Titanium and titanium alloys are frequently used for implants in bone contact. In some cases (diabetis, osteoporosis) there are requirements for improved osseointegration. Initial reactions after surgery show an important influence on the long time stability of the implants. Newer studies focus on the surface composition of the implants in particular the modification with biological components. Collagen is the main component of bone and is therefore an interesting substance for the base modification of titanium implants. The aim of the work was to investigate the adsorptive immobilisation of collagen type I on titanium surfaces. The influence of different adsorption parameters was studied. Several modified surfaces were characterized in matters of immobilized collagen amount, stability, change of conformation and influence on cell behavior. / Titanimplantate werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Volumen- und Oberflächeneigenschaften seit vielen Jahren mit großem Erfolg als Implantatmaterialien im Knochenkontakt eingesetzt. Für bestimmte Patientengruppen, u.a. Diabetiker oder Patienten mit osteoporotischem Knochen, ist ein weitergehend verbessertes Einheilverhalten der Implantate anstrebenswert. Entscheidende Bedeutung für den Einheilprozess sowie für die Langzeitstabilität wird der initialen Reaktion des Körpers unmittelbar nach Implantation zugemessen. Neben zahlreichen Ansätzen, durch Modifizierung der chemischen und morphologischen Eigenschaften der Oberfläche in die Reaktionen des Körpers einzugreifen, rückt in neueren Studien zunehmend die Immobilisierung biologischer Komponenten (Proteine, Peptide, Wachstumsfaktoren) in den Mittelpunkt der Betrachtungen. Die Einbeziehung von Kollagen als Hauptbestandteil der organischen Knochenmatrix stellt daher eine interessante Grundmodifikation dar. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, zu untersuchen, inwieweit durch eine adsorptive Immobilisierung von Kollagen eine stabile und funktionale Beschichtung von Titanoxidoberflächen erzielt werden kann. Da sowohl Tropokollagen als auch fibrilläres Kollagen prinzipiell zur Beschichtung von Titanoberflächen eingesetzt werden können, wurde das Adsorptionsverhalten beider Kollagenformen in bezug auf verschiedene Lösungsparameter untersucht und ausgewählte Zustände hinsichtlich ihrer Stabilität und der Erhaltung der biologischen Funktionalität charakterisiert.

International Telemetering Conference Proceedings / October 28-31, 1996 / Town and Country Hotel and Convention Center, San Diego, California / Exploration of Titan is one of the primary objectives of the Cassini/Huygens mission Saturn due to launch in 1997. Limited data will be provided by Huygens as it descends to the surface via parachute and by Cassini as it orbits Saturn and occasionally passes near Titan. Interest in Titan is high because of its planet-class size, dense atmosphere, and the possibility of continents and seas. Already, there are discussions for a follow-on mission to Titan. There are several proposed designs such as balloons and boats to explore Titan's ethane seas. In all cases, reliable data links back to Earth are absolutely essential. However, simply increasing the power has its limits due to constraints on launch weights. There are a number of possible options for getting data back from Titan. These alternatives, and their effect on the mission profile are discussed.

The Composite Infrared Spectrometer (CIRS) instrument onboard the Cassini spacecraft will be used to probe the atmosphere and surface of Saturn's giant moon Titan. This thesis describes an investigation of the capabilities of CIRS as a remote sounding instrument. To enable infrared spectra to be computed, a radiative transfer code has been adapted for Titan's atmosphere. The atmospheric model, including gases and aerosol particles, was refined by comparison of synthetic spectra with results from the IRIS instrument of the Voyager 1 spacecraft. Characteristics of the instrument have been deduced from laboratory measurements. The size and shape of the field of view was found for the mid-infrared detectors. A Fourier code was developed to transform the raw data (interferograms). Blackbody spectra taken with the flight instrument were analysed to calculate the noise equivalent radiance for the detectors of all three focal planes. Finally, the data regarding instrument performance was used in combination with the predictive radiative transfer code to consider in detail the extent to which gaseous bands and other spectral features will be observable for a variety of limb and nadir viewing modes. Current observing strategies are reviewed and recommendations for scientific emphasis in the light of the actual instrument performance are made.

<p>For decades there has been interest in understanding early prebiotic Earth, including its atmospheric chemistry. Saturn’s moon Titan is the only other body in our Solar System with an atmosphere thought to resemble that of early Earth’s, and for this reason it has garnered a lot of attention over the years. Much is now known about the smaller molecules present in that atmosphere, starting with the most abundant, N₂ and CH₄, and going up to slightly larger molecules such as cyanoacetylene and benzene. As the molecules get larger, however, so does the gap in knowledge, especially as it pertains to nitriles. This dissertation aims to add to the story of Titan’s nitriles by first characterizing a molecule thought to be the photochemical product of the reaction between cyanoacetylene and benzene, 3-phenyl-2-propyne-nitrile (PPN). The UV spectra of PPN proved immensely interesting due to the strong presence of in-plane and out-of-plane vibrations of b₂ and b₁ symmetry, respectively. This is possibly a result of strong vibronic coupling between several excited electronic states or Coriolis coupling between complementary b₁ and b₂ vibrational levels. The multi-layer extension of the multi-configuration time dependent Hartree (ML-MCTDH) algorithm was used to understand how the excited states and the vibrational levels might interact, and emission and absorption spectra were modeled and compared to the experimental spectra. The second group of molecules studied included the <i>ortho</i>-, <i>meta</i>-, and <i>para</i>-methyl PPN. Strong methyl rotor activity is seen in the <i>m</i>-methyl PPN, with some activity in the <i>p</i>-methyl PPN. The methyl rotor activity in the <i>m</i>-methyl PPN is similar to other <i>meta</i>-substituted toluenes, and allows us to describe the methyl rotor barrier height in both ground and excited electronic state. Additionally, in all three methylated PPNs we see evidence for strong vibronic coupling in the abundance of out-of-plane vibrations, as had been seen in PPN.</p>

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007.

L'observation d'occultations du Soleil et d'étoiles par Titan permet d'étudier l'atmosphère épaisse de ce satellite de Saturne du point de vue de sa composition en gaz et en aérosols. Le principe de ces observations, réalisées par le spectro-imageur visible/infrarouge VIMS de la sonde Cassini, est de mesurer la transmission du flux solaire ou stellaire à travers l'atmosphère de Titan. Les données sont constituées de courbes de lumière à différentes longueurs d'onde et de spectres infrarouges pour différentes altitudes de visée. L'étude des courbes de lumière montre qu'il s'agit d'occultations par absorption et non par réfraction différentielle comme c'est le cas pour les occultations observées depuis la Terre. La baisse de signal observée est donc due à l'absorption du flux lumineux par le gaz et les aérosols de l'atmosphère.<br>Les spectres en transmission présentent des bandes d'absorption du méthane à 1,2, 1,4, 1,7, 2,3 et 3,3 µm et du monoxyde de carbone à 4,7 µm. Un code de transfert radiatif en géométrie sphérique et utilisant la méthode de calcul raie par raie a été développé afin de modéliser les bandes observées. L'étude du méthane est centrée principalement sur la bande à 2,3 µm. Au-dessus de 200 km, nos données sont compatibles avec une abondance uniforme de 1,4 - 1,6% telle que mesurée par d'autres instruments. En dessous de 200 km, un effet systématique mal compris empêche une mesure fiable. La molécule de CO est détectée en dessous de 180 km. Une abondance de 33±10 ppm est mesurée entre 70 et 130 km d'altitude. En dessous de 500 km environ, une absorption supplémentaire, centrée sur 3,4 µm se superpose à la bande du méthane à 3,3 µm. Cette bande caractérise la vibration des liaisons C - H au sein de longues chaînes aliphatiques rattachées à de larges molécules organiques qui composent les aérosols. <br>L'absorption des aérosols fixe le niveau de continu des spectres étudiés. Celle-ci est plus forte aux courtes longueurs d'onde et augmente lorsque l'altitude décroît. Un code d'inversion du continu a été développé afin de déterminer les profils de densité des aérosols et de modéliser leur transmission. L'hypothèse de départ est que les aérosols sont des agrégats fractals composés de sphères de 0,05 µm de rayon dont les propriétés optiques sont celles des tholins de Khare et al. (1984). Les modèles de transmission obtenus révèlent que seuls les agrégats comportant plus de 1 000 sphères sont compatibles avec les observations. De plus, l'absence des deux absorptions caractéristiques à 3 et 4,6 µm dans nos données soulignent les différences significatives entre les tholins et les aérosols réels. Les profils de densité des aérosols indiquent une augmentation exponentielle en dessous de 450 km, caractérisée par une échelle de hauteur de l'ordre de 60 km pour les données de l'occultation solaire (71°S) et de l'ordre de 50 km pour celle de l'occultation de Gamma Crucis (24°N). L'écart constaté est peut-être attribuable à la différence de latitude entre ces deux observations. Enfin, les données de l'occultation rasante d'Antarès comportent de<br>nombreuses variations de flux rapides et intenses (« spikes ») : elles sont attribuées à des ondes de gravité se propageant dans l'atmosphère de Titan.

La mission Cassini-Huygens a été conçue dans le but d'étudier la planète Saturne et son environnement proche, notamment le satellite Titan. L'orbiteur Cassini possède à son bord un instrument radar en bande Ku (f=13.78 GHz) qui aura pour principal but de percer l'épaisse atmosphère de Titan et d'en imager la surface. Dans ce contexte, l'objectif de notre travail était de préparer l'interprétation des futures données du radar. Nous avons, pour ce faire, réalisé des simulations de la propagation de l'onde radar avec l'aide de mesures diélectriques effectuées en laboratoire, ceci afin d'anticiper les éventuelles perturbations liées à la traversée de l'épaisse atmosphère de Titan et à la rétrodiffusion sur sa surface. En raison de l'absence de données concernant les propriétés diélectriques micro-onde des particules qui composent les brumes de Titan, nous avons effectué des mesures de la constante diélectrique d'analogues d'aérosols synthétisés en laboratoire (aussi appelés tholins) autour de 13.78 GHz. Nous avons obtenu pour la partie réelle une valeur comprise entre 2 et 2.5, avec une tangente de perte allant de 10-3 à 5.10-2. Nous avons également rassemblé les valeurs de constante diélectrique des espèces susceptibles de composer l'atmosphère et la surface de Titan pour lesquelles il existait déjà des mesures dans le domaine micro-onde : hydrocarbures légers en phase liquide et solide, glace d'eau et silicates. Avec l'aide de ces mesures diélectriques, nous avons ensuite développé des simulations dédiées à l'étude du comportement de l'onde radar de Cassini tout au long de son parcours. Les résultats en termes d'atténuation atmosphérique sont les suivants : (1) les scénarios de brumes d'aérosols ne causent aucune atténuation et dans ces conditions l'onde radar atteint la surface de Titan sans subir aucune perte. Dans ces modèles d'atmosphère, le rayon des particules n'excède pas 1 um et l'atténuation résultante ne dépassent jamais 0.01 dB. (2) En revanche, lorsque une couche de pluie est ajoutée dans les derniers kilomètres, l'atténuation dépasse rapidement la limite de sensibilité de l'instrument radar. Une onde émergeant d'un tel nuage serait tellement atténuée qu'en retour, aucun écho de surface ne pourrait être détecté. Seule la composante réfléchie sur la couche de nuages pourrait être accessible. Les simulations de rétrodiffusion de surface démontrent également que l'on peut s'attendre à une rétrodiffusion plutôt faible, même pour des surfaces relativement rugueuses à la longueur d'onde du radar de Cassini. A travers une étude plus détaillée de la propagation du pulse de l'altimètre de Cassini et de son interaction avec l'atmosphère de Titan, nous sommes arrivés à la conclusion qu'il serait possible de détecter la présence hypothétique de nuages et de sonder un certain nombre de leurs propriétés (existence de pluies et extension des systèmes de nuages, taille, concentration et vitesse des particules).

Le plus gros satellite de Saturne, Titan, voit son atmosphère dense en azote bombardée par les ions énergétiques de la magnétosphère, en raison de l'absence de champ magnétique intrinsèque significatif. Des réactions d'échange de charge entre les neutres froids de l'exosphère (plus haute région atmosphérique) et ces ions énergétiques créent alors des atomes énergétiques neutres (ENAs). L'instrument INCA (Ion and Neutral Camera), l'un des trois instruments de l'expérience MIMI (Magnetosphere Imaging Instrument) à bord de la sonde Cassini en orbite autour de Saturne, permet d'imager ces neutres comme des photons et de mesurer leur flux, et fournit ainsi un diagnostic précieux de l'interaction entre Titan et la magnétosphère kronienne.<br />Notre travail de thèse a consisté, en premier lieu, à modéliser l'exosphère de Titan, en considérant à la fois des profils thermiques et non thermiques. Un modèle de calcul de flux d'ENAs a été, en second lieu, développé, comparé aux observations, et enrichi par une étude des processus d'absorption des ENAs. Nous avons ensuite réalisé une analyse statistique des données de l'expérience MIMI durant les traversées d'orbite et survols de Titan. Enfin, une application au satellite de glace Rhéa a permis de fournir des conditions limites pour l'existence de son éventuelle exosphère.

La modélisation photochimique reste un outil essentiel pour la compréhension des mécanismes se déroulant dans l'atmosphère de Titan. Comme dans toute autre démarche scientifique, pour assurer la pertinence des représentations théoriques, il est ainsi très important d'évaluer la précision sur la formulation des processus physico-chimiques évoqués et d'étudier leur sensibilité aux incertitudes expérimentales, souvent peu négligeables, attachées aux paramètres photochimiques implémentés. Bien que fréquemment abordées dans la littérature, les études de sensibilités classiques, faisant varier chacun de ces paramètres indépendamment les uns des autres, sont peu pertinentes dans le mesure où elles ne reposent jamais sur des représentations correctes des non-linéarités inhérentes à de tels modèles.<br />L'objectif de ce travail de thèse est ainsi de développer des modèles aux dimensions réduites (0D et 1D) de l'atmosphère neutre de Titan en estimant pour la première fois l'impact global sur les résultats théoriques des incertitudes des différents processus photochimiques dictant son évolution. Nous nous appuyons d'abord sur une revue exhaustive des incertitudes existantes sur les paramètres photochimiques inclus dans un tel modèle de l'atmosphère de Titan, puis sur un traitement adéquat des non-linéarités à travers l'application d'une méthode de Monte-Carlo. Nous en déduisons une représentation théorique originale de la précision attachée aux modèles théoriques de cette atmosphère permettant d'une part des analyses pertinentes de propagation des incertitudes sur différents paramètres expérimentaux, et d'autre part des interprétations théoriques et observationnelles plus réalistes.

Bibliographische Beschreibung und Referat Falko Schlottig In der vorliegenden Arbeit wird die Moeglichkeit der anodischen Festkoerpersynthese in ausgewaehlten annaehernd nichtwaessrigen Systemen gezeigt. Die Synthesen wurden sowohl unter anodischen als auch unter anodischen Plasmabedingungen durchgefuehrt. Die entstehenden heterogenen Konversionsschichten wurden mit verschiedenen festkoerperanalytischen Methoden untersucht. Sie sind sind unter den vorgegebenen Darstellungsbedingungen aus nichtoxidischen und oxidischen Phasen zusammengesetzt. Die durchgefuehrten Untersuchungen beziehen sich hauptsaechlich auf die Synthese im System Dimethylacetamid/ Hexamethylentetramin/ KBF4 an Aluminium unter anodischen Plasmabedingungen und auf die Schichtbildung in Acetonitril an Titan unter anodischen Bedingungen. Die an Titan in Acetonitril synthetisierten Konversionsschichten wurden vorwiegend mit Elektronenbeugung und Photoelektronenspektroskopie untersucht. Die Schicht ist aus nitridischen, carbidischen und oxidischen Phasen aufgebaut. Die Struktur und Zusammensetzung der einzelnen Schichtphasen sind von der Synthesespannung abhaengig. Bei Ueberschreitung eines kritischen Potentials wird das bestehende Schichtsystem durch Plasma- und Pyrolysereaktionen modifiziert. Im System Dimethylacetamid/ Hexamethylentetramin/ KBF4 werden unter anodischen Plasmabedingungen an Aluminium kristalline AlF3 - Schichten gebildet, in die KF-Kristallite eingeschlossen sind. Dabei sind Schichtzusammensetzung und -morphologie von der Konzentration des Elektrolyten abhaengig. Waehrend der Plasmareaktion existiert ein Temperaturgradient in der Schicht. Eine nachfolgende thermische Behandlung der Schichtkomponenten unterhalb der eigentlichen Plasmatemperatur fuehrt zu einer Veraenderung der Schichteigenschaften.