The conversion of the native monomeric cellular prion protein (PrPC) into an aggregated pathological β-oligomeric (PrPβ) and an infectious form (PrPSc) is the central element in the development of prion diseases. The structure of the aggregates and the molecular mechanisms of the conformational change involved in this conversion are still unknown. My research hypothesis was that a specific structural rearrangement of normal PrPC monomers leads to the formation of new inter-subunit interaction interfaces in the prion aggregates, leading to aggregation. My approach was to use constraints obtained by structural proteomic methods to create a 3D model of urea-acid induced recombinant prion oligomers (PrPβ). My hypothesis was that this model would explain the mechanism of the conformational change involved in the conversion, the early formation of the β-structure nucleation site, and would describe the mode of assembly of the subunits within the oligomer. I applied a combination of limited proteolysis, surface modification, chemical crosslinking and hydrogen/deuterium exchange (HDX) with mass spectrometry for the differential characterization of the native and the urea-acid converted prion β-oligomer structures to get an insight into the mechanism of the conversion and aggregation. Using HDX, I detected a region of the protein in which backbone amides become more protected from exchange in PrPβ compared to PrPC. In order to obtain the inter-residue distance constraints to guide the assembly of the oligomer model, I then applied zero-length and short-range crosslinking to an equimolar mixture of 14N/15N-metabolically labeled β-oligomer thereby enabling the classification of the crosslinks as either intra-protein or inter-protein. Working with the Dokholyan group at the University of North Carolina at Chapel Hill, I was able to assemble a structure of the β-oligomer based on the combination of constraints obtained from all methods. By comparing the structures before and after the conversion, I was able to deduce the conformational change, that occurs during the conversion as the rearrangement and disassembly of the beta sheet 1– helix 1 – beta sheet 2 (β1-H1-β2) region from the helix 2 – helix 3 (H2-H3) core, forming new β-sheet nucleation site and resulting in the exposure of hydrophobic residues patches leading to formation of inter-protein contacts within aggregates. / Graduate / 2018-06-14

Magister Scientiae - MSc / Energy is one of the basic needs of human beings and is extremely crucial for continued development of human life. Our work, leisure and our economic, social and physical welfare all depend on the sufficient, uninterrupted supply of energy. Therefore, it is essential to provide adequate and affordable energy for improving human welfare and raising living standards. Global concern over environmental climate change linked to fossil fuel consumption has increased pressure to generate power from renewable sources [1]. Although substantial advances in renewable energy technologies have been made, significant challenges remain in developing integrated renewable energy systems due primarily to mismatch between load demand and source capabilities [2]. The output from renewable energy sources such as photo-voltaic, wind, tidal, and micro-hydro fluctuate on an hourly, daily, and seasonal basis. As a result, these devices are not well suited for directly powering loads that require a uniform and uninterrupted supply of input energy. / South Africa

Le développement de méthodologies permettant de fonctionnaliser aisément les surfaces est un domaine en plein essor. Nous avons synthétisé et caractérisé de nouveaux complexes de cuivre(II)-carboxylates hautement fluorophiles qui ont été utilisés pour modifier des surfaces. Ces complexes possèdent à l'état solide une très grande affinité pour l'eau, l'hydratation induisant un changement radical des propriétés magnétiques du solide. Ces complexes fluorophiles s'adsorbent très fortement sur le Téflon ou sur le verre pour conduire à des surfaces hydrophiles et coordinantes. En utilisant la chimie de coordination, les surfaces ont ensuite été fonctionnalisées. Des monocouches et des couches minces de porphyrines ont été obtenues sur le verre et sur le téflon puis caractérisées, notamment grâce à leurs propriétés optiques. / The development of methodologies to easily functionalize surfaces is a fast growing field. We have synthesized and characterized new highly fluorophilic copper(II)-carboxylate complexes that have been employed to modify surfaces. In the solid state, these complexes exhibit a high affinity for water, the hydration process inducing dramatic modifications of their magnetic properties. These fluorophilic complexes are strongly adsorbed on teflon or glass to afford hydrophilic and coordinating surfaces. Using coordination chemistry, the surfaces can than be functionalized. Porphyrins monolayers and thin layers have been prepared on glass and teflon and characterized, in particular by their optical properties.

This diploma thesis deals with the optimalization of synthesis of gold nanoparticles and their surface modification allowing their use as contrast agents for in vivo imaging by CT. Gold nanoparticles were prepared by the Turkevich method and characterized by TEM, DLS, MADLS and UV -Vis. Their surface was functionalized with polyethylene glycol containing a thiol group forming a bond with the Au atoms in the surface of gold nanoparticles. The terminal end of the polymer was methylated or containing an aminooxy group forming an orthogonal bond with hyaluronic acid using click-chemistry. The eligibility for in vivo application of the prepared nanoparticles was verified with stability and cytotoxicity tests. The nanoparticles modified by methylated polyethyleneglycol were injected intravenously into a mouse and their application potential as contrast agents were verified by CT.

This thesis is focused on the description of the method of reactive sputtering of thin films. Currently, there are many ways how to create thin films and there are many applications of thin films in various industrial sectors. In this paper at the first are listed the issue of thin films, followed by an overview of the deposition techniques and of the chemical analysis of deposited thin films. It also describes the four-point measurement method of sheet resistance, mechanical test of adhesion and optical properties. At the end of the theoretical part are described the material composition of the deposited films. The goal of the practical part is to optimize the deposition process of the mixed layer of indium tin oxide (In2O3: SnO2) and contribute to the overall understanding of the influence of annealing on the layer. There were created six series of samples with that applied layers. First, the work focused on examining of the influence of annealing on the throughput in the whole measuring range, and then comparing the series due to the transmittance in the visible light spectrum. Furthermore were compared the value of sheet resistance of unannealed and subsequently annealed samples.

Die Oberflächenmodifizierung mittels Plasma bei Atmosphärendruck ist eine bekannte und etablierte Technologie. Sie gewinnt aktuell aufgrund der rasant wachsenden Markt- und Entwicklungsnachfrage im Automotive- und Luftfahrttechnikbereich mit deren hohen Anforderungen an Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Leichtbau-Komposite immer mehr an Bedeutung. Forderungen, die oftmals an die eingesetzten Plasmaquellen gestellt werden, sind (a) die Behandlungsmöglichkeit großer Oberflächen bei (b) gleichzeitig variierenden Arbeitsabständen von einigen Zentimetern für die Bearbeitung fertiger Bauteilgruppen, (c) die Einsatzmöglichkeit verschiedenster Prozessgase für die Erzeugung einer Vielzahl von spezifischen funktionellen Oberflächengruppen sowie (d) die Integration der Plasmaquelle in die Prozesskette z. B. in Form der Installation an einem Roboterarm. Diese Anforderungen werden derzeit nur durch die LARGE-Plasmaquelle (Long Arc Generator), eine lineare Gleichspannungslichtbogen-Plasmaquelle, erfüllt. Mit ihr sind Flächen auf einer Breite bis zu 350 mm bei Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 100 m min-1 bearbeitbar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Einsatzgebiete der LARGE-Plasmatechnologie aufzuzeigen und sie zur Industriereife für großflächige Oberflächenmodifizierungen zu entwickeln. Dazu erfolgte eine Optimierung und Weiterentwicklung der Plasmaquelle, konkret dem Elektroden- und Gasverteilerdesign sowie der Stromversorgung. So wurde dem Stromgenerator erstmalig ein PPS-Modul (Puls-Power-Supply-Modul) zur Reglung des Stromes zugeschaltet. Mit diesem wird der Lichtbogenstrom in eine hochfrequente 20 kHz-Schwingung versetzt. Der Strom schwankt dadurch um eine Amplitude von ± 5 – 20 A. Das verhindert ein Festbrennen des Lichtbogenfußpunktes auf der Elektrode und führt so zur Stabilisierung des Lichtbogens. Durch die Plasmaquellenoptimierung und –weiterentwicklung konnte der Argonanteil vollständig reduziert und erstmals 100 % Druckluft als Plasmagas verwendet werden. Um das Potenzial der LARGE-Plasmaquelle für die großflächige Oberflächenmodifizierung zu demonstrieren, wurden vier konkrete Anwendungen aus der Industrie ausgewählt. So wurden zum einen zwei Beispiele aus der Luftfahrttechnik zum strukturellen Kleben mit epoxidharzbasiertem Klebstoffsystem betrachtet und systematisch untersucht: die SiO2-Schichtabscheidung zur Verbesserung der Haftung der Titanlegierungen Ti-6Al-4V und Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al und die Plasmabehandlung von CFK zur Umwandlung von silikonbasierten Trennmittelrückständen zur Verbesserung der Adhäsion beim Kleben. Es konnte gezeigt werden, dass mit der LARGE-Plasmatechnologie zwei Materialgruppen erfolgreich plasmabehandelt werden können. Damit ist sie derzeit das einzige Plasmaverfahren bei Atmosphärendruck, mit dem SiO2-Haftvermittlerschichten auf Titanlegierungen sowie eine Trennmittelmodifizierung auf CFK-Oberflächen mit einem variablen Arbeitsbereich von 2 - 6 cm erfolgreich abgeschieden bzw. umgewandelt werden können. Zum anderen wurden zwei Beispiele aus dem Automotivbereich untersucht und der erfolgreiche Einsatz der LARGE-Plasmatechnologie demonstriert: die Plasmafunktionalisierung von Polypropylen zur Verbesserung der Adhäsion von wasserbasierten Lacken sowie die Plasmafeinreinigung und Entfettung von Aluminium. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Arbeit zur großflächigen Atmosphärendruck-Oberflächenmodifizierung wurde ein Mobiler LARGE für den Einsatz vor Ort aufgebaut. Mit ihm wird die Marktreife und Konkurrenzfähigkeit dieser Plasmaquelle demonstriert.

Textiles ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) besitzt, aufgrund seiner außerordentlich hohen Molmasse und einem kristallinen Anteil von mehr als 80 %, exzellente spezifische Reißfestigkeiten sowie sehr gute Beständigkeiten gegenüber biologischen, chemischen und physikalischen Einflüssen, wodurch es sich für den Einsatz in Schutztextilien, als textiler Träger für funktionelle Partikel, zur Faserverstärkung in Kunststoffen für hochbelastbare Bauteile und auch zur Herstellung hochwertiger, technischer Textilmembranen anbietet. Voraussetzung für diese Applikationen ist ein hohes Wechselwirkungsvermögen der Fasergrenzflächen. Im Rahmen dieser Dissertationsschrift wurden systematisch die Möglichkeiten zur Oberflächenaktivierung von textilem UHMWPE mittels Atmosphärendruckplasma (ADP) untersucht und Eigenschafts-Wirkungsbeziehungen verschiedener Einflussparameter, u. a. Plasmaleistung, Elektrodenabstand, Behandlungsintensität, aufgeklärt. Dabei lag ein besonderes Augenmerk auf den textilen Eigenheiten des Materials und der dadurch stark beeinflussten Durchdringung des Plasmas. Entsprechend wurden umfangreiche Messreihen zu chemischen und physikalischen Veränderungen der Faseroberfläche erstellt, um schließlich eine industrielle Nutzbarkeit der ADP-Behandlung ableiten zu können. Hierzu wurden auch zwei weitere Verfahren vergleichend begutachtet und in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. eine mögliche Anwendung aktivierter UMHWPE-Garne als Träger für magnetisierbare Nanopartikel betrachtet.

Diese Arbeit liefert die Grundlage für intelligente Beschichtungen aus kovalent gebundenen Polymeren, sogenannten Polymerbürsten, mit Schichtdicken von wenigen Nanometern. Durch ihre Fähigkeit die Oberflächeneigenschaften je nach Umgebungstemperatur, pH Wert und Zusammensetzung zu ändern, kann die Adsorption von Biomolekülen auf eine einzigartige Art und Weise kontrolliert und reguliert werden. Die zusätzliche Modifizierung der Polymerbürsten mit Elektronenstrahlen ermöglicht die Generierung von Gradienten und erweitert die Anwendungsmöglichkeiten in vielfältigen Bereichen der interdisziplinären Forschung, wie z.B. in Hinblick auf das Lab-on-Chip Design oder die Biomedizin. / Polymer brushes represent sensitive coatings with thicknesses of few nanometres and are interesting for interdisciplinary scientific research, e.g. for intelligent lab-on-chip design or biotechnology. It is demonstrated in this work, that polymer brushes are able to change their surface properties depending on the ambient conditions like solvent quality, temperature or pH value. This sensitivity highly influenced the adsorption of bio molecules. Especially mixed polymer brushes enabled the tuning of the adsorbed amount of various proteins and cells. To create surface gradients or structures in the different polymer brush surfaces, controlled electron beam modification was applied.

L’enrobage à sec par action mécanique permet de formuler des particules composites dont les fonctionnalités et les propriétés physiques, comme l’écoulement, sont améliorées et cela sans l’ajout de solvant ou de liant. Actuellement la plupart des procédés d’enrobage à sec sont conduits en mode discontinu. L’objectif de ce travail est donc de développer et d’étudier une opération d’enrobage à sec par un procédé continu innovant, une extrudeuse bi-vis corotative sans filière, constituant une rupture technologique dans son domaine. Dans le cadre de ce travail, des sphères de cellulose microcristalline, appelées particules hôtes sont enrobées avec soit des talcs de différentes granulométries soit du stéarate de magnésium, nommées particules invitées. Dans un premier temps, le comportement des particules hôtes est étudié dans le procédé. Les particules sorties du procédé sont analysées par microscopie électronique à balayage, par granulométrie laser et par voluménométrie. Pour la configuration de vis présentant que des éléments de transport, la vitesse de rotation des vis (25 à 200 rpm) et le débit d’alimentation (0,5 à 2 kg/h) choisis influencent le taux de remplissage dans le fourreau, et pour un taux supérieur à environ 14 % : la quantité de particules endommagées est négligeable. Un taux de remplissage faible favorise les frictions particules-particules ou particules-métal au niveau de l’entrefer. L’ajout de zones de mélanges dans la configuration des vis accentue ce phénomène de brisure par l’augmentation des contraintes de cisaillement. Par ailleurs, des masses retenues de la poudre dans le fourreau évoluent linéairement en fonction de la masse de poudre transportée en un tour de vis pour différentes configurations de vis. Ces relations laissent penser à l’existence d’un volume mort. Les mesures de distribution de temps de séjour mettent en évidence par l’application d’un modèle d’association de réacteurs idéaux, la présence d’écoulement piston et d’un volume mort. Dans un second temps, la faisabilité d’une opération d’enrobage à sec par le procédé étudié est analysée. Une couche d’enrobage continu de talc modifiant le comportement hydrophile des particules hôtes, est obtenue pour une vitesse de rotation de vis de 50 rpm et une configuration de vis cisaillante. Le type de particules invitées influence la morphologie de la couche d’enrobage : de type film avec le stéarate de magnésium et de type discret avec le talc micronisé. Néanmoins les propriétés de taille, d’écoulement, de compressibilité des particules composites sont semblables à celle des particules hôtes, seule la propriété de mouillabilité est modifiée. La présence de stéarate de magnésium diminue le temps de séjour des particules dans le procédé grâce à son caractère lubrifiant. / Dry particle coating with mechanical action allows the production of composite particles whose functionalities and physical properties, such as flowability, are improved thanks to the absence of solvent or binder. Currently, most of dry particle coating processes are carried out in a discontinous mode. The objective of this work is thus to develop and study a dry particle coating operation with a continuous innovative process, twin screw co-rotating extruder without die, constituting a technological rupture in this application field. For this, spherical particles of microcristalline cellulose, as host particles, are coated with either talc particles of two sizes or magnesium stearate particles (MgSt), as guest particles. Firstly, the host particles behaviour is studied in the process. The exiting particles are analyzed by scanning electronic microscopy, laser granulometry and tapping test. Regarding the transport configuration, the chosen screw speed (between 25 an 200 rpm) and the feed rate (between 0.5 and 2 kg/h) have an important influence on the filling level in the barrel. For a filling level superior to approximatly 14 %, the quantity of broken particles is not significant. A low filling level facilitates the particle-particle or particle-metal friction in the barrel gap. When more mixing zones are added to the screw configuration, the shear stresses increase and, therefore, the breakage particle phenomenon becomes more prominent. Futhermore, the retained powder mass increases linearly when the transported mass in one screw turn increases for all the screw configurations. These evolutions suggest the existence of a dead volume. The residence time distribution mesurements highlight, thanks to the application of flowing model, the presence of plug-flow and a dead volume. Secondly, the feasibility of using the process for dry particle coating is analyzed. A continuous coating layer of talc modifiying the hydrophilic behaviour of the host particles is obtained for a low screw rotation speed (50 rpm) and a screw configuration with one mixing zone. The type of guest particles influence the morphology of the coating layer: film layer with the MgSt particles and discontinous layer with the micronized talc. However, size, flow and compressibility of the coated particles are similar to the ones of the initial host particles, only the wettability properties are modified. The presence of MgSt decreases the particle mean residence time in the process thanks to its lubricant action.

The increasing awareness of sustainability motivates the development of building materials from renewable resources. The requirements of wood-based products with improved durability, for example, an enhanced liquid repellence, is still a challenge. The aim of this thesis is to develop and study concepts to functionalize wood surfaces to obtain superhydrophobicity or superamphiphobicity, i.e. extreme liquid repellence of both water and oils. Birch and acetylated birch veneer samples were surface-modified by hydrophobized silicone nanofilaments. Specifically, birch samples surface-modified by fluorinated silicone nanofilaments (F-SMB) showed superamphiphobicity, which repelled water, ethylene glycol and hexadecane with static contact angles greater than 150° and roll-off angles lower than 10°. Birch and acetylated birch samples surface-modified by non-fluorinated silicone nanofilaments (SMB and SMAB) showed superhydrophobicity with static contact angles greater than 160° towards water, even for samples prepared using the shortest silicone nanofilaments reaction time of 1 h. In liquid uptake measurements submerging the F-SMB in water, ethylene glycol and hexadecane, a superamphiphobic plastron effect was observed which indicates that the wood surface was in Cassie-Baxter state. The plastron reduced the liquid uptake rate and extent depending on the interactions (diffusion and solubility) between the liquid and the silicone nanofilaments. The F-SMB showed good self-cleaning properties towards water and hexadecane. In multicycle Wilhelmy plate measurements, the SMB showed a lower water uptake than that of the acetylated samples, while the SMAB showed the lowest water uptake, i.e. a pronounced increased water resistance, due to a combined effect of acetylation and surface modification. In addition, the SMB exhibited more color change than the SMAB, which was caused by the release of hydrochloric acid during the surface modification process. / Den ökande medvetenheten kring hållbarsamhällsutvecklingmotiverarutveckling avbyggmaterial från förnybara resurser. Kraven på träbaserade produkter med förbättrad beständighet, exempelvisennödvändig vätskeavvisandeförmåga, är fortfarande en utmaning.Syftet med dennaavhandling äratt utveckla och studera koncept för attfunktionalisera träytorför att uppnåsuperhydrofobicitet ochsuperamfifobicitet, dvs en extrem vätskerepellerande egenskap för både vatten och oljor.Björk-och acetyleradebjörkfanérproverytmodifierades med hydrofobiserad silikon-nanofilament. Specifikt visade björk ytmodifierademedfluorerade silikon-nanofilament (F-SMB) superamfifobicitet, som repelleradevatten, etylenglykol och hexadekan med kontaktvinklar större än 150° och avrullningsvinklar lägre än 10°. Björk-och acetyleradebjörkproverytmodifierademedicke-fluorerade silikon-nanofilament (SMB och SMAB) visade superhydrofobicitet med kontaktvinklar större än 160° förvatten, även förprover framställda medkortast reaktionstid på 1 timme.Vid vätskeupptagningsmätningargenom att sänka F-SMB i vatten, etylenglykol och hexadekanobserverades en plastroneffekt som indikerade att träytan var i Cassie-Baxter-tillstånd. Plastronen minskade F-SMB vätskeupptagningshastighet och -nivåberoende på växelverkan(diffusion och löslighet) mellan vätskan och silikon-nanofilament. F-SMB uppvisadegoda självrengörande egenskaper förvatten och hexadekan.Vidmulticykel Wilhelmy-mätningarvisade SMB ett lägre vattenupptag än det acetylerade träet, medan SMAB visade denlägsta vattenupptagningen,det vill säga en mycketmärkbar ökad vattenavvisning, tack vareav en kombinerad effekt av acetylering och ytmodifiering. Dessutom uppvisade SMB en störrefärgförändring än SMAB, orsakad av frisättningen av saltsyra under ytmodifieringsprocessen. / <p>QC 20201113</p>