Neben ihrer Bedeutung in industriellen Anwendungen dienen Kolloide als Modellsysteme in Experimenten und in der Theorie, um die Struktur und Dynamik von kondensierter Materie zu untersuchen. Kürzlich wurde experimentell gezeigt, dass eine kleine Anisotropie ausreicht, um die viskoelastische Antwort im Vergleich zu harten Kugeln drastisch zu ändern. Die mikroskopischen Ursachen hierfür sind bisher nicht verstanden. In dieser Arbeit werden daher Nichtgleichgewichts-Brownsche-Dynamik-Simulationen (NEBD) von harten kolloidalen Dumbbells in oszillatorischen Scherfeldern entwickelt und eingesetzt, um diese Resultate mit Verbindung zu Rheologie- und Neutronenstreuexperimenten zu erklären. Weiterhin wird die Bedeutung der Anisotropie für Struktur und Dynamik von solchen Suspensionen im Gleichgewicht mit Hilfe von "Linear-Response"-Theorie und Brownsche-Dynamik-Simulationen analysiert. Im linearen Limit zeigt die Scherviskosität bei hohen Packungsdichten einen dramatischen Anstieg jenseits eines kritischen Anisotropieparameters. Dies weist darauf hin, dass schon bei den kleinen Anisotropien kollektive Rotations-Translations-Kopplungen für langsame Zeitskalen verantwortlich sind. Weiterhin wird ein Nichtgleichgewichtsübergang mittels NEBD-Simulationen von Suspensionen harter Dumbbells im PC unter oszillatorischer Scherung ersichtlich. Es wird gezeigt, dass der kontinuierliche Übergang nur für sehr kleine Aspektverhältnisse erhalten bleibt. Oberhalb eines bestimmten Aspektverhältnisses wird der Übergang durch einen ungeordneten Zustand vermittelt. Außerdem wird ein Sliding-Layer Zustand mit kollektiver Ordnung der Teilchenausrichtung bei hohen Scheramplituden beobachtet. Somit zeigt diese Arbeit, dass die NEBD-Simulationen Phänomene in Rheologie- und Streuexperimenten erklären. Angesichts dieser Experimente wird gezeigt, dass der Orientierungsfreiheitsgrad einen starken Einfluss auf den strukturellen Übergang bei steigenden Amplituden hat. / Besides being important for industrial applications, colloidal suspensions have long served as model systems for investigating the structure and dynamics of condensed matter. Recently, it has been demonstrated experimentally that apparently a small particle anisotropy is sufficient to dramatically change the viscoelastic response under external shearing fields, of which the microscopic mechanisms are not yet sufficiently understood. In the present work, NEBD simulations of colloidal hard dumbbells in oscillatory shear fields are developed and employed to elucidate the novel findings in close connection with comprehensive rheology and SANS experiments. Furthermore, by utilising BD simulations and linear response theory, the impact of anisotropy on structure and dynamics of such suspensions in equilibrium is analysed. In the linear response limit, the shear viscosity exhibits a dramatic increase at high packing fractions beyond a critical anisotropy of the particles. This indicates that newly occurring, collective rotational-translational couplings must be made responsible for slow time scales appearing in the PC. Moreover, a non-equilibrium transition emerging at moderate aspect ratios is revealed by NEBD of plastic crystalline suspensions under oscillatory shear. This transition behaviour is systematically studied. It is demonstrated that the continuous nature of the transition is retained for very low aspect ratios only. Above a certain aspect ratio, the transition is mediated by an intermediate disordered state. Furthermore, a partially oriented sliding layer state featuring a finite collective order in the particles'' orientations is observed at high strains. Hence, this thesis demonstrates that the NEBD simulations explain novel phenomena in rheology and scattering experiments. In the light of these experiments, it is shown that the orientational degree of freedom has a vigorous impact on the structural transition under increasing oscillatory shear.

The aim of this work was the generation of carbon materials with high surface area, exhibiting a hierarchical pore system in the macro- and mesorange. Such a pore system facilitates the transport through the material and enhances the interaction with the carbon matrix (macropores are pores with diameters > 50 nm, mesopores between 2 – 50 nm). Thereto, new strategies for the synthesis of novel carbon materials with designed porosity were developed that are in particular useful for the storage of energy. Besides the porosity, it is the graphene structure itself that determines the properties of a carbon material. Non-graphitic carbon materials usually exhibit a quite large degree of disorder with many defects in the graphene structure, and thus exhibit inherent microporosity (d < 2nm). These pores are traps and oppose reversible interaction with the carbon matrix. Furthermore they reduce the stability and conductivity of the carbon material, which was undesired for the proposed applications. As one part of this work, the graphene structures of different non-graphitic carbon materials were studied in detail using a novel wide-angle x-ray scattering model that allowed precise information about the nature of the carbon building units (graphene stacks). Different carbon precursors were evaluated regarding their potential use for the synthesis shown in this work, whereas mesophase pitch proved to be advantageous when a less disordered carbon microstructure is desired. By using mesophase pitch as carbon precursor, two templating strategies were developed using the nanocasting approach. The synthesized (monolithic) materials combined for the first time the advantages of a hierarchical interconnected pore system in the macro- and mesorange with the advantages of mesophase pitch as carbon precursor. In the first case, hierarchical macro- / mesoporous carbon monoliths were synthesized by replication of hard (silica) templates. Thus, a suitable synthesis procedure was developed that allowed the infiltration of the template with the hardly soluble carbon precursor. In the second case, hierarchical macro- / mesoporous carbon materials were synthesized by a novel soft-templating technique, taking advantage of the phase separation (spinodal decomposition) between mesophase pitch and polystyrene. The synthesis also allowed the generation of monolithic samples and incorporation of functional nanoparticles into the material. The synthesized materials showed excellent properties as an anode material in lithium batteries and support material for supercapacitors. / Kohlenstoffmaterialien finden aufgrund ihrer Vielseitigkeit heute in den unterschiedlichsten Bereichen des täglichen Lebens ihren Einsatz. Bekannte Beispiele sind Kohlenstofffasern in Verbundwerkstoffen, Graphit als trockenes Schmiermittel, oder Aktivkohlen in Filtersystemen. Ferner wird Graphit als Elektrodenmaterial auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Wegen knapper werdender Ressourcen von Öl und Gas wurde in den letzten Jahren verstärkt an der Entwicklung neuer Materialien für die Speicherung von Wasserstoff und elektrischer Energie gearbeitet. Die Nanotechnologie ist dabei auch für neue Kohlenstoffmaterialien zukunftsweisend, denn sie stellt weitere Anwendungsmöglichkeiten in Aussicht. In dieser Arbeit wurden hierzu mittels des sogenannten Nanocastings neue Kohlenstoffmaterialien für Energieanwendungen, insbesondere zur Speicherung von elektrischer Energie entwickelt. Die Eigenschaften eines Kohlenstoffmaterials beruhen im Wesentlichen auf der Struktur des Kohlenstoffs im molekularen Bereich. Die in dieser Arbeit hergestellten Materialen bestehen aus nichtgraphitischem Kohlenstoff und wurden im ersten Teil der Arbeit mit den Methoden der Röntgenstreuung genau untersucht. Eine speziell für diese Art von Kohlenstoffen kürzlich entwickelte Modellfunktion wurde dazu an die experimentellen Streubilder angepasst. Das verwendete Modell basiert dabei auf den wesentlichen Strukturmerkmalen von nichtgraphitischem Kohlenstoff und ermöglichte von daher eine detaillierte Beschreibung der Materialien. Im Gegensatz zu den meisten nichtgraphitischen Kohlenstoffen konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von Mesophasen-Pech als Vorläufersubstanz (Precursor) ein Material mit vergleichsweise geringem Grad an Unordnung ermöglicht. Solch ein Material erlaubt eine ähnlich reversible Einlagerung von Lithium-Ionen wie Graphit, weist aber gleichzeitig wegen des nichtgraphitischen Charakters eine deutlich höhere Speicherfähigkeit auf. Zur Beschreibung der Porosität eines Materials verwendet man die Begriffe der Makro-, Meso-, und Mikroporen. Die Aktivität eines Materials kann durch die Erhöhung der Oberfläche noch erheblich gesteigert werden. Hohe Oberflächen können insbesondere durch die Schaffung von Poren im Nanometerbereich erzielt werden. Um die Zugänglichkeit zu diesen Poren zu steigern, weist ein Material idealerweise zusätzlich ein kontinuierliches makroporöses Transportsystem (Porendurchmesser d > 50 nm) auf. Solch eine Art von Porosität über mehrere Größenordnungen wird allgemein als „hierarchische Porosität“ bezeichnet. Für elektrochemische Anwendungen sind sogenannte Mesoporen (d = 2 – 50 nm) relevant, da noch kleinere Poren (Mikroporen, d < 2 nm) z.B. zu einer irreversiblen Bindung von Lithium- Ionen führen können. Wird Mesophasen-Pech als Kohlenstoffprekursor verwendet, kann die Entstehung dieser Mikroporen verhindert werden. Im zweiten und dritten Teil der Arbeit konnte mit den Methoden des „Nanocastings“ zum ersten Mal die spezielle Struktur des Mesophasen-Pech basierenden Kohlenstoffmaterials mit den Vorteilen einer hierarchischen (makro- / meso-) Porosität kombiniert werden. Im ersten Syntheseverfahren wurde dazu ein sogenanntes „hartes Templat“ mit entsprechender Porosität aus Siliziumdioxid repliziert. Aufgrund der hohen Viskosität des Pechs und der geringen Löslichkeit wurde dazu ein Verfahren entwickelt, das die Infiltration des Templates auch auf der Nanometerebene ermöglicht. Das Material konnte in Form größerer Körper (Monolithen) hergestellt werden, die im Vergleich zu Pulvern eine bessere technische Verwendung ermöglichen. Im zweiten Syntheseverfahren konnte die Herstellung eines hierarchisch makro- / mesoporösen Kohlenstoffmaterials erstmals mittels eines weichen Templates (organisches Polymer) erreicht werden. Die einfache Entfernung von weichen Templaten durch eine geeignete Temperaturbehandlung, macht dieses Verfahren im Vergleich zu hart templatierten Materialien kostengünstiger und stellt eine technische Umsetzung in Aussicht. Desweiteren erlaubt das Syntheseverfahren die Herstellung von monolithischen Körpern und die Einbindung funktionaler Nanopartikel. Die hergestellten Materialien zeigen exzellente Eigenschaften als Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien und als Trägermaterial für Superkondensatoren.

Gashydratlagerstätten sind in Permafrostgebieten und unter dem Meeresboden zu finden. Das energetische Potential der weltweiten Gashydratvorkommen, vor allem im submarinen Bereich, ist enorm. Derzeit existiert aber noch keine Technologie mit der sie kommerziell erschlossen werden können. Die größten Herausforderungen bei der bohrtechnischen Erschließung submariner Gashydratlagerstätten werden in der Richtbohrtechnik in geringverfestigten Sedimenten, der Bohrlochstabilität, der Einhaltung eines sehr engen Druckfensters sowie in der Vermeidung ungewollter Dissoziationsvorgänge während des Bohrprozesses gesehen. In der Arbeit werden mögliche Ansätze für die bohrtechnische Erschließung von submarinen Gashydratlagerstätten, speziell für das gerichtete Bohren in unkonsolidierten Formationen, zusammengetragen. Es werden verschiedene Erschließungskonzepte diskutiert und schließlich wird die Machbarkeit von zwei Bohrkonzepten untersucht. Das erste Konzept zielt in erster Linie auf die Herstellung vertikaler Bohrungen zu Produktionstestzwecken in Gashydratlagerstätten ab. Auf Grundlage eines vorhandenen Meeresbodenbohrgerätes wird eine neuartige Technologie entwickelt, mit der eine Tiefsee-Gashydratbohrung abgeteuft, verrohrt und komplettiert werden kann, ohne dass eine Bohrplattform oder ein Bohrschiff eingesetzt werden muss. Das zweite Konzept beinhaltet die Herstellung von horizontalen Produktionsbohrungen für eine kommerzielle Gashydratnutzung. Es wird untersucht, ob und unter welchen Bedingungen solche Bohrungen mit konventionellem Equipment machbar sind. Es wird aufgezeigt, dass die Herausforderungen gemeistert werden können und die bohrtechnische Erschließung submariner Gashydratlagestätten mit beiden Konzepten grundsätzlich machbar erscheint.

The SCP-RICM assay employs the measurable surface energy (or adhesive work W_adh) of a micrometer-sized polymeric sphere (soft colloidal probe, SCP) interacting with a glass chip using reflection interfer-ence contrast microscopy (RICM). Depending on those two interacting surfaces' nature and functional-ization, the SCP will deform, creating a contact area with the hard glass chip. This contact area is clearly distinguishable from the sphere’s interference ring pattern and can be measured. The adhesive surface energy W_adh can be calculated from the size of the contact area. An immobilization can be overcome by choosing a two-component analyte-dependent interaction, here presented for the copper (Cu) detection. The detection of Cu was chosen as a proof-of-concept system. However, detecting metal ions is an essential endeavor because, in excessive amounts, they present a severe threat to health and the environment. The copper-dependent interaction of the yeast chaperones yCox17 (also Cox17) and ySco1 (also Sco1) were chosen as the two-component analyte-dependent interaction. The chaperones partic-ipate in vivo in the formation of the electron transport chain of S. cerevisiae and interact in the mito-chondrial inner membrane to transfer one Cu(I) ion from Cox17 to Sco1. It was necessary to immobilize one protein to the SCPs and one to the chip surface, to transfer the copper chaperones' interaction into the SCP-RICM assay core detection components. The unique self-assembling characteristics of the class I hydrophobin Ccg-2 from N. crassa were used to immobilize one interaction partner to the chip surface. Class I hydrophobins are known for the formation of re-sistant and uniform layers at hydrophilic/hydrophobic interfaces. Initial SCP-RICM assay measurements with Sco1Δ95_a-SCPs and the Cox17_c-chips indicate that copper detection using the proposed mechanism is possible (Figure 39-3). Measurements can be differentiated between 0 and 0.1 mM Cu(I) concentration in solution. Further screening of concentrations be-low 0.1 mM is still necessary. The presented proof-of-principle system for the indirect detection of copper shows copper-dependent behavior. These positive results give rise to many more options to use the SCP-RICM assay as an indirect detection system. The application range of the SCP-RICM assay could be enlarged for different analytes such as other heavy metals, bacteriophages, biomarkers, et cetera, and is relevant for fields from medicine to environmental monitoring.:TABLE OF CONTENT Table of Content I List of Figures VII List of Tables IX List of Abbreviations XI 1 Introduction 1 1.1 Biosensors 1 1.2 Analytical Detection Methods: Copper 2 1.3 SCP-RICM Assay 3 1.3.1 Sensor Chip Surface 4 1.3.2 Soft Colloidal Probes 5 1.3.3 Reflection Interference Contrast Microscopy 6 1.4 Hydrophobins 9 1.4.1 Structure and Functions of Hydrophobins 9 1.4.2 Ex vivo Applications of Hydrophobins 11 1.4.3 Class I Hydrophobin: Ccg-2 12 1.5 Mitochondrial Respiratory Chain 14 1.5.1 Copper Transport in Yeast 14 1.5.2 S. cerevisiae Sco1 protein 18 1.5.3 S. cerevisiae Cox17 protein 21 1.6 SCP-RICM Assay for Copper Detection 23 1.7 Aim of the Study 24 2 Materials and Methods 25 2.1 Laboratory Equipment 25 2.1.1 Devices 25 2.1.2 Chemicals 26 2.1.3 Consumables 28 2.1.4 Antibodies 29 2.1.5 Enzymes 30 2.1.6 Molecular Weight Standards 30 2.1.7 DNA Oligonucleotides 31 2.1.8 Plasmids and Vectors 32 2.2 Microorganisms 33 2.2.1 Strains 33 2.2.2 Cultivation of Microorganisms 34 2.2.3 Preparation of Electrocompetent E. coli Cells 36 2.2.4 Preparation of E. coli Glycerol Stocks 36 2.3 Protein Design 37 2.4 Molecular Cloning Methods 38 2.4.1 Vector Template Preparation 38 2.4.2 Agarose Gel Electrophoresis 40 2.4.3 DNA Extraction from Agarose Gels 41 2.4.4 Polymerase Chain Reaction 41 2.4.5 DNA Restriction Digest 42 2.4.6 DNA Dialysis 43 2.4.7 Ligation of DNA Fragments 43 2.4.8 Isolation of DNA from E. coli 44 2.4.9 DNA Sequencing 45 2.4.10 Transformation of E. coli via Electroporation 45 2.5 Protein Detection and Quantification 46 2.5.1 SDS PAGE 46 2.5.2 Coomassie Staining 50 2.5.3 Western Blot Analysis 51 2.5.4 Immunological Detection 51 2.5.5 Protein Quantification: Lowry Assay 52 2.5.6 Protein Quantification: Bradford Assay 53 2.5.7 Protein Quantification: NanoDrop Measurement 53 2.6 Protein Purification and Storage 54 2.6.1 Expression Analysis of Recombinant Proteins 54 2.6.2 Solubility Analysis 54 2.6.3 Protein Purification by Ni2+ Affinity Chromatography 55 2.6.4 Quantification of Purified Proteins 64 2.6.5 Dialysis of Purified Proteins 65 2.7 Glass Surface Functionalization 65 2.7.1 Glass Surface Preparation 66 2.7.2 Hydrophobin and Fusion Protein-Based Coating 66 2.7.3 Contact Angle Measurement 67 2.7.4 DRoPS Test 67 2.7.5 Atomic Force Microscopy 67 2.8 SCP Functionalization 68 2.8.1 Functionalization of SCPs with Proteins 68 2.8.2 Validation of SCP Functionalization with FITC Staining 69 2.9 SCP-RICM Assay and Its Analysis 69 3 Results 73 3.1 Generation of Recombinant Fusion Proteins 73 3.1.1 Sco1 and Sco1∆95 73 3.1.2 Cox17 84 3.1.3 Ccg-2 88 3.1.4 Overview: Optimization of Expression and Purification of Recombinant Proteins 90 3.2 His-Tag Cleavage 92 3.3 Chip Surface Functionalization 94 3.3.1 Optimization of the Glass Chip Preparation 94 3.3.2 Macroscopic Properties of the Functionalized Chip Surface 95 3.3.3 AFM Measurements 102 3.3.4 Theoretical Package of Hydrophobin Ccg-2 on the Chip Surface 103 3.4 SCP Functionalization 104 3.4.1 SCP Functionalization and FITC Staining 104 3.4.2 Theoretical Package of Proteins on SCPs 106 3.5 SCP-RICM Assay 107 4 Discussion and Further Prospectives 113 4.1 Discussion: SCP-RICM Assay and Protein-Protein Interaction 113 4.2 Outlook and Further Prospects 119 4.2.1 Heterologous Protein Expression and Purification: Methods, Cleavage and Refolding 119 4.2.2 Further Analysis of Chip Surface Functionalization 124 4.2.3 Alternative Chip Surface Functionalization Methods 126 4.2.4 SCP-RICM Assay: Data Acquisition and Evaluation 128 4.2.5 SCP-RICM Assay: Copper Detection 130 4.2.6 Exploiting the SCP-RICM Assay using Protein-Protein Interactions 131 4.2.7 Exploiting the SCP-RICM Assay with Alternative Interactions 133 5 Summary 137 6 Bibliography 141 7 Appendix 165 7.1 Sequences of Protein Constructs 165 7.1.1 Sequences of the Protein Construct Cox17_a 165 7.1.2 Sequences of the Hydrophobin-Cox17 Fusion Protein Cox17_b 165 7.1.3 Sequences of the Hydrophobin-Cox17 Fusion Protein Construct Cox17_c 166 7.1.4 Sequences of the Protein Construct Sco1_a and Sco1Δ95_a 167 7.1.5 Sequences of the Hydrophobin-Sco1 Fusion Protein Constructs Sco1_b and Sco1Δ95_b 169 7.1.6 Sequences of the Hydrophobin-Sco1 Fusion Protein Constructs Sco1_c and Sco1Δ95_c 171 7.1.7 Sequences of the Hydrophobin Ccg-2 173 7.2 pET-28b(+): Plasmid Map 173 7.3 Nickel Removal During Dialysis 175 7.4 DGR Assay 176 7.5 SCP diameter 179 Acknowledgements 181 Declaration of Authorship 183

Gashydratlagerstätten sind in Permafrostgebieten und unter dem Meeresboden zu finden. Das energetische Potential der weltweiten Gashydratvorkommen, vor allem im submarinen Bereich, ist enorm. Derzeit existiert aber noch keine Technologie mit der sie kommerziell erschlossen werden können. Die größten Herausforderungen bei der bohrtechnischen Erschließung submariner Gashydratlagerstätten werden in der Richtbohrtechnik in geringverfestigten Sedimenten, der Bohrlochstabilität, der Einhaltung eines sehr engen Druckfensters sowie in der Vermeidung ungewollter Dissoziationsvorgänge während des Bohrprozesses gesehen. In der Arbeit werden mögliche Ansätze für die bohrtechnische Erschließung von submarinen Gashydratlagerstätten, speziell für das gerichtete Bohren in unkonsolidierten Formationen, zusammengetragen. Es werden verschiedene Erschließungskonzepte diskutiert und schließlich wird die Machbarkeit von zwei Bohrkonzepten untersucht. Das erste Konzept zielt in erster Linie auf die Herstellung vertikaler Bohrungen zu Produktionstestzwecken in Gashydratlagerstätten ab. Auf Grundlage eines vorhandenen Meeresbodenbohrgerätes wird eine neuartige Technologie entwickelt, mit der eine Tiefsee-Gashydratbohrung abgeteuft, verrohrt und komplettiert werden kann, ohne dass eine Bohrplattform oder ein Bohrschiff eingesetzt werden muss. Das zweite Konzept beinhaltet die Herstellung von horizontalen Produktionsbohrungen für eine kommerzielle Gashydratnutzung. Es wird untersucht, ob und unter welchen Bedingungen solche Bohrungen mit konventionellem Equipment machbar sind. Es wird aufgezeigt, dass die Herausforderungen gemeistert werden können und die bohrtechnische Erschließung submariner Gashydratlagestätten mit beiden Konzepten grundsätzlich machbar erscheint.

Ion-exchange membranes, conventionally utilized in separation processes of electrolyte solutions, are electroactive polymers that display a unique coupling between electrochemistry and mechanics. Previous experimental studies have demonstrated the possibility of actuating cation-exchange membranes in salt solution through the application of a remote external electric field. The use of anion-exchange membranes as contactless actuators, however, has never been documented and little is known about the physics of their actuation. Here, it is reported for the first time the possibility of contactless actuating anion-exchange membranes in salt solutions; such an actuation is mediated by the selection of anions in the external salt solution and the membrane. Actuation is attributed to the physical phenomenon of solvation, the interaction between ions and solvent in solution. Contrary to previous studies with cation-exchange membranes, the results show that anion-exchange membranes consistently bend toward the anode. The integration of anion-exchange and cation-exchange membranes in composites promises innovative programmable contactless actuators, with applications in underwater robotics and biomedical engineering.

In der vorliegenden Arbeit wird die Dynamik geordneter modulierter Phasen außerhalb des thermischen Gleichgewichts untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf einem zweidimensionalen, streifenbildenden System, genannt Modell B mit Coulomb-Wechselwirkung, welches aus einem geordneten Anfangszustand unter dem Einfluß eines Rauschterms relaxiert. Aus den mittels numerischer Simulationen gewonnenen Daten wird die lokale Orientierung der Streifen extrahiert und deren raum-zeitliche Korrelationsfunktionen berechnet. Wir beobachten eine langsame Dynamik und Alterungseffekte in der Zwei-Zeit-Autokorrelationsfunktion, welche einer Skalenform folgt, die aus kritischen Systemen bekannt ist. Dies geht einher mit dem Wachstum einer räumlichen Korrelationslänge senkrecht zu den Streifen. Zu sehr späten Zeiten klingt die zugehörige räumliche Korrelationsfunktion mit einem Potenzgesetz ab. Weiterhin wird der Einfluß der Systemgröße und verschiedener Seitenverhältnisse auf die Dynamik des Orientierungsfeldes studiert, wobei ein Wachstumsprozeß parallel zur Ausrichtung der Streifen identifiziert wird. Es zeigt sich, daß dieser Prozeß für die Nichtgleichgewichtsdynamik entscheidend ist. Zwei weitere Modelle für modulierte Phasen werden in ähnlicher Weise untersucht. Die Swift-Hohenberg-Gleichung in der Variante mit erhaltenem sowie nicht erhaltenem Ordnungsparameter zeigt ebenfalls Alterungseffekte in der Dynamik der Streifenorientierung. In einem System, welches zweidimensionale hexagonale Muster bildet, werden Alterungseffekte in der Autokorrelationsfunktion der Verschiebung beobachtet. Jedoch sättigt die zugehörige räumliche Korrelationslänge bei einem endlichen Wert, was auf eine Unterbrechung der Alterung hindeutet.

In der vorliegenden Arbeit wird die Dynamik geordneter modulierter Phasen außerhalb des thermischen Gleichgewichts untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf einem zweidimensionalen, streifenbildenden System, genannt Modell B mit Coulomb-Wechselwirkung, welches aus einem geordneten Anfangszustand unter dem Einfluß eines Rauschterms relaxiert. Aus den mittels numerischer Simulationen gewonnenen Daten wird die lokale Orientierung der Streifen extrahiert und deren raum-zeitliche Korrelationsfunktionen berechnet. Wir beobachten eine langsame Dynamik und Alterungseffekte in der Zwei-Zeit-Autokorrelationsfunktion, welche einer Skalenform folgt, die aus kritischen Systemen bekannt ist. Dies geht einher mit dem Wachstum einer räumlichen Korrelationslänge senkrecht zu den Streifen. Zu sehr späten Zeiten klingt die zugehörige räumliche Korrelationsfunktion mit einem Potenzgesetz ab. Weiterhin wird der Einfluß der Systemgröße und verschiedener Seitenverhältnisse auf die Dynamik des Orientierungsfeldes studiert, wobei ein Wachstumsprozeß parallel zur Ausrichtung der Streifen identifiziert wird. Es zeigt sich, daß dieser Prozeß für die Nichtgleichgewichtsdynamik entscheidend ist. Zwei weitere Modelle für modulierte Phasen werden in ähnlicher Weise untersucht. Die Swift-Hohenberg-Gleichung in der Variante mit erhaltenem sowie nicht erhaltenem Ordnungsparameter zeigt ebenfalls Alterungseffekte in der Dynamik der Streifenorientierung. In einem System, welches zweidimensionale hexagonale Muster bildet, werden Alterungseffekte in der Autokorrelationsfunktion der Verschiebung beobachtet. Jedoch sättigt die zugehörige räumliche Korrelationslänge bei einem endlichen Wert, was auf eine Unterbrechung der Alterung hindeutet.

Die Magnetresonanzelastographie (MRE) stellt ein nichtinvasives Verfahren dar, welches die Bestimmung der in vivo Scherelastizität weicher Gewebe ermöglicht. Im Rahmen diese Arbeit wurden Methoden zur Bestimmung isotroper und anisotroper Scherelastizitäten anhand von MRE Wellenbildern entwickelt und evaluiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Methoden basieren auf planarer MRE, d.h. auf der Aufnahme einer einzelnen Auslenkungskomponente innerhalb der Bildschicht. Dadurch wird die MRE erheblich beschleunigt. Allerdings stellen sich dadurch auch besondere Anforderungen an die Datenauswertung zur Bestimmung aussagekräftiger elastischer Kenngrößen. Anhand von planaren MRE-Experimenten an Gewebephantomen und menschlicher Skelettmuskulatur sowie mittels numerischer Simulation wird gezeigt, dass bei Beachtung weniger experimenteller Randbedingungen und einer darauf abgestimmten Datenauswertung, korrekte Elastizitäten ermittelt werden können. Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Analyse experimenteller Einflüsse wie Bildrauschen und -auflösung auf die ermittelten elastischen Kenngrößen. Des Weiteren werden Methoden zur Bestimmung anisotroper Elastizitäten sowie zur Analyse von Streueffekten im MRE-Wellenbild vorgestellt. Die behandelten Einflüsse auf die Amplituden und Wellenlängen im MRE-Bild, werden vergleichend diskutiert und zusammengefasst, um ein einfaches Verfahrensprotokoll zur Analyse experimenteller in vivo MRE-Daten zu entwickeln. Alle in dieser Arbeit verwendeten Methoden und Programme sind im Anhang zusammengefasst und auf Anforderung erhältlich. / Magnetic resonance elastography (MRE) is a noninvasive method that allows the determination of in vivo shear elasticity of soft tissues. In this thesis methods for the determination of isotropic and anisotropic shear elasticities from MRE wave data were developed and evaluated. All methods presented in this work are based on planar MRE, i.e. they are based on the measurement of a single displacement component in the image plane. This way measurement time in MRE is greatly reduced. However, this imposes specific requirements on data evaluation in order to determine significant elastic constants. On the basis of planar MRE experiments on tissue mimicking gels, human skeletal muscle and numerical simulations it is demonstrated that correct shear elasticities can be determined, taking into account a small set of experimental boundary conditions as well as the employment of complementary data evaluation strategies. This thesis is particularly focussed on the analysis of noise and image resolution on the determined elastic constants. Moreover, methods for determining anisotropic elasticity and analyzing shear wave scattering effects on MRE wave data are introduced. The investigated influences on wave amplitudes and wave lengths are compared and discussed to develop a simple measurement protocol for the evaluation of in vivo MRE data. All methods employed in this work are summarized in the appendix along with the corresponding computer code, which is available on demand.

Diese Arbeit hat zum Ziel, marktunterstützende institutionelle Reformen im Transformationsprozess zu analysieren. Als Einstieg in die Thematik wird die Aufnahme mittel- und osteuropäischer Länder in die Europäische Union mit der zurückliegenden Süderweiterung der Europäischen Gemeinschaft verglichen. Die folgenden Kapitel befassen sich mit der Bedeutung weicher Budgetbeschränkungen in Transformationsökonomien. Zunächst werden anhand von Daten bulgarischer und rumänischer Unternehmen theoretische Erklärungsansätze für weiche Budgetbeschränkungen getestet. Im anschließenden Teil wird analysiert, ob Handelskredite einen Teil der normalen Geschäftspraxis darstellen oder ob Handelskredite starke Handelsverflechtungen zwischen Unternehmen unterstützen und damit die Wahrscheinlichkeit von weichen Budgetbeschränkungen erhöhen können. Im empirischen Teil werden Daten aus Ungarn und Rumänien verwendet, die aus Unternehmensbefragungen stammen. Im letzten Kapitel wird die Unternehmensebene verlassen und mit makroökonomischen Daten gearbeitet. Ziel ist es hier, den Einfluss institutioneller Reformen auf das Wirtschaftswachstum zu testen. / Main objective of this work is to analyse market-supporting institutional reforms in the transition process. In the first part of the dissertation, the upcoming enlargement of the European Union towards the east is compared with the earlier southern enlargement. Research in the following chapters is devoted to the problem of soft budget constraints in transition countries. Firstly, theories on the causes of soft budget constraints are empirically tested. Therefore a panel data set consisting of company account data for Bulgarian and Romanian firms is used. Secondly, firm-level survey data from Hungary and Romania is used to test whether trade credits are just part of normal business practice or whether trade credits are representing a systematic phenomenon supporting soft budget constraints of firms in transition. Thirdly, macroeconomic data is utilised to illustrate the impact of implementing institutional change on economic performance.