Nanostructured fayalite (α-Fe2SiO4) with a large volume fraction of interfaces is synthesized for the first time via single-step mechanosynthesis, starting from a 2α-Fe2O3 + 2Fe + 3SiO2 mixture. The nonequilibrium state of the as-prepared silicate is characterized by the presence of deformed polyhedra in the interface/surface regions of nanoparticles. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Zr and Hf based MOFs with enhanced pore accessibility for large molecules and good hydrothermal stability were obtained using a bent dithienothiophene dicarboxylate and Zr4+ or Hf4+ source. A modulator (benzoic acid) facilitates formation of an eight-connecting cluster leading to a new framework which adopts reo topology. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

The new phases Ca3Pt4+xGe13−y (x = 0.1; y = 0.4; space group I213; a = 18.0578(1) Å; RI = 0.063; RP = 0.083) and Yb3Pt4Ge13 (space group P42cm; a = 12.7479(1) Å; c = 9.0009(1) Å; RI = 0.061, RP = 0.117) are obtained by high-pressure, high-temperature synthesis and crystallize in new distortion variants of the Pr3Rh4Sn13 type. Yb3Pt4Ge13 features Yb in a temperature-independent non-magnetic 4f14 (Yb2+) configuration validated by X-ray absorption spectra and resonant inelastic X-ray scattering data. Ca3Pt4+xGe13−y is diamagnetic (χ0 = −5.05 × 10−6 emu mol−1). The Sommerfeld coefficient γ = 4.4 mJ mol−1 K−2 for Ca3Pt4+xGe13−y, indicates metallic properties with a low density of states at the Fermi level in good agreement with electronic structure calculation (N(EF) = 3.3 eV−1/f.u.)); the Debye temperature (θD) is 398 K. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

A theoretical explanation of the existence of lipid rafts in cell membranes remains a topic of lively debate. Large, micrometer sized rafts are readily observed in artificial membranes and can be explained using thermodynamic models for phase separation and coarsening. In live cells such domains are not observed and various models are proposed to describe why the systems do not coarsen. We review these attempts critically and show within a phase field approach that membrane bound proteins have the potential to explain the different behaviour observed in vitro and in vivo. Large scale simulations are performed to compute scaling laws and size distribution functions under the influence of membrane bound proteins and to observe a significant slow down of the domain coarsening at longer times and a breakdown of the self-similarity of the size-distribution function. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

The present work is the fourth (and final) contribution to an inter-laboratory collaboration that was planned at the 3rd International Summit on Organic Photovoltaic Stability (ISOS-3). The collaboration involved six laboratories capable of producing seven distinct sets of OPV devices that were degraded under well-defined conditions in accordance with the ISOS-3 protocols. The degradation experiments lasted up to 1830 hours and involved more than 300 cells on more than 100 devices. The devices were analyzed and characterized at different points of their lifetimes by a large number of non-destructive and destructive techniques in order to identify specific degradation mechanisms responsible for the deterioration of the photovoltaic response. Work presented herein involves time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) in order to study chemical degradation in-plane as well as in-depth in the organic solar cells. Various degradation mechanisms were investigated and correlated with cell performance. For example, photo-oxidation of the active material was quantitatively studied as a function of cell performance. The large variety of cell architectures used (some with and some without encapsulation) enabled valuable comparisons and important conclusions to be drawn on degradation behaviour. This comprehensive investigation of OPV stability has significantly advanced the understanding of degradation behaviour in OPV devices, which is an important step towards large scale application of organic solar cells. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Drug repositioning applies existing drugs to new disease indications. A prerequisite for drug repurposing is drug promiscuity - a drug's ability to bind to several targets, possibly leading to side effects on the other hand. One reason for drug promiscuity is binding site similarity between (otherwise unrelated) proteins. In this thesis, a new algorithm for remote binding site similarity assessment and its application to the whole of the Protein Data Bank (PDB) is presented, forming the base for off-target identification and drug repositioning. The present thesis contributes to a long-standing debate on the reasons for drug promiscuity, being one of the pioneer studies investigating these from a protein structural point of view. Except for a small influence of flexibility, the analysis of all promiscuous drugs in the PDB revealed that drug properties are of minor importance. However, a strong correlation between promiscuity and binding site similarity of protein targets is found (r = 0.81), suggesting binding site similarity as the main reason for drug promiscuity. For 71 % of the promiscuous drugs at least one pair of their targets' binding sites is similar and for 18 % all are similar. In order to overcome issues in detection of remotely similar binding sites, a score for binding site similarity is developed: LigandRMSD measures the similarity of the aligned ligands and uncovers remote local similarities in proteins. It can be applied to arbitrary binding site alignments and also works on distinct ligands on a structural proteome scale. To answer the question on which other targets might be hit when targeting a particular protein, an all-to-all binding site alignment of 32,202 protein structures is analyzed. Of the hundreds of million possible protein pairs, 0.27 % were found to have similar binding sites. Extrapolating to the human proteome, for one human protein are 54 proteins with a similar binding site expected on average. Clearly, this is in contrast to the one drug-one target paradigm in drug development. Based on these data, disadvantageous off-targets can be uncovered and drug-repositioning candidates inferred. The enormous potential is demonstrated with the example of Viagra, proposing it for repositioning to Alzheimer's disease and prostate cancer. The findings in this thesis question the established single-target dogma in drug discovery. Drugs are triggered to modulate multiple targets simultaneously by the widespread binding site similarity. With the presented pipeline, drug targets can be reliably predicted: Starting from a target protein, additional targets are predicted based on binding site similarity and prioritized according to the resulting ligand structural overlap. Identifying drug targets helps to understand severe side effects and opens the door for drug repositioning.

Eph receptors are known to be overexpressed in various types of cancer and are therefore promising targets for tumor cell imaging by positron emission tomography (PET). In this regard, imaging could facilitate the early detection of Eph-overexpressing tumors, monitoring responses to therapy directed toward Eph, and thus improvement in patient outcomes. This work report the synthesis and evaluation of several fluorine-18-labeled peptides containing the SNEW and SWLAY amino acid motif, with high affinity for the EphA2 and B2 receptor, for their potential as radiotracers in the non-invasive imaging of cancer using PET. For the purposes of radiofluorination, EphA2- and EphB2-antagonistic peptides were varied at the C-terminus by the introduction of L-cysteine, and further by alkyne- or azide-modified amino acids. In addition, two novel bifunctional and bioorthogonal labeling building blocks [18F]AFP and [18F]BFP were applied, and their capacity to introduce fluorine-18 was compared with that of the established building block [18F]FBAM. Copper-assisted Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition, which belongs to the set of bioorthogonal click chemistry reactions, was used to introduce both novel building blocks into azide- or alkyne-modified peptides under mild conditions. Finally, the depletion of copper immediately after radiolabeling is a highly important step of this novel methodology.

Springtails (Collembola) are wingless arthropods that are impressively adapted to cutaneous respiration in temporarily rain-flooded habitats by non-wetting skin morphology. Recapitulating the robust and effectively liquid-repellent surface characteristics of springtail skin in engineered materials may offer exciting opportunities for demanding applications. Herein, we present a strategy for mimicking morphological surface features of springtail skin in polymer membranes produced by reverse imprint lithography. We report the fabrication of multi-level silicon masters that, in turn, serve as templates for the replication of flexible polymer membranes. We examined the robust wetting characteristics of polymer membranes by in situ plastron collapse tests and condensation tests. The mechanical stability of the polymer membranes was tested using a tribometer set-up and compared with needle-shaped pillar structures made from similar material. The fabricated membranes are flexible, free-standing, and adaptable to various substrate materials and shapes that allow for emerging applications.

New challenges in nanotechnology arise in the assembly of nanoobjects into three-dimensional superstructures, which may carry synergetic properties and open up new application fields. Within this new class of materials nanostructured, porous functional metals are of great interest since they combine high surface area, gas permeability, electrical conductivity, plasmonic behavior and size-enhanced catalytic reactivity. Even though a large variety of preparation pathways for the fabrication of porous noble metals has already been established, several limitations are still to be addressed by research developments. The new and versatile approach that is presented in this work makes use of a templatefree self-assembly process for the fabrication of highly porous, metallic nanostructures. Thereby, nanochains are formed by the controlled coalescence of noble metal NPs in aqueous media and their interconnection and interpenetration leads to the formation of a self-supported network with macroscopic dimensions. Subsequently, the supercritical drying technique is used to remove the solvent from the pores of the network without causing a collapse of the fragile structure. The resulting highly porous, low-weighted, three-dimensional nanostructured solids are named aerogels. The exceptional properties of these materials originate from the conjunction of the unique properties of nanomaterials magnified by macroscale assembly. Moreover, the combination of different metals may lead to synergetic effects regarding for example their catalytic activity. Therefore, the synthesis of multimetallic gels and the characterization of their structural peculiarities are in the focus of the investigations. In the case of the developed preparation pathways the gelation process starts from preformed, stable colloidal solutions of citrate capped, spherical noble metal (Au, Ag, Pt, Pd) NPs. In order to face various requirements several methods for the initiation of the controlled destabilization and coalescence of the nanosized building blocks were developed and synthesis conditions were optimized, respectively. Multimetallic structures with tunable composition are obtained by mixing different kinds of monometallic NP solutions and performing a joint gel formation. The characterization of the resulting materials by means of electron microscopy reveals the formation of a highly porous network of branched nanochains that provide a polycrystalline nature and diameters in the size range of the initial NPs. Furthermore, synthesis conditions for the spontaneous gel formation of glucose stabilized Au and Pd NPs were investigated. In order to gain a detailed knowledge of the structural properties of bimetallic aerogel structures a versatile set of characterization techniques was applied. A broad pore size distribution dominated by meso- and macropores and remarkably high inner surface areas were concluded from the N2 physisorption isotherms and density measurements. As investigated, a specific thermal treatment could be used to tune the ligament size of Au-Ag aerogels, whereas Au-Pd and Pt-Pd structures provide thermal stability under mild conditions. Further investigations aimed to the enlightenment of the elemental distribution and phase composition within the nanochains of multimetallic gel structures. The different approaches provide complementary and consistent results. Phase analyses based on XRD measurements revealed separated phases of each metal in the case of Ag-Pd and Au-Pd aerogels. They further proved the possibility of temperature induced phase modifications that lead to complete alloying of Au and Pd. In addition, separated domains of Pt and Pd were established from the EXAFS analysis of the corresponding aerogel. STEM EDX high resolution elemental mappings confirmed the separated domains of different metals in the case of Au-Pd and Pt-Pd aerogels. Moreover, a complete interdiffusion and alloy formation of Au and Ag within the corresponding aerogel structure is suggested from STEM EDX results. Finally, the presented investigations further promote the field of metallic aerogels by addressing the challenging issue of processability and device fabrication. Hybrid materials with organic polymers as well as various kinds of coatings on glass substrates and glassy carbon electrodes were prepared whereas the network structure was preserved throughout all processing steps. Moreover, it was illustrated that the NP-based aerogels carry metallic properties as expressed by their low Seebeck coefficients and high electrical conductivities.

Honig hat seit jeher eine große Bedeutung für den Menschen. In den letzten Jahren erlangte neuseeländischer Manuka-Honig eine zunehmende Bekanntheit und Bedeutung, was auf die antibakteriellen Eigenschaften zurückzuführen ist. Insbesondere ein medizinischer Einsatz bei der Behandlung von Wunden erscheint vielversprechend. Die Ursache für die hohen antibakteriellen Eigenschaften von Manuka-Honig kann auf eine Besonderheit in der Zusammensetzung zurückgeführt werden. So wurden von Mavric et al. (2008) bis zu 100-fach höhere Gehalte an Methylglyoxal (MGO) gegenüber anderen Honigsorten ermittelt, welche für die inhibierende Wirkung auf eine Vielzahl an Bakterien verantwortlich sind. Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit war die weitere Aufklärung und Charakterisierung des Ursprungs und der Bildung des in Manuka-Honig enthaltenen MGO. Es stellte sich die Frage, warum MGO einen natürlichen Honigbestandteil darstellt, inwieweit die Bildung auf einer enzymatischen oder mikrobiellen Grundlage basiert und ob sie durch weitere Honigparameter, wie z.B. freie Aminosäuren oder phenolische Verbindungen, beeinflusst wird. Bei der Lagerung frischer Manuka-Honige kommt es zu einem markanten Anstieg der MGO-Konzentration bis zum Erreichen eines Plateaus, an dem der Honig in Bezug auf den MGO-Gehalt als „ausgereift“ betrachtet werden kann. Eine weitere MGO-Nachbildung ist nicht zu induzieren, vielmehr kommt es zu beginnenden Abbaureaktionen. Direkter Precursor ist die Verbindung Dihydroxyaceton (DHA), die bei der Honigreifung zu MGO umgesetzt wird, was den erstmaligen Nachweis von DHA durch Adams et al. (2009) bestätigt. Zur Bestimmung von DHA in Honig konnte eine RP-HPLC-Methode basierend auf einer Vorsäulen-Derivatisierung mit OPD und UV-Detektion erfolgreich etabliert werden. Das dabei entstehende DHA-OPD-Derivat wurde eindeutig als 2-Hydroxymethylchinoxalin identifiziert, ein möglicher Reaktionsmechanismus wurde aufgezeigt. DHA und MGO wurden in frischen und kommerziellen Manuka-Honigen in vergleichsweise hohen Mengen bis zu 2700 mg/kg DHA bzw. 700 mg/kg MGO quantifiziert. Es ergibt sich für „ausgereifte“ Honige eine gute lineare Korrelation, die mit einem mittleren DHA-MGO-Verhältnis von 2:1 beschrieben werden kann. In frischen Proben liegen die Relationen signifikant höher, wodurch eine Einteilung der Honige nach „Reifegrad“ möglich ist. Honige anderer botanischer Herkunft weisen kein DHA und nur geringe Mengen MGO auf. Die Umsetzung von DHA zu MGO in der Honigmatrix wurde durch Dotierung von DHA-freien Honigsorten und anschließender Lagerung untersucht. Hierbei war eine Varianz in der MGO-Bildung feststellbar. Durch Einbeziehen weiterer Parameter wie z.B. pH-Wert, Wasser- oder Proteingehalt wurde deutlich, dass die DHA-Konzentration im Honig zwar den wesentlichen Faktor für den resultierenden MGO-Gehalt darstellt, die Umsetzung jedoch durch Unterschiede in der Honigmatrix beeinflusst wird. Eine Korrelation zu einzelnen Parametern kann nicht herausgestellt werden. Ergänzend zu den spezifischen Komponenten MGO und DHA wurde eine Bestimmung von weiteren Inhaltsstoffen von Manuka-Honig vorgenommen, um eine umfassende chemische Charakterisierung dieser Sorte zu ermöglichen und etwaige Auffälligkeiten in der Zusammensetzung von Manuka-Honig aufzuzeigen. Darüber hinaus wurden die Konzentration an 5 Hydroxymethylfurfural (HMF) und die Diastasezahl (DZ) als rechtlich geregelte Qualitätsparameter einbezogen. Die Anwendbarkeit dieser Faktoren für Manuka-Honig sowie die Folgen einer thermischen Behandlung wurden hierbei geprüft und diskutiert. Die zur Verfügung stehenden Manuka-Honige wurden hinsichtlich der Gehalte an Wasser, Fructose, Glucose, Proteinen, freier Aminosäuren, phenolischer Verbindungen sowie der Parameter pH-Wert und Honigfarbe analysiert. Dabei kann diese Sorte im Allgemeinen als hell- bis dunkelbrauner Honig beschrieben werden, der sich durch vergleichsweise hohe Mengen an Proteinen und freien Aminosäuren sowie einen hohen Gesamtphenolgehalt auszeichnet. Zudem konnte ein signifikant höherer Wassergehalt im Vergleich zu mitgeführten Honigen anderer botanischer Herkunft ermittelt werden. Frische Manuka-Honige zeichnen sich analog zu anderen frischgewonnenen Honigen durch einen sehr geringen Gehalt an HMF aus, der während der Lagerung stark ansteigen kann. In handelsüblichen Manuka-Honigen ergeben sich daher große Unterschiede in den bestimm-baren Konzentrationen. Anhand von Dotierungs- und Lagerexperimenten mit Kunsthonigmatrix und ausgewählten Honigen konnte ein Einfluss der freien Aminosäuren und des DHA auf die Bildung von HMF aufgezeigt werden. In der Folge kann von einer honigspezifischen Beeinflussung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung ausgegangen werden. Im Vergleich zu anderen Honigsorten zeichnet sich Manuka-Honig durch eine eher niedrige bis mittlere DZ aus. Da frische, nachweislich unbehandelte Proben ebenfalls geringe Werte aufweisen können, ist dies nicht auf eine unsachgemäße Behandlung oder Erhitzung zurückzuführen. Neben der natürlichen Variation kann ein zusätzlicher Einfluss von DHA diskutiert werden. Dotierungsversuche lassen ein stärkeres Absinken der DZ bei der Lagerung unter Anwesenheit von DHA erkennen, dessen Ursache vermutlich in einer Hemmung des Enzyms durch eine Modifizierung relevanter Seitenketten begründet liegt. Untersuchungen an dem Honigenzym Invertase bestätigten diese These. Eine Behandlung von Honig mit hohen Temperaturen (70 °C) führte nachweislich zu keiner MGO-Bildung, wohingegen sowohl sensorische Beeinträchtigungen, als auch ein drastischer Anstieg an HMF zu verzeichnen waren. Spekulationen über das Erreichen einer „optimierten“ Bioaktivität durch eine aus rechtlicher Sicht unzulässige Erhitzung sind folglich nicht haltbar. Honig wird neben der antibakteriellen Wirkung mit weiteren biofunktionellen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Darunter fallen z.B. ein antioxidatives und entzündungshemmendes Potential. Für Manuka-Honig kann eine potentielle Biofunktionalität auch auf die außergewöhnliche Präsenz von MGO zurückgeführt werden, das in der Literatur jedoch mit einer zytotoxischen Wirkung in Verbindung gebracht wird. Es erfolgte daher eine Bewertung der antimikrobiellen, antioxidativen sowie potentiell zytotoxischen Eigenschaften von Manuka-Honig unter Anwendung hierfür etablierter in vitro Testverfahren. Mittels Mikrodilutionstest wurden gegen vier klinisch relevante Bakterien (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes und Pseudomonas aeruginosa) für MGO minimale Hemmkonzentrationen (MHK) zwischen 0,44 und 3,55 mM bestimmt, wobei die Inhibierung im Vergleich zu typischen Antibiotika geringer ist. Eine Antibiotika-Resistenz der Bakterien hatte keinen Einfluss auf die inhibierende Wirkung von MGO. In Anwesenheit von Zucker- bzw. Honigmatrix resultierten vergleichbare MHK-Werte für MGO. Geringe Unterschiede sind auf eine bessere Stabilität des MGO in Honigmatrix zurückzuführen, während etwaige synergistische Effekte durch weitere Komponenten nicht zu vermuten sind. Untersuchungen an ausgewählten Manuka-Honigen bestätigten MGO als maßgeblichen für die inhibierende Wirkung verantwortlichen Faktor. Des Weiteren wurde eine Korrelation zwischen MGO-Gehalt im Honig und antibakterieller Aktivität aufgezeigt. Zur Bestimmung der Zytotoxizität von Honig und 1,2-Dicarbonylverbindungen konnte der Koloniebildungstest als geeignetes Verfahren unter Nutzung einer einstündigen Inkubation der Zellen mit Proben in Phosphatpuffer etabliert werden. Für die verwendeten HT-29-Zellen wurde eine 50%ige Inhibierung für einen MGO-Gehalt von 0,7 mM ermittelt. Trotz hoher MGO-Gehalte zeigen Manuka-Honige im Mittel keine signifikant stärkere zytotoxische Wirkung als andere mitgeführten Nektar- und Honigtau-Proben. Die Werte lassen eine hohe Varianz innerhalb der Manuka-Honige erkennen, die nicht ausschließlich mit deren MGO-Konzentration in Verbindung gebracht werden kann. Die Beurteilung der antioxidativen Kapazität von Manuka-Honigen erfolgte mittels TEAC-II-Test, bezogen auf Trolox als Referenz. Im Vergleich zu anderen Sorten konnten signifikant höhere Werte ermittelt werden. Dabei ist ein direkter Zusammenhang zum Gesamtphenolgehalt festzustellen. Für Manuka-Honig lässt sich ein zusätzlicher Beitrag von MGO oder daraus entstehenden Folgeprodukten diskutieren. Prinzipiell ist die antioxidative Kapazität von Honig jedoch als sehr gering einzustufen.