Die vorliegende Arbeit stellt Ergebnisse von Monte-Carlo-Simulationen zur Adsorption und Selbstorganisation amphiphiler Moleküle an Feststoffoberflächen vor. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Moleküleigenschaften und thermodynamischen Bedingungen für die Bildung von adsorbierten Aggregaten. Im Rahmen eines coarse grainined-Gittermodells wird die Adsorption von Modelltensiden auf ebenen Oberflächen beschrieben. Es werden hydrophile, hydrophobe und chemisch heterogene Modelloberflächen berücksichtigt. Die Resultate der Simulationen stehen im Einklang mit experimentellen Untersuchungen und liefern Interpretationshilfen für die beobachteten Strukturen. Für den Einsatz von Tensidmischungen bei der Kalziumfluorit-Flotation konnte gezeigt werden, dass die Wirkung des Co-Sammler-Tensids auf einer Adsolubilisation im Adsorptionsfilm beruht.

Developmental biologists try to elucidate how it is possible for cells, all originating from the same egg, to develop into a variety of highly specialized structures, such as muscles, skin, brain and limbs. What organizes the behavior of these cells, and how can the information encoded in the DNA account for the observed patterns and developmental processes? Cell movements and tissue flow during embryogenesis constitute a beautiful problem of bridging scales: On the microscopic scale, cells are expressing particular genes which determine their identities and also their fate during morphogenesis. These molecular determinants then lead to the macroscopic phenomena of cell movements and tissue arrangements, for which one needs a continuum description in terms of active fluids. Taking into account that the number of cells is fairly small, a complete coarse graining is not possible, and a characterization of both mesoscopic (individual cell motion) and macroscopic (flow) behavior is required for a full description. In the here presented work, a set of different experimental methods was applied to investigate the mechanical and dynamical properties of zebrafish embryonic cells and tissues. This thesis is structured as follows: In chapter 2, we introduce the fundamental concepts that are important for the study of cell motion during zebrafish embryonic development. In chapter 3, the materials and methods applied in this work are described. The experimental results of my thesis-work are presented in chapters 4-8: Chapter 4 concentrates on the physical properties of whole tissues. It is shown that tissues are viscoelastic materials. Tissue viscoelasticity is not a new concept, but this study is the first one to quantify the mechanical properties of tissues that are in actual contact in a developing embryo. In chapter 5, cell rearrangements in culture, such as cell sorting and tissue wetting are discussed. These experiments show that tissue interactions are largely determined by tissue surface and interfacial tensions. In chapter 6, an optical stretcher device is applied to measure, solely by means of laser light, the material properties of individual cells. Hereby it is shown that single cells from the two investigated tissue types differ in their mechano-physical properties. After the study of cell and tissue mechanics, the dynamics of cell migration in three dimensions in tissue aggregates and in developing zebrafish embryos is addressed: In chapter 7, 3D-cell migration in multicellular aggregates is analyzed quantitatively by studying the mean square displacement, cell velocity distribution and velocity autocorrelation. In chapter 8, we study the cell motion within the developing zebrafish embryo. By following the motion of many cells in four dimensions, we are able to generate a velocity flow profile for this cell-flow. Chapter 9 gives a brief summary of the obtained results and an outlook to future projects motivated by the presented study. The final part of this thesis are four appendices. Appendix A contains protocols and additional methods. Appendix B contains several calculations, whose results were used in the main part of this work. Appendix C contains additional data and discussions, which were excluded from the main part due to space limitations. Finally, Appendix D consists of a compact disc with 11 movies and a movie description, which serves as supplemental material to the presented data. (Die Druckexemplare enthalten jeweils eine CD-ROM als Anlagenteil: 650 MB: Movies - Nutzung: Referat Informationsservice der SLUB)

Im Rahmen der Dissertation wurden mit der Glimmentladungs-Spektrometrie Materialproben untersucht, die Wasserstoff enthalten. Auch sehr geringe Gehalte, z.B. im µg/g-Bereich, können nachgewiesen werden. GD-OES ist oft die einzige Methode, die für diese analytische Aufgabenstellung zur Verfügung steht. Die Anwesenheit von Wasserstoff im Glimmentladungsplasma bewirkt verschiedene Effekte: (i) die Signalintensitäten der meisten analytischen Emissionslinien und der des Trägergases werden beeinflußt, (ii) aus dem Wasserstoffkontinuum resultiert ein erhöhter spektraler Untergrund, (iii) der elektrische Widerstand des Plasmas steigt und (iv) die Abtragsraten sinken. Zum Verständnis dieser Effekte werden grundlegende Untersuchungen zu den Anregungs- und Ionisationsmechanismen im Glimmentladungsplasma durchgeführt. Da es keine geeigneten Materialien gibt, für die der Gehalt an Wasserstoff stabil sind, wurden die Wasserstoffeffekte und die Möglichkeit des Nachweises von Wasserstoff durch Zugabe wohl definierter Mengen gasförmigen Wasserstoffs in das GD-Plasma simuliert. Für die Änderungen (i) de Analyt- und Trägergassignale, (ii) des Entladungsstroms als abhängigen GD-Pa-rameter sowie (iii) des Wasserstofflinien- und Kontinuumspektrums wurde experimentell festgestellt, dass sie sehr ähnlich sind, unabhängig davon, ob der Wasserstoff aus der Probe kommt oder als Gas ins Plasma eingeleitet wird. Die Anwesenheit von Wasserstoff im GD Plasma beeinflußt die Form des Abtragskraters, durch den die Tiefenauflösung bestimmt wird. Dieser Effekt kann gezielt bei nichtleitenden Schichtmaterialien genutzt werden, um die Tiefenauflösung zu verbessern. Weiterhin können Empfindlichkeit und Nachweisgrenze von bestimmten Emissionslinien eines Analyten verbessert werden. Der Was-serstoff im elektrolytischen (Cd- oder Zn-)Schichtsystem kann die Materialeigenschaften ver-schlechtern. Beispielhaft sei die Versprödung genannt. Mit der GD-OES Tiefen-profilanalyse kann die Wirkung thermischer Nachbehandlungen, die in der Technik üblich sind, verfolgt werden. Es konnte an praktischen Beispielen gezeigt werden, dass für erfolgreiche Anwendungen der GD-OES für Dünnschichtanalytik die Reinheit (d.h. minimale H-Effekte) der GD-Quelle von entscheidender Bedeutung ist.

Aufgrund der höheren elektrischen Leitfähigkeit und des größeren Widerstandes gegen Elektromigration im Vergleich zum Aluminium wird seit einigen Jahren Kupfer als Leitbahnmaterial in der Mikroelektronik eingesetzt. Da Kupfer jedoch eine hohe Beweglichkeit in den für die Halbleitertechnologie relevanten Werkstoffen aufweist, sind zur Verhinderung einer Diffusion effektive Barrieren notwendig. Dabei muss die u. a. geforderte hohe thermische Stabilität der Barrierematerialien auch im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung der mikroelektronischen Bauelemente und damit der Reduzierung der Barriereschichtdicken sichergestellt sein. Im Rahmen der Arbeit wurden mittels Magnetron-Sputtern neben Ta- und TaN-Einfachschichten sowie Ta-TaN-Mehrfachschichten auch Ta-Si-N-Einfachschichten jeweils mit und ohne Cu-Metallisierung sowohl auf blanke als auch auf thermisch oxidierte Si-Scheiben abgeschieden. Die Dicken der Barriereeinzelschichten und die der Cu-Schichten betrugen 10 nm bzw. 50 nm. Die Beurteilung der Barrierestabilität sowie die Charakterisierung der Ausfallmechanismen erfolgten nach Wärmebehandlungen durch den kombinierten Einsatz von Röntgenstreumethoden, spektroskopischen sowie mikroskopischen Analyseverfahren. In Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und damit von der Mikrostruktur im Ausgangszustand finden für die zwischen Kupfer und SiO2 abgeschiedenen Diffusionsbarrieren unterschiedliche Prozesse während thermischer Belastungen statt. Bei den mehrstufigen Ta-TaN-Barrieren setzt bereits bei T = 300 °C eine Umverteilung von Stickstoff ein, die bei T = 500 °C in der Bildung von Ta2N-Kristalliten resultiert. Im Fall der Ta-Si-N-Barrieren führt die vorhandene Cu-Metallisierung zu einer an der Cu/Barriere-Grenzfläche beginnenden Kristallisation. Dabei hängen sowohl deren Einsatzzeitpunkt während einer bei konstanter Temperatur durchgeführten Wärmebehandlung als auch das entstehende Kristallisationsprodukt von der Barrierezusammensetzung ab. Im Zuge der Kristallisation erfolgt die vollständige Zerstörung der ursprünglichen Schichtintegrität, so dass Kupfer in unmittelbaren Kontakt zum SiO2-Substrat gelangt. Der sensitive Nachweis einer Cu-Diffusion durch die Barriere erfolgte einerseits durch die Charakterisierung von Cu/Barriere/SiO2/Si-Systemen mit Hilfe spurenanalytischer Methoden und andererseits durch die Untersuchung von Proben mit geändertem Aufbau. Durch Abscheidung der Barrieren zwischen Kupfer und Silizium ist mittels Röntgenbeugung die nach Diffusion von Cu-Atomen ins Substrat einsetzende Bildung von Cu3Si detektierbar. Mit den kritischen Temperaturen für die Bildung dieses Kupfersilizids erfolgte die vergleichende Bewertung der thermischen Stabilitäten der Barrieren. Werden die dünnen Ta-basierten Schichten zusätzlich bezüglich ihres spezifischen elektrischen Widerstandes beurteilt, so stellt sich eine Ta56Si19N25-Diffusionsbarriere als am geeignetsten für den Einsatz in Cu-Metallisierungssystemen heraus. Die mikrostrukturellen Untersuchungen gestatten Aussagen zu den Versagensmechanismen der einzelnen Barrieren. Für die Ta-TaN-Mehrfachschichten wird durch die einsetzende Stickstoffumverteilung und die sich anschließende Ta2N-Bildung bereits frühzeitig die stabile Mikrostruktur der TaN-Schicht zerstört. Während für Ta-Si-N-Schichten mit einem N-Gehalt von bis zu 25 at.% eine Cu-Diffusion ins Substrat erst nach vorzeitiger Barrierekristallisation beobachtet wird, erfolgt sie im Fall der stickstoffreichen Ta-Si-N-Barrieren in einem Zustand, für den mittels Röntgenbeugung eine Kristallisation noch nicht nachweisbar ist. Die Untersuchung der Abhängigkeit der sich während des Cu-Schichtwachstums bzw. einer nachträglichen Wärmebehandlung ausbildenden Cu-Texturkomponenten von der chemischen Zusammensetzung der Unterlage erfolgte mittels röntgenographischer Texturanalyse. Zur Diskussion der beobachteten Vorzugsorientierungen wurde das Modell des zweidimensionalen Kornwachstums in dünnen Schichten herangezogen.