Die Progression von Tumorerkrankungen ist ein gesamtgesellschaftliches Problem und macht die fortwährende Forschungsarbeit in Bezug auf die Weiterentwicklung diagnostischer und therapeutischer Optionen unumgänglich. Für die Krebstherapie stehen neben den konventionellen Methoden wie der operativen Entfernung, Chemo- und Strahlentherapie auch spezialisierte Therapieformen zur Verfügung. Die radiopharmazeutischen Wissenschaften in Verbindung mit der Nuklearmedizin als klinische Disziplin widmen sich diesen hoch spezialisierten Ansätzen unter Verwendung von Radioaktivität. Je nach verwendetem Radionuklid ist die Bearbeitung von diagnostischen oder therapeutischen Fragestellungen möglich. Während für diagnostische Zwecke Gamma- und Positronenemitter eingesetzt werden, sind es für die Therapie vor allem Betaemitter, aber auch Alphaemitter, zum Beispiel Radium-223/224 und Actinium-225. Alphaemitter besitzen eine sehr hohe Zerfallsenergie (meist mehrere MeV), welche sie über eine vergleichsweise kurze Wegstrecke abgeben. Dadurch können sie, wenn stabil an Krebszellen gebunden, Tumorgewebe effizient zerstören und das umliegende Gewebe bestmöglich schonen. Alphaemitter sind in ihrer Anwendungsbreite aus verschiedenen Gründen bislang limitiert: Fehlt für Radium-223/224 ein geeignetes System zur stabilen Bindung, sind es für Actinium-225 die noch fehlenden anwendungsspezifischen Studien und die limitierte globale Verfügbarkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Methoden verfolgt, Alphaemitter stabil einzuschließen und damit für therapeutische Anwendungen verfügbar zu machen. Es sollten geeignete Nanopartikel als Träger für die Radionuklide Radium-223/224 und Actinium-225 hergestellt werden. Diese sollten anschließend funktionalisiert und damit spezifisch gegen ein bestimmtes Tumortarget gerichtet sein. Durch Ergänzung mit dem Gammastrahler Barium-131 sollte das Potential des theranostischen Radionuklidpaars (Diagnostik und Therapie mit dem gleichen Trägersystem) Barium-131 / Radium-224 evaluiert werden. Die grundsätzliche Verfügbarkeit beider Radionuklide im Labormaßstab war sicherzustellen. Zusätzlich sollten Untersuchungen zur Radiomarkierung (unter milden Bedingungen) von funktionalisierbaren Komplexbildnern mit Barium-131 und Actinium-225 durchgeführt und an einem Tumortarget exemplarisch evaluiert werden. Der Verfügbarkeit von Barium-131 und Radium-224 wurde im Labormaßstab sichergestellt. Bezüglich des Barium-131 wurde ein Zyklotron-basierter Herstellungsprozess etabliert und die entsprechenden Aufarbeitungs- und Reinigungsmethoden entwickelt. Es wurden reproduzierbar 190 MBq nach vierstündiger Bestrahlung eines CsCl-Targets bei (26,5-27,5) MeV erhalten. Hinsichtlich des Radium-224 wurde ein Thorium-228 / Radium-224-Generatorsystem erfolgreich entwickelt, welches die einfache und kontinuierliche Gewinnung von Radium-224 (ca. (5-10) MBq) in hoher Qualität ermöglichte, ohne größere Verluste des Mutternuklids in Kauf zu nehmen. Bariumsulfat-Nanopartikel wurden als stabiles Trägersystem für Ionen, vor allem die des Bariums, Radiums und Actiniums, synthetisiert. Nach der Auswahl des geeigneten Lösungsmittelgemisches und der Testung verschiedener Zusätze für die nachträgliche Funktionalisierung wurden Nanopartikel in verschiedenen Etappen hergestellt. Während die Nanopartikel der ersten Generation mit ca. 150 nm Kristallgröße noch relativ groß in Hinblick auf die In-vivo-Anwendung waren, konnte durch Optimierungen der Methode eine Verkleinerung auf ca. 10 nm erzielt werden. Diese Nanopartikel beinhalteten Alendronat-Einheiten, welche über die Aminofunktion weiter funktionalisiert wurden. Die Radiomarkierung der Nanopartikel mit Barium und Radiumisotopen, aber auch anderen klinisch interessanten Radionukliden wurde erfolgreich getestet. Die Untersuchung der Partikel in Hinsicht auf ihre biologischen Interaktionen zeigte allerdings unspezifische Wechselwirkungen mit Serumproteinen und auch keine spezifische Anreicherung an Tumorzelllinien nach entsprechender Funktionalisierung. Ein erstes In-vivo-Experiment an einer gesunden Maus wies, verursacht durch massive Anreicherung in Leber und Milz, ebenfalls das unspezifische Verhalten nach. Der vierte experimentelle Abschnitt behandelte die Entwicklung eines K2.2-basierten Komplexbildners für Actiniumionen, welcher die Radiomarkierung bei Raumtemperatur, im Gegensatz zum derzeit angewandten Chelator DOTA, ermöglicht. Es ist gelungen, funktionalisierbare Chelatoren herzustellen und die zwei Leitstrukturen 20 und 21, welche das PSMA-Bindungsmotiv (ein bzw. zwei Motive) tragen, wurden biologisch charakterisiert. Beide Konjugate (radiomarkiert mit Actinium-225) wurden auf zellulärer Ebene an PSMA-rezeptorpositiven Zellen hinsichtlich ihrer Bindungsaffinität und ihres Einflusses auf das klonogene Zellüberleben untersucht. Die radiomarkierte Verbindung 21 zeigte dabei gegenüber 20 sowohl eine höhere Affinität (9 nM vs. 38 nM) als auch ein stärkeres Schädigungspotential im Koloniebildungsversuch. Diese Tendenz wurde in Tierversuchen durch eine höhere prozentuale Tumoranreicherung (Mausmodell, LNCaPXenograft; 7% vs. 12%) bestätigt und liefert vergleichbare Daten mit dem aktuell in der Nuklearmedizin angewandten Konjugat Lutetium-177-PSMA-617. Die Verfügbarkeit der Radionuklide wurde sichergestellt. Sollten hier weitere Optimierungen hinsichtlich der Aktivitätsmenge nötig sein, müsste vor allem für Barium-131 ein neues Targetsystem entwickelt werden, um die Bestrahlung effizienter durchzuführen und die Ausbeuten zu erhöhen. Weiterhin wäre die Aufstockung des Strahlenschutzes notwendig. Bezüglich der Bariumsulfat-Nanopartikel müssten zukünftige Optimierung auf das Erreichen einer biologischen Inertie und das Verhindern unspezifischer Anreicherungen in vivo abzielen. Dies könnte insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Partikeloberfläche weiter funktionalisiert wird. So bieten Polyethylenglykol-Einheiten oder die Umhüllung in Mizellen die Möglichkeit, das Partikel-Ladungspotential abzuschirmen und unspezifische Proteinadsorptionen zu unterdrücken. Weiterhin wäre das Anbringen eines sehr großen Biomoleküls an die Partikel denkbar, welches das Verhalten der Partikel dann stärker beeinflusst als die eigene Charakteristik. Die Synthese eines funktionalisierbaren und bei Raumtemperatur radiomarkierbaren Actinium-Komplexbildners ist erfolgreich gewesen. Die Untersuchungen bezüglich der Actinium-225-Anwendungen können vor allem hinsichtlich der Bioverteilungseigenschaften der radiomarkierten Konjugate verbessert werden. So könnte das Anfügen Albumin-bindender Einheiten (z.B. Iodphenylbuttersäure) am Bindungsmotiv die Verweilzeit im Blutkreislauf erhöhen und damit auch zu einer größeren Gesamttumoraufnahme beitragen. Perspektivisch können die Komplexbildner verwendet werden, um größere, temperatursensible Biomakromoleküle (z.B. Antikörper) zu funktionalisieren und für therapeutische Ansätze mit Actinium-225 zugänglich zu machen.

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Over the past decades, electrospray ionization for mass spectrometry (ESI-MS) has become one of the most commonly employed techniques in analytical chemistry, mainly due to its broad applicability to polar and semipolar compounds and the superior selectivity which is achieved in combination with high resolution separation techniques. However, responsiveness of an analytical method also determines its suitability for the quantitation of chemical compounds; and in electrospray ionization for mass spectrometry, it can vary significantly among different analytes with identical solution concentrations. Therefore, we investigated the ESI-response behavior of 56 nitrogen-containing compounds including aromatic amines and pyridines, two compound classes of high importance to both, synthetic organic chemistry as well as to pharmaceutical sciences. These compounds are increasingly analyzed employing ESI mass spectrometry detection due to their polar, basic character. Signal intensities of the peaks from the protonated molecular ion (MH+) were acquired under different conditions and related to compound properties such as basicity, polarity, volatility and molecular size exploring their quantitative impact on ionization efficiency. As a result, we found that though solution basicity of a compound is the main factor initially determining the ESI response of the protonated molecular ion, other factors such as polarity and vaporability become more important under acidic solvent conditions and may nearly outweigh the importance of basicity under these conditions. Moreover, we show that different molecular descriptors may become important when using different types of instruments for such investigations, a fact not detailed so far in the available literature.

In der vorliegenden Arbeit wird erstmals ueber elektrochemische in situ Messungen zur Temperaturabhaengigkeit der Leitfaehigkeit von intrinsisch leitenden Polymeren berichtet. Die Leitfaehigkeit von metallischen Leitern nimmt mit der Temperatur ab. Dafuer sind die mit der Temperatur groesserwerdenden Phononenschwingungen im Festkoerper verantwortlich. Bei Halbleitern nimmt die Leitfaehigkeit mit steigender Temperatur zu, weil mehr Ladungstraeger freigesetzt werden. Die Leitfaehigkeit von intrinsisch leitenden Polymeren wird mit dem Polaron-/ Bipolaron-Modell erklaert, welches sich im wesentlichen auf Elemente des Halbleitermodells stuetzt. Daher wird auch bei intrinsisch leitenden Polyeren eine zunehmende Leitfaehigkeit mit steigender Temperatur erwartet. Die verschiedenen elektrochemischen Herstellungsverfahren, die sich in ihrem E-t-Verlauf unterscheiden, ergaben, dass man leitfaehiges Polyanilin nach allen drei Verfahren, jedoch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, erhaelt. Polyindolin bildet sich nur bei der potentiodynamischen Abscheidung in akzeptabler Qualitaet. Bei der potentiostatischen und der Potential-Sprung- Methode tritt offensichtlich schon waehrend der Herstellung die irreversible anodische Oxidation des Polymers auf. Die Messungen zur Zeitabhaengigkeit der Leitfaehigkeit, die als Grundlinie fuer die T-Abhaengigkeitsmessugen erforderlich waren, ergaben in allen Experimenten eine Abnahme der Leitfaehigkeit mit der Zeit. Bei Polyanilin nahmen die Leitfaehigkeiten bei den drei Herstellungsverfahren unter- schiedlich schnell ab. Bei Polyindolin scheint die zeitabhaengige Verlauf der Leitfaehigkeit vom Herstellungsverfahren unabhaengig zu sein. Bei Polyanilin und Polyindolin nimmt die Leitfaehigkeit mit der Temperatur zu. Der LF-T-Verlauf beschreibt dabei eine e-Funktion. Die Auswertung ergibt Aktivierungsenergien fuer die Freisetzung von Ladungstraegern, die im Bereich von 0,2 bis 0,5 eV liegen. Der Vergleich mit spektroskopischen Daten (UV-vis, IR) in der Literatur zeigt, dass zwischen 0,5 eV und 1,5 eV elektronische Uebergaenge beobachtet worden sind, deren Intensitaet mit zunehmender Leitfaehigkeit der Polymerfilme steigt, und die man deshalb als Aktivierungs- energien der Leitfaehigkeit interpretiert. Oberhalb einer bestimmten Temperatur (Polyanilin: 80 Grad C, Polyindolin: 65 Grad C) bricht die Leitfaehigkeit schnell zusammen. Dies ist auf einen thermischen Abbau des Polymers zurueckzufuehren. Bei beiden Polymeren veraendern sich die zyklischen Voltamogramme, die das Redoxverhalten der Polymere wiedergeben, ab den o.g. Temperaturen sprunghaft. Bei Polyanilin tritt ein neuer Peak auf, den ich als Oxidationspeak eines Abbauproduktes interpretiere. Eine genaue Identifizierung des Abbauproduktes ist mit den zur Verfuegung stehenden Methoden nicht moeglich gewesen.

Die Arbeit befasst sich mit Neu- und Weiterentwicklungen von Dichtefunktionalmethoden und deren Anwendung zur Untersuchung von komplexen Systemen aus Fullerenen. Nach einer kurzen Einf¨uhrung in die theoretischen Grundlagen wird zun¨achst das Problem der Konstruktion optimierter lokaler Basiss¨atze aus Gaussfunktionen behandelt. Die Bestimmung der Exponenten und Kontraktionskoeffizienten erfolgt hierbei auf der Grundlage des Variationsprinzips. Die f¨ur verschiedene Systeme berechneten Grundzustandsgeometrien, Bindungs- und Ionisationsenergien, Dipolmomente, Polarisierbarkeiten und Schwingungsfrequenzen best¨atigen die hohe Zuverl¨assigkeit der generierten Basiss¨atze. Im n¨achsten Abschnitt wird ein neues Verfahren vorgestellt, das die Berechnung von Infrarotabsorptions-Intensit¨aten und Ramanstreuquerschnitten f¨ur Molek¨ul- und Clusterschwingungen mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie erm¨oglicht. Der Formalismus basiert auf einer numerischen Bestimmung von Schwingungseigenmoden, dynamischen Dipolmomenten und dynamischen Polarisierbarkeiten. Untersuchungen zur Stabilit¨at des Verfahrens sowie Ergebnisse f¨ur experimentell gut charakterisierte Molek¨ule und Cluster werden pr¨asentiert. Da Implementierungen des vollst¨andigen Dichtefunktional-Formalismus erhebliche Computerressourcen beanspruchen, kommt auch der Weiterentwicklung approximativer Varianten eine grosse Bedeutung zu. Deshalb besch¨aftigt sich ein Teil der Arbeit mit Modifikationen der Dichtefunktional-Tight-Binding (DF-TB) Methode, die zu dieser Klasse von Verfahren geh¨ort. Durch eine ver¨anderte Berechnungsvorschrift f¨ur die Elemente der Hamiltonmatrix und die Einf¨uhrung einer Atomladungs-Selbstkonsistenz kann eine verbesserte Beschreibung von Molek¨ulen, Clustern und Festk¨orpern erreicht werden. Die breite Anwendbarkeit des DF-TB-Schemas zeigt sich bei der Berechnung von Strukturen, Bindungsenergien, Dissoziationsbarrieren und Schwingungseigenschaften f¨ur Fulleren-Oligomere [C60]_N (N=2-4). Zusammenh¨ange zwischen Struktur und Schwingungsverhalten dieser Systeme werden aufgezeigt, was eine teilweise Zuordnung der im Experiment beobachteten Ramansignale erm¨oglicht.

In dieser Arbeit wird die Herstellung und spektroelektrochemische Charakterisierung von Polymeren aus alkylsubstituierten Anilinderivaten beschrieben. Hierzu wird die zyklische Voltammetrie sowie als in situ-spektroskopische Methoden UV-vis-, FTIR- und Raman-Spektroskopie eingesetzt. Aus allen eingesetzten Monomeren lassen sich elektroaktive und elektrochrome Polymere herstellen. Bei der Mehrzahl der Polymere konnten in situ-Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden, die eine intrinsische, vom Elektrodenpotential abhängige elektrische Leitfähigkeit zeigen. Der molekulare Aufbau innerhalb der Polymerketten wird durch FTIR- und Raman-Spektroskopie in Analogie zum Polyanilin identifiziert. Er ist wie beim Polyanilin vom Oxidationsgrad abhängig.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit theoretischen Untersuchungen struktureller Eigenschaften komplexer Bornitrid-Systeme. Die Rechnungen basieren auf einem Dichtefunktional- Tight-Binding-Verfahren. Die interatomaren Potentiale fuer das heteronukleare System sowie die Wechselwirkung mit Wasserstoff werden in Anpassung an ab-initio-Daten abgeleitet. Mit ausfuehrlichen Testrechnungen an theoretisch wie experimentell gut charakterisierten Systemen wird gezeigt, dass die Tight-Binding-Potentiale die mannigfaltigen Bindungstypen in BN-Systemen richtig beschreiben. Im Hauptteil der Arbeit werden in Anwendung der Methode experimentell relevante Fragestellungen untersucht. Zunaechst werden die Rekonstruktionen verschiedener Kristalloberflaechen des kubischen Bornitrid (c-BN) berechnet. In Anlehnung an experimentelle Ergebnisse wird die Grenzflaeche zwischen kubischem und hexagonalem BN hinsichtlich ihres atomaren Aufbaues und ihrer energetischen Stabilitaet untersucht. Eine ausfuehrliche Diskussion struktureller Eigenschaften von amorphen Bornitrid-Modellen folgt im Anschluss. Die Betrachtung von Modellen unterschiedlicher Massendichte ermoeglicht es, Rueckschluesse auf grundlegende Mechanismen der Strukturbildung kristalliner Phasen zu ziehen. Der Einbau atomaren Wasserstoffs in verschiedene Bornitrid-Kristallgitter wird im abschliessenden Abschnitt untersucht. Weiterhin wendet sich die Arbeit ternaeren Materialien (Bor-Kohlenstoff-Stickstoff) zu. Es werden Stabilitaet und strukturelle Eigenschaften von kubischen BC2N-Kristallen diskutiert. Die gezeigte Anwendbarkeit der Methode auf derartige Materialien eroeffnet zugleich Perspektiven fuer kuenftige Arbeiten.

Im Rahmen der Projektbearbeitung wurden theoretische und praktische Aufgaben zum Aktivlöten von Materialien mit großen Eigenschaftsdifferenzen bearbeitet. Schwerpunkte lagen in der industrienahen Bearbeitung von Fragen, die der Optimierung des Aktivlötens von Diamant dienen. In enger Zusammenarbeit mit klein- und mittelständischen Unter­neh­men erfolgte die systematische Entwicklung einer Vakuum­löttechnik für monokristalline Dia­manten und die Optimierung von Lotwerkstoffen für die Herstellung von diamantpartikel­hal­tigen Schneidsegmenten. Als optimale Aktivlote erwiesen sich pulverförmige CuSnTi-Basislegierungen. Theoretischen Grundlagen zur Eigenschaftsmodifikation von Aktivloten und Spannungs­berechnung von aktivgelöteten Diamantverbindungen mittels FEM-Berechnung wurden im Rahmen des Projektes erarbeitet und stehen industriellen Anwendern als Hilfsmittel für die Verfahrensent­wicklung zur Verfügung. Mit den entwickelten Lötverfahren werden kleine und mittlere Unternehmen in die Lage ver­setzt, kostengünstig technisch anspruchsvolle Werkzeuge herzustellen. Dabei ist es mög­lich, je nach Anwendungsfall, sowohl kompakte Diamanten (MKD) als auch Diamant­partikel und -pulver einzusetzen.

Die Benetzbarkeit und Nichtbenetzbarkeit von Oberflächen durch eine Flüssigkeit sind faszinierende und wichtige Phänomene in Wissenschaft und Technologie. Jüngst wurde entdeckt, dass Partikel die Benetzung einer Wasseroberfläche durch ein Öl unterstützen können. Es wurde eine Theorie entwickelt, das Prinzip der zu beschreiben. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde diese Theorie im Experiment sowohl qualitativ als auch quantitativ untersucht, wobei zwei Arten von Kieselgelpartikeln Verwendung fanden. Mit Hilfe einer Reihe unregelmäßig geformter Partikel mit variierender Hydrophobie wurde der Einfluss der Oberflächenhydrophobie der Partikel auf die partikel-assistierte Benetzung untersucht. Es wurde herausgefunden, dass die Partikel mit höchster Hydrophilie Linsen aus reinem Öl bilden, während die Partikel in die Wasserphase abtauchen. Die Partikel mit größter Hydrophobie hingegen bewirken die Ausbildung von kleinen Bereichen, in denen Öl und Partikel eine stabile homogene Schicht formen. Für Partikel mit mittlerer Hydrophobie wurden beide Phänomene beobachtet. Diese drei verschiedenen Beobachtungen bestätigen, dass die Oberflächenhydrophobie der Partikel das Benetzungsverhalten des Öls auf der Wasseroberfläche bestimmen. Für die unregelmäßig geformten Partikel war aufgrund des unbekannten Kontaktwinkels ein direkter Vergleich zur Theorie nicht möglich. Um die Theorie quantitativ zu prüfen, wurden sphärische Partikel synthetisiert und ihre Oberflächen mit Hilfe von zehn Silanisierungsmittel modifiziert. Anschließend wurde ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit dem entsprechenden theoretischen Phasendiagramm durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten, dass die theoretischen Vorhersagen zum Großteil mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmen. Es wurden alle Fälle der Benetzung beobachtet, die auch in der theoretischen Beschreibung berücksichtigt wurden. Darüber hinaus wurden auch Abweichungen von der Theorie festgestellt. Haben die Partikel ähnliche Affinitäten zur Luft/Öl- und Öl/Wasser-Grenzfläche, hängt die Beschaffenheit der Benetzungsfilme zusätzlich vom Oberflächendruck ab. Deshalb könnte es notwendig sein, die einfache Theorie zu erweitern um den beschriebenen Beobachtungen Rechnung zu tragen. / Wetting and de-wetting of surfaces by a liquid are fascinating and important phenomena in science and technology. Recently, it was discovered that particles can assist the wetting of a water surface by an oil, and a theory describing the principle behind particle assisted wetting was developed. In this thesis, the theory was experimentally investigated qualitatively and quantitatively by using two series of silica particles. The influence of the surface hydrophobicity of the particles on particle assisted wetting was investigated by a series of irregular shaped particles with varying hydrophobicity. By applying mixtures of particles and oil to a water surface, it was found that for the most hydrophilic particles, only lenses of pure oil formed, with the particles being submerged into the aqueous phase. The most hydrophobic particles helped to form patches of stable homogenous mixed layers composed of oil and particles. For particles with intermediate hydrophobicity, lenses and patches of mixed layers were observed. These three different observations verified that the hydrophobicity of the particle surface determines the wetting behaviour of the oil at the water surface. For the irregular shaped particles with unknown contact angles with liquid interfaces, no direct comparison to the theory was possible. To test the theory quantitatively, a series of spherical particles was synthesized and their surfaces were modified by ten kinds of silane coupling agents; then the experimental results were compared with the corresponding theoretical phase diagram. It indicated that the theory agrees at large with the experimental results. All scenarios of wetting layers taken into account in the theoretical description were observed. In the fine print, deviations from the theory were also observed. If the particles have similar affinities to air/oil and oil/water interfaces, the experimentally observed morphology of the wetting layers depends in addition on the surface pressure. It might therefore be necessary to extend the simple theoretical picture to take these observations into accounts.