Durchführung der ersten Partiellen Lateralen Korpektomie. Diese Tendenz konnte jedoch nicht als signifikant identifiziert werden. Die Range of Motion bei Torsion nach links und rechts nahm über die drei Testreihen hinweg nicht signifikant zu. Schlussfolgerungen In der vorliegenden Studie konnte nachgewiesen werden, dass jede Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie an einem kaninen Lendenwirbelsäulensegment mit zwei Zwischenwirbelspalten zu einer signifikanten Zunahme der Range of Motion bei Extension und Flexion sowie links- und rechtslateraler Biegung führt. Die Zunahme der Range of Motion ist Zeichen einer Verminderung der Stabilität der Wirbelsäulensegmente. Die Reduktion der spinalen Stabilität nimmt jedoch nicht mit jedem Einbringen einer weiteren Partiellen Korpektomie und denselben Faktor zu, sondern die zweite Partielle Laterale Korpektomie scheint einen kleineren destabilisierenden Effekt auf die Lendenwirbelsäulensegmente zu haben als die erste. Aufgrund dessen und da ein positives klinisches Outcome nach der Durchführung multipler Partieller Lateraler Korpektomien in vivo bereits in mehreren Studien gezeigt werden konnte, kann die Durchführung multipler Partieller Lateraler Korpektomien dennoch empfohlen werden.:1. Einleitung 1 2. Literaturübersicht 2 2.1 Bandscheibenvorfälle in der Tiermedizin 2 2.2 Die Bandscheibe 3 2.2.1 Anulus fibrosus 3 2.2.2 Nucleus pulposus 4 2.2.3 Endplatten 4 2.3 Diskopathie 4 2.3.1 Ein Überblick 4 2.3.2 Hansen Typ I Diskopathie – Extrusion des Nucleus pulposus 5 2.3.3 Hansen Typ II Diskopathie – Protrusion des Anulus fibrosus 6 2.3.4 Akute, nicht kompressive Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.5 Akute, kompressive Hydrated Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.6 Schmorl Knoten 7 2.4 Operationsmethoden an der Brust- und Lendenwirbelsäule des Hundes 7 2.4.1 Hemilaminektomie 7 2.4.2 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 8 2.4.3 Foraminotomie 8 2.4.4 Dorsale Laminektomie 8 2.4.5 Partielle Laterale Korpektomie 9 2.4.5.1 Operationstechnik und Slot-Morphometrie bei der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 9 2.4.5.2 Ziele und Risiken der Partiellen Lateralen Korpektomie 11 2.4.5.3 Prognostische Faktoren und Outcome nach der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 13 2.5 Biomechanik der Wirbelsäule nach chirurgischen Eingriffen 15 2.5.1 Ventral Slot 16 2.5.2 Hemilaminektomie 19 2.5.3 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 21 2.5.4 Dorsale Laminektomie 22 2.5.5 Partielle Laterale Korpektomie 23 3. Tiere, Material und Methoden 27 3.1 Arbeitshypothese 27 3.2 Patientengut 27 3.3 Präparation der Lendenwirbelsäulen 28 3.4 Einbettung der präparierten Lendenwirbelsäulen 29 3.5 Biomechanische Messung 32 3.5.1 Der Wirbelsäulenprüfstand 32 3.5.2 Nicht destruktive Tests 33 3.5.2.1 Testreihe 1: Biomechanische Messungen an den nativen Wirbelsäulensegmenten (ohne gefräste Partielle Laterale Korpektomie) 34 3.5.2.1.1 Extension und Flexion 34 3.5.2.1.2 Links- und rechtslaterale Biegung 34 3.5.2.1.3 Torsion nach links und rechts 35 3.5.2.2 Testreihe 2: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit einer Partiellen Lateralen Korpektomie zwischen L2 und L3 von rechts 35 3.5.2.3 Testreihe 3: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit zwei Partiellen Lateralen Korpektomien zwischen L2 und L3 sowie L3 und L4 von rechts 36 3.5.3 Destruktive Tests - Versagenstests 37 3.6 Postoperative Computertomographie 37 3.7 Statistische Auswertung 37 4. Ergebnisse 38 4.1 Nicht destruktive Tests 38 4.1.1 Gesamt-Range of Motion 38 4.1.2 Gegenüberstellung der Teil-Ranges of Motion: Extension vs. Flexion, linkslaterale Biegung vs. rechtslaterale Biegung und Torsion nach links vs. Torsion nach rechts 47 4.2 Einfluss der biomechanischen Testung auf die Range of Motion der Wirbelsäulensegmente 51 4.3 Destruktive Tests - Versagenstest 52 5. Diskussion 53 5.1 Hauptaussagen 53 5.1.1 Nicht destruktive Tests 53 5.1.1.1 Gesamt-Range of Motion 53 5.1.1.2 Teil-Ranges of Motion 55 5.1.2 Destruktive Tests - Versagenstests 56 5.2 Biomechanik der kaninen Lendenwirbelsäule nach Partiellen Lateralen Korpektomien – Ein Studienvergleich 57 5.3 Limitationen der Studie 61 5.4 Spinale Instabilität 65 5.5 Klinische Relevanz der Studienergebnisse und Schlussfolgerungen 69 6. Zusammenfassung 71 7. Summary 73 8. Literaturverzeichnis 75 9. Abbildungsverzeichnis 90 10. Tabellenverzeichnis 93 11. Finanzielle Förderung und Veröffentlichung der Studienergebnisse 94 12. Danksagung 95

Primary cilia are sensory organelles on many postmitotic cells. The ciliary membrane is continuous with the plasma membrane but differs in its phospholipid composition with phosphatidylinositol 4,5-bisposphate (PIP₂) being much reduced toward the ciliary tip. In order to determine the functional significance of this difference, we used chemically induced protein dimerization to rapidly synthesize or degrade PIP₂ selectively in the ciliary membrane. We observed ciliary fission when PIP₂ was synthesized and a growing ciliary length when PIP₂ was degraded. Ciliary fission required local actin polymerisation in the cilium, the Rho kinase Rac, aurora kinase A (AurkA) and histone deacetylase 6 (HDAC6). This pathway was previously described for ciliary disassembly before cell cycle re-entry. Activating ciliary receptors in the presence of dominant negative dynamin also increased ciliary PIP₂, and the associated vesicle budding required ciliary PIP₂. Finally, ciliary shortening resulting from constitutively increased ciliary PIP₂ was mediated by the same actin – AurkA – HDAC6 pathway. Taken together, changes in ciliary PIP₂ are a unifying point for ciliary membrane stability and turnover. Different stimuli increase ciliary PIP₂ to secrete vesicles and reduce ciliary length by a common pathway. The paucity of PIP₂ in the distal cilium therefore ensures ciliary stability.