Background The foamy virus (FV) replication cycle displays several unique features, which set them apart from orthoretroviruses. First, like other B/D type orthoretroviruses, FV capsids preassemble at the centrosome, but more similar to hepadnaviruses, FV budding is strictly dependent on cognate viral glycoprotein coexpression. Second, the unusually broad host range of FV is thought to be due to use of a very common entry receptor present on host cell plasma membranes, because all cell lines tested in vitro so far are permissive. Results In order to take advantage of modern fluorescent microscopy techniques to study FV replication, we have created FV Gag proteins bearing a variety of protein tags and evaluated these for their ability to support various steps of FV replication. Addition of even small N-terminal HA-tags to FV Gag severely impaired FV particle release. For example, release was completely abrogated by an N-terminal autofluorescent protein (AFP) fusion, despite apparently normal intracellular capsid assembly. In contrast, C-terminal Gag-tags had only minor effects on particle assembly, egress and particle morphogenesis. The infectivity of C-terminal capsid-tagged FV vector particles was reduced up to 100-fold in comparison to wild type; however, infectivity was rescued by coexpression of wild type Gag and assembly of mixed particles. Specific dose-dependent binding of fluorescent FV particles to target cells was demonstrated in an Env-dependent manner, but not binding to target cell-extracted- or synthetic- lipids. Screening of target cells of various origins resulted in the identification of two cell lines, a human erythroid precursor- and a zebrafish- cell line, resistant to FV Env-mediated FV- and HIV-vector transduction. Conclusions We have established functional, autofluorescent foamy viral particles as a valuable new tool to study FV - host cell interactions using modern fluorescent imaging techniques. Furthermore, we succeeded for the first time in identifying two cell lines resistant to Prototype Foamy Virus Env-mediated gene transfer. Interestingly, both cell lines still displayed FV Env-dependent attachment of fluorescent retroviral particles, implying a post-binding block potentially due to lack of putative FV entry cofactors. These cell lines might ultimately lead to the identification of the currently unknown ubiquitous cellular entry receptor(s) of FVs.

The exploitation of colloidal building blocks with morphological and functional anisotropy facilitates the generation of complex structures with unique properties, which are not exhibited by isotropic particle assemblies. Herein, we demonstrate an easy and scalable bottom-up approach for the programmed assembly of hairy oppositely charged homogeneously decorated and Janus particles based on electrostatic interactions mediated by polyelectrolytes grafted onto their surface. Two different assembly routes are proposed depending on the target structures: raspberry-like/half-raspberry-like or dumbbell-like micro-clusters. Ultimately, stable symmetric and asymmetric microstructures could be obtained in a well-controlled manner for the homogeneous–homogeneous and homogeneous–Janus particle assemblies, respectively. The spatially separated functionalities of the asymmetric Janus particle-based micro-clusters allow their further assembly into complex hierarchical constructs, which may potentially lead to the design of materials with tailored plasmonics and optical properties.

Verweilzeitverteilungen werden zur Charakterisierung verfahrenstechnischer und speziell reaktionstechnischer Prozesse herangezogen. In dispersen Systemen existiert für jede Phase eine Verweilzeitverteilung, die sich stark voneinander unterscheiden können. Verweilzeitverteilungen werden häufig auf der Basis des Dispersionsmodells oder mittels einer Rührkesselkaskade beschrieben, wobei die Anpassung nicht immer gut ist. Deshalb werden zunächst halbempirische Gleichungen vorgestellt, die mittels charakteristischen Parametern (mittlere, minimale, maximale Verweilzeit; Exponent) eine flexible Nachbildung erlauben. Die Brauchbarkeit dieser Gleichungen wird für fluide und disperse Phase anhand der Nachrechnung veröffentlichter Verweilzeitverteilungskurven in unterschiedlichen Apparaten nachgewiesen, wobei auch ein Vergleich mit den Ergebnissen anderer Modelle erfolgt. Unter der Annahme einer stationären Sinkgeschwindigkeit gelingt für stark vereinfachte Fälle die Ableitung analytischer Ausdrücke für die Verweilzeitverteilung der dispersen Phase. Realere Fälle werden mit dem stochastischen Modell ZEMP (Zellenmodell mit Platzerwechselwahrscheinlichkeit), das um die Einbeziehung der Relativgeschwindigkeit der Partikeln erweitert wurde, erfasst. Dadurch wird es möglich, den Einfluss des Dispersionskoeffizienten, der Zugabeart, des Geschwindigkeitsprofils und des Vorliegens von Eigenschaftsverteilungen auf die Verweilzeitverteilung separat auszuweisen. Für das sich entwickelnde Geschwindigkeitsprofil des laminar durchströmten Rohrs und Kanals werden Gleichungen aufgestellt, in die die Werte von Literaturen eingingen. Damit wird der Einfluss der Einlaufstrecke auf die sich ausbildende Verweilzeitverteilung ermittelt.

Die Optimierung spielt in der Industrie und Technik eine entscheidende Rolle. Für einen Betrieb ist es beispielsweise äußerst wichtig, die zur Verfügung stehenden Ressourcen optimal zu nutzen und Betriebsabläufe effizient zu gestalten. Damit diese Vorhaben umgesetzt werden können, setzt man Methoden der Optimierung ein. Die Zielstellungen werden als eine abstrakte mathematische Aufgabe formuliert und anschließend wird versucht, dieses Problem mit einem Optimierungsverfahren zu lösen. Da die Komplexität der Problemstellungen in der Praxis ansteigt, sind exakte Verfahren in der Regel nicht mehr effizient anwendbar, sodass andere Methoden zum Lösen dieser Aufgaben entwickelt werden müssen, die in angemessener Zeit eine akzeptable Lösung finden. Solche Methoden werden als Approximationsalgorithmen bezeichnet. Im Gegensatz zu den exakten Verfahren ist der Verlauf der Optimierung bei dieser Verfahrensklasse vom Zufall abhängig. Dadurch lassen sich in der Regel keine Konvergenzaussagen beweisen. Dennoch hat sich gezeigt, dass Approximationsalgorithmen viel versprechende Ergebnisse für eine Vielzahl von unterschiedlichen Problemstellungen liefern. Zwei Approximationsalgorithmen werden in dieser Arbeit vorgestellt, untersucht und erweitert. Zum einen steht ein Verfahren im Vordergrund, welches aus Beobachtungen in der Natur entstanden ist. Es gibt Lebewesen, die durch verblüffend einfache Strategien in der Lage sind, komplexe Probleme zu lösen. Beispielsweise bilden Fische Schwärme, um sich vor Fressfeinden zu schützen. Der Fischschwarm kann dabei als selbstorganisierendes System verstanden werden, bei dem die Aktivitäten der einzelnen Fische hauptsächlich von den Bewegungen der Nachbarfische abhängig sind. An diesem erfolgreichen Schwarmverhalten ist der moderne Approximationsalgorithmus der Partikelschwarmoptimierung angelehnt. Weiterhin wird ein ersatzmodellgestütztes Verfahren präsentiert. Der Ausgangspunkt dieses Optimierungsverfahrens ist der Aufbau von Ersatzmodellen, um das Verhalten der Zielfunktionen anhand der bisherigen Auswertungen vorhersagen zu können. Damit so wenig wie möglich Funktionsauswertungen vorgenommen werden müssen, wird bei diesem Verfahren ein hoher Aufwand in die Wahl der Punkte investiert, welche auszuwerten sind. Die vorliegende Diplomarbeit gliedert sich wie folgt. Zunächst werden die mathematischen Grundlagen für das Verständnis der weiteren Ausführungen gelegt. Insbesondere werden multikriterielle Optimierungsaufgaben betrachtet und klassische Lösungsansätze aufgezeigt. Das dritte Kapitel beschäftigt sich mit der Partikelschwarmoptimierung. Dieser „naturanaloge Approximationsalgorithmus“ wird ausführlich dargelegt und analysiert. Dabei stehen die Funktionsweise und der Umgang mit mehreren Zielen und Restriktionen im Vordergrund der Ausarbeitung. Ein ersatzmodellgestütztes Optimierungsverfahren wird im Anschluss darauf vorgestellt und erweitert. Neben der Verfahrensanalyse, ist die Behebung der vorhandenen Schwachstellen ein vorrangiges Ziel dieser Untersuchung. Die eingeführten und implementierten Verfahren werden im fünften Kapitel an geeigneten analytischen und technischen Problemen verifiziert und mit anderen Approximationsalgorithmen verglichen. Anschließend werden Empfehlungen für die Verwendung der Verfahren gegeben. Die gewonnenen Kenntnisse werden im letzten Kapitel zusammengefasst und es wird ein Ausblick für zukünftige Forschungsthemen gegeben

A magnetic functionalization of microcrystalline MOF particles was realized using magnetic iron oxide particles. Such magnetic MOFs can be separated using a static magnetic field after use in catalytic processes and heated by an external alternating magnetic field to trigger desorption of encaged drug molecules. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Self-assembled microsphere monolayers (SMMs) hold significant promise for micro- and nanopatterning. Here we exploit, for the first time, SMMs as stamps for microcontact printing (μCP) and demonstrate this to fabricate patterned initiator templates that can subsequently be amplified into polymer brushes by surface initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP). SMM stamps avoid the need for expensive and sophisticated instrumentation in pattern generation, and provide a broad range of accessible surface chemistries and pitch size control.

Das Auftreten von Braunwasser in Trinkwasserverteilungsnetzen ist eine Beeinträchtigung der Trinkwasserqualität, die durch mobilisierte partikuläre Ablagerungen verursacht wird. Die Partikel gelangen durch verschiedene Prozesse, wie z. B. der Korrosion metallischer Leitungen und den Eintrag am Wasserwerk, kontinuierlich in sehr geringen Massenströmen in das Rohrnetz. Durch die Akkumulation der Partikel an Rohroberflächen können sich Ablagerungsmengen bilden, die bei ansteigenden Strömungsgeschwindigkeiten resuspendiert werden und zu unerwünschten Braunwassererscheinungen führen. Die vorliegende Arbeit behandelt die experimentelle Untersuchung des Transportes von Partikeln, die für Trinkwassernetze typisch sind, in Rohrströmungen. Es werden Einflussfaktoren identifiziert, die für den Partikeltransport von Bedeutung sind. Ein neu entwickeltes dynamisches Modell beschreibt den Transport von Partikeln und die Ablagerungsbildung in Rohrströmungen und vermaschten Rohrnetzen. Das Modell wurde in einer Anwendersoftware implementiert und an einem Trinkwasserverteilungsnetz für das Nachvollziehen der beobachteten Ablagerungsbildung eingesetzt. Im Vergleich zu bestehenden dynamischen Modellen werden partikelbezogene Prozesse unter Berücksichtigung der für trinkwasserbürtige Partikel und Ablagerungen typischen Eigenschaften mathematisch genauer beschrieben. Stationäre und dynamische Ereignisse bezüglich Wasserqualität und Ablagerungsbildung können jetzt durch die Berücksichtung zahlreicher zeitabhängiger Einflussfaktoren nachvollzogen werden. / The occurrence of discoloured water in drinking water distribution systems is a disturbance of the water quality, which is induced by mobilised particulate deposits. Different processes result in the continuous entry of small mass flow rates of particles into the piping, for instance the corrosion of metallic pipes as well as the entry at the water works outlet. By the accumulation of these particles, significant amounts of deposits can be formed and at higher flow rates be resuspended, which leads to unwanted events with discoloured water. This study examines the experimental investigation of the transport of particles, which are typical for drinking water distribution systems, in pipe flow. Influencing factors are identified, which are of importance for the particle transport. With a newly developed model, the transport of particles and the deposit formation in pipe flow and in piping is described. The model is implemented into a software application and deployed at a drinking water distribution system to understand the observed deposit formation. In comparison with existent dynamic water quality models, particle-related processes are described mathematically in more details, under consideration of characteristics typical for particles and deposits in drinking water distribution systems. Hence, observed steady-state and dynamic events can be followed using several influencing time-dependent factors.

Die vorliegende Arbeit mit dem Thema „Beitrag zur Entwicklung von Dieselrußpartikelfiltern“ zeigt die Entwicklung eines neuartigen Partikelfilterwerkstoffes vom Pulver bis zum Test des Bauteils am Motorenprüfstand. Die hohe Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) des neu entwickelten feuerfesten Filtermaterials auf Basis von Al2O3-ZrO2-TiO2 (AZT) beruht auf der linearen Wärmedehnung in Kombination mit der Ausbildung einer Mikrorissstruktur sowie einem sehr niedrigen E-Modul von 8,5 GPa. Eine zusätzliche Kompensation von Wärmespannungen, welche aus der hohen Wärmedehnung von 7,5 · 10-6 K-1 der Tonerdematrix resultieren, erfolgt durch den modularen Aufbau des Wabenkörpers. Nicht zuletzt bewirkt die offene Porosität von 42% die verbesserte TWB. Durch die Verwendung von 95 Ma.% Al2O3 als Matrixwerkstoff ist der neu entwickelte AZT-Werkstoff für den Kontakt mit der Asche im für die Regeneration relevanten Temperaturbereich geeignet.

This research is focused on preparation of polypyrrole (PPy) composite particles by using socalled template oxidative polymerization method. As a template, water-soluble polymers, polymeric microgels, latex particles or bulk gels can be used. The morphology and properties of the composite particles can be controlled effectively by the proper use of the template. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. In the case when uncrosslinked PVME was used as stabilizer, core-type polypyrrole spherical particles in the range of 50-100 nm were formed in both aqueous ethanol and water. Results of the elementary analysis, IR spectroscopy confirmed that the anionic salts can be incorporated in the PPy particles and play as the dopants. The presence of dopants in polypyrrole enhances the conductivity, especially in the case of sodium benzoate the conductivity of the final product has been improved by 3 orders. Polymeric microgels were also applied as the templates for polypyrrole deposition. When crosslinked PVME microgels were used in the oxidation polymerization of pyrrole, large PPy fibrils (appr. 400nm) were formed. Needle-like particles were formed due to the porous structure of microgels, which play a template role in the pyrrole polymerization process. When poly(VCL/AAEM) microgels were used as a template for oxidative polymerization of pyrrole, "raspberry-like" composite particles will be formed with PPy domains located in swollen hydropholic particle shell. Obtained stable composite microgels show similar thermal sensitivity as poly(VCL/AAEM) particles with fully reversible collapse-swelling properties. Increase of PPy content in composite particles increases conductivity of the composite material. The conductivity of composite particles prepared in water was much higher than that of prepared in water : ethanol mixtures. Furthermore, monodisperse PS-PEGMA particles, which were prepared in water medium by polymerization with sodium peroxydisulfate have been used as a template for deposition of polypyrrole (PPy). Obtained composite particles possess core-shell morphology where shell is composed out of small PPy nano-domains. The shell thickness can be varied by changing PPy load, controlling the overall template surface area in the system, and by influencing the pyrrole polymerization kinetics in presence of different oxidants. The last possibility provides also incorporation of different anions into polypyrrole shell. The stability of composite particles decreases gradually if the deposited PPy amount increases. It has been established that obtained particles are intrinsically coloured and the colour can be changed by the PS-PEGMA core size. Conductivity measurement shows that PS/PEGMA/PPy composite particles prepared by using phosphomolybdate as the oxidant are much more conductive than the particles prepared by the other two oxidants. The conductivity increases with the increase of PPy load in the system. Overall, the proper design of the template should give a possibility to control effectively the morphology, particle size and provide sufficient stability to the composite particles. Different morphologies, such as spherical, core-shell, raspberry and needle-like, with different particle size are expected to be available in different cases. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. The stable water-based dispersions are expected to be used as additives for paint formulations, in electrorheology, microelectronic, ion-separation or disease diagnostics.

The Drosophila Lipoprotein particles bear lipid-linked morphogens on their surface and are required for long-range signaling activity of Wingless and Hedgehog. They also bind a wide variety of gpi-linked proteins. Whether any of these proteins affect morphogen signaling is unknown. Here, I show that the gpi-linked heparan sulfate proteoglycan Dally is released from cell membranes and binds to lipoprotein particles both with and without its lipid anchor. Hedgehog signaling efficiency is reduced in Dally mutant discs, but can be rescued non-autonomously by expression of non-gpi-modified Dally. This Dally isoform colocalizes with Hedgehog, Patched and Lipophorin in endosomes and increases Hedgehog signaling efficiency without affecting Hedgehog distribution. These data show that Hedgehog signaling activity can be influenced by other Lipophorin-associated proteins, and suggest Lipoproteins provide a platform for regulation of morphogen signaling.