Schwerpunkte der Arbeit waren die Synthese und in-situ Charakterisierung metastabiler Modifikationen der Elemente Silicium und Germanium, sowie die Darstellung binärer Silicide und Germanide der Erdalkali- und Seltenerdmetalle unter Druck (bis 20 GPa) und bei hoher Temperatur (bis 2200 K). Dabei konnten die Phasenbeziehungen von Allotropen des Germaniums näher beleuchtet werden und es gelang, eine neue Germaniummodifikation, Ge(hR8), in-situ strukturell zu charakterisieren. Die neu dargestellten metastabilen binären Silicide und Germanide unterteilen sich strukturell in solche, die clathratartige Tetrel-Netzwerke mit einer Koordinationszahl von drei und vier enthalten und in jene, bei denen die Anzahl benachbarter Tetrelatome vier übersteigt. So konnten beispielsweise Netzwerke dargestellt werden, die acht homonukleare Silicium oder Germanium Kontakte im Netzwerk aufweisen. Neben der strukturellen Charakterisierung standen die Bestimmungen der elektrischen Leitfähigkeit und des Magnetismus, sowie die Ermittlung der thermischen Eigenschaften im Focus der Arbeit. / Key aspects of the present work were the synthesis and in-situ characterization of metastable modifications of elemental silicon and germanium as well as the preparation of binary silicides and germanides of the alkaline earth and rare earth metals under pressure (up to 20 GPa) and at elevated temperatures (up to 2200 K). In that process the phase relations of germanium allotropes could be examined more closely and led to the preparation of a new germanium modification, Ge(hR8), which could be structurally characterized by in-situ experiments. The prepared silicides and germanides can be structurally separated in those containing clathrate-like networks with a coordination number of three and four and those which contain more neighbors in the network than four e.g., eight homonuclear silicon or germanium contacts in the network of CeSi5 and CeGe5. Beside the structural characterization the determination of the electrical resistivity and the magnetical properties as well as the analysis of the thermal behavior were in focus of the work.

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Articular cartilage is a highly specialized tissue which provides a lubricated gliding surface in joints and thereby enables low-friction movement. If damaged once it has a very low intrinsic healing capacity and there is still no treatment in the clinic which can restore healthy cartilage tissue. 3D biofabrication presents a promising perspective in the field by combining healthy cells and bioactive ink materials. Thereby, the composition of the applied bioink is crucial for defect restoration, as it needs to have the physical properties for the fabrication process and also suitable chemical cues to provide a supportive environment for embedded cells. In the last years, ink compositions with high polymer contents and crosslink densities were frequently used to provide 3D printability and construct stability. But these dense polymeric networks were often associated with restricted bioactivity and impaired cell processes like differentiation and the distribution of newly produced extracellular matrix (ECM), which is especially important in the field of cartilage engineering. Therefore, the aim of this thesis was the development of hyaluronic acid (HA)-based bioinks with a reduced polymer content which are 3D printable and additionally facilitate chondrogenic differentiation of mesenchymal stromal cells (MSCs) and the homogeneous distribution of newly produced ECM. Starting from not-printable hydrogels with high polymer contents and restricted bioactivity, distinct stepwise improvements were achieved regarding stand-alone 3D printability as well as MSC differentiation and homogeneous ECM distribution. All newly developed inks in this thesis made a valuable contribution in the field of cartilage regeneration and represent promising approaches for potential clinical applications. The underlying mechanisms and established ink design criteria can further be applied to other biofabricated tissues, emphasizing their importance also in a more general research setting. / Gelenkknorpel ermöglicht durch seine gleitfähige Oberfläche reibungsarme Bewegungen der Gelenke. Ist der Knorpel jedoch einmal geschädigt, kann er sich kaum selbst regenerieren und es gibt noch keine klinische Lösung, die das native Gewebe wiederherstellen kann. Ein vielversprechender Ansatz im Feld ist die 3D Biofabrikation, da sie gesunde Zellen mit bioaktiven Tintenmaterialen kombiniert. Hierbei ist die Zusammensetzung der Tinte besonders wichtig für die Funktionsweise des Konstruktes, da sie sowohl die physikalischen Voraussetzungen für den 3D Druck als auch die biologische Unterstützung für die Zellkultivierung mitbringen muss. Bisher wurden häufig Tintenzusammensetzungen mit hohen Polymergehalten und Vernetzungsdichten verwendet, um 3D-Druckbarkeit und Konstruktstabilität zu gewährleisten. Das verursachte jedoch häufig eine eingeschränkte Bioaktivität und die Beeinträchtigung von Zellprozessen wie Differenzierung und der Verteilung der neu gebildeten Extrazellulärmatrix (ECM), die insbesondere in der Knorpelregeneration von großer Bedeutung ist. Daher war das Ziel dieser Arbeit 3D-druckbare Tinten auf Hyaluronsäure (HA)-Basis mit reduziertem Polymergehalt zu entwickeln, die die chondrogene Differenzierung von mesenchymalen Stromazellen (MSCs) unterstützen und eine homogene Verteilung der neu produzierten ECM ermöglichen. Ausgehend von nicht-druckbaren Hydrogelen mit hohem Polymergehalt und eingeschränkter Bioaktivität wurde eine schrittweise Verbesserung hinsichtlich 3D-Druckbarkeit, MSC-Differenzierung und homogener ECM-Verteilung erreicht. Alle hier neu entwickelten Tinten leisten einen wertvollen Beitrag auf dem Gebiet der Knorpelregeneration mit Potenzial zur klinischen Anwendung. Die zugrunde liegenden Mechanismen und etablierten Designkriterien können weiterhin auch auf andere biofabrizierte Gewebe übertragen werden, was ihre Bedeutung auch für ein weiter gefasstes Forschungsfeld unterstreicht.

Neuartige funktionsbedingte Bauteilgeometrien in geringen Stückzahlen lassen sich mit verschiedenen Methoden der additiv, generativen Fertigung, populärwissenschaftlich 3D- Druck genannt, effizient herstellen. Für den Konstrukteur solcher Bauteile bedeutet dies ebenfalls neuartige Methoden als bisher anzuwenden. Bauteilgeometrien, die hinsichtlich einer Zielgröße optimiert sind, können mit der Topologieoptimierung auf Basis eines FE- Modells rechnerisch ermittelt werden. Während die Topologieoptimierung schon seit längerem bekannt und etabliert ist, war die durchgängige Nutzung einer gemeinsamen Datenbasis häufig durch Hindernisse geprägt. Im vorliegenden Artikel werden die heutigen Möglichkeiten anhand des FE-Systems ANSYS aufgezeigt und hinsichtlich des effizienten praktischen Einsatzes bewertet. / Innovative function-related component geometries in small quantities can be produced efficiently with different methods of additive, generative manufacturing, in a popular science known as 3D printing. For the designer of such components it also means to use other methods as usual. Component geometries optimized regarding to a target size can be calculated using topology optimization based on a FE model. While topology optimization has been known and established for a long time, the consistent use of a common database was often characterized by obstacles. In this article today's possibilities are shown with the FE system ANSYS and evaluated with regard of the efficient practical use.

This study presents a method developed to achieve the roll-to-roll sintering of printed Ag patterns based on exposure to hot air, near-infrared, and mid-infrared sources. The sintering energy was quantified and evaluated based on theoretical and experimental calculations. Moreover, the effect of the sintering energy on the web tension was simultaneously considered. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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Der Einsatz von Ketamin erfolgt in der Humananästhesie, vor allem aufgrund seiner vielfältigen Nebenwirkungen, nur noch nach strenger Indikation. In der Veterinärmedizin ist Ketamin tierartenübergreifend für die Injektionsnarkose weit verbreitet. Um den bekannten Nebenwirkungen vorzubeugen, wird Ketamin mit verschiedenen anderen Anästhetika kombiniert und stellt so ein sicheres Narkoseverfahren bei Tieren dar. Eine besondere Herausforderung ist die Anästhesie bei ophthalmologischen Patienten unter Berücksich-tigung der Kontrolle des Intraokularen Drucks (IOP). In diesem Zusammenhang gibt es in der Literatur widersprüchliche Angaben zur Auswirkung von Ketamin auf den IOP beim Menschen und verschiedenen Tierarten. Auch für die Auswirkungen von Propofol und der endotrachealen Intubation auf den IOP existieren widersprüchliche Aussagen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob gängige Ketamin-Kombinationsnarkosen bei der augengesunden Katze einen Einfluss auf den IOP haben. Angeregt durch Berichte in der Literatur wurde zudem untersucht, ob die Applikation von Propofol sowie die endotracheale Intubation den IOP bei der Katze beeinflussen. Methodik: Untersucht wurden 48 adulte, augengesunde Katzen, die dem chirurgischen Patientengut der Klinik für Kleintiere der Universität Leipzig entstammten. Es handelt sich um eine prospektive, randomisierte Blindstudie. Die Patienten wurden vier Untersuchungsgruppen zugeordnet. Zur intramuskulären Narkoseeinleitung erhielten Tiere der KX-Gruppe Ketamin (10 mg/kg) und Xylazin (1 mg/kg), der KXAtr-Gruppe Ketamin (10 mg/kg), Xylazin (1 mg/kg) und Atropin (0,025 mg/kg), der KA-Gruppe Ketamin (20 mg/kg) und Acepromazin (0,5 mg/kg) und der KM-Gruppe Ketamin (10 mg/kg) und Medetomidin (50 g/kg). Bei allen Patienten wurde mittels Tono-Pen® XL zu verschiedenen Zeitpunkten der IOP bestimmt: vor Narkoseeinleitung (Ausgangswert), nach Narkoseeinleitung nach 5, Zusammenfassung 86 10, 15 und 20 Minuten und direkt nach der Intubation sowie final nach Beendigung der Narkose während der Aufwachphase. Einige Tiere erhielten zur Vertiefung der Narkose vor der Intubation Propofol. Im Anschluss erfolgte eine ophthalmologische Untersuchung der Patienten, um eine Augenerkrankung auszuschließen. Ergebnisse: Der mittlere Ausgangs-IOP aller Tiere beträgt 15,8 mmHg. Mit p = 0,756 besteht kein signifikanter Unterschied zwischen den Gruppen. Getrennt nach linken (OS) und rechten (OD) Augen ist der mittlere IOP 15,7 und 15,8 mmHg. Dieser Unterschied ist nicht signifikant (p = 0,442). Daher wird für die Auswertung der Mittelwert aller 6 Datenpunkte pro Tier und Messzeitpunkt zugrunde gelegt. Im Vergleich zum Ausgangswert zeigt die KX-Gruppe keine signifikanten IOP-Änderungen. Die KXAtr-Gruppe und die KM-Gruppe weisen zur Final-Messung einen signifikanten IOP-Abfall um 16 % (p = 0,012) bzw. 17 % (p = 0,021) im Vergleich zum Ausgangswert auf. Die KA-Gruppe zeigt zur 15-Minuten-Messung den stärksten IOP-Abfall mit 21 % Prozent (p = 0,001) gegenüber dem Ausgangswert. Ab der 10-Minuten-Messung bis zur post-Intubations-Messung ist der IOP-Abfall der KA-Gruppe signifikant. Für die Gesamtstichprobe hat die Intubation keinen signifikanten Einfluss auf den IOP (p = 0,063). Die Gabe von Propofol zur Vertiefung der Narkose bei einzelnen Tieren hat ebenfalls keinen signifikanten Einfluss auf den IOP (p = 0,42). Schlussfolgerung: Die verwendeten Ketamin-basierten Narkoseprotokolle bewirken bei der augengesunden Katze keinen signifikanten IOP-Anstieg. Die Gruppen KX, KXAtr und KM gewährleisten für den Zeitraum von 20 Minuten nach Narkoseeinleitung einen relativ stabilen IOP. Trotz des signifikanten IOP-Abfalls in der KA-Gruppe sind sämtliche IOP-Schwankungen aller Gruppen klinisch nicht relevant. Die gemessenen IOP-Werte bewegen sich alle im physiologischen Bereich. Zudem geben die Ergebnisse keinen Hinweis auf eine IOP-Steigerung infolge Propofolgabe und Intubation bei der Katze. / Ketamine is used in human medicine based on strict indications, mainly due to its numerous side effects. In veterinary medicine however Ketamine is commonly used to induce anesthesia intramuscularly throughout all species. To minimize the well known side effects Ketamine is used in combination with several other anesthetics and thus represents a safe anesthetic procedure in animals. Ophthalmological patients are a particular challenge for anesthetists with regard to maintaining the intraocular pressure (IOP). Conflicting data can be found in the literature about the effects of Ketamine on IOP in humans and various animal species. The literature also contains various statements about the effects of Propofol and endotracheal intubation on IOP. In this clinical trial we investigated the effects of commonly used Ketamine-based anesthetic protocols on IOP in cats. Motivated by conflicting statements in the literature the analysis of the effects of Propofol and endotracheal intubation on IOP was included in the study. Methods: This is a prospective, randomized, blinded study. 48 adult cats without ophthalmological abnormalities, recruited from the pool of admitted surgical patients of the Department of Small Animal Medicine of the University of Leipzig were included in the study. The patients were assigned to one of the following four groups and anesthesia was induced intramuscularly. Cats in the KX-group were induced with Ketamine (10 mg/kg) and Xylazine (1 mg/kg). Cats in the KXAtr-group were induced with Ketamine (10 mg/kg), Xylazine (1 mg/kg) and Atropine (0,025 mg/kg). Cats in the KA-group were induced with Ketamine (20 mg/kg) and Acepromazine (0,5 mg/kg). Cats in the KM-group were induced with Ketamine (10 mg/kg) and Medetomidine (50 g/kg). In all patients the IOP was measured three times per eye using the Tono-Pen® XL at particular times: baseline IOP before induction of anesthesia, at 5, 10, 15 and 20 minutes after induction of anesthesia, after intubation and final IOP after completion of surgery. Some cats received a single bolus of Propofol to be able to tolerate endotracheal intubation. After the final IOP-measurement all Zusammenfassung 88 cats were subjected to an ophthalmological examination, including slitlamp biomicroscopy and gonioscopy, in order to exclude patients with ophthalmological pathologies. Results: The mean baseline IOP for all animals is 15,8 mmHg (SD 4,0). There is no significant difference between the four groups (p = 0,756). The mean IOP for the right (OD) and left eyes (OS) of all patients was 15,8 mmHg and 15,7 mmHg, respectively. There is no significant difference between right (OD) and left eyes (OS) (p = 0,442). Therefore all further analyses are based on the mean of all six data points per animal and measuring time. The KX-group shows no significant IOP-change relative to baseline-IOP. The KXAtr and KM-group show a significant decrease in IOP of 16 % and 17 %, respectively, at the final measurement compared with baseline-IOP. The KA-group shows a significant decrease in IOP starting at 10 minutes after induction of anesthesia until the post-intubation measurement. The maximum decrease in IOP in this group is 21 % relative to baseline-IOP 15 minutes after induction of anesthesia. For the total data no significant influence of endotracheal intubation on IOP could be detected (p = 0,063). The application of Propofol in a total of 14 cats has no significant effect on IOP (p = 0,42). Conclusion: The Ketamine-based anesthetic protocols used in this study do not cause a significant increase in IOP in cats without ophthalmological abnormalities. The KX, KXAtr and KM-group ensure a relatively stable IOP for the time period of 20 minutes after induction of anesthesia. Despite the significant IOP-decrease in the KA-group none of the IOP-changes in all groups examined are of clinical relevance. All of the collected IOP-values are within the physiological range for cats. There is no evidence for an increase in IOP caused by endotracheal intubation or the application of Propofol.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung ethylenglykolfunktionalisierter Carboxylate der Münzmetalle sowie deren Verwendung als Präkursoren in der Herstellung von Nanopartikeln und leitfähigen Metallschichten. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Verwendung von Kupfer(II)-carboxylaten zur Herstellung von druckbaren Kupfertinten. Es wird gezeigt, wie zentrale Präkursoreigenschaften durch Variation der Carboxylatreste optimiert werden können. Einen zweiten Schwerpunkt bildet die Herstellung von Kupfernanopartikeln durch thermische Zersetzung ethylenglykolfunktionalisierter Kupfercarboxylate. Der Einsatz von Bis- und Tris(triphenylphosphan)kupfer(I)-carboxylaten ermöglicht hierbei die Herstellung von oxidfreien sphärischen Kupfernanopartikeln sowie von Kupferstäbchen unter einfachen experimentellen Bedingungen. Weitere Arbeiten widmen sich der Verwendung von ethylenglykolfunktionalisierten Silber(I)-carboxylaten zur Synthese von Silbernanopartikeln. Der entwickelte Prozess erlaubt die Herstellung blättchenförmiger Silbernanopartikel bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Auch die Herstellung von blättchenförmigen Kupfersulfidpartikeln durch Thermolyse eines ethylenglykolfunktionalisierten Bis(triphenylphosphan)kupfer(I)-thiocarboxylates wird beschrieben. Schließlich wird gezeigt, wie thermolytisch hergestellte Goldnanopartikel an ethylenglykolfunktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden können. Der Prozess wurde auf einem Wafer durchgeführt. Die erhaltenen Strukturen ermöglichen eine Verwendung als optischer Sensor.

Die Optimierung der Anordnung von Objekten ist eine alte Herausforderung in der Wirtschaft. Anwendungsfälle erstrecken sich von der Stauraumoptimierung bei der Beladung von Lkws, Schiffen und Flugzeugen in der Logistik über die Packungsoptimierung bis zur Zuschnittoptimierung in den metall-, textil- und holzverarbeitenden Industrien. Die große Spanne an Szenarien und Randbedingungen erfordert jeweils angepasste Lösungsalgorithmen. Mit den neuen Herstellungstechnologien des Rapid Prototyping (zum Beispiel 3D-Druck oder Lasersintering), erlangt eine neue Ausprägung des Problemraums wirtschaftliche Bedeutung. Zur Lösung des Problems, soll untersucht werden, inwieweit sich etablierte Algorithmen der Stauraum- und Packungsoptimierung an die neuen Randbedingungen anpassen lassen und ob sich Algorithmen zur Zuschnittoptimierung in die dritte Dimension übertragen lassen.

In terms of a considerable increase the quality of characterization of tight-gas reservoirs, the aim of the present thesis was (i) an accurate representation of specific conditions in a reservoir simulation model, induced after the hydraulic fracturing or as a result of the underbalanced drilling procedure and (ii) performing the history match on a basis of real field data to calibrate the generated model by identifying the main model parameters and to investigate the different physical mechanisms, e.g. multiphase flow phenomena, affecting the well production performance. Due to the complexity of hydrocarbon reservoirs and the simplified nature of the numerical model, the study of the inverse problems in the stochastic framework provides capabilities using diagnostic statistics to quantify a quality of calibration and reliability of parameter estimates. As shown in the present thesis the statistical criteria for model selection may help the modelers to determine an appropriate level of parameterization and one would like to have as good an approximation of structure of the system as the information permits.