Polyketides are natural products with complex chemical structures and immense pharmaceutical potential that are synthesized via secondary metabolic pathways. The in-vitro synthesis of these molecules requires high supply of building blocks such as acetyl Co-enzyme A, and cofactors (adenosine triphosphate (ATP). These precursor and cofactor are synthesized from respective soluble enzymes. Owing to the expensive nature of the enzymes, it is important to immobilize enzymes to improve the process economics by enabling multiple uses of catalyst and improving overall productivity and robustness. The polymer-based particles of nano and submicron size have become attractive material for their role in the life sciences. With the advances in synthetic protocols of the microgels and commercial availability of many of the monomers, it is feasible to tune the properties of the particles as per the process requirement. The core shell microgel with functional shell allows high loading of ligands onto the microgel particles due to increased availability of functional group on the outer surface. The aim of the thesis thus was to study biochemical reactions on the smart microgels support using single (acetyl CoA synthetase (Acs)) and dual (pyruvate kinase (Pk) and L-lactic dehydrogenase (Ldh)) enzyme/s systems. The study indicated that the enzyme immobilization significantly depends on the enzyme, conjugation strategy and the support. The covalent immobilization provides rigidity to the enzyme structure as in case of Acs immobilized on PNIPAm-AEMA microgels but at the same time leads to loss in enzyme activity. Whereas, in the case of covalent immobilization of Ldh on microgel showed improved in enzyme activity. On the other hand adsorption of the enzyme via ionic interaction provide better kinetic profile of enzymes hence the membrane reactor was prepared using PNIPAm-PEI conjugates for acetyl CoA synthesis. The better outcome of work with PNIPAm-PEI resulted in its further evaluation for dual enzyme system. This work is unique in the view that the immobilization strategies were well adapted to immobilize single and dual enzymes to achieve stable bioconjugates for their respective applications in precursor biosynthesis (Acetyl Co enzyme A) and co-factor dependent processes (ACoA and ATP). The positive end results of microgels as the support (particles in solution and as the thin film (membrane)) opens further prospective to explore these systems for other precursor biomolecule production.

The research work in this thesis has been devoted to understand the formation mechanism of single-crystalline and textured polycrystalline nanoparticles and nanoflakes of SmCo5 and Nd2Fe14B prepared by surfactant-assisted (SA) ball milling and to study their microstructural and magnetic properties. The nanoparticles and nanoflakes are promising candidates to be used as hard magnetic phase for the fabrication of high-energy-density exchange-coupled nanocomposite magnets. The influence of a range of different surfactants, solvents and milling parameters on the characteristics of ball-milled powder has been systematically investigated. Small fraction (~10 wt.%) of SmCo5 nanoparticles of average diameter 15 nm along with textured polycrystalline nanoflakes of average diameter 1 µm and average thickness of 100 nm were obtained after SA – ball milling of SmCo5 powder. Isolated single-crystalline particles (200-500 nm) and textured polycrystalline flakes (0.2-1.0 µm) of Nd2Fe14B have been prepared in bulk amount (tens of grams), after SA – ball milling of dynamic-hydrogen-disproportionation-desorption-recombination (d-HDDR) processed Nd2Fe14B powder. These single-crystalline Nd2Fe14B particles are promising for their microstructure for the fabrication of exchange-coupled nanocomposite permanent magnets. The SmCo5 and Nd2Fe14B flakes and particles were well aligned in magnetic field: the former showed [001] out-of-plane orientation while the latter showed [001] in-plane orientation. A maximum degree of texture values of 93 % and 88 % have been obtained for the magnetically-oriented SmCo5 flakes and Nd2Fe14B single-crystalline particles, respectively. SA – ball milling resulted in an increase of coercivity of SmCo5 particles from 0.45 T for un-milled powder to a maximum value of 2.3 T after 1 h of milling, further milling resulted in a decrease of the coercivity. The coercivity of SA – ball-milled Nd2Fe14B particles decreased drastically from 1.4 T for un-milled d-HDDR powder to 0.44 T after 0.5 h of milling, isolated single-crystalline particles (200-500 nm size) obtained after 4 h of SA – ball milling showed a coercivity of 0.34 T. The drastic decrease in coercivity of ball-milled Nd2Fe14B particles is attributed to the morphological change because the demagnetization in Nd2Fe14B magnets is governed by nucleation mechanism. A remarkable enhancement in coercivity from 0.26 T to 0.70 T for ethanol-milled sample and from 0.51 T to 0.71 T for oleic-acid-milled samples has been obtained after an optimum heat-treatment at 400 0C. An increase of α-Fe and Nd2O3 phase contents and a sharp change of lattice parameter c of Nd2Fe14B was observed when heat-treating above 400 0C. The change in lattice parameter at higher temperature is thought to be due to partial substitution of carbon atoms present in the surfactant or solvent, for boron atoms. / Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Mechanismus der Herstellung von einkristallinen und texturierten polykristallinen Nanopartikeln und Nanoflakes aus SmCo5 und Nd2Fe14B durch Tensid-gestütztes Kugelmahlen zu verstehen. Des Weiteren soll deren Gefüge und magnetische Eigenschaften untersucht werden. Die Nanopartikel sind vielversprechende Kandidaten zur Verwendung als hartmagnetische Phase in hochentwickelten, austauschgekoppelten Nanokomposit-Magneten. Der Einfluß der Art der verwendeten Tensid, Lösungsmittel sowie Mahlparameter auf die Eigenschaften der kugelgemahlenen Pulver wurde systematisch untersucht. Ein kleiner Anteil (~10 m.%) von SmCo5 Nanopartikeln mit mittlerem Durchmesser von 15 nm zusammen mit texturierten polykristallinen Plättchen mit mittlerem Durchmesser von 1 µm und mittlerer Dicke von 100 nm wurden nach Tensid-gestütztes Kugelmahlen erzeugt. Alleinstehende einkristalline Partikel (200-500 nm) und texturierte polykristalline Plättchen (0,2-1,0 µm) aus Nd2Fe14B wurden in größeren Mengen (einige 10 g) hergestellt. Das verwendete Ausgangspulver wurde hierbei durch dynamisches-Hydrierung-Disproportionierung-Desorption-Rekombination (d-HDDR) hergestellt und anschließend Tensid-gestütztes Kugelmahlen. Die genannten einkristallinen Nd2Fe14B Partikel sind ebenfalls vielversprechend als hartmagnetischer Bestandteil von austauschgekoppelten Nanokomposit-Magneten. Die SmCo5- und Nd2Fe14B-Plättchen und -Partikel wurden alle in einem Magnetfeld ausgerichtet: erstere zeigten aus der Ebende herauszeigende und letztere in der Ebene liegende [001]-Orientierung. Ein maximaler Texturgrad von 93% wurde für im Magnetfeld ausgerichtete SmCo5 flakes bzw. 88% für einkristalline Nd2Fe14B Partikel erzielt. Tensid-gestütztes Kugelmahlen führte zu einem Anstieg der Koerzitivfeldstärke von SmCo5 Partikeln von 0,45 T für ungemahlenes Pulver auf 2,3 T nach einer Mahldauer von 1 h. Weiteres Mahlen führte zu einem Abfall der Koerzitivfeldstärke. Die Koerzitivfeldstärke von Tensid-gestütztes Kugelmahlen Nd2Fe14B Partikeln verringerte sich stark von 1,4 T von ungemahlenem d-HDDR Pulver auf 0,44 T nach 0,5 h Mahlen. Freistehende einkristalline Partikel (200-500 nm groß), welche nach 4 h Tensid-gestütztes Kugelmahlen erhalten wurden, zeigten eine Koerzitivfeldstärke von 0,34 T. Der starke Abfall der Koerzitivfeldstärke von gemahlenen Nd2Fe14B Partikeln wird die morphologischen Veränderungen zurückgeführt, da die Ummagnetisierung nukleationsgesteuert ist. Ein bemerkenswerter Anstieg der Koerzitivfeldstärke von 0,26 T auf 0,70 T wurde für eine in Ethanol gemahlene Probe verzeichnet, sowie ein Anstieg von 0,51 auf 0,71 T für eine Probe, welche mit einer Zugabe von Oleinsäure gemahlen wurde. Beide Proben wurden einer optimierten Wärmebehandlung bei 400°C unterzogen. Bei höheren Temperaturen wurde für Nd2Fe14B ein Anstieg der Menge an α-Fe und Nd2O3 gefunden und eine sprungartige Veränderung des Gitterparameters c der Nd2Fe14B Phase. Die Veränderung des Gitterparameters wird auf die partielle Substitution von Kohlenstoffatomen des Tensid oder Lösungsmittels gegen Boratome zurückgeführt.

Die Anforderungen, in vielen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus immer mehr Leichtbaumaßnahmen zu realisieren, steigen ständig weiter an. Die Umsetzung von Leichtbaukonzepten wird durch den Einsatz neu entwickelter Werkstoffe und Werkstoffsubstitution realisiert. Es steht fest, dass die herkömmlichen Technologien eine weitere Steigerung der Leichtbaupotentiale nicht mehr gewährleisten können. In der vorliegenden Arbeit wurden neue innovative Fertigungstechnologien zur Herstellung von hohlen, MMC und damit massereduzierten Bauteilen entwickelt, die in der Kraftfahrzeugtechnik, Wärmetechnik und Medizin sowie im Maschinenbau Anwendung finden können. Die neuen Gießverfahren beinhalten Fertigungsmethoden auf der Basis des bekannten Niederdruckgießens durch gesteuerte Formfüllung und definierte Abkühlungsbedingungen.

This thesis present a Stochastic Volatility in Mean (SVM) model which is estimated using sequential Monte Carlo methods. The SVM model was first introduced by Koopman and provides an opportunity to study the intertemporal relationship between stock returns and their volatility through inclusion of volatility itself as an explanatory variable in the mean-equation. Using sequential Monte Carlo methods allows us to consider a non-linear estimation procedure at cost of introducing extra computational complexity. The recently developed PaRIS-algorithm, introduced by Olsson and Westerborn, drastically decrease the computational complexity of smoothing relative to previous algorithms and allows for efficient estimation of parameters. The main purpose of this thesis is to investigate the volatility feedback effect, i.e. the relation between expected return and unexpected volatility in an empirical study. The results shows that unanticipated shocks to the return process do not explain expected returns. / Detta examensarbete presenterar en stokastisk volatilitets medelvärdes (SVM) modell som estimeras genom sekventiella Monte Carlo metoder. SVM-modellen introducerades av Koopman och ger en möjlighet att studera den samtida relationen mellan aktiers avkastning och deras volatilitet genom att inkludera volatilitet som en förklarande variabel i medelvärdes-ekvationen. Sekventiella Monte Carlo metoder tillåter oss att använda icke-linjära estimerings procedurer till en kostnad av extra beräkningskomplexitet. Den nyligen utvecklad PaRIS-algoritmen, introducerad av Olsson och Westerborn, minskar drastiskt beräkningskomplexiteten jämfört med tidigare algoritmer och tillåter en effektiv uppskattning av parametrar. Huvudsyftet med detta arbete är att undersöka volatilitets-återkopplings-teorin d.v.s. relationen mellan förväntad avkastning och oväntad volatilitet i en empirisk studie. Resultatet visar på att oväntade chockar i avkastningsprocessen inte har förklarande förmåga över förväntad avkastning.

An inconsistency exists in bubble force models used in the standard Euler-Euler simulations. The bubble force models are typically developed by assuming that the forces act on the bubbles' centers of mass. However, in the standard Euler-Euler model, each bubble force is a function of the local gas volume fraction because the phase-averaging method is used. This inconsistency can lead to gas over-concentration in the center or near the wall of a channel when the bubble diameter is larger than the computational cell size. Besides, a mesh-independent solution may not exist in such cases. In addition, the bubble deformation is not fully considered in the standard Euler-Euler model. In this thesis, a particle-center-averaging method is used to represent the bubble forces as forces that act on the bubbles' centers of mass. A particle-center-averaged Euler-Euler approach for bubbly flow simulations is developed by combining the particle-center-averaged Euler-Euler framework with a Gaussian convolution method. The convolution method is used to convert the phase-averaged and the particle-center-averaged quantities. The remediation of the inconsistency in the standard Euler-Euler model by the particle-center-averaging method is demonstrated using a simplified two-dimensional test case. Bubbly flows in different vertical pipes are used to validate the particle-center-averaged Euler-Euler approach. The bubbly flow simulation results for the particle-center-averaged Euler-Euler model and the standard Euler-Euler model are compared with experimental data. For monodisperse simulations, the particle-center-averaging method alleviates the over-predictions of the gas volume fraction peaks for wall-peaking cases and for finely dispersed flow case. Whereas, no improvement is found in the simulated gas volume fraction for center-peaking cases because the over-prediction caused by the inconsistency has been smoothed by the turbulent dispersion. Moreover, the axial gas and liquid velocities simulated with both Euler-Euler models are similar, which proves that the closure models for bubble forces and turbulence are correctly applied in the particle-center-averaged Euler-Euler model. For fixed polydisperse simulations, the particle-center-averaging method can also alleviate the over-prediction of the gas volume fraction peak in the center or near the wall of a pipe. The axial gas velocities simulated with both Euler-Euler models are about the same. Comparisons are also made for the simulation results of bubbly flows in a cylindrical bubble column and the experimental data. The gas volume fractions and the axial gas velocities simulated with both Euler-Euler models almost coincide with each other, which indicates that the sink and source terms for the continuity equations and the degassing boundary are set correctly in the particle-center-averaged Euler-Euler model. An oblate ellipsoidal bubble shape is considered in the particle-center-averaged Euler-Euler simulations by an anisotropic diffusion. The influence of bubble shape on the simulation results of bubbly pipe flows is investigated. The results show that considering the oblate ellipsoidal bubble shape in simulations can further alleviate the over-predictions of the gas volume fraction peaks for wall peaking cases, but it has little influence on the gas volume fractions of center-peaking cases and the axial gas velocities.

The soil response in triaxial compression tests, that are commonly treated as element tests, is known to be inhomogeneous. Several studies have revealed the localisation of deformation throughout the whole specimen by digital image correlation techniques on X-ray tomographies. The fabric of a soil specimen has so far only been studied on complete specimens as a bulk measurement or in chosen subsets. In this contribution, we present a study on the spatial and temporal distribution of the fabric throughout one Hostun sand sample in triaxial compression. Therefore, we calibrated the minimum representative element size first for three chosen fabric variables considering three different criteria. By distributing the elements in a regular grid over the specimen, we are able to clearly identify the onset of the localisation in terms of void ratio, coordination number and contact fabric anisotropy. Spatially and temporally the contact fabric variables precede the void ratio changes as they are much more sensitive to small changes.

In this contribution, a methodology for particle tracing based on computed tomography and digital image processing is presented. It enables the tracing of particles in opaque structures using laboratory X-ray microcomputed tomography (μCT) systems that are not capable of time-resolved particle tracking. Through the development, it becomes apparent that an X-ray source with a cone beam geometry and the ability to perform fast, dynamic scans is a prerequisite for generating parabolic motion artefacts. Moreover, experimental tests are used to acquire data from simple particle sedimentations as well as from self-developed filter structures based on deep bed filtration. These experiments confirm that the particle position is located at the apex of the motion artefacts. Following the data assessment, multiple options for the particle coordinate extraction are discussed, and strategies thoroughly examined. A combination of random sample consensus (RANSAC) and the least squares method proves to be the most useful for determining the particle position. Besides, the developed methodology is validated using artificially generated data in which the motion artefact parameters of size, spatial orientation, and curvature, as well as noise, are varied. Supplementary, data is analysed manually in order to draw a comparison. In addition, to the presentation and discussion of the application of the methodology, a comparison with an artificial neural network (ANN) and the advantages and disadvantages of both methods are discussed. Finally, a first comparison of an extracted particle trace with a flow simulation through the complex structure is carried out, which shows that the particle trace follows the flow.:Table of Contents List of Figures ............................................................................................................................. i List of Tables ............................................................................................................................. vi List of Formula Symbols ......................................................................................................... vii List of Abbreviations ................................................................................................................. x 1 Introduction ....................................................................................................................... 1 2 Fundamentals .................................................................................................................... 5 2.1 Methods for Particle Tracking and Tracing .............................................................. 5 2.2 Computed Tomography .......................................................................................... 10 2.2.1 Tomography Design and Functional Principle ................................................ 10 2.2.2 Data Reconstruction ......................................................................................... 15 2.3 Digital Image Processing .......................................................................................... 18 3 Material............................................................................................................................. 30 3.1 Laboratory X-ray Tomography System TomoTU ................................................... 30 3.2 Experimental Setup .................................................................................................. 33 3.3 Choice of Particles and Medium ............................................................................. 34 4 Method development ...................................................................................................... 36 4.1 Characterisation of the Motion Artefacts ............................................................... 38 4.2 Method Consideration ............................................................................................. 45 4.3 Pre-processing .......................................................................................................... 46 4.4 Combination of Random Sample Consensus and Least Squares Method.......... 48 4.5 Multiple Particle Tracing .......................................................................................... 51 4.6 Coordinate Processing ............................................................................................. 53 4.7 Method Validation .................................................................................................... 53 5 Results and Discussion .................................................................................................... 59 5.1 Evaluation experimental data ................................................................................. 59 5.2 Comparison with Computational Fluid Dynamics (CFD) ....................................... 68 5.3 Comparison of Artificial Neural Networks with the Developed Classical Digital Image Processing Approach ............................................................................................... 70 6 Summary, Conclusion and Outlook ............................................................................... 74 7 References ........................................................................................................................ 76 / Die vorliegende Arbeit stellt eine auf Computertomografie und digitaler Bildverarbeitung basierte Methodik für die Partikelverfolgung dar. Diese ermöglicht es, mittels Labor- Microcomputertomografie (μCT) Anlagen, welche nicht dazu in der Lage sind, zeitaufgelöste Partikelverfolgung zu realisieren, Partikel in opaken Strukturen zu verfolgen. Durch die Methodenentwicklung ergibt sich, dass eine Röntgenquelle mit Kegelstrahlgeometrie sowie die Durchführungsmöglichkeit von schnellen, dynamischen Scans Voraussetzungen sind, um parabelförmige Bewegungsartefakte zu erzeugen. Dafür werden durch experimentelle Untersuchungen Daten erzeugt, die sowohl von einfachen Partikelsedimentationen als auch von eigens entwickelten Filterstrukturen, die sich an der Tiefenfiltration orientieren, abgeleitet werden. Diese Experimente bestätigen, dass sich die Partikelposition am Scheitelpunkt der Bewegungsartefakte befindet. Auf Grundlage der ersten Messungen werden verschiedene Möglichkeiten für die Partikelkoordinatenbestimmung diskutiert und Ansätze kritisch betrachtet. Dabei hat sich eine Kombination aus dem Random Sample Consensus (RANSAC) Algorithmus und der Methode der kleinsten Quadrate als am sinnvollsten für die Bestimmung der Partikelposition ergeben. Zudem wird die entwickelte Methodik anhand von künstlich erzeugten Daten validiert, bei welchen die Bewegungsartefakt-Parameter Größe, Raumorientierung und Krümmung sowie Rauschen variiert werden. Zusätzlich werden auch Daten manuell ausgewertet, um einen Vergleich ziehen zu können. Neben der Präsentation und Diskussion der Anwendung der Methodik wird außerdem ein Vergleich zu künstlichen neuronalen Netzen (KNNs) und die Vor- und Nachteile beider Methoden diskutiert. Abschließend wird ein erster Vergleich einer extrahierten Partikelspur mit einer Strömungssimulation durch die komplexe Struktur durchgeführt, welche zeigt, dass die Partikelspur der Strömung folgt.:Table of Contents List of Figures ............................................................................................................................. i List of Tables ............................................................................................................................. vi List of Formula Symbols ......................................................................................................... vii List of Abbreviations ................................................................................................................. x 1 Introduction ....................................................................................................................... 1 2 Fundamentals .................................................................................................................... 5 2.1 Methods for Particle Tracking and Tracing .............................................................. 5 2.2 Computed Tomography .......................................................................................... 10 2.2.1 Tomography Design and Functional Principle ................................................ 10 2.2.2 Data Reconstruction ......................................................................................... 15 2.3 Digital Image Processing .......................................................................................... 18 3 Material............................................................................................................................. 30 3.1 Laboratory X-ray Tomography System TomoTU ................................................... 30 3.2 Experimental Setup .................................................................................................. 33 3.3 Choice of Particles and Medium ............................................................................. 34 4 Method development ...................................................................................................... 36 4.1 Characterisation of the Motion Artefacts ............................................................... 38 4.2 Method Consideration ............................................................................................. 45 4.3 Pre-processing .......................................................................................................... 46 4.4 Combination of Random Sample Consensus and Least Squares Method.......... 48 4.5 Multiple Particle Tracing .......................................................................................... 51 4.6 Coordinate Processing ............................................................................................. 53 4.7 Method Validation .................................................................................................... 53 5 Results and Discussion .................................................................................................... 59 5.1 Evaluation experimental data ................................................................................. 59 5.2 Comparison with Computational Fluid Dynamics (CFD) ....................................... 68 5.3 Comparison of Artificial Neural Networks with the Developed Classical Digital Image Processing Approach ............................................................................................... 70 6 Summary, Conclusion and Outlook ............................................................................... 74 7 References ........................................................................................................................ 76

Das in Europa vorkommende Dobravavirus (DOBV) gehört zu den Hantaviren und wird durch die Gelbhalsmaus Apodemus flavicollis übertragen und kann im Menschen zu einem "Hämorrhagischen Fieber mit renalem Syndrom" (HFRS) führen. Das Nukleokapsidprotein (N) von Hantaviren ist stark immunogen in Menschen und eine Impfung mit rekombinanten N Derivativen wie chimaere Hepatitis B Virus (HBV) Corepartikel oder das komplette N schützt in Nagetiermodellen vor einer Hantavirusinfektion. In der vorliegenden Arbeit wurde die Immunogenität von zwei auf dem DOBV N basierende Protein Derivativen in Mäusen getestet. Es wurden in E. coli exprimierte chimaere HBV Corepartikel verwendet, die einen Teil des DOBV N trugen (HBcdDOB120), sowie in Hefen eprimiertes komplettes DOBV rN. Anschließend wurden BALB/c und C57BL/6 Mäuse mit den jeweiligen Proteinen immunisiert. Sowohl BALB/c, als auch C57BL/6 Mäuse entwickelten eine starke, langanhaltende N-spezifische Antikörperantwort, die eine starke Kreuzreaktivität gegenüber der rN anderer Hantaviren aufwiesen, nach Impfung mit HBcdDOB120 oder DOBV rN-Protein. Es wurden Antikörper aller IgG Subklassen, sowie N-spezifische IFN-( und IL-4 sekretierende Lymphozyten induziert, was auf eine gemischte Th1/Th2 Antwort schließen lies. Die Frequenz der durch die Immunisierungen induzierte N-spezifischen Lymphozyten war allerdings gering. Auch in Mäusen, die hohe HBc-spezifische Antikörpertiter aufwiesen konnte eine starke N-spezifische Antikörperantwort mittels Impfung mit HBcdDOB120 induziert werden. HBcdDOB120 und DOBV rN stellen vielversprechende Vakzinekandidaten dar, die auf ihre Protektivität hin getestet werden sollten. Da HBcdDOB120 sowie DOBV rN eine starke Antikörperantwort und nur eine schwache T-Zellantwort induzieren sollte zusätzlich die Rolle von N-spezifischen Antikörpern im Schutz gegen die Virusinfektion weiter charakterisiert werden. / In Europe, the hantavirus Dobrava (DOBV) is carried by the yellow-necked mouse Apodemus flavicollis and causes "haemorrhagic fever with renal syndrome" in humans. The nucleocapsid protein (N) is very immunogenic in infections of humans and rodents. Immunisation with N protein derivatives, like chimeric hepatitis B virus core (HBc) particles and entire recombinant N could protect rodents from a hantavirus infection. In this study, the immunogenicity of the two following derivatives based on the DOBV N protein was tested in mice. Chimeric HBV core particles, consisting of truncated HBc (HBcd) particles carrying part of the DOBV N (HBcdDOB120) were expressed in E. coli and the entire DOBV rN in yeast. Hence BALB/c and C57BL/6 mice were immunised subcoutanously with both antigens. Mice of both strains elicited strong and longlived N-specific antibody responses after HBcdDOB120 as well as after DOBV rN immunisation. Both derivatives induced antibodies that were highly cross-reactive to the rN of the hantaviruses Puumala, Hantaan, Andes and Sin Nombre. HBcdDOB120 and DOBV rN induced N-specific antibodies of all IgG subclasses, suggesting a mixed Th1/Th2 immune response. In the same line, IFN-( and IL-4 was secreted by N-specific lymphocytes from mice immunised with HBcdDOB120 or DOBV rN after in vitro restimulation which also indicated a mixed Th1/Th2 response. However, the frequency of N-specific lymphocytes was low. In mice that exhibited a high HBc-specific antibody titer HBcdDOB120 also induced a strong N-specific immune response. HBcdDOB120 and DOBV rN represent promising vaccine candidates that should be tested for their protective potential in a DOBV challenge model as soon as one gets available. Additionally, as protection might be partially based on N-specific antibodies, their role in protecting against a hantavirus infection should be characterised further.

Zielsetzung dieser Arbeit war es, das Verhalten der in modernen Sonnenschutzmitteln eingesetzten Titandioxid-Mikropartikel mit quantitativen Methoden zu bestimmen, um Aussagen über ihre Eignung zu erhalten. Dabei stand die Frage nach der Verteilung der Substanz innerhalb des Stratum corneum im Mittelpunkt der Untersuchungen. Insbesondere war wegen der bekannten photokatalytischen Aktivität von Titandioxid zu klären, ob ein Kontakt mit den lebenden Bereichen der Haut ausgeschlossen werden kann. Für die Messungen wurden zwei kommerziell genutzte, unterschiedlich beschichtete Titandioxid-Mikropartikel eingesetzt. Eine wesentliche Voraussetzung für diese Untersuchungen war die Anwendung der Abrissmethode (Tape stripping) in Kombination mit der spektroskopischen Bestimmung der Extinktion im sichtbaren Bereich zur Berechnung des Hornschichtprofils. Die Konzentration der Titandioxid-Partikel wurde mit Hilfe von Röntgenfluoreszenz-Messungen bestimmt. So war es erstmals möglich, in vivo standardisierte und reproduzierbare Untersuchungen zum Penetrationsverhalten von beschichteten Titandioxid-Mikropartikeln in die Hornschicht der menschlichen Haut durchzuführen. Durch Langzeitapplikation der Substanzen und die Beobachtung der Titandioxid-konzentrationen in der Hornschicht über mehrere Tage konnten auch Aussagen zum Penetrationsverhalten der applizierten Mikropartikel gemacht werden. Es wurde eindeutig gezeigt, dass die untersuchten Substanzen unabhängig von ihrer Struktur, von ihrer Beschichtung und vom Probanden hauptsächlich in den obersten Schichten des Stratum corneum lokalisiert sind. Nach Klärung dieser grundsätzlichen Fragen war es notwendig, die Ursache für das Auftreten extrem geringer Titandioxid-Konzentrationen auf Abrissen zu bestimmen, die aus tieferen Schichten des Stratum corneum entnommen wurden. Durch die Kombination der Abrissmethode mit einem speziellen Färbeverfahren und der Laser-Scan-Mikroskopie ergaben sich deutliche Hinweise auf die Bedeutung der Follikelkanäle für das beobachtete Phänomen. Röntgenspektroskopische Untersuchungen an Biopsien zeigten, dass diese Mikropartikel in die Haarfollikel eindringen und damit Bereiche unterhalb des Stratum corneum erreichen. Hierbei wurden die Mikropartikel in dieser Region nur in Follikelkanälen, nicht aber im Bereich der lebenden Zellen nachgewiesen. Diese Ergebnisse belegen, dass Titandioxid nur in einzelne Follikelkanäle penetriert, eine Aussage, die im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen erstmals beschrieben wurde. In Übereinstimmung mit der Zielsetzung der Arbeit konnte unter Einsatz unterschiedlicher Untersuchungsmethoden gezeigt werden, dass die beschichteten Titandioxid-Mikropartikel im oberen Bereich der Hornschicht lokalisiert sind und damit als hocheffiziente Lichtschutzfilter den Schutz der darunter liegenden lebenden Bereiche der Haut garantieren. Der sichere Nachweis der Titandioxid-Mikropartikel innerhalb einzelner Follikelkanäle besitzt grundsätzliche Bedeutung für das Verständnis von Penetrationswegen. / The objective of this work was to determine the behaviour of titanium dioxide microparticles, used in modern sunscreen agents, with quantitative methods in order to receive statements about their suitability. The focal point of the investigations was the question on the distribution of the substance within the stratum corneum. Because of the well-known photocatalytic activity of titanium dioxide, our aim was to clarify whether a contact with the living cells of the skin could be excluded. For these measurements, two commercial titanium dioxide micro particles were used, covered with different coating materials. The calculation of the stratum corneum profile was a substantial prerequisite for these investigations. This was done by application of the tape stripping method in combination with the spectroscopic determination of the absorption in the visible range. The concentration of the titanium dioxide particles on the tape strips was determined by X-ray fluorescence measurements. In this manner it was possible for the first time, to perform standardized and reproducible in vivo measurements to investigate the penetration behaviour of coated titanium dioxide micro particles into the horny layer of the human skin. Predications could be made about the penetration behaviour of the applied micro particles by observation of the titanium dioxide concentrations in the stratum corneum during several days after long-term application of the substances. It could be shown that the examined substances were localized mainly in the upper layers of the stratum corneum, independently of their structure, coating and the volunteers. After clarifying these basic questions, it was necessary to explain the occurrence of extremely small concentrations of titanium-dioxide on tape strips, which were taken from deeper layers of the stratum corneum. This observed phenomenon was investigated by combining tape stripping with a selective staining of the tapes and with laser scanning microscopy. Investigations of a biopsy with x ray fluorescence measurements showed that the micro particles penetrate into the hair follicles, and in this manner reached areas below the stratum corneum. In this region, the micro particles were found only in follicle channels, but not within the area of the living cells. These results prove that titanium dioxide micro particles only penetrate into single follicle channels, a statement, which has been described here for the first time. In agreement with the objective of this thesis, it was shown, that the coated titanium dioxide micro particles were localized within the upper area of the horny layer and as high efficient sunscreen filters consequently guarantee, the protection of the living areas of the skin below. The proof of the titanium dioxide micro particles within individual follicle channels has basic importance for the understanding of the penetration pathways.

Diese Dissertation befasste sich mit der Entwicklung von optischen Sensormaterialien für anionische Zielmoleküle durch die Kopplung der herausragenden Erkennungsfähigkeiten von molekular geprägten Polymere (molecularly imprinted polymers, MIPs) mit der Empfindlichkeit fluorometrischer Nachweisverfahren. In dieser Arbeit wurde dabei der direkte Einschritt-Nachweis für das Design der Sensormaterialien adaptiert. Hierbei wird eine Fluoreszenzsonde für die Signalübertragung kovalent in die Hohlräume der MIP-Matrix eingebaut. MIP-Sensormaterialien wurde in monolithischen, Dünnfilm- und Kern/Schale-Partikel-Formaten hergestellt. Die hergestellten Materialien wurden unter Verwendung unterschiedlicher Techniken charakterisiert. Die Performanz der Sensormaterialien wurde auch in Bezug auf die Sensitivität, Selektivität sowie Ansprechzeit bewertet. In dieser Arbeit wurden dabei Systeme untersucht, bei denen die Signalerzeugung sowohl auf dem „Einschalten“ als auch auf dem „Ausschalten“ der Fluoreszenz beruhte. Mit den hergestellten Materialien wurden dabei viele Ziele des Projekts erreicht. Sowohl die synthetisierten dünnen Filme als auch die Kern/Schale-Partikel zeigten eine hohe Selektivität für die geprägten Aminosäuren, auch in Bezug auf die Unterscheidung von Enantiomeren. Diese Sensormaterialien waren ebenfalls durch eine niedrige Nachweisgrenze bis 60 µM und eine schnelle Ansprechzeit von 20 Sekunden gekennzeichnet. Insbesondere die Kern/Schale-Partikel können mit verschiedenen Detektionstechniken gekoppelt werden und sind potentiell für die Entwicklung von miniaturisierten Messinstrumenten für die on-line-Detektion sowie Point-of-Care-Diagnostik (patientennahe Labordiagnostik) einsetzbar. / This dissertation derives from the DFG project aimed on preparing optical sensor material for anionic target through combing the outstanding recognition of Molecularly imprinted polymer (MIPs) and sensitive fluorescence technique. A single step direct sensing strategy is adopted to prepare the sensor material in this thesis. Here, a fluorescence probe is covalently embedded into the MIP cavity for signal transduction. MIP sensor material are prepared in forms of bulk, thin film and particles. The material is characterized using various techniques. The performance of the sensor materials is also assessed in terms of sensibility, selectivity as well response time. Both the switching on and off signaling methods are tested in this thesis. The prepared material achieves the goal of the project. Both the prepared thin film as well as core-shell particle show prominent selectivity even a strong enantioselective discrimination. These sensing materials also have low LOD to 60 µM and fast sensing response of 20 seconds. Especially the core-shell sensing particle can be coupled with various detection techniques and is potentially applicable for developing miniaturized sensing instrument for on-line detection as well as point of care diagnose.