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Schriftenreihe
Sonstige beteiligte Institutionen
- Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, MD, U.S. (4)
- Institut für Optik und Atomare Physik, Technische Universität Berlin, 10623 Berlin, Germany (2)
- Laboratory for Chemistry and Life Science, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology, Yokohama 226-8503, Japan (2)
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- Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (1)
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- Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC (1)
- Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (1)
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ResearcherID
- D-3057-2014 (1)
- M-1240-2017 (1)
- N-8985-2015 (1)
In der vorliegenden Doktorarbeit konnte gezeigt werden, dass eine starke Exzitonenkopplung nicht nur zwischen gleichen Chromophoren, sondern auch zwischen Chromophoren mit unterschiedlichen Energien der angeregten Zustände möglich ist. Diese beeinflusst maßgeblich die Absorptionsspektren der Heterostapel bestehend aus Merocyanin- bzw. Perylenbisimidfarbstoffen und deutet außerdem auf einen kohärenten Energientransfer zwischen den Chromophoren hin. Weiterhin wurden Bis(merocyanin)-C60-Konjugate synthetisiert, die in unpolaren Lösungsmitteln selbst assemblieren und auf diese Weise wohldefinierte supramolekulare p/n-Heterogrenzflächen gebildet werden. An diesen wurde mithilfe von femtosekundenaufgelöster transienter Absorptionsspektroskopie der photoinduzierte Elektronentransfer untersucht, was ein wichtiger Schritt bei der Erzeugung von Ladungsträgern in organischen Solarzellen darstellt.
This publication presents the combination of the one-loop matrix-element generator Recola with the multipurpose Monte Carlo program Sherpa. Since both programs are highly automated, the resulting Sherpa +Recola framework allows for the computation of – in principle – any Standard Model process at both NLO QCD and EW accuracy. To illustrate this, three representative LHC processes have been computed at NLO QCD and EW: vector-boson production in association with jets, off-shell Z-boson pair production, and the production of a top-quark pair in association with a Higgs boson. In addition to fixed-order computations, when considering QCD corrections, all functionalities of Sherpa, i.e. particle decays, QCD parton showers, hadronisation, underlying events, etc. can be used in combination with Recola. This is demonstrated by the merging and matching of one-loop QCD matrix elements for Drell–Yan production in association with jets to the parton shower. The implementation is fully automatised, thus making it a perfect tool for both experimentalists and theorists who want to use state-of-the-art predictions at NLO accuracy.
Next-to-leading-order electroweak corrections to the production of four charged leptons at the LHC
(2017)
We present a state-of-the-art calculation of the next-to leading-order electroweak corrections to ZZ production, including the leptonic decays of the Z bosons into μ\(^+\)μ\(^ −\)e\(^+\)e\(^−\) or μ\(^+\)μ\(^−\)μ\(^+\)μ\(^−\) final states. We use complete leading-order and next-to-leading-order matrix elements for four-lepton production, including contributions of virtual photons and all off-shell effects of Z bosons, where the finite Z-boson width is taken into account using the complex-mass scheme. The matrix elements are implemented into Monte Carlo programs allowing for the evaluation of arbitrary differential distributions. We present integrated and differential cross sections for the LHC at 13 TeV both for an inclusive setup where only lepton identification cuts are applied, and for a setup motivated by Higgs-boson analyses in the four-lepton decay channel. The electroweak corrections are divided into photonic and purely weak contributions. The former show the well-known pronounced tails near kinematical thresholds and resonances; the latter are generically at the level of ∼ −5% and reach several −10% in the high-energy tails of distributions. Comparing the results for μ\(^+\)μ\(^−\)e\(^+\)e\(^−\) and μ\(^+\)μ\(^−\)μ\(^+\)μ\(^−\) final states, we find significant differences mainly in distributions that are sensitive to the μ\(^+\)μ\(^−\) pairing in the μ\(^+\)μ\(^−\)μ\(^+\)μ\(^−\) final state. Differences between μ\(^+\)μ\(^−\)e\(^+\)e\(^−\) and μ\(^+\)μ\(^−\)μ\(^+\)μ\(^−\) channels due to interferences of equal-flavour leptons in the final state can reach up to 10% in off-shell-sensitive regions. Contributions induced by incoming photons, i.e. photon-photon and quark-photon channels, are included, but turn out to be phenomenologically unimportant.
The production of a neutral and a charged vector boson with subsequent decays into three charged leptons and a neutrino is a very important process for precision tests of the Standard Model of elementary particles and in searches for anomalous triple-gauge-boson couplings. In this article, the first computation of next-to-leading-order electroweak corrections to the production of the four-lepton final states μ\(^{+}\)μ\(^{−}\)e\(^{+}\)ν\(_{e}\), μ\(^{+}\)μ\(^{−}\)e\(^{−}\)ν\(_{e}\), μ\(^{+}\)μ\(^{−}\)μ\(^{+}\)ν\(_{μ}\), and μ\(^{+}\)μ\(^{−}\)μ\(^{−}\)ν\(_{μ}\) at the Large Hadron Collider is presented. We use the complete matrix elements at leading and next-to-leading order, including all off-shell effects of intermediate massive vector bosons and virtual photons. The relative electroweak corrections to the fiducial cross sections from quark-induced partonic processes vary between −3% and −6%, depending significantly on the event selection. At the level of differential distributions, we observe large negative corrections of up to −30% in the high-energy tails of distributions originating from electroweak Sudakov logarithms. Photon-induced contributions at next-to-leading order raise the leading-order fiducial cross section by +2%. Interference effects in final states with equal-flavour leptons are at the permille level for the fiducial cross section, but can lead to sizeable effects in off-shell sensitive phase-space regions.
Complete NLO corrections to W\(^{+}\)W\(^{+}\) scattering and its irreducible background at the LHC
(2017)
The process pp → μ\(^{+}\)ν\(_{μ}\)e\(^{+}\)ν\(_{e}\)jj receives several contributions of different orders in the strong and electroweak coupling constants. Using appropriate event selections, this process is dominated by vector-boson scattering (VBS) and has recently been measured at the LHC. It is thus of prime importance to estimate precisely each contribution. In this article we compute for the first time the full NLO QCD and electroweak corrections to VBS and its irreducible background processes with realistic experimental cuts. We do not rely on approximations but use complete amplitudes involving two different orders at tree level and three different orders at one-loop level. Since we take into account all interferences, at NLO level the corrections to the VBS process and to the QCD-induced irreducible background process contribute at the same orders. Hence the two processes cannot be unambiguously distinguished, and all contributions to the μ\(^{+}\)ν\(_{μ}\)e\(^{+}\)ν\(_{e}\)jj final state should be preferably measured together.
Varizella-Zoster-Virus-spezifische Immunantwort unter Zytokinblockade bei Rheumatoider Arthritis
(2017)
Hintergrund: Die rheumatoide Arthritis ist eine chronisch inflammatorische Autoimmunerkrankung die 0,5-1% der Bevölkerung betrifft und zu Arthritis und Gelenksdestruktion führt.
Eine wichtige Rolle bei dieser Autoimmunerkrankung nehmen die pro-inflammatorischen Zytokine wie IL-6, IFNγ, IL-1β und TNFα ein. Ihre Rolle in der Pathogenese der RA ist seit einigen Jahren das Hauptinteresse der Forschung in der Entwicklung neuer Behandlungsstrategien. Die dafür entwickelten Biologika, auch biologische disease-modifying-anti-rheumatic-drugs (bDMARDs) genannt, greifen als monoklonale Antikörper gezielt in diese Regelkreise ein und stellen eine neue Behandlungsoption bei Versagen der konventionellen DMARDs dar. Die Erforschung der Nebenwirkungen dieser neuen Therapieansätze ist aktuell immer noch Inhalt zahlreicher Studien.
Rationale: Die Frage, inwieweit diese Biologika zu gehäuften Reaktivierungen von Varizella-Zoster-Virus (VZV) in Form von Herpes Zoster führen, ist bisher aus Surveillance-Daten gezeigt worden. Die zellulären Mechanismen sind diesbezüglich allerdings noch unverstanden. Aus diesem Grund wurde der Einfluss von verschiedenen Biologikatherapien bei RA Patienten auf die intrazelluläre Zytokinproduktion von VZV-stimulierten CD4+ und CD8+ T-Zellen untersucht und die Zytokin-Hemmung in vitro simuliert.
Methoden: Die vorliegende Arbeit untersuchte die intrazelluläre Zytokinproduktion von CD4+ und CD8+ T-Zellen von 10 gesunden und 43 an RA erkrankten Probanden in verschiedenen Therapiegruppen (Adalimumab, Tocilizumab, Rituximab und Methotrexat Monotherapie) im Rahmen einer Querschnittstudie.
Die mittels Durchflusszytometrie ausgewerteten Zytokinproduktionen der verschiedenen T-Zell-Subpopulationen wurden unter viralem Stimulus (VZV) und in Kombination der verschiedenen Zytokinblockaden durchgeführt.
Resultate: Die Ergebnisse zur Korrelation bestätigten die Annahme, dass es keine Korrelation zwischen der anti-VZV-IgG Konzentration und der Avidität gibt. Dies konnte sowohl für die RA Patienten der verschiedenen Therapiegruppen, als auch die gesunden Kontrollen gezeigt werden.
Es zeigten sich zahlreiche signifikante Einflüsse der Biologika auf die Zytokine, den größten Einfluss hatte Methotrexat auf die intrazelluläre Zytokinproduktion im Sinne einer Hemmung, insbesondere bei den aktivierten CD69+ T-Zellen und in den Memory, Effektor und TEMRA T-Zell-Subpopulationen. Bei den anderen Therapiegruppen fanden sich ebenfalls zahlreiche signifikant verminderte Zytokinproduktionen, jedoch meist eine zu den gesunden Kontrollpersonen vergleichbare intrazelluläre Zytokinproduktion, insbesondere von IFNγ, nach in vitro VZV Stimulation. Synergistische Effekte für die in vitro Blockade von einzelnen Zytokinen auf die intrazellulären Zytokin-Produktionen in CD4+ und CD8+ T-Zell-Subpopulationen konnten gezeigt werden.
Diskussion: Zusammenfassend zeigt sich ein deutlicher Einfluss von Methotrexat und Biologika auf die intrazelluläre Zytokinproduktion in T-Zellen von RA Patienten, jedoch ein relativ gutes in vitro Ansprechen der intrazellulären Zytokinproduktion nach VZV Stimulation. Da in unserem Studiendesign jedoch intrazelluläre Zytokine gemessen wurden, kann derzeit keine definitive Aussage über ein möglich erhöhtes Risiko für VZV gemacht werden. Das virale Infektionsrisiko von Kombinationen von Zytokinblockaden ist Gegenstand weiterer Untersuchungen.
Chromium dioxide CrO\(_2\) belongs to a class of materials called ferromagnetic half-metals, whose peculiar aspect is that they act as a metal in one spin orientation and as a semiconductor or insulator in the opposite one. Despite numerous experimental and theoretical studies motivated by technologically important applications of this material in spintronics, its fundamental properties such as momentumresolved electron dispersions and the Fermi surface have so far remained experimentally inaccessible because of metastability of its surface, which instantly reduces to amorphous Cr\(_2\)O\(_3\). In this work, we demonstrate that direct access to the native electronic structure of CrO\(_2\) can be achieved with soft-x-ray angle-resolved photoemission spectroscopy whose large probing depth penetrates through the Cr\(_2\)O\(_3\) layer. For the first time, the electronic dispersions and Fermi surface of CrO\(_2\) are measured, which are fundamental prerequisites to solve the long debate on the nature of electronic correlations in this material. Since density functional theory augmented by a relatively weak local Coulomb repulsion gives an exhaustive description of our spectroscopic data, we rule out strong-coupling theories of CrO\(_2\). Crucial for the correct interpretation of our experimental data in terms of the valence-band dispersions is the understanding of a nontrivial spectral response of CrO\(_2\) caused by interference effects in the photoemission process originating from the nonsymmorphic space group of the rutile crystal structure of CrO\(_2\).
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Beschichtungstyp für die Elektrodenmaterialien von Lithium-Ionen-Akkumulatoren entwickelt und charakterisiert. Dieser besteht aus einem speziellen anorganisch-organischen Hybridpolymer, das sich bezüglich seiner Zusammensetzung und Funktion gegenüber bestehenden Beschichtungsmaterialien abhebt. Das anorganisch-organische Netzwerk des Hybridpolymers konnte mittels Feststoff-NMR-Messungen vollständig aufgeklärt werden. Dabei zeigte sich ein stabiles anorganisches Gerüst aus hoch vernetzten Polysiloxan-Einheiten. Zusätzliche organische Modifizierungen liegen als lange bewegliche Ketten mit funktionellen Polyethylenoxid-Einheiten vor oder sind in Form von Polyethern und Diolen vernetzt. Mit dieser speziellen Netzwerkstruktur ist es möglich, Materialeigenschaften zu erzeugen, die über solche von rein anorganischen und rein organischen Beschichtungen hinausgehen. Zu den mit verschiedenen Methoden nachgewiesenen Eigenschaften zählen eine hohe ionische Leitfähigkeit von 10\(^{-4}\) S/cm, eine hohe Elastizität mit E = 63 kPa, eine hohe elektrochemische Stabilität bis 5,0 V vs. Li/Li\(^+\) und eine hohe thermische Stabilität.
Eine weitere Besonderheit des neuen Beschichtungsmaterials ist die mehrstufige Vernetzung der anfänglichen Prekursoren zu einem Hybridpolymer-Sol und dem abschließenden Hybridpolymer-Gel. Die im Beschichtungssol vorliegende Teilvernetzung der Vorstufen konnte detailliert mittels Flüssig-NMR-Messungen untersucht und beschrieben werden. Aus den Messungen ließ sich folgern, dass die organisch und anorganisch vernetzbaren Gruppen im Sol teilweise vernetzt vorliegen. Die sterisch erreichbaren Si-OR-Gruppen der so entstandenen Oligomere sind vorwiegend nicht hydrolysiert, wodurch deren anorganische Anbindung an die OH-Gruppen der Partikeloberflächen kinetisch bevorzugt ist. Damit lassen sich besonders homogene und vollständig bedeckende Beschichtungen der Elektrodenmaterialien erzeugen. Dies konnte mit verschiedenen physikalischen und chemischen Methoden nachgewiesen werden: simulationsgestützte Rückstreuanalysen mittels REM, hochaufgelöste TEM-Aufnahmen sowie Elementanalysen durch EDX und XPS.
Nach der Optimierung des nasschemischen Beschichtungsprozesses über Rotationsverdampfen ergaben sich für die verschiedenen Elektrodenmaterialien Li\(_4\)Ti\(_5\)O\(_{12}\), Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) und Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) jeweils etwa 20 nm dicke Beschichtungen mit Hybridpolymer. Die Frage nach deren Lösungsmittelbeständigkeit konnte durch die Analyse von behandelten Proben mit TG, REM, XPS und ICP-OES aufgeklärt werden. Dabei zeigte sich sowohl für die Behandlung mit NMP, dem klassischen Lösungsmittel bei der Elektrodenfertigung mit PVDF-Binder, als auch für die Behandlung mit dessen umweltschonenderem Ersatzstoff Aceton eine gute Beständigkeit der Beschichtung. Die Beschichtung löste sich in den Lösungsmitteln an, blieb allerdings als geschlossene nanoskalige Beschichtung erhalten. Lediglich gegenüber dem Lösungsmittel H\(_2\)O, das in Kombination mit dem neuen Binder CMC eingesetzt wird, wurde eine mangelnde Schichtstabilität deutlich. Das dafür verantwortliche Quellverhalten der Beschichtung konnte mittels Dünnschicht-Modellsystem und daran durchgeführten REM-, IR- und EPA-Untersuchungen aufgeklärt werden. Die Optimierung des Hybridpolymer-Materials bezüglich einer besseren H\(_2\)O-Beständigkeit übersteigt den Rahmen dieser Arbeit und liefert die Grundlage für weitere künftige Forschungsarbeiten.
Aufgrund der vollständigen Bedeckung der neuen Beschichtung, ihrer besonderen Eigenschaften und ihrer Beständigkeit bei der klassischen Elektrodenfertigung ist es möglich, die Elektrodenmaterialien grundlegend hinsichtlich ihrer wichtigsten Eigenschaften zu verbessern. Hierfür wurden sowohl über die NMP- als auch über die Aceton-Route Elektroden gefertigt und zu Halbzellen und Vollzellen verarbeitet. Die REM-Analyse der Elektroden zeigte, dass die Partikelbeschichtungen keinen negativen Einfluss auf die Homogenität und Morphologie der Elektroden ausüben. Damit war es möglich, jeweils einen direkten Vergleich von beschichteten und unbeschichteten Materialien hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performance anzustellen. Für die Kathodenmaterialien Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) und Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) ergaben die Zyklenfestigkeits- und Impedanzmessungen klare Verbesserungen durch die Beschichtung. Verbunden mit einer Verbesserung der Energiedichte erhöhte sich bei beiden Materialien die Zyklenfestigkeit um mehr als 60 %. Bei Li(Mn,Ni)\(_2\)O\(_4\) zeigt sich die Verbesserung in einer erhöhten Zellspannung durch das vergleichsweise hohe Redoxpotential des Materials von etwa 4,7 V vs. Li/Li\(^+\), während sich bei Li(Ni,Co,Mn)O\(_2\) die Hochvoltfähigkeit des Materials verbessert, was mit einer vergrößerten Speicherkapazität verbunden ist. Dabei ist herauszustellen, dass für keines der Materialien ein negativer Einfluss der dünnen Beschichtung auf die Leistungsdichte festgestellt werden konnte.
Der erwartete Mechanismus für die verbesserte Elektrodenfunktion durch das Hybridpolymer ist die Bildung einer physikalischen Schutzschicht in Form einer Li\(^+\)-leitfähigen Membran. Diese umgibt das Elektrodenmaterial vollständig, ermöglicht die Ladungsträgerinterkalation und schützt die Elektrode gleichzeitig vor irreversiblen Reaktionen mit dem Elektrolyten. Damit verbunden ist eine verminderte Mn-Auslösung und eine verminderte Entwicklung von isolierenden Deckschichten aus Reaktionsprodukten wie LiF, Li\(_2\)O, Li\(_2\)CO\(_3\), was sich positiv auf die Alterung der Batteriezellen auswirkt. Die Funktion der Beschichtung wurde primär auf den Kathodenmaterialien demonstriert. Doch auch auf der Anodenseite wurde ihre Anwendungstauglichkeit aufgezeigt, was das große Potential der Beschichtung für eine breite Anwendung in Lithium-Ionen-Batterien verdeutlicht.
Background:
Colorectal cancer (CRC) is the second leading cause of cancer-related death in men and women. Systemic disease with metastatic spread to distant sites such as the liver reduces the survival rate considerably. The aim of this study was to investigate the changes in gene expression that occur on invasion and expansion of CRC cells when forming metastases in the liver.
Methods:
The livers of syngeneic C57BL/6NCrl mice were inoculated with 1 million CRC cells (CMT-93) via the portal vein, leading to the stable formation of metastases within 4 weeks. RNA sequencing performed on the Illumina platform was employed to evaluate the expression profiles of more than 14,000 genes, utilizing the RNA of the cell line cells and liver metastases as well as from corresponding tumour-free liver.
Results:
A total of 3329 differentially expressed genes (DEGs) were identified when cultured CMT-93 cells propagated as metastases in the liver. Hierarchical clustering on heat maps demonstrated the clear changes in gene expression of CMT-93 cells on propagation in the liver. Gene ontology analysis determined inflammation, angiogenesis, and signal transduction as the top three relevant biological processes involved. Using a selection list, matrix metallopeptidases 2, 7, and 9, wnt inhibitory factor, and chemokine receptor 4 were the top five significantly dysregulated genes.
Conclusion:
Bioinformatics assists in elucidating the factors and processes involved in CRC liver metastasis. Our results support the notion of an invasion-metastasis cascade involving CRC cells forming metastases on successful invasion and expansion within the liver. Furthermore, we identified a gene expression signature correlating strongly with invasiveness and migration. Our findings may guide future research on novel therapeutic targets in the treatment of CRC liver metastasis.