Mitteilungen des URZ 2/2002 (Inhalt siehe Schlagwörter)

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Cyclodextrins (CD) are cyclic oligosaccharides composed of six to more than sixty glucose units. Large-ring cyclodextrins (LR-CD) are novel CD comprised of more than eight glucose units with cavity structures and sizes different from that of commercially available CD₆ – CD₈. LR-CD may offer unique molecular recognition properties and can be produced biocatalytically from starch using cyclodextrin glucanotransferase (CGTase, E.C. 2.4.1.19) in a short reaction time. LR-CD were isolated from glucose, CD₆ – CD₈ and other compounds by complexation of CD₆ – CD₈ as well as precipitation techniques. The yield of LR-CD (degree of polymerization from 9 to 21) was optimized using central composite design. Addition of polar organic solvents to the synthesis resulted in higher yields of LR-CD. LR-CD composed of 9 to 21 glucose units were successfully separated using reversed-phase of ODS-AQ chromatography and normal-phase of polyamine II chromatography. Maintaining optimized reaction conditions aided in a high yield of CD₉; it could be separated with reasonable yield using a single step of polyamine II chromatography. A co-grinding method helped to obtain higher solubilization levels of glibenclamide, vitamin A acetate and vitamin D₃ in CD₁₃, CD₁₀ and CD₁₁, respectively when compared to other CD. Vitamin K₁ was solubilized in distilled water with CD₆ – CD₁₃ using a co-precipitation method. When compared with other CD, CD₉ was seen to be the best solubilizer. The analysis of complexes using ESI MS showed spironolactone and glibenclamide complexed with CD₉ and CD₁₃, respectively.

Der erste Teil der Aktivitäten dieser Arbeit bestand in der Entwicklung einer modernen Ionenspeicher Apparatur zur Untersuchung chemischer Prozesse mit atomarem Wasserstoff. Die Integration eines differentiell gepumpten Radikalenstrahls in eine vorhandene temperaturvariable 22-Pol Speicherapparatur erforderte größere Änderungen an dieser. Da astrophysikalische Fragestellungen im Vordergrund standen, führt die Einleitung zunächst in das Gebiet der Astrophysik und -chemie ein. Die Grundlagen der Ionenspeicherung in temperaturvariablen Hf-Speichern sind ausführlich in der Literatur dokumentiert. Daher ist die Beschreibung der Apparatur (Kapitel 2) relativ kurz gehalten. Viel Mühe wurde in die Entwicklung einer intensiven und stabilen Quelle für Wasserstoffatome aufgewandt, deren kinetische Energie variiert werden kann. Das Kapitel 3 beschreibt dieses Modul in vielen Details, wobei der Einsatz von magnetischen Hexapolen zum Führen der Atome und die chemische Behandlung der Oberflächen zur Reduzierung der H-H Rekombination einen wesentlichen Platz einnimmt. Durch die außergewöhnliche Empfindlichkeit der Speichertechnik kann das neue Instrument zur Untersuchung von vielen Reaktionen eingesetzt werden, die von astrochemischer und fundamentaler Bedeutung sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind im Kapitel 4 zusammengestellt, einige Reprints und Entwürfe von Publikationen findet man im Anhang. Die Reaktionen von CO2+ mit Wasserstoffatomen und -molekülen erwiesen sich als sehr geeignet, um in situ H and H2 Dichten über den gesamten Temperaturbereich der Apparatur zu bestimmen (10 K - 300 K). Zum ersten mal wurden Reaktionen von H- and D-Atomen mit den Kohlenwasserstoffionen CH+, CH2+, and CH4+ bei Temperaturen des interstellaren Raums untersucht. Ein sehr interessantes, noch nicht ganz verstandenes Stoßsystem ist die Wechselwirkung von protoniertem Methan mit H-Atomen. Im Ausblick der Arbeit werden einige Ideen aufgezeigt, wie man das Instrument verbessern kann, und es werden einige Reaktionen erwähnt, die man als nächste untersuchen könnte. Diese Dissertation ist einen Beitrag zum Projekt 5 der Forschergruppe Laboratory Astrophysics: Structure, Dynamics and Properties of Molecules and Grains in Space, die von der DFG im Zeitraum von 2000 bis 2006 unterstützt wurde. / The first part of the activities of this thesis was to develop a sophisticated ion storage apparatus dedicated to study chemical processes with atomic hydrogen. The integration of a differentially pumped radical beam source into an existing temperature variable 22-pole trapping machine has required major modifications. Since astrophysical questions have been in the center of our interest, the introduction first gives a short overview of astrophysics and -chemistry. The basics of ion trapping in temperature variable rf traps is well-documented in the literature; therefore, the description of the basic instrument (Chapter 2) is kept rather short. Much effort has been put into the development of an intense and stable source for hydrogen atoms the kinetic energy of which can be changed. Chapter 3 describes this module in detail with emphasis on the integration of magnetic hexapoles for guiding the atoms and special treatments of the surfaces for reducing H-H recombination. Due to the unique sensitivity of the rf ion trapping technique, this instrument allows one to study a variety of reactions of astrochemical and fundamental interest. The results of this work are summarized in Chapter 4, some reprints and drafts are reproduced in the appendix. Reactions of CO2+ with hydrogen atoms and molecules have been established as calibration standard for in situ determination of H and H2 densities over the full temperature range of the apparatus (10 K - 300 K). For the first time, reactions of H- and D-atoms with the ionic hydrocarbons CH+, CH2+, and CH4+ have been studied at temperatures of interstellar space. A very interesting, not yet fully understood collision system is the interaction of protonated methane with H. The outlook presents some ideas, how to improve the new instrument and a few reaction systems are mentioned which may be studied next. This thesis is a contribution to the project 5 of the research unit Laboratory Astrophysics: Structure, Dynamics and Properties of Molecules and Grains in Space which has been supported by the DFG from 2000 to 2006.

Title: Diffusion of native defects and impurities in CdTe/CdZnTe. Author: Lukáš Šedivý Author's e-mail address: luky.sedivy@seznam.cz Department: Institute of Physics of Charles University Supervisor: Doc. Ing. Eduard Belas, CSc. Supervisor's e-mail address: belas@karlov.mff.cuni.cz Abstract: In this thesis, the influence of structural defects on the electrical and de- tection characteristics of CdTe material was investigated. The performed research fo- cused on the reduction of structural defects in the material by annealing in Cd or Te vapor, while preserving acceptable features for X-ray and γ-ray detection. The mate- rial was characterized by measurement of the electrical resistivity and concentration and mobility of free carriers. Tellurium and cadmium inclusions were studied using infrared microscope. The static and dynamic properties of defect structures at high temperatures and de- fined Cd pressures was investigated, as well, and chemical diffusion coeficients describing the dynamic properties of these defects were experimentally determined. Keywords: monocrystal CdTe, structural defects in semiconductors, annealing in Cd or Te, chemical diffusion coefficient, γ-ray detectors. 1

Finding economical and environmentally friendly processes to recover heavy metals (HMs) from spent batteries is a research priority to move toward sustainability. Adsorption seems an acceptable procedure to replace the current separation/purification stage of hydrometallurgical techniques. Chitosan is an efficient adsorbent for HM uptake from aqueous solutions. Nevertheless, in practice, chitosan modification is unavoidable to improve its physicochemical properties. Sodium tripolyphosphate is an environmentally benign crosslinker that can be used for chitosan modification. In addition, ion-imprinting technique could potentially enhance the adsorption efficiency and selectivity of crosslinked chitosan. Considering the above, the primary purposes of this research were: investigating the adsorption efficiency of chitosan for heavy metals uptake from synthetic solutions; modifying chitosan by crosslinking alone and combined with ion-imprinting techniques to improve the physicochemical properties as well as adsorption capacity and selectivity of chitosan; evaluating and comparing the adsorption efficiency of modified chitosan beads for the adsorption of Cd(II), Ni(II) and Co(II) in single and multicomponent batch adsorption systems. Chitosan and sodium tripolyphosphate crosslinked chitosan beads were prepared to remove Cd(II) from aqueous solution in the first phase. FTIR and XRD of the synthesized beads showed partial consumption of chitosan amine groups and a decrease in crystallinity of chitosan structure over crosslinking reaction. The isotherm and thermodynamic studies showed that Langmuir isotherm was the best fit to the experimental data of Cd(II) adsorption on crosslinked chitosan and all the adsorption reactions were endothermic and spontaneous. A reduced quadratic model, constructed by the Response Surface Methodology (RSM), indicated that the Cd(II) adsorption uptake of 99.87 (mg/g) was achieved at 55 °C and 2.92 % (w/v) crosslinking degree. Then, chitosan and crosslinked chitosan beads by sodium tripolyphosphate were used for Ni(II) adsorption from aqueous media in the second phase. The BET characterization showed that increasing the crosslinking degree reduced the chitosan beads' surface area and their total pore volume. The Langmuir model described the experimental results best and showed that the maximum adsorption capacity of chitosan (80.00 mg/g) decreased after crosslinking (52.36 mg/g). In addition, a reduced quadratic model with a correlation coefficient of 0.96 was established to correlate the adsorption uptake of Ni(II) with pH and crosslinking degree. In the third phase, the adsorption of Ni(II) and Cd(II) ions from single and binary metal ions solutions onto chitosan and crosslinked chitosan beads was studied. The extended Freundlich model fitted the adsorption equilibrium data in the binary system, implying the existence of preference in the order of Ni(II) > Cd(II). Desorption studies with a mixture of NaCl and H2SO4 were also conducted during this phase, demonstrating a desorption efficiency of greater than 85 %. In the fourth phase, the removal of cadmium from aqueous solution was examined using a novel Cd(II)-imprinted crosslinked chitosan. SEM, FTIR, TGA, and BET characterizations revealed that the ion-imprinted chitosan beads had better physicochemical properties than chitosan beads and superior potential adsorption properties than non-imprinted crosslinked chitosan beads. The isotherm and thermodynamic studies revealed that the Langmuir isotherm fitted the Cd(II) experimental data the best, and the adsorption reactions were spontaneous and endothermic. The kinetics data were also best fitted by the pseudo-second-order equation. Finally, the ion-imprinted crosslinked chitosan beads were employed for the selective adsorption of Cd(II) in a competitive adsorption system of Cd(II)-Ni(II)-Co(II) in phase five. The characterization of the prepared adsorbents was performed using XRD and BET, showing a higher surface area of ion-imprinted crosslinked chitosan than non-imprinted crosslinked chitosan beads. The Extended Langmuir model fitted the experimental results obtained from the multi-component system, indicating that ion-imprinted crosslinked chitosan had a higher total metal uptake with better selectivity toward Cd(II) uptake compared to non-imprinted crosslinked chitosan. Studying the adsorption mechanism in a ternary system showed that the adsorption was governed by chemical binding and ion exchange mechanisms in the ternary system. In conclusion, crosslinking by sodium tripolyphosphate improved chitosan physiochemical properties; however, it resulted in a decrease in HM adsorption uptake. The RSM was used to assess the effect of pH, temperature, and crosslinking degree and optimize the adsorption uptake of chitosan. Also, ion-imprinting was effective in enhancing the adsorption capacity and selectivity of crosslinked chitosan for the ion used as a template (Cd(II)) in preparing ion-imprinted crosslinked chitosan.

The cytokine tumor necrosis factor α (TNFα) stimulates the NF-кB, SAPK/JNK, and p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase pathways by recruiting Rip1 and Traf2 proteins to the tumor necrosis factor receptor 1 (TNFR1). Genetic studies have revealed that Rip1 links the TNFR1 to the IкB kinase (IKK) complex, whereas Traf2 couples the TNFR1 to the SAPK/JNK cascade. We found TNFα-induced p38 MAP kinase activation and interleukin-6 (IL-6) production is impaired in rip1-/- murine embryonic fibroblasts (MEF) but unaffected in traj2-/- MEF, demonstrating that Rip1 is also a specific mediator of the p38 MAP kinase response to TNFα. Moreover, we demonstrate that endogenous Rip1 associates with the MAP3K, Mekk3 in response to TNFα and that TNFα-induced p38 MAP kinase activation is impaired in mekk3-/- cells, indicating that Rip1 may mediate the p38 MAP kinase response to TNFα by recruiting Mekk3. We also demonstrate that Rip1 is phosphorylated and ubiquitinated in response to Tnfα and that Rip1 phosphorylation is not required for ubiquitination of Rip1. Furthermore, TNFα-induced ubiquitination of Rip1 is impaired in Traf2-/- cells, suggesting that Traf2 is the E3 ubiquitin ligase responsible for the TNFα-dependent ubiquitination of Rip1. Finally, recruitment of the ubiquitinated Tak1 complex is dependent on the presence of Rip1, suggesting that Rip1 ubiquitination rather than its phosphorylation is critical in TNFR1 signaling.

Getriebener Transport wechselwirkender Teilchen ist im direkten oder übertragenen Sinne von großer Bedeutung für viele Forschungsfelder. Zur Untersuchung grundlegender Fragestellungen wird auf einfache Modellsysteme zurückgegriffen, die analytische Zugänge ermöglichen und zugleich wesentliche Aspekte der Nichtgleichgewichtsdynamik in realen Applikationen erfassen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein eindimensionales Gittergas mit Nächsten-Nachbar-Wechselwirkungen betrachtet, um den Einfluss von Wechselwirkungen auf den Teilchentransport in getriebenen Diffusionsprozessen zu studieren. Mit einem auf der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie klassischer Fluide basierenden Verfahren werden Evolutionsgleichungen für Dichten, Korrelationsfunktionen und Ströme aufgestellt, deren numerische Lösung eine gute Beschreibung der Transportkinetik liefert. Für Sprungdynamiken, welche bestimmte Relationen erfüllen, werden exakte Strom-Dichte-Beziehungen in geschlossenen Ringsystemen hergeleitet. Hierzu zählen insbesondere die für viele Applikationen relevanten Glauber-Raten. In offenen Kanälen, die zwei Reservoire verbinden, kommt es zu Phasenübergängen der Teilchendichte im Inneren des Kanals. Anhand allgemeiner Überlegungen auf Grundlage der Extremalprinzipien bezüglich des Stroms und der Strom-Dichte-Relation im Bulk kann ein Überblick aller möglichen Phasen, ungeachtet der konkreten System-Reservoir-Kopplung, erhalten werden. Welche Phasen im randinduzierten Phasendiagramm erscheinen, wird durch die System-Reservoir-Kopplung festgelegt. Dies wird anhand zweier unterschiedlicher Randankopplungen demonstriert. Im zweiten Teil der Dissertationsschrift werden stochastische Transportvorgänge in Brownschen Pumpen und in organischen Solarzellen mit Heteroübergang modelliert. Hierbei zeigen Brownsche Pumpen Phasenübergänge in periodengemittelten Dichten und Strömen, falls Ausschlusswechselwirkungen berücksichtigt werden. Ein Minimalmodell organischer Solarzellen erlaubt Elementarprozesse an der Donator-Akzeptor-Grenzfläche abzubilden, wodurch Einblicke in das Strom- und Effizienzverhalten des photovoltaischen Systems gewonnen werden.

Aufgrund des weltweiten Trends zur Miniaturisierung, u. a. von elektronischen Bauteilen, von Sensoren, von Speichermedien, oder bei der gezielten Funktionalisierung von Nanopartikeln als Kontrastmittel in bildgebenden medizinischen Verfahren, nimmt die Erforschung von Nanosystemen eine interdisziplinäre Schlüsselrolle ein. Ein grundlegendes physikalisches, chemisches und biologisches Verständnis von Nanosystemen auf Grundlage von experimentellen und theoretischen Untersuchungen steht dabei ebenso im Fokus wie die konzeptionelle Entwicklung geeigneter Nanotechnologien zur kontrollierten Herstellung von Nanostrukturen über „bottom-up“ und „top-down“ Strategien. Getriebene Nanosysteme befinden sich fern vom thermischen Gleichgewicht. Zur ihrer Beschreibung gibt es bisher keine allgemein ausgearbeitete Theorie. Dies hat zur Konsequenz, dass getriebene Nanosysteme problemspezifisch modelliert und untersucht werden müssen. Die vorliegende Schrift ist in drei Themengebiete unterteilt: (i) konzeptionelle Beschreibung stochastischer Fluktuationen der Arbeit und der Wärme im Rahmen der stochastischen Thermodynamik, (ii) konzeptionelle Beschreibung von Vielteilchen-Transportproblemen mit repulsiven Nächste-Nachbarwechselwirkungen auf Grundlage der klassischen zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie und (iii) selbstorganisiertes Wachstum von metallischen und organischen Nanostrukturen.

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