In this dissertation, I present that at a vacuum of 3×10-7 Torr, residual O2, CO2, H2 and Ar exposure do not significantly degrade the field emission (FE) properties of ZnO nanorods, but N2 exposure significantly does. I propose that this could be due to the dissociation of N2 into atomic nitrogen species and the reaction of such species with ZnO. I also present the effects of O2, CO2, H2O, N2, H2, and Ar residual gas exposure on the FE properties of GaN and ZnS nanostructure. A brief review of growth of ZnO, GaN and ZnS is provided. In addition, Cs deposition on GaN nanostructures at ultra-high vacuum results in 30% decrease in turn-on voltage and 60% in work function. The improvement in FE properties could be due to a Cs-induced space-charge layer at the surface that reduces the barrier for FE and lowers the work function. I describe a new phenomenon, in which the resistivity of CVD-grown graphene increases to a higher saturated value under light exposure, and depends on the wavelength of the light—the shorter the wavelength, the higher the resistivity. First-principle calculations and theoretical analysis based on density functional theory show that (1) a water molecule close to a graphene defect is easier to be split than that of the case of no defect existing and (2) there are a series of meta-stable partially disassociated states for an interfacial water molecule. Calculated disassociation energies are from 2.5 eV to 4.6 eV, that match the experimental observation range of light wavelength from visible to 254 nm UV light under which the resistivity of CVD-grown graphene is increased.

Die Invasion von Leukozyten in das zentrale Nervensystem (ZNS) ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Pathogenese von Hirnverletzungen sowie akuten und chronischen Entzündungsvorgängen im Gehirn. Mikrogliazellen, die überwiegende Population immunkompetenter Zellen des ZNS, stellen die erste Verteidigungslinie im Hinblick auf Verletzungen und Erkrankungen des Gehirns dar. Im Rahmen vieler neurodegenerativer Erkrankungen wird die Zerstörung von Neuronen, aber auch die kollaterale Gewebsschädigung auf die Aktivierung der Mikrogliazellen zurückgeführt. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmalig einen regulatorischen Aktivierungszustand der Mikroglia (CD40dimCD86dimIL-10high), der zur Induktion regulatorischer Foxp3+ T-Zellen (Treg) führt. Die Stabilität und funktionelle Aktivität Mikroglia-induzierter Treg konnte sowohl in vitro als auch in vivo gezeigt werden. In vitro inhibierten sie die Proliferation antigen-spezifischer Effektorzellen, in vivo führte ein adoptiver Transfer der regulatorischen T-Zellen zur Abmilderung des Krankheitsverlaufes experimentell induzierter, autoimmuner Enzephalomyelitis (EAE). Mikrogliazellen unterstützten sowohl die Proliferation bereits ausgebildeter regulatorischer T-Zellen als auch deren Differenzierung aus naiven T-Zellen. Die Induktion regulatorischer T-Zellen durch Mikroglia war Major Histocompatibility Complex (MHC)-II-abhängig und antigenspezifisch. Für Untersuchungen zur in vivo Relevanz wurden MHC-II-chimäre Mäuse generiert und eine Läsion im entorhinalen Kortex gesetzt. Fehlte MHC-II in ZNS-residenten Zellen, wurden weniger regulatorische T-Zellen pro Leukozyt in die lädierten Hemispheren rekrutiert. Zusammenfassend demonstrieren diese Ergebnisse das Modulationspotential von Mikrogliazellen auf die CD4+ T-Zellantwort. Die Mikroglia-induzierte Differenzierung und Proliferation von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen ist ein möglicher Mechanismus der Regulation von Entzündungsvorgängen im ZNS durch Mikrogliazellen. / The invasion of leukocytes into the central nervous system (CNS) is a key event in the pathogenesis of CNS injury and acute or chronic inflammatory neurological diseases. However, regulatory mechanisms of local innate immune responses that limit CNS inflammation are only poorly understood. Microglia are the predominant innate immune cells of the brain and present the first line of defence in CNS injury or disease. In the context of neurodegenerative disease, microglia activation accounts for collateral tissue damage and neurodestruction. This thesis for the first time describes a regulatory microglia phenotype (MHCII+CD40dimCD86dimIL-10high) that induced a strong Foxp3+ regulatory T cell (Treg) response. Microglia-induced Treg cells were stable and functionally active in vitro by inhibiting antigen-specific proliferation of effector T cells and in vivo, by attenuating experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) disease course after adoptive transfer. The data also suggested that regulatory microglia can mediate both, proliferation of Foxp3+ Treg cells and de novo differentiation from naive CD4+ T cells. Microglia-mediated Treg induction was proven to be MHCII and antigen-dependent. Using entorhinal cortex lesion (ECL) as a brain injury mouse model, diminished Foxp3+ Treg cell recruitment per infiltrated leukocyte in chimeric mice lacking MHCII specifically in the CNS was demonstrated, indicating in vivo relevance of antigen presentation by brain resident cells. Taken together, these findings demonstrate that microglial cells can directly modulate CD4+ T cell responses by regulating molecule levels for efficient antigen presentation and levels of secreted cytokines and chemokines. Microglia-mediated differentiation and proliferation of Foxp3+ Treg cells can be one of the mechanisms how microglia contribute to local immune homeostasis and limit CNS inflammation.

This diploma thesis deals with noncontact temperature measurement using luminescent materials. In the theoretical part of the thesis, luminescent materials were selected on the basis of a literature review with respect to sensitivity and operating temperature range. In the experimental part of the thesis, photoluminescence of CdSe/ZnS and GaAs quantum dots for various temperatures was measured and the relative change of luminescence parameters such as emission peak position, intensity, intensity ratio of two emission peaks, and lifetime of luminescence were determined from the measurements in agreement with expectations according to the literature. Achieving high spatial resolution would be made possible by measuring cathodoluminescence, where the luminescence spectra are obtained with an order of magnitude higher spatial resolution. These measurements and the influence of electron beam on the luminescence quality of selected materials will be subject of further experimental study.

Devices with ZnCdS/ZnS heterojunction partner layer have shown better blue photon response due to higher band gap of these compounds as compared to devices with CdS heterojunction partner layer. CdS heterojunction partner layer has shown high photovoltaic conversion efficiencies with CIGS absorber layer while efficiencies are lower with CuIn1-xGaxS2 (CIGS2). A negative conduction band offset has been observed for CdS/CIGS2 as compared to near flat conduction band alignment in case of CdS/CIGS devices, which results in higher interface dominated recombination. Moreover, it has been predicted that optimum band offsets for higher efficiency solar cells may be achieved for cells with alternative heterojunction partner such as ZnS. With varying ratio of Zn/ (Zn+Cd) in ZnxCd1-xS a range of bandgap energies can be obtained and thus an optimum band offset can be engineered. For reducing interface dominated recombination better lattice match between absorber and heterojunction partners is desirable. Although CdS has better lattice match with CuIn1-xGaxS2 absorber layer, same is not true for CuIn1-xGaxS2 absorber layers. Utilizing ZnxCd1-xS as heterojunction partner provides a range of lattice constant (between aZnS= ~5.4 Ǻ and aCdS= ~5.7 Ǻ) depending on Zn/(Zn+Cd). Therefore better lattice match can be obtained between heterojunction partner and absorber layer. Better lattice match will lead to lower interface dominated recombination, hence higher open circuit voltages. In the present study chemical bath deposition parameters are near optimized for high efficiency CIGS2 Solar cells. Effect of various chemical bath deposition parameters on device performance was studied and attempts were made to optimize the deposition parameters in order to improve the device performance.In/(In+Ga) ratio in absorber layer is varied to obtain good lattice match and optimum band alignment. Solar cells with conversion efficiencies comparable to conventional CdS/CIGS2 has been obtained with ZnxCd1-xS /CIGS2. High short current as well as higher open circuit voltages were obtained with ZnxCd1-xS as alternative heterojunction partner for CIGS2 solar cells as compared to SLG/Mo/CIGS2/ CdS / i-ZnO/ZnO:Al.

Das Ziel dieser Arbeit ist, die elektronischen Eigenschaften von CZTS zu verstehen. Ein leistungsfahigesWerkzeug zu diesem Zweck ist die Rontgen-Nahkanten Absorptions-Spektroskopie (XANES). Die Interpretation von XANES-Spektren komplexer Materialien ist nicht trivial und erfordert daher theoretische Modellierung. Alle Rechnungen in dieser Arbeit wurden mittels der im exciting Code implementierten Linearized-Augmented-Plane- Wave-Methode, welche alle Elektronen gleichberechtigt behandelt, durchgefuhrt. Die genaue Beschreibung der Anregungen von Kernzustanden wird durch ein zweistufiges Verfahren erreicht. Zunachst wird die elektronische Struktur berechnet, indem die Kohn-Sham-Gleichungen (KS) der Dichtefunktionaltheorie (DFT) gelost werden. Die Absorptionsspektren unter Berucksichtigung der Elektron-Loch-Wechselwirkung (e-h) werden durch die Losung der Bethe-Salpeter Gleichung (BSE) der Vielteilchen-Storungstheorie (MBPT) unter Einsatz der KS-Zustonde als Ausgangspunkt beschrieben. / The aim of this work is to understand the electronic properties of CZTS. X-ray absorption near edge structure (XANES) is a powerful tool for this purpose. Interpreting XANES of complex materials is nontrivial and thus requires theoretical modeling. Here, all the calculations are performed using an all-electron full-potential augmented plane-wave method as implemented in the exciting code. The accurate description of the core level excitations is performed by a two-step procedure. First, the electronic structure is calculated by solving the Kohn-Sham (KS) equation of density functional theory (DFT). The absorption spectra including electron-hole (e-h) is described by the solution of the Bethe-Salpeter equation (BSE) of many-body perturbation theory (MBPT) using the KS states as starting point.

This thesis studies different Eu optical centers in MgS:Eu and CaS:Eu thin films produced by Chemically Controlled Pulse Laser Deposition (CCPLD) and evaluates their suitability for the development of spectral storage devices of the future. The produced thin films consist of one or more optically active layer(s), MgS:Eu, CaS:Eu or a similar material, and a corresponding ZnS capping layer that functions as a protecting barrier for the other layers and preserves their composition and integrity. Given that the synthesis of the materials used to produce the multilayer structures in this work proved a great challenge, careful attention was given to the optimization of all fabrication parameters. Mass Spectrometry was used during the deposition of the thin films and the data obtained resulted on improvements and optimization of the deposition process. Scanning electron microscopy studies of these thin films were conducted to study degradation upon long-term storage. Microscopy results show that the morphology of the produced thin films is correlated to the growth environment during deposition and deterioration of the deposited materials could be initiated by nano-gaps and cracks in the capping layer of the thin films. In addition to optical centers in MgS:Eu and CaS:Eu, new centers were created by changing the thin film growth environment inside a hi-vacuum chamber, modifying the composition of the ablation target material, or both. For example, introducing O2, or alternatively HCl, inside the CCPLD chamber while producing MgS:Eu thin films results in the formation of impurity associated centers across lattice sites throughout the deposited structures. In another method of impurity doping studied, Cl- and Na+ were introduced into the MgS:Eu and CaS:Eu lattices by mixing trace amounts of the impurity ions into these materials in polycrystalline form and making this mixture a deposition target by hi-pressure cold compression technique. The introduction of these impurity ions will alter the crystal field environment around the Eu ions thus creating new optical centers with a shift in energy of their characteristic Zero Phonon Line. After extensive characterization of the optical properties of the thin films produced, laser-induced fluorescence spectroscopy and absorption spectroscopy measurements confirm that they are suitable candidates to be used in conjunction with power-gated spectral holeburning technique and could potentially provide ultrahigh, terabits per square inch, storage densities. / Physics

[ES] Hoy en día, existen desafíos tecnológicos y de ingeniería que se beneficiarían de las contribuciones de la nanociencia y la nanotecnología. A esta escala, las propiedades físicas y químicas de los sistemas han de cumplir con el respeto al medio ambiente (ahorro de energía, minimización de la contaminación, calentamiento global, etc.). Para estos fines, las nanopartículas basadas en puntos cuánticos de semiconductores II-VI "Quantum Dots" han sido las más estudiadas. Entre varios materiales, los puntos cuánticos de InP (InP-QDs) han despertado un gran interés debido a las características de baja toxicidad. Este prometedor elemento es el tema central de esta tesis. Para obtener partículas monodispersas en solución, la ruta de inyección en caliente presenta varias ventajas que la convierten en una técnica útil para controlar el tamaño de las nanopartículas. Este trabajo trata de la síntesis de puntos cuánticos de InP por el método de inyección en caliente para aplicaciones fotoelectroquímicas. Comenzamos nuestro trabajo optimizando la síntesis de InP QDs por el método de inyección en caliente mientras estudiamos los parámetros de la síntesis sobre las propiedades morfológicas, estructurales y especialmente las propiedades de fotoluminiscencia de los puntos cuánticos de InP. Inicialmente, la optimización de las condiciones de los puntos cuánticos se basó en la mejora de las propiedades ópticas, en particular la fotoluminiscencia. Cuando pasivamos los InP QDs con una envolvente de ZnS, la doble envolvente ZnS/ZnS, logra disminuir los defectos superficiales y esto resulta en la mejora de la fotoluminiscencia de los InP QDs. Además, la morfología superficial de estos QDs tiene una forma esférica más regular y homogénea. Por otro lado, las propiedades ópticas de los InP QDs dopados con vanadio no mostraron ninguna mejora en la fotoluminiscencia, mientras que si se observó una disminución en el tamaño de las nanopartículas. El segundo objetivo de esta tesis gira en torno a los QDs de InP depositados en nanotubos metálicos de dióxido de titanio (TiO2) por el método de recubrimiento por centrifugado con el fin de comparar la eficiencia fotoelectroquímica de los QDs de InP (núcleo), los QD de InP/ZnS de núcleo/corteza y los QD de InP/ZnS/ZnS de núcleo/corteza/corteza. Este estudio muestra un aumento en la fotocorriente casi 4 y 6 veces mayor que TiO2 / InP QDs. Esta medición tiene como objetivo observar el comportamiento dinámico del material y evaluar si las cargas se recombinan rápidamente en los nanotubos de TiO2 a partir de los puntos cuánticos. Se obtuvo una buena eficiencia en la respuesta de fotocorriente después del sistema de crecimiento del sistema núcleo/corteza/corteza debido a la pasivación de sitios de recombinación no radiativos, como los estados de trampas superficiales. Este resultado fue confirmado los estudios de simulación de los diferentes parámetros que caracterizan la célula solar basada en TiO2/InP, TiO2/InP/ZnS y TiO2/InP/ZnS/ZnS con el software SCAPS-1D. Según los cálculos numéricos, se ha obtenido un buen rendimiento de la mencionada célula con la adición de capa de ZnS. Los resultados de la simulación muestran que el InP fue capaz de utilizar todo el espectro de luz cuando se recubrió con la capa de ZnS en la parte superior. / [CA] Avui dia, hi ha desafiaments tecnològics i d'enginyeria que es beneficiarien de les contribucions de la nanociència i la nanotecnologia. En aquesta escala, les propietats físiques i químiques dels sistemes han de complir amb el respecte al medi ambient (estalvi d'energia, minimització de la contaminació, escalfament global, etc.). Per a aquestes finalitats, les nanopartícules basades en punts quàntics de semiconductors II-VI "Quantum Dots" han estat les més estudiades. Entre diversos materials, els punts quàntics d'InP (InP-QDs) han despertat un gran interès a causa de les característiques de baixa toxicitat. Aquest prometedor element és el tema central d'aquesta tesi. Per obtenir partícules monodisperses en solució, la ruta d' injecció en calent presenta diversos avantatges que la converteixen en una tècnica útil per controlar la mida de les nanopartícules. Aquest treball tracta de la síntesi de punts quàntics d'InP pel mètode d'injecció en calent per a aplicacions fotoelectroquímiques. Comencem el nostre treball optimitzant la síntesi d'InP QDs pel mètode d'injecció en calent mentre estudiem els paràmetres de la síntesi sobre les propietats morfològiques, estructurals i especialment les propietats de fotoluminiscència dels punts quàntics d'InP. Inicialment, l' optimització de les condicions dels punts quàntics es va basar en la millora de les propietats òptiques, en particular la fotoluminiscència. Quan passivem els InP QDs amb una envolupant de ZnS, la doble envolupant ZnS/ZnS, aconsegueix disminuir els defectes superficials i això resulta en la millora de la fotoluminiscència dels InP QDs. A més, la morfologia superficial d' aquests QDs té una forma esfèrica més regular i homogènia. D'altra banda, les propietats òptiques dels InP QDs dopats amb vanadi no van mostrar cap millora en la fotoluminiscència, mentre que si es va observar una disminució en la mida de les nanopartícules. El segon objectiu d'aquesta tesi gira al voltant dels QDs d'InP dipositats en nanotubs metàl·lics de diòxid de titani (TiO2) pel mètode de recobriment per centrifugat per tal de comparar l'eficiència fotoelectroquímica dels QDs d'InP (nucli), els QD d'InP/ZnS de nucli/cortesa i els QD d'InP/ZnS/ZnS de nucli/cortesa/cortesa. Aquest estudi mostra un augment en la fotocorrent gairebé 4 i 6 vegades més gran que TiO2 / InP QDs. Aquest mesurament té com a objectiu observar el comportament dinàmic del material i avaluar si les càrregues es recombinen ràpidament en els nanotubs de TiO2 a partir dels punts quàntics. Es va obtenir una bona eficiència en la resposta de fotocorrent després del sistema de creixement del sistema nucli/cortesa/cortesa a causa de la passivació de llocs de recombinació no radiatius, com els estats de trampes superficials. Aquest resultat va ser confirmat els estudis de simulació dels diferents paràmetres que caracteritzen la cèl·lula solar basada en TiO2/InP, TiO2/InP/ZnS i TiO2/InP/ZnS/ZnS amb el programari SCAPS-1D. Segons els càlculs numèrics, s' ha obtingut un bon rendiment de l' esmentada cèl·lula amb l' addició de capa de ZnS. Els resultats de la simulació mostren que l'InP va ser capaç d'utilitzar tot l'espectre de llum quan es va recobrir amb la capa de ZnS a la part superior. / [EN] Today, there are modern technological and engineering challenges that would advantage from the contributions of the nanoscience community and nanotechnology. At this scale, the physical and chemical properties of the systems are highly dependent on respect for the environment (energy saving, pollution minimization, global warming etc¿). In this term, nanoparticles based on II-VI semiconductors "Quantum Dots" have been by far the most studied. Among several material, InP Quantum Dots has brought huge interest because of the low toxicity features. This promising element is the subject of this thesis. Hence, to obtain monodisperse particles in solution, the hot injection route has several advantages that make it a useful technique, such as controlling the size of the nanoparticles. This work deals with the synthesis of InP Quantum Dot by hot injection method as the basis for photoelectrochemical application. We started our work by optimizing the synthesis of InP QDs by the hot injection method while studying the synthesis parameters on the morphological, structural, and specially the photoluminescence properties of InP Quantum Dots. Initially, the optimization of the Quantum Dots conditions was based on the enhancement the optical properties in particular the photoluminescence. When we passivated the InP QDs by ZnS shell, ZnS/ZnS double shell we succeed to decrease the surface defects resulting on the enhancement of the InP QDs photoluminescence. Also, the surface morphology of these QDs has a more regular spherical form and is well dispersed. On the other hand, the optical properties of the InP QDs doped with Vanadium was shown no improvement in the photoluminescence while there's a decrease on the size of the nanoparticle. The second aim of this thesis revolves around InP QDs deposited on metallic titanium dioxide nanotubes TiO2 by spin coating method with a view to comparing the photoelectrochemical efficiency of core InP QDs, core/shell InP/ZnS QDs, and core/shell/shell InP/ZnS/ZnS QDs. This study shows an increase in the photocurrent almost 4 and 6 times higher than TiO2/InP QDs. Hence, this measurement aims to observe the dynamic behavior of the material and to assess whether the charges recombine rapidly into the TiO2 NTAs Nanotubes from the quantum dots. So, a good efficiency in the photocurrent response was obtained following the growth core/shell/shell system due to the successful passivation of non-radiative recombination sites such as surface trap states. This result was supported by a simulation study of the different parameters characterizes the solar cell based TiO2/InP, TiO2/InP/ZnS and TiO2/InP/ZnS/ZnS with software SCAPS-1D. According to this theoretical work, a good performance of the cell has obtained in the adding of ZnS layer. The simulation results show that the InP was able to successfully utilize the full spectrum of light when coated with ZnS layer on top. / Harabi, I. (2023). Synthesis and Characterization of Indium Phosphide Quantum Dots for Photoelectrochemical Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194013

In Europa stellt die Multiple Sklerose (MS) die häufigste neuroimmunologische Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) dar. Relevante Daten zum Krankheitsverlauf der MS wurden durch Untersuchungen im Tiermodell der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelits (EAE) gewonnen. Nach gegenwärtigem Kenntnisstand wandern autoreaktive T-Zellen vom T-Helfer-1 (Th-1) Typ in das ZNS ein und lösen eine gegen Bestandteile der Markscheide gerichtete Entzündung aus. Diese Zellen exprimieren große Mengen des für sie typischen Zytokin Interferon-gamma (IFN-gamma), was in zahlreichen Zelltypen die Expression des Tryptophan degradierenden Enzyms Indolamin 2,3-Dioxygenase (IDO) induziert. Seit 1998 ist bekannt, dass die Inhibition der IDO zu einer durch T-Zellen vermittelten Abstoßung allogener Feten führt. Diese immunregulatorische Funktion von IDO konnte auf den schnellen Abbau der essentiellen Aminosäure Tryptophan und der im folgenden Abbauweg synthetisierten T-Zell-toxischen Metabolite zurückgeführt werden. Da im entzündeten ZNS-Gewebe während der MS und der EAE das IDO induzierende Zytokin IFN-gamma ebenfalls exprimiert wird, sollte in der vorliegenden Arbeit untersucht werden in wie weit die IDO an der Immunregulation des ZNS unter autoimmuner Neuroinflammation während EAE, beteiligt ist. Mittels HPLC konnte gezeigt werden, dass die relative IDO Aktivität im ZNS während der akuten und der Erholungsphase der Erkrankung signifikant gesteigert ist. Erfolgte ab dem Ausbruch der Erkrankung die systemische Inhibition der IDO Aktivität mit dem spezifischen IDO-Inhibitor 1-Methyl-Tryptophan, so führte dies zu einem signifikant schwereren Krankheitsverlauf im Vergleich zu Kontrolltieren. Mittels Immunzytochemie wurde gezeigt, dass aktivierte Mikroglia IDO im entzündeten ZNS und in Zellkultur nach IFN-gamma Stimulation exprimieren. Aufgrund von RT-PCR Analysen weiterer Enzyme des Kynureninweges konnte dessen Regulation während EAE nachgewiesen werden Entlang dieses Stoffwechselweges werden T-zell-toxische Tryptophanmetabolite gebildet die an der Eliminierung autoreaktiver T-Zellen im ZNS während der Erholungsphase der EAE beteiligt sein könnten und somit die aktivierten Th1 Zellen im ZNS einen antiinflammatorischen Rückkopplungsmechanismus auslösen. / Multiple sclerosis (MS) is the most widespread neuroimmunological disease of the central nervous system (CNS) in Europe. By applying the animal model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), important insights into the disease course of MS have been gained. At present it is accepted that at the onset of the disease myelin-reactive T helper type 1 (Th1) cells infiltrate the CNS and induce autoimmune neuroinflammation. Activated Th1 cells express high amounts of the cytokine interferon-gamma (IFN-gamma). This pro-inflammatory signaling molecule is known to induce the expression of the tryptophan-degrading enzyme Indolmaine 2,3- Dioxygenase (IDO) in several cell types. Since 1998 it is known that inhibition of IDO induces the T cell-mediated rejection of allogeneic concepti in mice. The mechanism of this immunregulatory function of IDO was shown to be due to the degradation of the essential amino acid tryptophan and the subsequent synthesis of T cell toxic metabolites. Since the IDO-inducing cytokine IFN-gamma is also expressed within inflamed CNS tissue during MS and EAE, the present work investigated the role of IDO in immunregulation of the CNS during autoimmune neuroinflammation in the EAE model. A significant increase in relative IDO activity within the CNS during the acute and remission phases of EAE was identified by HPLC analysis. Systemic inhibition of IDO activity by the specific IDO inhibitor 1-methyl-tryptophan reduced the remission and exacerbated the progression of the disease in comparison to control animals. Activated microglia were identified by immunocytochemistry as IDO-expressing cells within the acute inflamed CNS and in cell culture after IFN-gamma stimulation. Enzymes following IDO in the kynurenine pathway were shown by RT-PCR to be up-regulated in the disease course. The analyzed enzymes are known to produce T cell toxic tryptophan metabolites and might therefore be involved in the elimination of autoreactive T cells from CNS tissue. In conclusion, the presented data support the view that autoreactive Th1 cells in the CNS induce a self-limiting negative feedback mechanism which limits the spread of inflammation, thereby reducing bystander damage in the CNS.

Das Proteasom ist das zentrale proteolytische System in eukaryontischen Zellen, welches die Mehrzahl der intrazellulären Proteine abbaut. Da viele essentielle Prozesse in der Zelle proteolytisch reguliert werden, besitzt das Proteasom eine außerordentliche biologische Bedeutung. Die Erforschung des Proteasoms im ZNS steht erst am Anfang, dennoch zeigen zahlreiche Untersuchungen, dass Inhibition bzw. Störung des Ubiquitin-Proteasom-Systems mit vielen neurologischen oder neurodegenerativen Erkrankungen einhergeht. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit nach Veränderungen des Proteasoms in Entzündungsprozessen im ZNS am Beispiel der experimentellen autoimmunen Encephalomyelitis (EAE) in der Maus gesucht. Schwerpunkt der Untersuchungen war das Proteasom in Astrozyten. Astrozyten stellen die größte Gruppe unter den Gliazellen dar und besitzen vielfältige Funktionen, zu denen neben klassischen housekeeping Funktionen auch Aufgaben bei der Immunantwort zählen. Der enge und für Neurone essentielle Kontakt prädestiniert Astrozyten, neuronale Erkrankungen mit auszulösen und zu modulieren. In dieser Arbeit wurden in primär isolierten Astrozyten Immunproteasomen (IP) detektiert. Durch Experimente mit der Astrozytenzelllinie TSA-3 konnte gezeigt werden, dass Astrozyten im unstimulierten Zustand nur Standardproteasom besitzen, auf Stimulation jedoch mit der Bildung von IP reagieren. Das Fehlen von IP in Astrozyten unter in vivo Bedingungen deckte sich mit den Strukturanalysen von Proteasomen aus dem Großhirn von Mäusen verschiedener Altersstufen, den mRNA-Expressionsanalysen sowie immunhistologischen Untersuchungen von Hirngewebe aus EAE Mäusen. Die aus dem Großhirn isolierten Proteasomen nach Induktion einer EAE durch Myelin-Oligodendrocyten-Glycoprotein (MOG) enthielten keine IP. Dennoch erfolgt eine Aktivitätsveränderung im Proteasom vor dem Auftreten der ersten EAE Symptome, die in vitro zu einer effizienteren Epitopgenerierung aus einem MOG-Peptid führt. / The proteasome is the central proteolytic system in all eukaryotic cells catalysing the degradation of the majority of intracellular proteins. Since many essential processes are proteolytically controlled, the proteasome is of crucial biological importance. Yet numerous investigations show that many neurological or neurodegenerative diseases go along with inhibition and/or changes of the ubiquitin-proteasome-system. Therefore the present thesis investigates the proteasome system during inflammatory processes in the CNS, namely during experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a widely used animal model for human multiple sclerosis. Main focus of the investigations was the proteasome in astrocytes. Astrocytes embody the largest group of glial cells in the CNS and possess various functions. Apart from classical housekeeping functions astrocytes take part in the immune reaction in the CNS. Their close and essential contact to neurons predestines astrocytes to cause and modulate neural diseases. In the present work immune proteasome subunits were detected in primary astrocytes isolated from newborn mice. On the other hand, when grown under resting conditions the murine astrocyte cell line, TSA-3, contains standard proteasome only, however, when treated with interferon gamma, these cells produce immune proteasomes, too. Subunit analyses of proteasomes isolated from the cerebrum of mice of different age, measurement of the mRNA expression level of proteasome subunits as well as immune-histological investigations of brain tissue from mice confirmed the absence of immune proteasome in astrocytes under in vivo conditions. Proteasomes isolated from mouse brain after induction of EAE by active immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) did not contain immune subunits. Nevertheless an activity change in the proteasomes isolated from brains before onset of EAE was observed, which lead to a more efficient epitope generation from MOG peptide.

Massiver wirtschaftlicher Schaden und der Verlust des Verbrauchervertrauens hervorgerufen durch die BSE - Krise führten zu einer radikalen Änderung in der Futtermittel- und Lebensmittelgesetzgebung. Neben diversen anderen Maßnahmen wurden u. a. das Gehirn und Rückenmark von über 12 Monate alten Wiederkäuern vom Gesetzgeber als so genanntes spezifiziertes Risikomaterialien (SRM) definiert. Die spezielle Entsorgung und das Verarbeitungsverbot dieser Materialien in Lebens- und Futtermitteln hatte zum Ziel die Infektkette zu unterbrechen und dadurch das Risiko einer Infektion mit dem BSE-Erreger für den Verbraucher zu senken. Um die Einhaltung des Verarbeitungsverbotes von SRM in Lebensmitteln zu überprüfen, wurden diverse ZNS-Nachweisverfahren entwickelt. Jedoch ist keines, der hierfür entwickelten molekularbiologischen und immunochemischen Verfahren in der Lage sowohl Spezies, als auch Tieralter des nachgewiesenen ZNS zu bestimmen und damit eine potentielle Einordnung zum SRM zu ermöglichen. Darüber hinaus hat sich für fast alle ZNS-Marker der Einfluss von hohen Prozesstemperaturen als nachteilig für die Nachweisbarkeit erwiesen. NIEDERER und BOLLHALDER (2001) entwickelten ein auf Fettsäureanalytik basierendes ZNS-Nachweisverfahren, welches am Institut für Lebensmittelhygiene der Universität Leipzig weiterentwickelt wurde. Vorteile dieses Verfahrens sind die hitzestabilen Marker und die Möglichkeit mit Hilfe von spezifischen Fettsäureverhältnissen Spezies und Tieralters des nachgewiesenen ZNS zu ermitteln. Somit ist es mit diesem Verfahren erstmals möglich das nachgewiesene ZNS der Gruppe der spezifizierten Risikomaterialien zuzuordnen. Ziel dieser Arbeit war es, das am Institut für Lebensmittelhygiene weiterentwickelte Verfahren auf Praxistauglichkeit anhand eines externen Blindversuchs zu testen. Hierbei sollten mögliche Schwachstellen identifiziert und im weiterführenden Verlauf dieser Arbeit Lösungen erarbeitet werden. Für den Blindversuch wurden vom Max-Rubner-Institut, Standort Kulmbach, insgesamt 72 Brühwurstproben zur Verfügung gestellt, welche mittels des nach LÜCKER et al. (2005) beschriebenen Verfahrens untersucht wurden. Die Ergebnisse des Blindversuchs deuten auf eine grundsätzliche Eignung des Verfahrens für den Nachweis von spezifiziertem Risikomaterial in Fleischerzeugnissen hin. Jedoch konnte bei der Tierartdifferenzierung und vor allem bei der Altersbestimmung ein Optimierungsbedarf ermittelt werden. Somit ergaben sich für diese Arbeit folgende weiterführende Aufgabenstellungen: 1. Die Optimierung der Tierartbestimmung auch im Hinblick auf Erweiterung des Speziesspektrums und 2. die Optimierung der Tieraltersbestimmung von Rinder- und Schaf-ZNS. Insgesamt 257 ZNS-Proben der Spezies Rind, Schaf, Schwein, Ziege und Geflügel wurden einer Fettsäureanalyse unterzogen. Aus allen analysierten Fettsäuren wurden 67 Fettsäureverhältnisse gebildet. Zur Identifikation für die Speziesdifferenzierung geeigneter Fettsäureverhältnisse wurde das statistische Verfahren der Partial Least Square – Discriminant Analysis (PLS-DA) eingesetzt. Hierbei ergab sich, dass von den 67 untersuchten Fettsäureverhältnissen insgesamt 14 für die Differenzierung zwischen den Tierarten Rind, Schwein, Schaf, Ziege und Geflügel geeignet sind. Für die Optimierung der Tieraltersbestimmung wurden 37 ZNS-Proben vom Rind und elf ZNS-Proben vom Schaf untersucht. Die analysierten Fettsäuren wurden auf ihre Korrelation mit dem Alter untersucht. Stark korrelierende Fettsäuren und deren Verhältnisse wurden mit Hilfe der Regressionsanalyse auf ihre Vorhersagefähigkeit geprüft. Hierbei gelang die Identifikation von vier neuen Fettsäureverhältnissen. Für die Altersschätzung bei der Tierart Rind scheinen sich die FS-Verhältnisse 2OH-C24:0/2OH-C25:0 und 2OH-C24:1(n-7)/2OH-C25:0 am besten zu eignen. Für die Tierart Schaf sollten die Verhältnisse 2OH-C25:0/2OH-C26:0 und 2OH-C25:0/2OH-C26:1(n-7) bevorzugt eingesetzt werden. Im Vergleich zur bisherigen Verfahrensweise ist mit Hilfe dieser Fettsäureverhältnisse und deren Regressionsformeln eine deutlich präzisere Altersschätzung für die Tierarten Rind und Schaf möglich. Der neue Ansatz bietet die Möglichkeit flexibel auf zukünftige Änderungen der Altersgrenze von SRM zu reagieren. / The immense economical damage and the loss of consumer trust caused by the bovine spongiform encephalopathy (BSE) - crisis resulted in a radical alteration of the feed- and foodlegislation. Besides several other measures, the legislator defined the brain and spinal cord of ruminants older than 12 month as specified risk material (SRM). The special disposal and the processing prohibition of these materials in food and feedstuffs aimed to interrupt the infection chain and to reduce the risk of an infection caused by the BSE pathogen for the consumer. In order to control the processing prohibition of SRM in food, several CNS detection methods were developed. But none of the designed molecular biological or immuno chemical methods has the ability to detect species and age of the CNS. Therefore, a classification of the detected CNS as SRM is not possible. Furthermore, high process temperatures influence nega-tively the detection of almost all CNS markers. NIEDERER and BOLLHALDER (2001) developed a CNS detection procedure based on the analysis of fatty acids, which was improved at the Institute of Food Hygiene, University Leipzig. Advantages of this procedure are the heat stability of the markers and the possibility to identify species and age of the detected CNS. Therefore, this procedure is the first, which facilitates the potential of identifying SRM. The aim of this work was to test the practicability of the improved CNS detection procedure in an external blind trial. During this, possible weak points should be identified and solutions for their elimination presented. Furthermore, the sample preparation of the method should be optimized with regard to cost and time reduction. For the external blind trial the Max-Rubner-Institute, Kulmbach, produced 72 emulsion type sausages. These sausages were analysed according to the procedure described by LÜCKER et al. 2005. The results of the blind trial show the suitability of the procedure for the detection of SRM in meat products in principle. However, some results revealed that the species and age identification required further enhancement. Therefore, the following additional topics of this work were: 1. Optimization of species identification especially with regard to other species 2. Optimization of animal age prediction for cattle and sheep CNS. Selected fatty acids of total 257 CNS samples from cattle, pig, sheep, goat and several poultry species were analysed. These fatty acids were combined to 67 fatty acid ratios. Afterwards, the application of these ratios for the species detection was tested by using the statistical method of Partial Least Square – Discriminant Analysis (PLS-DA). In result, 14 out of 67 fatty acid ratios are suitable for differentiation between the species cattle, pig, sheep, goat and poultry. For the optimization of animal age prediction 37 CNS samples from cattle and eleven CNS samples from sheep were examined. All analyzed fatty acids were checked for their correlation with age. Afterwards strong correlating fatty acids and their fatty acid ratios were examined for their predictive ability by the application of regression analysis. In result, four new fatty acid ratios for age prediction could be identified. For the age prediction of cattle CNS the fatty acid ratios 2OH-C24:0/2OH-C25:0 and 2OH-C24:1(n-7)/2OH-C25:0 are the best choice. In sheep CNS the ratios 2OH-C25:0/2OH-C26:0 and 2OH-C25:0/2OH-C26:1(n-7) should be preferred for prediction of age. In comparison to the previous age prediction method, the application of these fatty acid ratios and their regression formula led to more accurate results. Furthermore, it offers the possibility to adopt to possible variations of the age limits within the SRM definition in future.