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Die Art der zwischen den 2D-Materialien und den festen Substraten eingeschlossenen Wasserschichten ist umstritten, sowie auch ihr Einfluss auf die Eigenschaften der 2D-Materialien. In-situ-Rasterkraftmikroskopie (SFM) wurde eingesetzt, um den Benetzungsprozess von Wasser an der Grenzfläche zwischen trockenem graphen- und molybdändisulfid (MoS2)- und Glimmer zu visualisieren. In-situ Raman- und Photolumineszenzmessungen (PL) wurden durchgeführt, um zu untersuchen, wie sich die Ladungsdotierung von Graphen und die Dehnung von Graphen und MoS2 bei der Benetzung verändern. SFM-Ergebnisse zeigen, dass Wassermoleküle, die die trockene Grenzfläche benetzen, bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit eine homogene monomolekulare Schicht ausbilden. Aus Raman-Messungen kann man schließen, dass die Wasserschicht vorhandenen Ladungstransfer an der trockenen Grenzfläche blockiert, während eine Schicht aus Ethanolmolekülen dafür nicht ausreicht. Der Austausch von Ethanol gegen Wasser und umgekehrt ermöglicht eine reversible Umschaltung des Ladungstransfers an der Grenzfläche. Dehnungsänderungen von 2D-Materialien auf Glimmer mit eingeschlossenen Flüssigkeitsschichten wird in dieser Arbeit durch Dehnung eines Glimmersubstrats mit darauf exfoliertem 2D-Material untersucht. Die dadurch induzierte Dehnung in Graphen und MoS2 wird durch die Analyse der Veränderungen in den Raman- bzw. PL-Spektren ermittelt. Dabei kann eine Dehnungsrelaxation in Graphen beobachtet werden, die sich von einer „Stick-Slip-Bewegung“ bei trockener Grenzfläche zu viskosem Relaxationsverhalten verändert, wenn Wasser in die Grenzfläche interkaliert. Im Gegensatz dazu findet man in MoS2 unabhängig von der Hydratation keine viskose Relaxation., The nature of the water layers confined between 2D materials and solid substrates is disputed, also their influences on properties of 2D materials are in debate. I employ In-situ scanning force microscopy (SFM) to visualize wetting of water at the dry graphene-/molybdenum disulfide (MoS2) - mica interface. In-situ Raman and photoluminescence (PL) measurements probe charge-doping and strain change of graphene and MoS2 upon wetting. SFM results show that water molecules wetting the dry interface form a monomolecular layer at high relative humidity (RH). Raman results imply that the water layer blocks charge transfer from mica to graphene, while an ethanol monolayer allows for it. Strain changes of both 2D materials on mica with confined liquid layers are investigated by stretching a mica substrate with the 2D material exfoliated on it. The strain induced in graphene and MoS2 is inferred by analyzing changes in Raman and PL spectra, respectively. Strain relaxation in graphene changes from stick-slip for dry interface to viscous when intercalated by water. In contrast, there is no viscous relaxation in MoS2 regardless of hydration.

During orthodontic tooth movement, pressure and tension zones develop in the periodontal ligament, and periodontal ligament fibroblasts (PDLF) become exposed to mechanical strain. Enhanced salt (NaCl) concentrations are known to modulate responses of PDLF and immune cells to different stimuli like mechanical strain. Here, we investigated the impact of tensile strain on the gene expression profile of PDLF under normal (NS) and high salt (HS) conditions.After preincubation under NS or HS (+40 mM NaCl in medium) conditions for 24 h, PDLF were stretched 16% for 48 h using custom-made spherical cap silicone stamps using an established and published setup. After determination of cell number and cytotoxicity, we analyzed expression of genes involved in extracellular matrix reorganization, angiogenesis, bone remodeling, and inflammation by quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR).Tensile strain did not affect the expression of genes involved in angiogenesis or extracellular matrix reorganization by PDLF, which however modulate inflammatory responses and bone remodeling in reaction to 16% static tensile strain. Salt (NaCl) treatment triggered enhanced extracellular matrix formation, expression of cyclooxygenase 2 and bone metabolism in PDLF during tensile strain.Salt (NaCl) consumption may influence orthodontic tooth movement and periodontal bone loss via modulation of extracellular matrix and bone metabolism. Excessive salt intake during orthodontic therapy may cause adverse effects regarding periodontal inflammation and bone resorption.ZIEL: Während der kieferorthopädischen Zahnbewegung entwickeln sich Druck- und Zugzonen im Parodontalligament, und parodontale Ligamentfibroblasten (PDLF) werden mechanischer Belastung ausgesetzt. Es ist bekannt, dass erhöhte Salzkonzentrationen (NaCl) die Reaktionen von PDLF und Immunzellen auf verschiedene Stimuli wie mechanische Beanspruchung modulieren. Hier untersuchten wir den Einfluss von Dehnung auf das Genexpressionsprofil von PDLF unter Normal- (NS) und unter Hochsalzbedingungen (HS).Nach 24 h Vorinkubation unter NS- bzw. HS-Bedingungen (+40 mM NaCl im Medium) wurden PDLF 48 h lang unter Verwendung von Silikonstempeln unter Verwendung eines etablierten und veröffentlichten Protokolls um 16 % gestreckt. Nach Bestimmung der Zellzahl und der Zytotoxizität analysierten wir durch RT-qPCR („quantitative real-time polymerase chain reaction“) die Expression von Genen, die an der Reorganisation der extrazellulären Matrix, der Angiogenese, dem Knochenumbau und der Entzündung beteiligt sind.Dehnung hatte keinen Einfluss auf die Expression von Genen, die an der Angiogenese oder der Reorganisation der extrazellulären Matrix durch PDLF beteiligt sind. In Reaktion auf statische Dehnung modulierten PDLF jedoch die Expression von Genen, die an Entzündungsreaktionen und am Knochenumbau beteiligt sind. Eine Behandlung mit Salz (NaCl) bewirkte während der Zugbelastung eine vermehrte Bildung von extrazellulärer Matrix sowie eine verstärkte Expression von Cyclooxygenase 2 und von Markern des Knochenmetabolismus durch PDLF.Salzkonsum kann die kieferorthopädische Zahnbewegung und den parodontalen Knochenverlust durch Modulation der extrazellulären Matrix und des Knochenstoffwechsels beeinflussen. Eine übermäßige Salzaufnahme während der kieferorthopädischen Therapie könnte daher nachteilige Auswirkungen auf parodontale Entzündungen und die Knochenresorption haben.

Metals : open access journal 12(10), 1609 (2022). doi:10.3390/met12101609 special issue: "Special Issue "Hot Sheet Metal Forming of High Performance Materials" / Prof. Dr. Mats Oldenburg, Guest Editor; Assoc. Prof. Dr. Jens Hardell, Guest Editor; Prof. Dr. Daniel Casellas, Guest Editor", Published by MDPI, Basel

Hochfeste Stähle sind aufgrund ihres guten Preis-Leistungs-Verhältnisses vor allem für hohe Produktionsstückzahlen ein essentieller Baustein zur Umsetzung des werkstofflichen Leichtbaus. Um den höheren Anforderungen an deren schweißtechnische Verarbeitung gerecht zu werden und Nahtdefekte zu vermeiden, gilt es den Schweißprozess entsprechend anzupassen. Folglich wird in der vorliegenden Arbeit der Einfluss von Strahloszillation auf die Schmelzbadgeometrie und die Erstarrungsbedingungen beim Schweißen hochfester Stähle analysiert. Ziel ist die Unterdrückung von Nahtmittenrissen, die sich laut Stand der Technik durch drei Strategien vermeiden lassen. So führen eine Reduzierung der Dehnungsgeschwindigkeiten während der Erstarrung, eine Ablenkung der Erstarrungsrichtung zum Schmelzbad hin durch eine Vergrößerung des Winkels der Erstarrungsfronten sowie eine Verringerung der im Prozess auftretenden Dehnungen zu einer verminderten Heißrissgefahr. Durch die anfängliche Ermittlung kritischer Schmelzbadformen und die anschließende systematische Untersuchung der Parameter Oszillationsfigur, -amplitude, -frequenz, Streckenenergie, Fokusdurchmesser und Schutzgas wird eruiert, wie die Schmelzbadgeometrie unter Anwendung von Strahloszillation bestmöglich im Sinne der drei Strategien variiert werden kann. Abschließend wird anhand von Beispielen erfolgreich demonstriert, dass sich Nahtmittenrisse durch die Anwendung von Strahloszillation beim Laserstrahlschweißen vermeiden lassen., Due to their good price-performance ratio, high strength steels are a key element for building lighter products especially for high production volumes. In order to meet the challenges of welding those materials and to avoid seam defects, the welding process has to be adapted. For this purpose, the present thesis investigates the influence of beam oscillation on the melt pool shape as well as the solidification conditions during laser beam welding of high strength steels. The aim is to suppress the appearance of centerline cracks, which are assigned to the category of solidification cracks and can be avoided by means of three strategies which were identified in the state of the art. Accordingly, a reduction of the strain rates during solidification, a redirection of the solidification structures by increasing the angle of solidification fronts of the melt pool and a de-crease of the strains appearing in the process contribute to lessen hot cracking susceptibility. By the primarily determination of critical melt pool geometries and the subsequent analysis of the influence of the parameters oscillation figure, amplitude, frequency, energy per unit length, focal diameter and shielding gas, suitable ways to manipulate the melt pool shape according to the three strategies are determined. Finally, the avoidance of centerline cracks by using beam oscillation in laser beam welding is demonstrated by means of three examples., FAU Studien aus dem Maschinenbau; 386

The recently increasing demand for hot stamped aluminum components in the automotive and aerospace industries explains the necessity of designing efficient and resource-conserving thermo-mechanical processes. Within the thermo-mechanical process, the simultaneous effect of deformation and temperature accelerate the precipitation kinetics. Therefore, this study focuses on the combined effect of forming and aging processes on the mechanical properties of high-strength aluminum alloys AA6082 and AA7075. For this aim, two different thermo-mechanical aging process strategies after solution heat treatment and quenching in a water-dilutable polymer quenchant are proposed. The superpositioning of the forming step is either performed at the beginning or continuously during the aging treatment. The resulting mechanical properties are characterized using tensile tests. With increasing the plastic elongation, there is an increase in yield and tensile strength, which is accompanied by a significant decrease in strain after failure. Both thermo-mechanical aging strategies reveal mechanical properties similar to the conventional T6 peak aged condition with a significant reduction in process time from 24 h to 5 h.

It is a common technique in many fields of engineering to reinforce materials with certain types of fibres in order to enhance the mechanical properties of the overall material. Specific simulation methods help to predict the behaviour of these composites in advance. In this regard, a widely established approach is the incorporation of the fibre direction vector as an additional argument of the energy function in order to capture the specific material properties in the fibre direction. While this model represents the transverse isotropy of a material, it cannot capture effects that result from a bending of the fibres and does not include any length scale that might allow the simulation of size effects. In this contribution, an enhanced approach is considered which relies on the introduction of higher-gradient contributions of the deformation map in the stored energy density function and which eventually allows accounting for fibre bending stiffness in simulations. The respective gradient fields are approximated by NURBS basis functions within an isogeometric finite element framework by taking advantage of their characteristic continuity properties. The isogeometric finite element approach that is presented in this contribution for fibre-reinforced composites with fibre bending stiffness accounts for finite deformations. It is shown that the proposed method is in accordance with semi-analytical solutions for a representative boundary value problem. In an additional example it is observed that the initial fibre orientation and the particular bending stiffness of the fibres influence the deformation as well as the stress response of the material., Journal of engineering mathematics;Vol. 128. 2021, Art. No: 15

In the recent decades, several processes for kinematic bending of tubes and profiles to three-dimensional contours have been developed. Although these processes offer the potential to cope with current demands for natural aesthetic design and high flexibility, they are not yet widely used in the industry. One reason has been, until now, the lack of fundamental knowledge about the forming process itself – specifically the forces and torques acting on the profile during 3D bending and the resulting stresses and strains in the cross-section. In order to generate a comprehensive understanding of the mechanics of 3D bending, first, the geometrical characteristics of 3D-shaped profiles are analyzed. Subsequently, the controlled degrees of freedom (cDOFs) process kinematics need in order to produce 3D shapes are derived. This groundwork is used to set up a 5-cDOF profile bending process with integrated force and torque sensors. Additionally, a new kind of contact-based contour measurement device is developed that allows time-efficient analyses of 3D profile shapes. A curved elastic model is created, which is able to accurately model in-plane springback and the interaction of torque and bending force components. During the analysis of the plastic profile behavior, equations are set up that describe the reciprocal effects of axial and shear stress and are used to calculate the bending force and torque acting on a profile during 3D bending. The geometric relation of profile shape and bending kinematics is finally used together with the elastic and plastic analyses to set up a comprehensive process model, which can accurately simulate the profile behavior during 3D-profile bending and can be used to generate spring-back compensated NC-data for bending processes with 3-6 cDOFs., Dortmunder Umformtechnik;113

Within the scope of this contribution, a method for the determination of a strain limit for designing components made of elastomeric polyurethane systems is presented. The knowledge of a material-specific strain limit is essential for the structural-mechanical calculation of plastic components in the context of component design. Compared to a commonly used component design, based on a simplified dimensioning approach taking only linear viscoelastic deformations into account, the strain limit determined in this study allows an improved utilisation of lightweight construction potential in the dimensioning of technical components made of polyurethanes through the consideration of permissible nonlinear viscoelastic deformations. The test method comprises a sequence of quasi-static loading and unloading cycles, with a subsequent load-free recovery phase, allowing the relaxation of the viscoelastic forces. Standardised tensile and simple shear test specimens and a dynamic mechanical thermal analyser (DMTA) are used within the tests. The strain limit is determined by means of the so-called residual energy ratio, which is a characteristic quantity for the evaluation of hystereses of load–unload cycles. These hystereses are increasingly formed by deformations outside the range of linear viscoelastic deformations. The residual energy ratio relates the proportion of deformation energy recovered during unloading to the deformation work that is applied. In this contribution, the residual energy ratio is successfully used to detect a significant evolution of loss energy under increasing load and to correlate this transition to a characteristic strain. The latter is used as a dimensioning parameter for the design of components made of elastomeric polyurethane materials for quasi-static load cases. The determination of this strain limit is performed under consideration of the criterion of reversibility of deformation., Polymers;13(18)

Abgesteifte vertikale Baugrubensicherungen müssen verschiedenen Einwirkungen standhalten, um die Standsicherheit sowie Gebrauchstauglichkeit gewährleisten zu können. Insbesondere durch den Einfluss der Temperatur, die auf Grund von Tag- und Nachtwechsel stark streuen kann, entstehen hohe Zwangskräfte in den Stahlprofilen. Dies wird zwar von Normen und Regelwerken berücksichtigt, dennoch besteht zu dieser Problematik noch Aufklärungsbedarf, besonders hinsichtlich der Ansätze im praktischen Einsatz, sodass wirtschaftliche Profilgrößen der Steifen verwendet werden. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Überprüfung der rechnerischen Ansätze für die Temperatureinwirkung mit den Ergebnissen von Messungen. Zu diesem Zweck wurden In-situ- und Quasi-Laborversuche an Stahlsteifen durchgeführt, welche die Zwangskräfte zufolge der Temperatur näher analysieren. Dabei wurden Dehnungsmessstreifen (DMS) eingesetzt, die ebenfalls auf ihre Einsatzmöglichkeiten geprüft werden. Für die Auswertung der Messdaten wurde ein Programmcode eingesetzt, mit dem die großen Datenmengen, die bei der DMS-Messung anfallen, ausgewertet und graphisch dargestellt werden können. Bei den In-situ-Messungen sowie bei den Laboruntersuchungen wurden zwei verschiedene Systeme verwendet. Zum einen geklebte Folien-DMS und zum anderen geschraubte Dehnungsaufnehmer SLB-700A. Beide erwiesen sich als sensibel gegenüber Umwelteinflüssen, wie Sonneneinstrahlung und Niederschläge. Ein erster Vergleich zeigt, dass sie teilweise unterschiedliche Dehnungen messen. Die geschraubten SLB-700A liefern tendenziell geringere Werte als die Folien-DMS. Durch die zusätzlichen Quasi-Laborversuche konnte jedoch ein Kalibrierungsfaktor ermittelt werden, der die Systeme aneinander angleicht. Diese Versuche zeigten, dass die mit dem Dehnungsaufnehmer SLB-700A gemessenen Steifen vor dem Baustelleinsatz einer „Kalibrierungslastschleife“ unterzogen werden müssen. Dadurch wird der SLB-700A aktiviert und liefert anschließend stabile Messwerte. Mithilfe der so gemessenen Dehnungen wurden die Zwangskräfte innerhalb der Steifen bestimmt. Anschließend wurden die Kräfte mit den Ergebnissen der rechnerischen Ansätze verglichen und die festgestellten Unterschiede interpretiert. Braced construction pits must withstand various load types to ensure the structural safety and serviceability. Especially the influence of temperature, which can scatter heavily due to the day-night-rhythm, causes constraining forces within the steel profile. This is considered in many rules and standards, but still requires considerable clarification, especially regarding the practical use of the calculation approaches, in order to use cost-effective profile sizes. The purpose of this thesis is the examination of the calculation approaches of the temperature load with the results of measurement. For this in situ tests and bench tests were executed, which analyse the constraining forces caused by temperature. Therefore, strain gauges were used, which also were examined regarding their possible field of application. For the evaluation of the measurement data, a program code was used, which evaluates the huge amount of data accrued during the strain gauge measurement and is also able to plot the data as well. During the in-situ tests and bench tests two systems were used. On the one hand bonded foil strain gauges and on the other hand screw mounted active strain sensors SLB-700A. Both of them prove to be really sensitive, if they are exposed to environmental influences, like insolation and rain. A first comparison shows that both measure different strains. The screw mounted active sensor tends to provide smaller strains than the bonded foil strain. Due to the additional bench tests a correction value was determined, which is able to match both systems. The bench tests also show that bracings, which are measured with SLB-700A, must undergo a “calibration load loop”, before they can be used in the construction pit. Due to this process the active strain sensors are activated and provide steady measured values. With the help of the measured values (strains as a result of the temperature change) the constraining forces within the bracings were determined. Afterwards the forces were compared with the calculation approaches and the found differences were interpreted. vorgelegt von: Paul-Philipp Plaino Auch als Printexemplar verfügbar Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2021

The paper presents the results of the language analysis of the (Early) New High German village charters from 17th and 18th centuries, which come from: Archiwum Komisji Prawniczej, Volume XI, (Warszawa/Kraków/Łódź/Poznań/Wilno/Zakopane, 1938) and Targowski, Michał (Hrsg,), Wilkierz wsi Kosowo i Chrystkowo z pierwszej połowy XVIII wieku (Gruczno 2013). The scriveners are unknown. The center of attention are the ways of marking of the long and short vowels, which came into being owing to the lengthening and shortening of the vowels in the Early New High German time. The aim of the article is to answer the question, how far the script fixes the features of the spoken language. The author introduces the results of his analysis showing the characteristic features with the appropriate examples. Der Beitrag stellt die Ergebnisse der Untersuchung der fnhd. Dorfwillküren aus dem 17. und 18. Jh. dar, die dem Archiwum Komisji Prawniczej, Volume XI, Warszawa/Kraków/Łódź/Poznań/Wilno/Zakopane, 1938) und dem Targowski, Michał (Hrsg,), Wilkierz wsi Kosowo i Chrystkowo z pierwszej połowy XVIII wieku (Gruczno 2013) entnommen wurden. Die Schreiber sind unbekannt. Im Fokus der Analyse stehen die Möglichkeiten der schriftlichen Fixierung von den langen und kurzen Vokalen, die infolge der Dehnung und Kürzung in der fnhd. Zeit entstanden sind. Das Ziel der Untersuchung ist, die Frage zu beantworten, ob und inwieweit die Schrift die Merkmale der gesprochenen Sprache wiedergibt, was auch mit den entsprechenden Exemplifikationen untermauert wird.

eingereicht von DI Gerald Kettlgruber Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Universität Linz, Univ., Dissertation, 2017

[no abstract]

Der cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) ist ein Cl–-leitender Ionenkanal in der apikalen Membran verschiedener Epithelien des menschlichen Körpers. Eine Vielzahl von CFTR-exprimierenden Geweben, wie z.B. Lunge, Darm, sind dauerhaft in Bewegung und somit mechanischen Kräften, wie Scherkraft (SK) und Dehnung ausgesetzt. In der Lunge resultieren aus den Atembewegungen mechanischen Kräfte. Es gibt erste Hinweise darauf, dass die Aktivität des CFTR durch mechanische Stimuli reguliert werden kann. Darüber hinaus ist aus Studien anderer mechanosensitiver Ionenkanäle bekannt, dass sowohl die Membranzusammensetzung als auch die Verbindungen mit dem Zytoskelett an der Wahrnehmung und Weiterleitung mechanischer Kräfte beteiligt sein können. Basierend auf diesen Hinweisen waren die Ziele der vorliegenden Arbeit: 1) die Untersuchung von SK und/oder Dehnung als adäquater mechanischer Stimulus der Regulation der CFTR-Aktivität, 2) die Verifizierung der mechanosensitiven CFTR-Aktivierung in einem nativen Epithel sowie 3) die Aufklärung der zugrunde liegenden Mechanismen einer mechanosensitiven CFTR-Aktivierung. Ziel 1) Der humane CFTR (hCFTR) wurde heterolog in Oozyten des Afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis exprimiert und die Aktivität des hCFTR wurde durch Forskolin und IBMX (F/I) induziert und mittels der two-electrode voltage-clamp (TEVC)-Technik bestimmt. Es wurde kein Einfluss von SK, in einer physiologisch relevanten Größenordnung (1,3 dyn/cm2), auf die Aktivität des hCFTR nachgewiesen. Über die Erhöhung des Oozytenvolumens durch osmotische Zellschwellung oder durch Injektion einer intrazellulär-analogen Lösung erfolgte die Membrandehnung, wodurch sich die F/I-induzierte hCFTR-Aktivierung erhöhte. Wurde der hCFTR mit F/I vorstimuliert, erhöhte sich die hCFTR-Aktivität unmittelbar durch den Dehnungsstimulus. Dieser Effekt konnte durch den hCFTR Blocker CFTRinh-172 inhibiert werden. Die Dehnungs-induzierte Aktivierung konnte zudem auch bei den zwei häufigen CFTR-Mutationen, delF508 und G551D, nachgewiesen werden und war unverändert im Vergleich zum Wildtyp hCFTR. Ziel 2) Um die Dehnungs-sensitive CFTR-Aktivität in einem nativen pulmonalen Epithel zu untersuchen, wurden Ussing-Kammer-Experimente mit Lungenpräparaten von Xenopus durchgeführt. Die Dehnung des Epithels wurde durch eine Erhöhung des hydrostatischen Drucks (HD; 5 cm und 10 cm Flüssigkeitssäule) induziert. Unter Kontrollbedingungen resultierte die Applikation von HD in einem Stromabfall und in einer Aktivierung der Cl–-Sekretion. In Anwesenheit des CFTR-Inhibitors GlyH-101 war der HD-induzierte Stromabfall vergrößert, was die Dehnungs-sensitive Aktivierung des CFTR unter Kontrollbedingungen bestätigt. Ziel 3) Um zu überprüfen, ob die Membranfluidität an der Mechanosensitivität des hCFTR beteiligt ist, wurde die Membranfluidität von hCFTR-exprimierenden Oozyten pharmakologisch erhöht oder reduziert. Die Dehnungs-induzierte hCFTR-Aktivität war sowohl bei erhöhter als auch reduzierter Membranfluidität verringert im Vergleich zu unbehandelten Oozyten. Zur Überprüfung einer möglichen Beteiligung von Zytoskelettelementen an der Dehnungs-wahrnehmung des hCFTR wurden Aktinfilamente und Mikrotubuli pharmakologisch destabilisiert und stabilisiert. Während die Destabilisierung der Aktinfilamente sowie der Mikrotubuli keine Änderung der Dehnungs-induzierten hCFTR-Aktivität zur Folge hatte, führte die Stabilisierung beider Zytoskelettelemente zu einer verringerten Dehnungswahrnehmung des hCFTR. Mittels zielgerichteter Mutagenese wurden drei C-terminale Aminosäuren (TRL) des hCFTR deletiert, da diese einen Verknüpfungspunkt zum Zytoskelett darstellen. Die Dehnungswahrnehmung dieser delTRL hCFTR-Mutante war signifikant vermindert im Vergleich zum Wildtyp hCFTR. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Dehnung sowohl im in vitro System der Xenopus Oozyten als auch in einem nativen Lungenepithel der adäquate mechanische Stimulus für die Regulierung der CFTR-Aktivität ist. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse zum ersten Mal, dass die Membranfluidität, ein intaktes Zytoskelett und die Aktin-Bindestelle am C-Terminus des hCFTR notwendig für die Wahrnehmung des Dehnungsstimulus des hCFTR sind. The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) is a Cl– conducting ion channel, which is located in the apical membrane of various epithelia of the human body. A variety of CFTR expressing tissues are permanently in motion and thus exposed to mechanical forces. In the lung, mechanical forces including shear force (SF) and strain occur during the breathing movements. Beside known factors (e.g. ATP, protein kinases) there is preliminary evidence that mechanical forces could also represent a factor that influences CFTR activity. As known from other mechanosensitive ion channels, the membrane composition and a connection with the cytoskeleton could be involved in the detection and transmission of mechanical forces. Based on recent knowledge, and to further explore if the CFTR is a mechanosensitive channel and how it senses mechanical forces, the aims of the present doctoral thesis were: 1) to determine if SF and/or strain are adequate mechanical stimuli for regulating CFTR activity, 2) to verify mechanical activation of CFTR in a native epithelium, as well as 3) to characterise the underlying mechanisms of the mechanically-induced CFTR activation. Aim 1) The human CFTR (hCFTR) was heterologously expressed in oocytes of the African clawed frog Xenopus laevis. The activity of hCFTR was measured by the two-electrode voltage-clamp technique (TEVC) and CFTR-mediated currents were elicited by the application of forskolin and IBMX (F/I) in absence and presence of a mechanical stimulus. SF in a physiological relevant range (1.3 dyn/cm2) had no influence of hCFTR activity and seems not to be the adequate stimulus for a mechanosensitive hCFTR regulation. By contrast, membrane strain was induced by increasing the oocyte’s volume either by osmotic cell swelling or by injection with an intracellular analogous solution. The strain stimulus (osmotic or injection) increased the F/I-induced hCFTR activation. Further, hCFTR activity was directly augmented by the strain stimulus (injection) after pre-stimulation with F/I and this effect could be inhibited with the CFTR blocker CFTRinh-172. The strain response in channels carrying the common mutations delF508 and G551D was similar compared to wild type CFTR. These results identified membrane strain as a regulator of hCFTR activity. Aim 2) The strain-induced CFTR activation was further assessed in Ussing chamber measurements using freshly dissected Xenopus lung preparations. Tissues were mechanically stimulated by exposure to hydrostatic pressure (HP) due to increasing the fluid column at the apical side of the chamber to either 5 cm or 10 cm. Under control conditions HP decreased the ion currents and activated a Cl– secretion. Application of the CFTR inhibitor GlyH-101 augmented the HP-induced current decrease, confirming a strain-sensitive activation of CFTR under control conditions. Aim 3) To examine a possible impact of membrane fluidity in strain-sensing of hCFTR the membrane cholesterol of oocytes was pharmacologically increased or decreased. The strain-induced hCFTR activity was lowered by both strategies compared with untreated oocytes. This indicates that the membrane composition participates in sensation of strain by hCFTR. In order to investigate on a putative role of the cytoskeleton in the strain-sensing of hCFTR the actin and tubulin filaments were pharmacologically destabilized or stabilized. The destabilisation of actin filaments as well as tubulin filaments had no influence in the strain-sensing of hCFTR. By contrast, stabilization of both actin and tubulin filaments led to a decrease in the strain-sensing of hCFTR. It is known that the C-terminus of hCFTR is connected to actin cytoskeletal elements. Using site-directed mutagenesis, the three C-terminal amino acids threonine (T), arginine (R) and leucine (L) were deleted (delTRL) and this delTRL hCFTR mutant was subsequently expressed in Xenopus oocytes to compare the strain-sensing with wild type hCFTR. With this approach a significantly reduced strain-induced effect of delTRL hCFTR was detected. These results identify for the first time that the strain-sensing of hCFTR requires an intact cytoskeleton as well as the actin-binding motif at the C-terminal end of hCFTR. In conclusion, these data demonstrate activation of CFTR in vitro and in a native pulmonary epithelium in response to membrane strain. The underlying mechanisms revealed an essential role of the membrane fluidity as well as the cytoskeleton in the strain-sensing of hCFTR in the oocyte expression system.

Der cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) ist ein Cl -leitender Ionenkanal in der apikalen Membran verschiedener Epithelien des menschlichen Körpers. Eine Vielzahl von CFTR-exprimierenden Geweben, wie z.B. Lunge, Darm, sind dauerhaft in Bewegung und somit mechanischen Kräften, wie Scherkraft (SK) und Dehnung ausgesetzt. In der Lunge resultieren aus den Atembewegungen mechanischen Kräfte. Es gibt erste Hinweise darauf, dass die Aktivität des CFTR durch mechanische Stimuli reguliert werden kann. Darüber hinaus ist aus Studien anderer mechanosensitiver Ionenkanäle bekannt, dass sowohl die Membranzusammensetzung als auch die Verbindungen mit dem Zytoskelett an der Wahrnehmung und Weiterleitung mechanischer Kräfte beteiligt sein können. Basierend auf diesen Hinweisen waren die Ziele der vorliegenden Arbeit: 1) die Untersuchung von SK und/oder Dehnung als adäquater mechanischer Stimulus der Regulation der CFTR-Aktivität, 2) die Verifizierung der mechanosensitiven CFTR-Aktivierung in einem nativen Epithel sowie 3) die Aufklärung der zugrunde liegenden Mechanismen einer mechanosensitiven CFTR-Aktivierung.Ziel 1) Der humane CFTR (hCFTR) wurde heterolog in Oozyten des Afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis exprimiert und die Aktivität des hCFTR wurde durch Forskolin und IBMX (F/I) induziert und mittels der two-electrode voltage-clamp (TEVC)-Technik bestimmt. Es wurde kein Einfluss von SK, in einer physiologisch relevanten Größenordnung (1,3 dyn/cm2), auf die Aktivität des hCFTR nachgewiesen. Über die Erhöhung des Oozytenvolumens durch osmotische Zellschwellung oder durch Injektion einer intrazellulär-analogen Lösung erfolgte die Membrandehnung, wodurch sich die F/I-induzierte hCFTR-Aktivierung erhöhte. Wurde der hCFTR mit F/I vorstimuliert, erhöhte sich die hCFTR-Aktivität unmittelbar durch den Dehnungsstimulus. Dieser Effekt konnte durch den hCFTR Blocker CFTRinh-172 inhibiert werden. Die Dehnungs-induzierte Aktivierung konnte zudem auch bei den zwei häufigen CFTR-Mutationen, delF508 und G551D, nachgewiesen werden und war unverändert im Vergleich zum Wildtyp hCFTR.Ziel 2) Um die Dehnungs-sensitive CFTR-Aktivität in einem nativen pulmonalen Epithel zu untersuchen, wurden Ussing-Kammer-Experimente mit Lungenpräparaten von Xenopus durchgeführt. Die Dehnung des Epithels wurde durch eine Erhöhung des hydrostatischen Drucks (HD; 5 cm und 10 cm Flüssigkeitssäule) induziert. Unter Kontrollbedingungen resultierte die Applikation von HD in einem Stromabfall und in einer Aktivierung der Cl -Sekretion. In Anwesenheit des CFTR-Inhibitors GlyH-101 war der HD-induzierte Stromabfall vergrößert, was die Dehnungs-sensitive Aktivierung des CFTR unter Kontrollbedingungen bestätigt.Ziel 3) Um zu überprüfen, ob die Membranfluidität an der Mechanosensitivität des hCFTR beteiligt ist, wurde die Membranfluidität von hCFTR-exprimierenden Oozyten pharmakologisch erhöht oder reduziert. Die Dehnungs-induzierte hCFTR-Aktivität war sowohl bei erhöhter als auch reduzierter Membranfluidität verringert im Vergleich zu unbehandelten Oozyten. Zur Überprüfung einer möglichen Beteiligung von Zytoskelettelementen an der Dehnungs-wahrnehmung des hCFTR wurden Aktinfilamente und Mikrotubuli pharmakologisch destabilisiert und stabilisiert. Während die Destabilisierung der Aktinfilamente sowie der Mikrotubuli keine Änderung der Dehnungs-induzierten hCFTR-Aktivität zur Folge hatte, führte die Stabilisierung beider Zytoskelettelemente zu einer verringerten Dehnungswahrnehmung des hCFTR. Mittels zielgerichteter Mutagenese wurden drei C-terminale Aminosäuren (TRL) des hCFTR deletiert, da diese einen Verknüpfungspunkt zum Zytoskelett darstellen. Die Dehnungswahrnehmung dieser delTRL hCFTR-Mutante war signifikant vermindert im Vergleich zum Wildtyp hCFTR. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Dehnung sowohl im in vitro System der Xenopus Oozyten als auch in einem nativen Lungenepithel der adäquate mechanische Stimulus für die Regulierung der CFTR-Aktivität ist. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse zum ersten Mal, dass die Membranfluidität, ein intaktes Zytoskelett und die Aktin-Bindestelle am C-Terminus des hCFTR notwendig für die Wahrnehmung des Dehnungsstimulus des hCFTR sind., The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) is a Cl conducting ion channel, which is located in the apical membrane of various epithelia of the human body. A variety of CFTR expressing tissues are permanently in motion and thus exposed to mechanical forces. In the lung, mechanical forces including shear force (SF) and strain occur during the breathing movements. Beside known factors (e.g. ATP, protein kinases) there is preliminary evidence that mechanical forces could also represent a factor that influences CFTR activity. As known from other mechanosensitive ion channels, the membrane composition and a connection with the cytoskeleton could be involved in the detection and transmission of mechanical forces. Based on recent knowledge, and to further explore if the CFTR is a mechanosensitive channel and how it senses mechanical forces, the aims of the present doctoral thesis were: 1) to determine if SF and/or strain are adequate mechanical stimuli for regulating CFTR activity, 2) to verify mechanical activation of CFTR in a native epithelium, as well as 3) to characterise the underlying mechanisms of the mechanically-induced CFTR activation.Aim 1) The human CFTR (hCFTR) was heterologously expressed in oocytes of the African clawed frog Xenopus laevis. The activity of hCFTR was measured by the two-electrode voltage-clamp technique (TEVC) and CFTR-mediated currents were elicited by the application of forskolin and IBMX (F/I) in absence and presence of a mechanical stimulus. SF in a physiological relevant range (1.3 dyn/cm2) had no influence of hCFTR activity and seems not to be the adequate stimulus for a mechanosensitive hCFTR regulation. By contrast, membrane strain was induced by increasing the oocyte s volume either by osmotic cell swelling or by injection with an intracellular analogous solution. The strain stimulus (osmotic or injection) increased the F/I-induced hCFTR activation. Further, hCFTR activity was directly augmented by the strain stimulus (injection) after pre-stimulation with F/I and this effect could be inhibited with the CFTR blocker CFTRinh-172. The strain response in channels carrying the common mutations delF508 and G551D was similar compared to wild type CFTR. These results identified membrane strain as a regulator of hCFTR activity.Aim 2) The strain-induced CFTR activation was further assessed in Ussing chamber measurements using freshly dissected Xenopus lung preparations. Tissues were mechanically stimulated by exposure to hydrostatic pressure (HP) due to increasing the fluid column at the apical side of the chamber to either 5 cm or 10 cm. Under control conditions HP decreased the ion currents and activated a Cl secretion. Application of the CFTR inhibitor GlyH-101 augmented the HP-induced current decrease, confirming a strain-sensitive activation of CFTR under control conditions.Aim 3) To examine a possible impact of membrane fluidity in strain-sensing of hCFTR the membrane cholesterol of oocytes was pharmacologically increased or decreased. The strain-induced hCFTR activity was lowered by both strategies compared with untreated oocytes. This indicates that the membrane composition participates in sensation of strain by hCFTR.In order to investigate on a putative role of the cytoskeleton in the strain-sensing of hCFTR the actin and tubulin filaments were pharmacologically destabilized or stabilized. The destabilisation of actin filaments as well as tubulin filaments had no influence in the strain-sensing of hCFTR. By contrast, stabilization of both actin and tubulin filaments led to a decrease in the strain-sensing of hCFTR. It is known that the C-terminus of hCFTR is connected to actin cytoskeletal elements. Using site-directed mutagenesis, the three C-terminal amino acids threonine (T), arginine (R) and leucine (L) were deleted (delTRL) and this delTRL hCFTR mutant was subsequently expressed in Xenopus oocytes to compare the strain-sensing with wild type hCFTR. With this approach a significantly reduced strain-induced effect of delTRL hCFTR was detected. These results identify for the first time that the strain-sensing of hCFTR requires an intact cytoskeleton as well as the actin-binding motif at the C-terminal end of hCFTR.In conclusion, these data demonstrate activation of CFTR in vitro and in a native pulmonary epithelium in response to membrane strain. The underlying mechanisms revealed an essential role of the membrane fluidity as well as the cytoskeleton in the strain-sensing of hCFTR in the oocyte expression system.

Das zentrale Ziel der vorliegenden Arbeit besteht einerseits darin, die Verteilung von Gd in GaN:Gd mit Gd-Konzentrationen von 10^16–10^19 cm^-3 mittels fortgeschrittener (Raster-) Transmissionselektronenmikroskopie [(S)TEM] zu bestimmen. Darauf basierend wird zum anderen das Verständnis des Mechanismus, der diese Verteilungen bewirkt, entwickelt. Wir diskutieren detailliert die Anwendung und die Grenzen von (S)TEM-Abbildungsmethoden und quantitativen Analysenmethoden und von Modellierungsmethoden, um Nano-Cluster in epitaktischen Halbleiterschichten zu beobachten und zu analysieren. Außerdem werden Fallstudien zweier Materialsysteme betrachtet, die offensichtlich Nano-Cluster aufweisen. Schließlich sind wir in der Lage, die in GaN:Gd auftretenden GdN-Cluster zu identifizieren und ihre atomare Struktur zu bestimmen. Dehnungskontrastabbildungen mit Kontrastberechnungen belegen eindeutig das Auftreten von kleinen, plättchenförmigen GdN-Clustern. Diese Cluster weisen nahezu gleiche Abmessungen auf und liegen mit der ausgedehnten Fläche parallel zu den GaN(0001)-Basalebenen. Dieses Ergebnis wird durch Dunkelfeld-STEM-Abbildungen (Z-Kontrast), bestätigt. Die starke, lokale Gitterdehnung (Verzerrungsfeld), die durch die Cluster hervorgerufen wird, ist in HRTEM-Aufnahmen abgebildet und quantitativ ausgewertet worden. Durch den Vergleich von Verzerrungsfeldern, die experimentell ermittelt worden sind, mit theroretischen Feldern schließen wir auf Cluster aus zweilagigen GdN-Plättchen mit einem Durchmesser von wenigen Gd-Atomen. Ihre interne Struktur entspricht etwa der NaCl-Phase des GdN. Dieses atomare Strukturmodell erlaubt unsere Diskussion der Energieverhältnisse der Cluster. Die Ergebnisse implizieren, dass die treibende Kraft für die beobachtete Plättchengröße ein Gleichgewicht zwischen der Zunahme von kohäsiver Energie und der Einschränkung durch die Dehnungsenergie an der Grenzfläche zwischen GdN-Cluster und GaN-Wirtsgitter aufgrund der Gitterfehlanpassung ist. The central goal of this dissertation is (1) to clarify the distribution of Gd atoms in GaN:Gd with Gd concentration in the range between 10^16–10^19 cm^-3 by means of advanced (scanning) transmission electron microscopy [(S)TEM]; and based on that, (2) to understand the mechanisms that control such distribution. We discuss in detail the application and limitations of (S)TEM imaging and analysis techniques and modeling methods dedicated to the study of embedded nano-clusters. Besides, two case studies of semiconductor material systems that contain apparently observable nano-clusters are considered. One is about intentionally grown InAs nano-clusters embedded in Si and the other study the formation and phase transformation of Bi-containing clusters in annealed GaAsBi epilayers. Finally, we are able to identify the occurrence of GdN clusters in GaN:Gd samples and to determine their atomic structure. Strain contrast imaging in conjunction with contrast simulation unambiguously identifies the occurrence of small, platelet-shaped GdN clusters. These clusters are nearly uniform in size with their broader face parallel to the GaN (0001) basal plane. The result is confirmed by dark-field STEM Z-contrast imaging. The strong local lattice distortion (displacement field) induced by the clusters is recorded by HRTEM images and quantitatively analyzed. By comparing the displacement fields which are analyzed experimentally with these fields that are derived from energetically favored models, we conclude that the clusters are bilayer GdN with platelet diameter of only few Gd atoms; their internal structure is close to rocksalt GdN. This atomic structure model enables our discussion about the energetics of the clusters. The results indicate that the driving force for the formation of observed platelet in specific size is a compromise between the gain in cohesive energy and the penalty from interfacial strain energy due to lattice mismatch between the GdN cluster and GaN host.

[no abstract]

In this paper, the mechanical behavior of the Scarf Lap Joints (SLJs) bonded with adhesive under a tensile load was analyzed. The effects of adherend thickness at the interface stress-strain distributions of SLJs were examined. The stress-strain analyses were performed by Finite Element Method (3D-FEM). The 3D-FEM code was employed with Ansys (Ver.12.0.1). Experimental results were compared with the 3D-FEM results and were found quite reasonable. It was concluded that both experimental and 3D-FEM failure loads were increased with increased adherend thickness. The results indicated that the maximum failure loads were determined at t=8 mm in all joints. The analysis of the SLJs under tensile load showed that the stress and strain concentrations occurred around the edges of the joints.

Elastomerbauteile werden fur verschiedenste Anwendungen eingesetzt (z. B. Dichtungen, Kraftubertragungs- und Dampfungselemente, Beschichtungen). Ihre Bedeutung fur die Funktionsfahigkeit ganzer Baugruppen hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Den verhaltnismasig geringen Herstellungskosten von Elastomerbauteilen steht ein hoher Aufwand bei ihrer numerischen und experimentellen Auslegung gegenuber. Moderne Rechentechnik und geeignete Software (z. B. Finite-Element-Programme) geben Elastomerherstellern und -anwendern die Moglichkeit, das Verhalten von Elastomerbauteilen unter Berucksichtigung realitatsnaher geometrischer Verhaltnisse und Randbedingungen in akzeptablen Rechenzeiten numerisch zu simulieren. Die Gute der dabei erzielten Ergebnisse hangt wesentlich von einer moglichst zutreffenden Modellierung des vergleichsweise komplizierten Materialverhaltens ab. Diese Arbeit gewahrt einen Einblick in die Entwicklung und Anwendung von Materialgesetzen zur Beschreibung des hyperelastischen und viskoelastischen Materialverhaltens elastomerer Werkstoffe, die seit einigen Jahren am Fraunhofer-Institut fur Betriebsfestigkeit (LBF) durchgefuhrt werden. Grose Bedeutung kommt dabei insbesondere der Erarbeitung geeigneter experimenteller und numerischer Methoden zur Identifikation der Materialparameter zu. Die verifizierten Materialmodelle werden in der industriellen Praxis fur Strukturberechnungen und die Festigkeitsbeurteilung oder Einschatzung des Langzeitverhaltens von Elastomerbauteilen eingesetzt.