The development of a multicellular organism, such as a human or an animal, begins with the fertilization of an egg cell. Thereupon the organism grows by repeated cell divisions until the adult size is reached and growth stops. Although it is known that intrinsic mechanisms determine the final size of developing organs and organisms, the basic principles of growth control are still poorly understood. However, there is strong evidence that certain morphogens, which are a special class of signaling molecules, act as growth factors and play a key role in growth control. In this work, growth control is studied from a mainly theoretical viewpoint. A discrete vertex model describing the organization of cells by a network of polygons is used, including a description of the cell cycle and a description of dynamical morphogen distributions. Self-organized growth is studied by introducing growth rules that govern cell divisions based on the local morphogen level. This discrete description is complemented by a continuum theory to gain further insight into the dynamics of self-organized growth processes. The theoretical description is applied to the developing wing of the fruit fly Drosophila melanogaster. In the developing wing, which is an epithelium consisting of single-layered cell sheets, the morphogen Decapentaplegic (Dpp) acts as a key growth factor. Experimental data shows that the Dpp distribution is dynamic and adapts to the size of the developing wing. Two mechanisms that rely on a regulatory molecule species and lead to such a dynamic behaviour of the Dpp distribution are studied. Several growth rules are tested and the resulting growth behaviour is quantitatively compared to experimental data of the developing wing. A particular growth rule, that triggers a cell division when the local morphogen level has increased by a certain relative amount, is found to be consistent with experimental observations under normal and several perturbed conditions. It is shown that mechanical stresses that arise due to spatial growth inhomogeneities can have a stabilizing effect on the growth process.

NY, Columbia Univ., Graduate School of Arts and Sciences, Diss.--New York, 2003. / Kopie, ersch. im Verl. UMI, Ann Arbor, Mich. - Enth. 3 Beitr.

Monash Univ., Diss. u.d.T.: Schmidt, Gordon W.: Dynamics of endogenous economic growth theory and related issues--Melbourne, 2001. / Bibliography. Includes indexes.

Demokratie, verstanden als politische wie ökonomische Teilhabe größerer Teile der Bevölkerung und eine Kultur von geregelter Konkurrenz, Innovation und Austausch haben zu einem für die Vormoderne ganz außergewöhnlich hohen Wirtschaftswachstum und damit mittelbar zur bekannten kulturellen Blüte der griechischen Welt geführt. Nicht weniger als dies ist die These des beeindruckenden Buches, das weit über die Alte Geschichte hinaus Interesse wecken und für Debatten sorgen wird – eben gerade, weil nicht die (bekannten) Errungenschaften der Griechen im Mittelpunkt stehen, sondern deren institutionelle Bedingungen. Das lädt zu Anschlussfragen auch in anderen Epochen und sogar für die Gegenwart ein.

Das Aortenaneurysma ist eine häufige Erkrankung, welche mit der gravierenden Kompli-kation einer Aortenruptur einhergehen kann. In den letzten 20 Jahren konnten beachtliche kurative Fortschritte erzielt werden, welche u.a. auf die Ergänzung der rein operativen Therapie um endovaskuläre und Hybridverfahren zurückzuführen sind. Dennoch ist die Aneurysmaruptur mit einer außerordentlich hohen Mortalität assoziiert. Die Genese des Aortenaneurysmas ist multifaktoriell bedingt, sodass das Wachstumsverhalten der Aorta als Surrogat des realen Rupturrisikos schwer vorherzusagen ist. Im klinischen Alltag findet überwiegend der maximale Diameter als Größen- und Verlaufsparameter Anwendung, obwohl dadurch den heterogenen Veränderungen der Aorta möglicherweise nicht ausrei-chend Rechnung getragen wird. Ziel der Studie war es, anhand einer CT-gestützten Verlaufsquantifizierung von Aorten-veränderungen Prädiktoren für das Wachstum der Aorta abzuleiten und Wachstumsraten auf Basis unterschiedlicher morphologischer Ausgangsgrößen zu vergleichen. Zwischen den definierten Aortensegmenten konnten signifikante Unterschiede der erho-benen morphologischen Parameter wie beispielsweise der Größe, der Verteilung von Ge-fäßwand und –lumen, der Verkalkung und der Krümmung aufgezeigt werden. Diese Heterogenität ließ sich auch beim Vergleich von thorakalen/abdominalen, aneurysmati-schen/nicht aneurysmatischen und wachsenden/nicht wachsenden Segmenten bestätigen. So waren beispielweise wachsende Aortensegmente initial größer als nicht wachsende (Volumen 82 cm³ vs. 53 cm³, p < 0,00; Diameter 36 mm vs. 30 mm, p< 0,00), unterschie-den sich hingegen aber nicht hinsichtlich der Wandverkalkung (Calcium-Score 894 vs. 842, p = 0,77). Im Verlauf wiesen die wachsenden Segmente unter anderem eine stärkere Zunahme der maximalen Wandstärke (+15 % vs. +4 %, p > 0,00) und eine stärkere Elongationstendenz (Segmentlänge +3,6 % vs. -0,5 %, p < 0,00) auf. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass im Verlauf eine Wachstumsdynamik beinahe aller erhobenen Größen bestand. Ein durchschnittliches Wachstum des Aortensegmentvolumens um 5,7 % pro Jahr gezeigt konnte werden. Unter den potentiellen Einflussfaktorenkonnten konnten als relevante Prädiktoren die ma-ximale Wandstärke, die Diameter-Längen-Ratio, die Exzentrizität der Außenzirkumferenz sowie die Risikofaktoren Rauchen und die Einnahme von Kortikoiden identifiziert wer-den. Der Vergleich morphologisch unterschiedlich basierter Wachstumsraten zeigte eine erhebliche Diskrepanz insbesondere zwischen dem Routineparameter maximaler Diameter und dem sensitiveren Volumen. Schlussfolgerung: CT-morphologisch bestimmbare Parameter wie die Wandstärke, das Proportionsmaß Diameter-Längen-Ratio und die Exzentrizität des Gefäßquerschnittes sind Prädiktoren überdurchschnittlichen Aortenwachstums. Die umfassenden routinemäßige Evaluation der Aorta mit Erhebung mehrerer morphologischer Parameter – insbesondere des Volumens – ist notwendig, um das heterogene und multifaktoriell bedingte Wachstum der Aorta suffizient zu erfassen.:Inhalt Inhalt I Bibliographische Beschreibung V Referat V Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII 1. Einführung 1 1.1. Zur Historie des Aneurysmas 1 1.1.1. Erste Erwähnungen und Altertum 1 1.1.2. Mittelalter und Renaissance– von außen nach innen 2 1.1.3. Neuzeit – Evolution pathogenetischer Erkenntnisse und suffizienter Therapien 3 1.2. Begriffsbestimmung 5 1.2.1. Aneurysma verum 5 1.2.2. Aneurysma dissecans 6 1.2.3. Aneurysma spurium 6 1.3. Ätiologie und Einflussfaktoren der Aneurysmaentstehung 6 1.3.1. Pathophysiologische Aspekte der Aneurysmagenese 7 1.3.2. Genetische Syndrome als Ursache von Aortenaneurysmen 9 1.3.3. Gefäßassoziierte Pathologien als Ursache für Aortenaneurysmen 11 1.3.4. Risikofaktoren für die Entstehung aortaler Aneurysmen 13 1.3.5. Medikamentöse Wechselwirkungen 15 1.4. Epidemiologie des Aortenaneurysmas 17 1.4.1. Angaben zur Prävalenz und Inzidenz 17 1.4.2. Rupturraten von thorakalen und abdominellen Aneurysmen 18 1.4.3. Angaben zu Wachstumsraten (GRy) aortaler Aneurysmen 19 1.5. Diagnostik und Bildgebung der Aorta 21 1.5.1. Nichtapparative Diagnostik 21 1.5.2. Konventionelles Röntgen und Angiografie 21 1.5.3. Ultraschall 21 1.5.4. Schnittbildgebung – Computer- und Magnetresonanztomografie (CT/MRT) 22 1.6. Therapeutische Optionen 23 1.6.1. Thorakale und thorakoabdominelle Aortenaneurysmen 23 1.6.2. Bauchaortenaneurysmen 23 2. Ziel der Studie 25 3. Materialien und Methoden 26 3.1. Studienkollektiv – Ein- und Ausschlusskriterien 26 3.2. Bildgebung 26 3.3. Bildverarbeitung und Messverfahren 27 3.3.1. Vorbereitung 27 3.3.2. Volumenberechnung 30 3.3.3. Messung von Diameter und Querschnittsfläche 30 3.3.4. Berechnung der Innen- und Außenfläche 31 3.3.5. Messung der minimalen und maximalen Wandstärke 32 3.3.6. Bestimmung der Segmentlänge 32 3.3.7. Winkelungs- und Krümmungsmessung 33 3.3.8. Exzentrizität des Gefäßquerschnittes 33 3.3.9. Vermessung der Gefäßwandverkalkung 34 3.4. Klinisch-anamnestische Faktoren 36 3.5. Berechnung der Wachstumsraten 36 3.6. Definition des Wachstumskriteriums 37 3.7. Gruppierung der Aortensegmente zur Auswertung 37 3.8. Statistische Auswertung 38 3.8.1. Mittelwertdifferenzen 38 3.8.2. Korrelation 38 3.8.3. Multiple Regressionsanalyse 38 3.8.4. Messmethodenvergleich 39 4. Ergebnisse 40 4.1. Charakteristika der Studienpopulation 40 4.1.1. Patientcharakteristika 40 4.1.2. Verteilung der klinischen Risikofaktoren 41 4.2. Quantifizierung der Aortenveränderungen anhand CT-morphologischer Parameter – initial und im Verlauf 43 4.2.1. Volumen 43 4.2.2. Diameter und Querschnittsfläche 47 4.2.3. Innen- und Außenfläche 48 4.2.4. Wandstärke 49 4.2.5. Länge, Proportion und Krümmung 52 4.2.6. Exzentrizität der Gefäßquerschnitte 55 4.2.7. Wandverkalkung 57 4.3. Einflussfaktoren des Aortenwachstums 62 4.3.1. Korrelationsanalyse der potentiellen Einflussfaktoren mit dem Wachstumskriterium 62 4.3.2. Prädiktoren des Aortenwachstums - Multiple Regressionsanalyse 67 4.4. Diskrepanzen zwischen unterschiedlich basierten Wachstumsraten 70 5. Diskussion 73 5.1. Wachstumsverhalten und Aortenmorphologie 73 5.1.1. Das Volumen als sensitiver Verlaufsparameter des Aortenwachstums 73 5.1.2. Etablierte Größen: Diameter und Querschnittsfläche 75 5.1.3. Alternative dreidimensionale Parameter: Innen- und Außenfläche 76 5.1.4. Die aortale Wandstärke als Surrogatparameter für intraluminalen Thrombus und atheromatöse Wandveränderungen 77 5.1.5. Die segementale Länge, Proportion und Krümmung als Korrelat longitudinalen Wachstums 78 5.1.6. Die Exzentrizität der Gefäßquerschnitte 79 5.1.7. Die aortale Wandverkalkung 80 5.2. Prädiktoren und Einflussfaktoren des Aortenwachstums 80 5.2.1. Initiale Größe 81 5.2.2. Gefäßwandveränderungen 82 5.2.3. Das Verhältnis von Proportion, Krümmung und Elongation der Aorten-segmente 84 5.2.4. Die Morphologie des Gefäßquerschnittes 86 5.2.5. Die Rolle der aortalen Wandverkalkung für das Aortenwachstum 87 5.2.6. Die Relevanz klinischer Risikofaktoren 87 5.3. Diskrepanzen der unterschiedlich basierten Wachstumsraten 89 5.4. Limitationen der Studie 91 5.5. Schlussfolgerung 92 6. Zusammenfassung der Arbeit 93 7. Literaturverzeichnis 95 8. Erklärung zur Dissertation 118 9. Curriculum Vitae 119 Persönliche Daten 119 Ausbildung 119 Praktische Erfahrungen und beruflicher Werdegang 119 10. Danksagung 121 / Purpose This study aims to identify clinical and CT-morphologic predictors of growth of the native aorta and aortic aneurysms. Material and methods Seventy-three patients (66 ±8.0 years) who underwent two subsequent computed tomography angiographies of the thoracic/thoracoabdominal/abdominal aorta for clinical reasons from 2002 - 2008 were retrospectively included. The mean interval between the CT scans was 1.8 ±0.8 years. The aortic anatomy was divided into 9 segments from sinotubular junction to iliac bifurcation. CT scans were obtained with 16- and 64-slice scanners, all series were analyzed on a commercially available workstation. Beside the collection of information about the past medical history, several morphologic parameters were measured for each segment such as aortic volume, maximum diameter, cross sectional area, surface area, calcification, tortuosity, wall thickness or cross sectional eccentricity. Annual growth rates were calculated for each parameter. Aortic total volume was considered as the standard of reference. Therefore, aortic growth was defined as a growth rate of total volume > 5 %. Multiple regression analysis was conducted to reveal predictors of aortic growth. Results For all segments, average volumes were 65.0 ± 59.0/44.7 ± 39.6/20.3 ± 27.9 cm³ (total/lumen/wall). The annual aortic growth rate of total volume was 5.7 % for all segments. All parameters that represent the initial size of the aortic segments (total and lumen volume, maximum diameter, cross sectional area, surface area) were approved as predictors of aortic growth. Further predictors were wall volume, maximum and minimum wall thickness, diameter length ratio, segmental length and tortuosity index. Among the clinical parameters, smoking, corticosteroid medication and peripheral artery disease were confirmed as aortic growth predictors. Conclusions In clinical routine, most therapeutic decisions a made based on the diameter measurement alone, which might be inappropriate. A comprehensive evaluation of aortic morphology is warranted in the presence of increased aortic size, wall thickness, cross sectional eccentricity, smoking and corticosteroid therapy.:Inhalt Inhalt I Bibliographische Beschreibung V Referat V Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII 1. Einführung 1 1.1. Zur Historie des Aneurysmas 1 1.1.1. Erste Erwähnungen und Altertum 1 1.1.2. Mittelalter und Renaissance– von außen nach innen 2 1.1.3. Neuzeit – Evolution pathogenetischer Erkenntnisse und suffizienter Therapien 3 1.2. Begriffsbestimmung 5 1.2.1. Aneurysma verum 5 1.2.2. Aneurysma dissecans 6 1.2.3. Aneurysma spurium 6 1.3. Ätiologie und Einflussfaktoren der Aneurysmaentstehung 6 1.3.1. Pathophysiologische Aspekte der Aneurysmagenese 7 1.3.2. Genetische Syndrome als Ursache von Aortenaneurysmen 9 1.3.3. Gefäßassoziierte Pathologien als Ursache für Aortenaneurysmen 11 1.3.4. Risikofaktoren für die Entstehung aortaler Aneurysmen 13 1.3.5. Medikamentöse Wechselwirkungen 15 1.4. Epidemiologie des Aortenaneurysmas 17 1.4.1. Angaben zur Prävalenz und Inzidenz 17 1.4.2. Rupturraten von thorakalen und abdominellen Aneurysmen 18 1.4.3. Angaben zu Wachstumsraten (GRy) aortaler Aneurysmen 19 1.5. Diagnostik und Bildgebung der Aorta 21 1.5.1. Nichtapparative Diagnostik 21 1.5.2. Konventionelles Röntgen und Angiografie 21 1.5.3. Ultraschall 21 1.5.4. Schnittbildgebung – Computer- und Magnetresonanztomografie (CT/MRT) 22 1.6. Therapeutische Optionen 23 1.6.1. Thorakale und thorakoabdominelle Aortenaneurysmen 23 1.6.2. Bauchaortenaneurysmen 23 2. Ziel der Studie 25 3. Materialien und Methoden 26 3.1. Studienkollektiv – Ein- und Ausschlusskriterien 26 3.2. Bildgebung 26 3.3. Bildverarbeitung und Messverfahren 27 3.3.1. Vorbereitung 27 3.3.2. Volumenberechnung 30 3.3.3. Messung von Diameter und Querschnittsfläche 30 3.3.4. Berechnung der Innen- und Außenfläche 31 3.3.5. Messung der minimalen und maximalen Wandstärke 32 3.3.6. Bestimmung der Segmentlänge 32 3.3.7. Winkelungs- und Krümmungsmessung 33 3.3.8. Exzentrizität des Gefäßquerschnittes 33 3.3.9. Vermessung der Gefäßwandverkalkung 34 3.4. Klinisch-anamnestische Faktoren 36 3.5. Berechnung der Wachstumsraten 36 3.6. Definition des Wachstumskriteriums 37 3.7. Gruppierung der Aortensegmente zur Auswertung 37 3.8. Statistische Auswertung 38 3.8.1. Mittelwertdifferenzen 38 3.8.2. Korrelation 38 3.8.3. Multiple Regressionsanalyse 38 3.8.4. Messmethodenvergleich 39 4. Ergebnisse 40 4.1. Charakteristika der Studienpopulation 40 4.1.1. Patientcharakteristika 40 4.1.2. Verteilung der klinischen Risikofaktoren 41 4.2. Quantifizierung der Aortenveränderungen anhand CT-morphologischer Parameter – initial und im Verlauf 43 4.2.1. Volumen 43 4.2.2. Diameter und Querschnittsfläche 47 4.2.3. Innen- und Außenfläche 48 4.2.4. Wandstärke 49 4.2.5. Länge, Proportion und Krümmung 52 4.2.6. Exzentrizität der Gefäßquerschnitte 55 4.2.7. Wandverkalkung 57 4.3. Einflussfaktoren des Aortenwachstums 62 4.3.1. Korrelationsanalyse der potentiellen Einflussfaktoren mit dem Wachstumskriterium 62 4.3.2. Prädiktoren des Aortenwachstums - Multiple Regressionsanalyse 67 4.4. Diskrepanzen zwischen unterschiedlich basierten Wachstumsraten 70 5. Diskussion 73 5.1. Wachstumsverhalten und Aortenmorphologie 73 5.1.1. Das Volumen als sensitiver Verlaufsparameter des Aortenwachstums 73 5.1.2. Etablierte Größen: Diameter und Querschnittsfläche 75 5.1.3. Alternative dreidimensionale Parameter: Innen- und Außenfläche 76 5.1.4. Die aortale Wandstärke als Surrogatparameter für intraluminalen Thrombus und atheromatöse Wandveränderungen 77 5.1.5. Die segementale Länge, Proportion und Krümmung als Korrelat longitudinalen Wachstums 78 5.1.6. Die Exzentrizität der Gefäßquerschnitte 79 5.1.7. Die aortale Wandverkalkung 80 5.2. Prädiktoren und Einflussfaktoren des Aortenwachstums 80 5.2.1. Initiale Größe 81 5.2.2. Gefäßwandveränderungen 82 5.2.3. Das Verhältnis von Proportion, Krümmung und Elongation der Aorten-segmente 84 5.2.4. Die Morphologie des Gefäßquerschnittes 86 5.2.5. Die Rolle der aortalen Wandverkalkung für das Aortenwachstum 87 5.2.6. Die Relevanz klinischer Risikofaktoren 87 5.3. Diskrepanzen der unterschiedlich basierten Wachstumsraten 89 5.4. Limitationen der Studie 91 5.5. Schlussfolgerung 92 6. Zusammenfassung der Arbeit 93 7. Literaturverzeichnis 95 8. Erklärung zur Dissertation 118 9. Curriculum Vitae 119 Persönliche Daten 119 Ausbildung 119 Praktische Erfahrungen und beruflicher Werdegang 119 10. Danksagung 121

Graphene nanoribbons (GNRs) are considered as major building blocks of future carbon-based electronics, in which the termination of the edges essentially defines the electronic properties. Theoretical predictions, such as tunable band gaps in armchair orientated GNRs, and the existence of topologically protected metallic states located at zigzag edges, make them a potential candidate for transistor applications as well as a new class of fully coherent devices. In this context, the fabrication of high-quality GNRs with precise edge geometries is of great interest. Atomistic details and the interaction with its support crucially influence and determine the charge propagation within such graphene nanostructures. Hence, the understanding of transport mechanisms on the nanoscale is indispensable in order to integrate GNRs in future nanoelectronics. This thesis presents a detailed study of the sublimation-assisted growth of different types of self-assembled GNRs on SiC crystals using scanning probe, electron microscopy, and electron diffraction experiments. First, natural SiC steps will be shown to trigger the formation of µm-long epitaxial monolayer GNRs (ML-GNRs), which laterally expand on the flat SiC(0001) surface. These ribbons can be transformed into bilayer GNRs (BL-GNRs) by annealing in air. During this process, oxygen-intercalation takes place, forming an oxide layer below the BL-GNRs. Charge transfer into the oxide layer results in strong p-type doping. Based on local multi-probe experiments, ML-GNRs and BL-GNRs revealed 1D diffusive transport characteristics inherent in the comparably high charge carrier densities in both types of ribbon. Moreover, temperature activated interlayer hopping was identified as an effective transport mechanism in BL-GNRs. Graphene nanoribbons grown on pre-processed SiC sidewalls exhibited superior crystalline and electronic quality on wafer-scales. Sidewalls aligned parallel to the [11-20] SiC direction are composed of a periodic array of mini-terraces hosting several approximately (3+-1) nm wide armchair terminated GNRs (ac-GNRs) at their step edges. By using a combined nanoprobe and conductive atomic force microscopy study, ac-GNRs revealed semi-conducting transport characteristics with band gaps of ~300 meV. Such debunching effects can be suppressed in sidewalls along the [1-100] SiC direction. Here, the graphene completely overgrows the sidewall resulting in ~40 nm wide freestanding zigzag GNRs (zz-GNRs). A robust ballistic edge channel was found to be the hallmark of zz-GNRs, which persists on µm-scales at room temperature suggesting the existence of a perfectly conducting channel. However, the roughness of the SiC and the mesa sidewalls limit the charge propagation in this edge mode due to strong short-range interactions. Moreover, ballistic transport was independently proven by utilizing non-invasive and invasive voltage probes. Tuning of the invasiveness was achieved using cleaning procedures of the tips, which lead to a subsequent decrease of contact resistance due to the removal of oxide from the tip surface. The measured resistance of the ballistic conductor was shown to be directly dependent on the invasiveness of the tips, pointing out the importance of the interplay between the probes and the GNR. Finally, spatially-resolved nanoprobe experiments with ultra-small probe spacings revealed several quantized conduction plateaus across zz-GNRs. These plateaus were attributed to edge and bulk transport channels, respectively. Based on tight-binding calculations, the occurrence of spatially-segregated ballistic channels was explained by transversal electric fields originating from asymmetric edge terminations on both sides of the GNR. These findings highlight that edge morphology is an essential parameter in order to understand electronic transport in GNRs. / Nanometerbreite Streifen aus Graphen, sogenannte Graphen-Nanoribbons (GNRs), gelten als wichtiges Bauelement in zukünftigen, kohlenstoffbasierten Elektroniken. Dabei sind die elektronischen Eigenschaften der GNRs wesentlich durch die Geometrie ihrer Kanten bestimmt. Basierend auf theoretischen Modellen, werden skalierbare Bandlücken in armchair-GNRs, sowie lokalisierte, metallische Kantenzustände in zigzag-GNRs vorhergesagt. Diese Eigenschaften könnten für Transistoranwendugen oder sogar für die Realisierung von Bauelementen, die auf kohärentem Ladungstransport basieren, genutzt werden. Dementsprechend ist die Herstellung hochwertiger GNRs mit präzisen Kantengeometrien sowie das Verständnis der zugrundeliegenden Transportmechanismen von großem Interesse. Die vorliegende Arbeit umfasst eine detaillierte Charakterisierung der strukturellen Eigenschaften verschiedener GNR-Typen, die mittels Sublimationsepitaxie auf SiC Kristallen hergestellt wurden. Es wird gezeigt, dass sich μm-lange Monolagen-GNRs (ML-GNRs) an natürlichen SiC Stufenkanten ausbilden, die durch Tempern an Luft zu Bilagen-GNRs (BL-GNRs) transformiert werden können. Während des Temperns findet die Interkalation von Sauerstoff statt, sodass sich unterhalb des BL-GNRs eine Oxidschicht bildet. Der Ladungstransfer in diese Oxidschicht führt zu einer starken p-Dotierung. Lokale Transportmessungen mittels eines 4-Spitzen STM/SEM zeigen, dass sowohl ML-GNRs als auch BL-GNRs 1D diffuse Leiter sind, deren Transporteigenschaften durch die hohen Ladungsträgerdichten dominiert werden. Darüber hinaus wird gezeigt, dass das thermisch aktivierte Tunneln zwischen Graphenlagen ein effektiver Transportmechanismus in BL-GNRs ist. Graphen-Nanoribbons, die durch präferenzielles Wachstum auf SiC-Seitenwänden hergestellt wurden, zeichnen sich durch herausragende strukturelle sowie elektronische Eigenschaften aus. Seitenwände parallel zur [11-20] Richtung wiesen hierbei eine periodische Struktur von Mini-Terrassen auf, an deren Stufen sich mehrere (3 ± 1) nm breite armchair-GNRs (ac-GNRs) ausbilden. Durch die Kombination von 4-Spitzen STM/SEM und Rasterkraftmikroskopie mit leitfähigen Spitzen wurde festgestellt, dass ac-GNRs halbleitende Eigenschaften aufweisen. Die Größe der ermittelten Bandlücken beträgt ∼ 300 meV. Das Zerfallen in Mini-Terrassen kann bei Seitenwänden entlang der [1-100] SiC Richtung unterdrückt werden. Hierbei wird die Seitenwand vollständig vom Graphen überwachsen, sodass sich ∼ 40 nm breite zigzag-GNRs (zz-GNRs) ausbilden. Diese zeichnen sich durch einen robusten, ballistischen (Kanten-) Transportkanal aus, der bei Raumtemperatur auf μm-Skalen nachweißbar ist. Lediglich Rauigkeiten des Substrats sowie der Seitenwände, die als starke Streuzentren dienen, limitieren die Ausbreitung der Ladungsträger in diesem Kantenzustand. Der ballistische Transport von Ladungsträgern in zz-GNRs wurde unabhängig, mit Hilfe von nicht-invasiven und invasiven Spannungskontakten (STM-Spitzen) nachgewiesen. Die Invasivität der Kontakte wurde durch spezielle Reinigungsverfahren der Spitzen verändert, die zu geringeren Kontaktwiderständen führten. Hierbei wird gezeigt, dass der gemessene Widerstand des ballistischen Leiters direkt von der Invasivität der Spitzen abhängt. Dies deutet darauf hin, dass die Interaktion zwischen Messspitze und GNR bezüglich der Transporteigenschaften von großer Bedeutung ist. Abschließend werden mittels ortsaufgelöster Transportmessungen mit ultrakleinen Spitzenabständen mehrere, quantisierte Leitungskanäle detektiert, die sich räumlich über die Breite der zz-GNRs verteilen. Diese Kanäle können jeweils Kanten- und Volumen-Zuständen zugeordnet werden. Gestützt durch tight-binding-Berechnungen werden die quantisierten Transportkanäle durch transversale elektrische Felder erklärt, die durch asymmetrische Bindungsverhältnisse der Kanten erzeugt werden. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass die Kantenmorphologie ein wesentlicher Parameter ist, um den elektronischen Transport in GNRs zu verstehen.

Access to primary human corneal endothelial cells (HCEC) is limited and donor-derived differences between cultures exacerbate the issue of data reproducibility, whereas cell lines can provide sufficient numbers of homogenous cells for multiple experiments. An immortalized HCEC population was adapted to serum-free culture medium and repeated cloning was performed. Clonally grown cells were propagated under serum-free conditions and growth curves were recorded. Cells were characterized immunocytochemically for junctional proteins, collagens, Na,K-ATPase and HCEC-specific 9.3.E-antigen. Ultrastructure was monitored by scanning and transmission electron microscopy. Two clonal cell lines, HCEC-B4G12 and HCEC-H9C1, could be isolated and expanded, which differed morphologically: B4G12 cells were polygonal, strongly adherent and formed a strict monolayer, H9C1 cells were less adherent and formed floating spheres. The generation time of B4G12 cells was 62.26 ± 14.5 h and that of H9C1 cells 44.05 ± 5.05 h. Scanning electron microscopy revealed that B4G12 cells had a smooth cell surface, while H9C1 cells had numerous thin filopodia. Both cell lines expressed ZO-1 and occludin adequately, and little but well detectable amounts of connexin-43. Expression of HCEC-specific 9.3.E-antigen was found commensurately in both cell lines, while expression of Na,K-ATPase α1 was higher in H9C1 cells than in B4G12 cells. B4G12 cells expressed collagen IV abundantly and almost no collagen III, while H9C1 cells expressed both collagens at reasonable amounts. It is concluded that the clonal cell line B4G12 represents an ideal model of differentiated HCEC, while H9C1 may reflect features of developing or transitional HCEC. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

This thesis addresses the metal nanocluster growth process on prepatterned substrates, the development of atomistic simulation method with respect to an acceleration of the atomistic transition states, and the continuum model of the ion-beam inducing semiconductor surface pattern formation mechanism. Experimentally, highly ordered Ag nanocluster structures have been grown on pre-patterned amorphous SiO^2 surfaces by oblique angle physical vapor deposition at room temperature. Despite the small undulation of the rippled surface, the stripe-like Ag nanoclusters are very pronounced, reproducible and well-separated. The first topic is the investigation of this growth process with a continuum theoretical approach to the surface gas condensation as well as an atomistic cluster growth model. The atomistic simulation model is a lattice-based kinetic Monte-Carlo (KMC) method using a combination of a simplified inter-atomic potential and experimental transition barriers taken from the literature. An effective transition event classification method is introduced which allows a boost factor of several thousand compared to a traditional KMC approach, thus allowing experimental time scales to be modeled. The simulation predicts a low sticking probability for the arriving atoms, millisecond order lifetimes for single Ag monomers and ≈1 nm square surface migration ranges of Ag monomers. The simulations give excellent reproduction of the experimentally observed nanocluster growth patterns. The second topic specifies the acceleration scheme utilized in the metallic cluster growth model. Concerning the atomistic movements, a classical harmonic transition state theory is considered and applied in discrete lattice cells with hierarchical transition levels. The model results in an effective reduction of KMC simulation steps by utilizing a classification scheme of transition levels for thermally activated atomistic diffusion processes. Thermally activated atomistic movements are considered as local transition events constrained in potential energy wells over certain local time periods. These processes are represented by Markov chains of multi-dimensional Boolean valued functions in three dimensional lattice space. The events inhibited by the barriers under a certain level are regarded as thermal fluctuations of the canonical ensemble and accepted freely. Consequently, the fluctuating system evolution process is implemented as a Markov chain of equivalence class objects. It is shown that the process can be characterized by the acceptance of metastable local transitions. The method is applied to a problem of Au and Ag cluster growth on a rippled surface. The simulation predicts the existence of a morphology dependent transition time limit from a local metastable to stable state for subsequent cluster growth by accretion. The third topic is the formation of ripple structures on ion bombarded semiconductor surfaces treated in the first topic as the prepatterned substrate of the metallic deposition. This intriguing phenomenon has been known since the 1960\'s and various theoretical approaches have been explored. These previous models are discussed and a new non-linear model is formulated, based on the local atomic flow and associated density change in the near surface region. Within this framework ripple structures are shown to form without the necessity to invoke surface diffusion or large sputtering as important mechanisms. The model can also be extended to the case where sputtering is important and it is shown that in this case, certain \\lq magic\' angles can occur at which the ripple patterns are most clearly defined. The results including some analytic solutions of the nonlinear equation of motions are in very good agreement with experimental observation.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung des Wachstumsverhaltens von Mikroorganismen auf Alkanen am Beispiel des Bodenbakteriums Rhodococcus opacus 1CP. Unter Einsatz kalorimetrischer Methoden konnte das Wachstumsverhalten von 1CP auf Glucose und Alkanen mit sehr guter Reproduzierbarkeit aufgezeichnet werden. In Abhängigkeit der Substrateigenschaften wurden Änderungen der Wachstumskinetik registriert, welche auf die Aggregation der Zellkultur zurückgeführt werden konnten. Die kalorimetrischen Befunde zum Aggregationsverhalten wurden mittels Gaschromatographie und Partikelgrößenbestimmung bestätigt. Durch Biotensidquantifizierung in kalorimetrisch aufgezeichneten Kultivierungen von 1CP auf Alkanen konnte eine wachstumsassoziierte Biotensidbildung nachgewiesen werden. Elementaranalytische Untersuchungen ergaben eine Variation der Biomassezusammensetzung von 1CP in Abhängigkeit der C-Quelle. Unter Berücksichtigung von Biomasse- und Biotensidbildung wurden Summenreaktionen für die Wachstumsprozesse formuliert und durch Verifikation mit kalorimetrisch ermittelten Enthalpien des Substratumsatzes bestätigt.

Forschungsgegenstand war ein neuentwickeltes modulares Kassettensystem mit Hedera helix 'Woerner', das im Folgenden als hydroponische Nutzwand bezeichnet wurde. Die Lebensqualität in Ballungsräumen sinkt aufgrund von steigender Verdichtung. Stadtgrün verbessert die Lebensqualität und sorgt für lokale Klima- und Luftverbesserung. Allerdings besteht ein Nutzungskonflikt mit anderen Bebauungsvorhaben. Hier verspricht der Einsatz der hydroponischen Nutzwand ein hohes Potential, da das wandgebundene Fassadenbegrünungssystem weitgehend bodenunabhängig ist. Es erfolgte eine Studie zur Quantifizierung des Leistungspotenzials. Neben einer detaillierten Beschreibung des Kassettensystems und der Versuchsanlage, die eine nach Norden und eine nach Süden exponierte Nutzwand darstellte, erfolgte die Erstellung einer Wasserbilanz und eines abgeleiteten Bewässerungsplanes. Im Substrat wurden Untersuchungen zum Sauerstoffgehalt durchgeführt. Ebenso war auch die Wirkung auf das Bestandsklima ein wesentliches Kriterium, um das Kassettensystem zu beschreiben. Für die Leistungsabschätzung wurden Wachstumsanalysen zur Beschreibung der Pflanzenproduktion durchgeführt. Für einige Kassettenelemente wurde dabei im Wurzelraum ein Pflanzenstärkungsmittel mit Bacillus subtilis angewendet, mit dem Ziel, eine Wachstumssteigerung zu erreichen. In einem Austrocknungsversuch im Gewächshaus wurde der Effekt verschiedener Konzentrationen des Pflanzenstärkungsmittels auf eine erhöhte Stresstoleranz von Hedera helix 'Woerner' untersucht. Der Wasserhaushalt stellte einen gesonderten Schwerpunkt dar, bei dem zwei Ansätze zur Bewässerungssteuerung verfolgt wurden. Es erfolgte eine Modellierung der Evapotranspiration über Daten aus meteorologischen Messungen und Messungen zur Transpiration der Pflanzen im Bestand. In einem zweiten Ansatz wurden die Möglichkeiten der pflanzenbasierten Sensorik untersucht, wofür ein elektronischer Blattdickensensor zum Einsatz kam. Die Erkenntnisse aus der Dissertation sollten zeigen, welche Praxistauglichkeit eine hydroponische Nutzwand besitzt und ob sie lokal in der Lage ist, dem Problem sinkender Lebensqualität im städtischen Raum entgegenzuwirken.:I Inhaltsverzeichnis S. I II Abbildungsverzeichnis S. III III Tabellenverzeichnis S. X IV Formelverzeichnis S. XV V Abkürzungsverzeichnis S. XVII 1 Einleitung S. 1 2 Problemstellung S. 2 3 Zielsetzung S. 9 4 Kassettensystem S. 10 4.1 Material und Methoden S. 21 4.1.1 Versuchsanlage S. 21 4.1.2 Sauerstoffgehalt im Substrat S. 32 4.1.3 Mikroklimatische Einflüsse S. 34 4.2 Ergebnisse S. 43 4.2.1 Versuchsanlage S. 43 4.2.2 Sauerstoffgehalt im Substrat S. 49 4.2.3 Mikroklimatische Einflüsse S. 51 4.3 Diskussion S. 69 4.3.1 Versuchsanlage S. 70 4.3.2 Sauerstoffgehalt im Substrat S. 77 4.3.3 Mikroklimatische Einflüsse S. 78 4.4 Zusammenfassung S. 84 5 Wachstum S. 88 5.1 Material und Methoden S. 92 5.1.1 Wachstumsanalyse S. 92 5.1.2 Trockenstressversuch mit Bacillus subtilis FZB24® flüssig S. 102 5.2 Ergebnisse S. 108 5.2.1 Wachstumsanalysen S. 108 5.2.2 Trockenstressversuch mit Bacillus subtilis FZB24® flüssig S. 120 5.3 Diskussion S. 121 5.3.1 Wachstumsanalysen S. 121 5.3.2 Trockenstressversuch mit Bacillus subtilis FZB24® flüssig S. 125 5.4 Zusammenfassung S. 126 6 Wasserhaushalt S. 128 6.1 Material und Methoden S. 132 6.1.1 Transpiration von Einzelpflanzen S. 132 6.1.2 Evapotranspiration des Pflanzenbestandes S. 134 6.2 Ergebnisse S. 139 6.2.1 Transpiration von Einzelpflanzen S. 139 6.2.2 Evapotranspiration des Pflanzenbestandes S. 143 6.3 Diskussion S. 147 6.3.1 Transpiration von Einzelpflanzen S. 147 6.3.2 Evapotranspiration des Pflanzenbestandes S. 150 6.4 Exkurs Blattdickenmessung S. 151 6.5 Zusammenfassung S. 158 7 Schlussfolgerungen S. 161 8 Anhang Abbildungen S. 165 9 Anhang Tabellen S. 176 10 Literaturverzeichnis S. 191