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Deutschland wird älter. Waren im Jahr 1950 noch zehn Prozent der Bevölkerung älter als 65, sind es 22 Prozent, Tendenz weiter steigend. Wer das Renteneintrittsalter erreicht, hat als Frau noch rund 21 Jahre Lebenszeit vor sich, als Mann sind es etwa drei Jahre weniger. Zu verdanken ist diese erfreuliche Tatsache vor allem den medizinischen Fortschritt, und dazu gehört eine immer besser werdende Medizintechnik. Dieser Fortschritt findet vorerst kein Ende, und künftig soll er auch dafür sorgen, die explodierenden Kosten des Gesundheitssystems im Griff zu behalten. Davon zeigt sich Peter Schardt, Cheftechniker von Siemens Healthineers, überzeugt. Als Physiker verheiratet er Maschinenbau und Künstliche Intelligenz und schwärmt dabei schon mal vom digitalen Zwilling des Menschen. Für die Entwicklung eines Magnetresonanztomographen, der mit deutlich geringerer Feldstärke arbeitet, aber durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz bessere Bilder liefert, haben zwei seiner Mitarbeiter vor einigen Wochen den Zukunftspreis des deutschen Bundespräsidenten erhalten. Bildgebende Verfahren könnten Schardt zufolge schon bald deutlich häufiger in Vorsorge-Untersuchungen eingesetzt werden und ferngesteuerte Roboter sollen die Gefäße von Schlaganfall-Patienten schon auf dem Weg ins Krankenhaus öffnen. Technische Assistenzsysteme sollen aber nicht nur die Qualität der medizinischen Versorgung verbessern, sondern Ärzten und Pflegekräften ermöglichen, das zu tun, was Maschinen auf lange Zeit nicht können: den menschlichen Kontakt zu Patienten herzustellen. Auch wenn Schardt Details der deutschen Datenschutzregeln und der geplanten europäischen Richtlinie zu Künstlicher Intelligenz kritisiert, hält er Deutschland für einen guten Standort für die Medizintechnik: „Eines unserer wirklichen Differenzierungsmerkmale ist, dass wir sowohl die Hardware, also die wirkliche Konstruktion, mit der digitalen Welt so verbinden können, dass es dann insgesamt einen Vorteil gibt. Ich glaube, das können viele andere Firmen so nicht, gerade, wenn ich auf die reinen Digitalkonzerne schaue.“

Elektromagnetische Felder (EMF) trifft man in allen Lebens- und Arbeitsbereichen an. Ihre Ausprägungen und ihre Wirkungen hängen dabei von den Quellen und der jeweiligen Feldstärke ab. Neben grundlegenden Fakten zu EMF gehen unsere heutigen Spezialisten Frau Dr. Anja Scholten und Herr Thomas Völker (beide VBG) auf mögliche Gefährdungen und Schutzmaßnahmen im Umgang mit EMF ein.

Ziel dieser Arbeit war es, die zeit- und kostenintensive Salmonellen-Serotypisierung mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden zu komplettieren und nach Möglichkeit zu ersetzen. Es war geplant, verschiedene publizierte, molekularbiologische Nachweise zu prüfen und gegebenenfalls zu erweitern. Hierfür wurde ein Aufbau dreier Multiplex-PCRs (RAJTAK et al., 2011) und ein High Resolution Melting (HRM) (BRATCHIKOV & MAURICAS, 2011) etabliert und anschließend evaluiert. Zudem sollte im Rahmen dieses Projektes eine molekularbiologische Methode zur Unterscheidung von lebenden Impf- und Feldstämmen der Serovare Salmonella Enteritidis und Salmonella Typhimurium entwickelt werden. Deshalb war geplant, die genetischen Grundlagen der phänotypischen Marker zu ergründen und anhand dieser ebenfalls ein High Resolution Melting für die Differenzierung der Impf- und Feldstämme zu entwickeln. Für die Salmonella-Serovar-Differenzierung mittels Multiplex-PCRs (RAJTAK et al., 2011) wurden 210 Stämme verteilt auf 31 Serovare geprüft. Es konnten hier jedoch nur wenige Serovare eindeutig differenziert werden (Salmonella Livingstone, Salmonella Goldcoast, Salmonella Ohio, Salmonella Kentucky, Salmonella Typhimurium, Salmonella-Typhimurium-Variante monophasisch (1,4,[5],12:i:-), Salmonella Subspezies IIIb, Salmonella Enteritidis sowie der IDT-Salmonella-Enteritidis-Impfstamm). Für die übrigen Serovare konnte in Verbindung mit der Gelelektrophorese nur eine grobe Einteilung in insgesamt zehn Gruppen erreicht werden. Diese Gruppen enthielten bis zu zehn Serovare. Zudem konnten sehr wichtige Serovare wie Salmonella Enteritidis und Salmonella Typhimurium nicht endgültig differenziert werden. Für spezielle Fragestellungen, wie die Differenzierung der eindeutig unterscheidbaren Serovare, könnten diese Ergebnisse dennoch nützlich sein. Das High Resolution Melting nach Bratchikov und Mauricas aus dem Jahr 2011 wurde mit guten Ergebnissen evaluiert. Es konnten alle geprüften 100 Proben (zusammengesetzt aus 21 Serovaren) innerhalb eines Laufes mit dem LightCycler® 96 differenziert werden. Für eine zusätzliche Verbesserung dieser Methode, in Form einer genaueren Differenzierung des Serovars Salmonella Typhimurium, sollte das Protokoll um Differenzierungsmöglichkeiten für die Salmonella-Typhimurium-Variante O5-negativ (1,4,12:i:1,2) und die Salmonella-Typhimurium-Variante monophasisch (1,4,[5],12:i:-) erweitert werden. Dies gelang gänzlich für die monophasische Variante (1,4,[5],12:i:-) durch eine Erweiterung der HRM-Analyse mit dem Primerpaar FljB 1,2;1,5 nach Rajtak et al. aus dem Jahr 2011 sowie teilweise für die Variante O5-negativ (1,4,12:i:1,2). In den gesetzlichen Grundlagen, wie der Geflügel-Salmonellen-Verordnung und allen relevanten EU-Verordnungen für Bekämpfung von Salmonellen beim Geflügel, werden alle Varianten als Salmonella Typhimurium klassifiziert und deshalb gleich behandelt. Alle anderen Verordnungen, wie die Rinder-Salmonellose-Verordnung oder die Verordnung für Meldepflichtige Tierkrankheiten, erfassen ohnehin alle Salmonellen-Serovare. Somit ist eine weitere Unterscheidung der Serovare nicht notwendig, bietet aber Möglichkeiten für eine tiefgründigere Diagnostik, falls diese gewünscht ist. Auch ein Nachteil gegenüber der serologischen Differenzierung stellt sich durch die nur teilweise Differenzierungsmöglichkeit der Variante O5-negativ somit nicht. Um die Anwendbarkeit der HRM-Analyse in der Routinediagnostik, insbesondere bei auftreten neuer Serovare, besser beurteilen zu können, muss diese molekularbiologische Methode jedoch zunächst über einen längeren Zeitraum parallel zur klassischen Diagnostik angewandt werden, bevor sie in der Routinediagnostik verwendet werden kann. Mit Hilfe dieser Methode könnte allerdings, bei in etwa gleichem finanziellem Aufwand, ein erheblicher Zeitgewinn bei der Salmonellen-Differenzierung erzielt werden. Voraussetzung hierfür wäre jedoch das Vorhandensein eines HRM-fähigen Gerätes. Die Entwicklung einer molekularbiologischen Methode für die Impfstamm/Feldstamm-Differenzierung konnte ebenfalls mit sehr gutem Ergebnis durchgeführt werden. Es konnten mehrere Punktmutationen, sogenannte single nucleotide polymorphisms (SNPs), auf verschiedenen Genen (rpoB und his) mittels Sequenzierung entdeckt werden. Anschließend wurden HRM-Tests entwickelt, die die SNPs aller vier zugelassenen Salmonella-Lebendimpfstämme eindeutig differenzieren können. Diese Methode wurde auf dem LightCycler® 96 erfolgreich etabliert und die mögliche Durchführung der HRM-Analysen auch auf zwei weiteren Geräten (LightCycler® 480 und Rotor Gene Q) geprüft. Hier zeigte sich, dass der Rotor Gene Q ebenso alle vier Impfstoffe, der LightCycler® 480 hingegen aufgrund einer schlechteren Auflösung nur drei Impfstoffe unterscheiden kann. Die entwickelte Methode bietet eine erhebliche Zeitersparnis, da die derzeitige Unterscheidung anhand der phänotypischen Merkmale eine Inkubation von 18-24 Stunden (LAH-Impfstämme) beziehungsweise 18-48 Stunden (IDT-Impfstämme) benötigt. Die Laufdauer der entwickelten HRM-Analyse hingegen beträgt nur 1,5 Stunden.

Das Ziel dieser Dissertation war es zu untersuchen, ob es möglich ist, die Körperzusammensetzung von Zuchttieren bei 100 kg Körpergewicht zu einem früheren Termin bzw. bei einem niedrigeren Körpergewicht genau vorherzusagen. Dazu wurden die Tiere bei 80 kg und bei 100 kg mittels Magnetresonanztomographie (MRT) und Dualenergie-Röntgenabsorptiometrie (DXA) analysiert. Insgesamt gingen 117 Zuchttiere, darunter 22 intakte Eber und 95 Sauen in die Untersuchung ein. Jedes Tier wurde zweimal mittels MRT und DXA untersucht. Am ersten Untersuchungstermin wogen die Tiere durchschnittlich 84,5 kg, bei der zweiten Untersuchung im Durchschnitt 102 kg. In dieser Arbeit wurden verschiedene reinrassige Linien und deren Kreuzungen verwendet. Die Rassenverteilung war dabei wie folgt: Deutsche Landrasse (n = 19), Deutsches Edelschwein (n = 7), Large Black (n = 18), Schwäbisch Hällisches Landschwein (n = 3), Piétrain (n = 4), Duroc (n = 3) und ihre verschiedenen Kreuzungen (n = 63). Für die Untersuchungen wurden die Tiere mittels Azaperon (2mg/kg) und Ketamin (40mg/kg) sediert. Anschließend wurden die Tiere mittels MRT untersucht. Verwendet wurde ein Siemens Magnetom Open, mit einer Feldstärke von 0,2 Tesla. Die Lenden- sowie die Oberschenkel- und Glutealregion wurden bei jedem Schwein als Untersuchungsregionen herangezogen. Hierzu wurde eine T1-gewichtete Spinechosequenz verwendet. Die Schichtdicke betrug 15 mm und der Distanzfaktor 3,75 mm (=0,25). Für die Lendenregion wurde eine axiale Schnittrichtung verwendet, für die Oberschenkel- und Glutealregion eine coronare. Ausgewertet wurden die MR-Bilder mit Hilfe der Able 3D-Doctor 3.0 Software (Lexington, MA, USA). In der Lendenregion wurden fünf Schnittbilder in caudale Richtung, beginnend an der letzten Rippe, auf das Volumen des Musculus longissimus dorsi und dessen Speckauflage ausgewertet. Für die Oberschenkel- und Glutealregion wurde ein halbautomatisches Auswertungsverfahren gewählt, mit dem vier Schnittbilder in ventrale Richtung ausgewertet wurden, beginnend auf Höhe des Acetabulums. Für Referenzmessungen mittels Dualenergie-Röntgenabsorptiometrie (DXA) wurde ein GE Lunar DPX IQ-Scanner als quantitatives Analyseverfahren eingesetzt. Jedes Schwein wurde nach der MRT-Untersuchung mittels DXA (Modus “Ganzkörper Adult Normal”) untersucht. Die Daten wurden mittels „Proc Reg“ der Statistik-Software SAS 9.2 ausgewertet. Das Volumen des Musculus longissimus dorsi bei 80 kg zeigt eine hohe Beziehung zum Volumen des Musculus longissimus dorsi bei 100 kg (R2 = 0,86; RMSE = 82021 mm3). Bei der Gegenüberstellung der Volumina des Musculus longissimus dorsi bei 80 kg und bei 100 kg allein für die Eber ergibt sich das höchste Bestimmtheitsmaß mit R2 = 0,97 (RMSE = 35340 mm3). Ein ebenso hohes Bestimmtheitsmaß erreicht die Beziehung zwischen dem Volumen der Fettauflage (über dem Musculus longissimus dorsi) bei 80 kg und bei 100 kg allein für die Eber (R2 = 0,97, RMSE = 23757 mm3). Für die Speckauflage aller Tiere bei 80 kg und bei 100 kg resultiert ein Regressionskoeffizient von R2 = 0,91 (RMSE = 41781 mm3). Für die Oberschenkel- und Glutealregion ergeben sich geringere Beziehungen. So kann für die Muskelvolumina bei 80 kg und bei 100 kg ein Regressionskoeffizient von R2 = 0,79 (RMSE = 292079 mm3) erreicht werden. Für die entsprechenden Fettvolumina der Oberschenkel- und Glutealregion liegt das Bestimmtheitsmaß bei R2 = 0,44 (RMSE = 137143 mm3). Im Rahmen einer multiplen Regressionsanalyse kann ein Bestimmtheitsmaß von R2 = 0,82 (RMSE = 3,31 %) erreicht werden, indem das Volumen des Musculus longissimus dorsi und das Volumen der Speckauflage jeweils bei 80 kg als Variablen eingesetzt werden, um das DXA-Gesamtkörperfett (%) bei 100 kg als Referenzwert zu bestimmen. Zudem wurde eine statistische Auswertung verschiedener Einflussfaktoren anhand einer Mischmodell-Analyse mittels REML (restricted maximum likelihood) durchgeführt (p < 0,05). Die Ergebnisse zeigen, dass signifikante Rassen- bzw. Kreuzungsgruppenunterschiede bezogen auf die MRT-Muskel- und Fettvolumina in den untersuchten Regionen, sowie für die DXA-Ergebnisse vorliegen. Eher extensiv genutzte Rassen bzw. Kreuzungsgruppen weisen ein signifikant höheres MRT-Fettvolumen bei erwartungsgemäß signifikant geringem MRT-Muskelvolumen auf. Dabei weisen sie korrespondierend die geringsten DXA-Magerweichgewebewerte und die höchsten DXA-Gesamtkörperfettgehalte auf. Auffällig ist zudem, dass die weniger bemuskelten Rassen bzw. Kreuzungsgruppen über eine höhere Knochenmineraldichte verfügen. Diese Ergebnisse zeigen, dass - obwohl rassespezifische Unterschiede existieren - eine Vorhersage der Körperzusammensetzung (z.B.: DXA-Fettgehalt %) bei 100 kg durch die Untersuchung mittels MRT bei 80 kg möglich ist. Die MRT bietet die Möglichkeit Schlachtkörpermerkmale an potentiellen Zuchttieren in vivo zu erfassen, ohne auf Nachkommenschaftsergebnisse aus der Prüfschlachtung angewiesen zu sein. Somit kann die Schlachtleistung an jedem potentiellen Zuchttier selbst als Eigenleistungsprüfung erhoben werden, was die Kosten der Leistungsprüfanstalten und die für die Versuchsschlachtungen deutlich reduziert. Zudem kann aufgrund der anzunehmend hohen Heritabilitäten das Generationsintervall sowohl für den potentiellen Zuchteber als auch für die potentielle Zuchtsau deutlich reduziert werden, ohne an Genauigkeit zu verlieren.

Die Mobilfunktechnologie verbreitet sich weltweit sehr schnell, fast jeder Jugendliche in Deutschland besitzt heutzutage ein Mobiltelefon. Teile der Allge-meinbevölkerung befürchten, dass elektromagnetische Felder des Mobilfunks die Gesundheit und das Wohlbefinden besonders bei Minderjährigen bereits ab Feldstärken weit unterhalb der in Deutschland geltenden Grenzwerte beein-trächtigen könnten. Das Ziel der hier vorliegenden Studie war die Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs zwischen der objektiven und subjektiven Exposition gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern des Mobilfunks und dem subjektiven Befinden der Jugendlichen. Zudem sollte die Rolle der Umweltbesorgnis in diesem Zusammenhang ermittelt werden. Die individuelle Expositionsabschätzung wurde mittels personenbezogener Messungen über 24 Stunden an 1.524 Jugendlichen (13-17 Jahre; Response 51%) aus vier bayerischen Städten durchgeführt. Zusätzlich wurden im Interview das subjektive Befinden der Teilnehmer, die Umweltbesorgnis sowie potentielle Störgrößen erfasst. Mittels multipler logistischer Regressionsmodelle wurde der Zusammenhang zwischen der Exposition und den chronischen Be-schwerden Kopfschmerzen, Einschlafproblemen und Müdigkeit untersucht. Die mittels Personendosimetrie gemessene Exposition der Jugendlichen gegenüber elektromagnetischen Feldern des Mobilfunkbereichs lag bei < 1% des Grenzwerts. 24% der jugendlichen Teilnehmer machten sich Sorgen bezüglich potentieller negativer Effekte von Mobilfunkfeldern auf die Gesundheit. Es zeigten sich keine konsistenten statistisch signifikanten Zusammenhänge zwischen der gemessenen Exposition und den betrachteten chronischen Beschwerden während der letzten 6 Monate. Hinsichtlich der selbst eingeschätzten subjektiven Exposition und den chronischen Beschwerden ergaben sich teilweise statistisch signifikante Zusammenhänge. Des Weiteren zeigte sich ein statistisch signifikanter Einfluss von hoher Umweltbesorgnis auf die Prävalenz der chronischen Beschwerden. Die in Deutschland geltenden Grenzwerte für elektromagnetische Felder des Mobilfunks werden sicher eingehalten. Zusammenhänge zwischen objektiver Exposition und dem Befinden der Jugendlichen ließen sich nicht finden. Die Resultate bezüglich der subjektiven Exposition sind mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine differentielle Missklassifikation zurückzuführen. Aufgrund des gefundenen Zusammenhangs zwischen hoher Umweltbesorgnis und einer höhe-ren Prävalenz chronischer Beschwerden wäre eine Interventionsstudie mit verhaltenstherapeutischem Ansatz wünschenswert.

Da die Magnetresonanztomographie seit mehreren Jahren verstärkt in der Pferdeorthopädie zur Darstellung von Weichteilschäden im Hufbereich genutzt wird, galt das Interesse der vorliegenden Studie kernspintomographische Signalveränderungen der tiefen Beugesehne im Hufbereich histopathologisch zu verifizieren. Die klinische Relevanz der gewählten Frage¬stellung liegt in der Feststellung der diagnostischen Zuverlässigkeit der Niederfeld- Magnetresonanztomographie bei Läsionen der tiefen Beugesehne. Erstmals wurden hierfür die kernspintomographischen Untersuchungen am lebenden, stehenden Pferd vorgenommen. 3 Vorderhufe von 2 orthopädisch gesunden Pferden und 15 Vorderhufe von 12 lahmen Pferden wurden kernspintomographisch untersucht. Die Untersuchung erfolgte am stehenden, sedierten Pferd an einem Niederfeldsystem, dem Hallmarq Veterinarian Limb Scanner (Hallmarq Veterinary Imaging Ltd., Guildford, Großbritannien) mit einer Feldstärke von 0,27 T. Die Hufregion wurde jeweils anhand eines Standardprotokolls, das T1-, T2- und T2*-gewichtete Gradientenecho- und Fast-Spinechosequenzen und eine Short-Tau-Inversion-Recovery-Sequenz enthielt, untersucht. Die Schnittbilder wurden in der sagittalen, transversalen, frontalen und horizontalen Ebene angefertigt. Die Bereiche der tiefen Beugesehne, die kernspintomographisch Signalveränderungen aufwiesen, wurden nach Euthanasie histopathologisch vergleichend untersucht und die pathologischen Veränderungen dokumentiert. Die klinisch und kernspintomographisch gesunden Pferde der Kontrollgruppe zeigten histologisch geringe knorpelige Anteile der tiefen Beugesehne im Bereich der Insertion und auf Höhe des Strahlbeines. Diese Knorpelanteile wurden als physiologisch für eine Gleitsehne wie die tiefe Beugesehne auf Höhe ihres Widerlagers eingestuft. Die kernspintomographisch veränderten tiefen Beugesehnen imponierten histopathologisch vorwiegend durch hochgradige, chronische, degenerative Tendopathien. Diese Tendopathien traten in Form von zystischen Nekrosen, teils hyalinknorpeligen Metaplasien sowie Verknöcherungen auf. Alle kernspintomographisch erhobenen Befunde konnten histopathologisch verifiziert werden. Es bestanden jedoch keine Abweichungen zwischen den Signalerhöhungen der T1- und der T2*-Wichtung, so dass die Qualität der Läsion der tiefen Beugesehne sich kernspintomographisch nicht ausmachen ließ. Hingegen war eine quantitative Erfassung eines Sehnenschadens kernspintomographisch sicher durchführbar. Somit stellt die Magnet¬resonanztomographie am stehenden Pferd mit dem Hallmarq Veterinarian Limb Scanner ein sensitives Verfahren zur Diagnostik von Läsionen der tiefen Beugesehne im Hufbereich dar.

In der vorliegenden Arbeit wurden die diffusiven und elektrophoretischen Eigenschaften von Desoxyribonuklein-säure (DNA) und die Selbstassemblierung von DNA-Chromophor-Hybridmolekülen untersucht. Hierzu wurden, neben Gelelektrophorese und temperaturabhängigen Absorptionsmessungen, vor allem Fluoreszenz-Korre-lationsmethoden angewandt. Um quantitative Aussagen mittels Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) über die freie Diffusion von doppelsträngigen (ds) DNA-Fragmenten (75 bp - 1019 bp) in wässrigen Lösungen zu treffen, wurden laserleis-tungsabhängige Messungen durchgeführt. Diese Experimente ergaben, dass photophysikalische Effekte wie Triplettrelaxation, Isomerisations- oder Bleichprozesse die Autokorrelation entscheidend beeinflussen. Die Län-genabhängigkeit der gemessenen Diffusionskonstanten kann mit einem Stabmodell beschrieben werden, das für alle verwendeten dsDNA-Fragmente, die Konturlängen von bis zu 7 Persistenzlängen aufweisen, Gültigkeit besitzt. In diesem Zusammenhang konnte auch gezeigt werden, dass kleinere Diffusionskonstanten lediglich bei der Zuga-be von zweiwertigen Salzen und bei hohen Salzstärken (> 0,1 M) beobachtet werden. Durch eine Komplexierung der dsDNA-Fragmente mit kationischen und neutralen Lipiden war es möglich, dsDNA in ein unpolares Lösungs-mittel (n-Alkan) zu überführen. Durch Messung der freien Diffusion konnte die Monodispersität von Lipid-dekorierten dsDNA-Fragmenten festgestellt werden. In der unpolaren Phase wurde eine kritische DNA-Konzentration (≈ 10 nM) festgestellt, die für die Stabilität der DNA-Lipid-Komplexe notwendig ist. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Müllen am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz wurde ein DNA-Chromophor-Hybrid synthetisiert, bei dem an ein zentrales Farbstoffmolekül (Perylen) beidseitig jeweils ein kurzes ca. 20 Basen langes Oligonukleotid (ODN) kovalent angebunden wurde. FCS-Messungen, die die intrinsi-schen Fluoreszenzeigenschaften des Hybrids ausnutzten, konnten die Löslichkeit und Monodispersität der Hybride bzw. der Lipid-Hybrid-Komplexe sowohl in wässriger Phase als auch in Alkanen nachweisen. Durch eine geeigne-te Wahl der ODN-Sequenzen und der Anknüpfungsstelle der ODN an den Farbstoffkern entstanden durch Basen-paarung unterschiedliche, supramolekulare Strukturen, die in Gelelektrophorese-Experimenten nachgewiesen wur-den. Symmetrische DNA-Chromophor-Hybride können neben beliebig langen, linearen Ketten bei entsprechender Modifikation der Bausteine sandwichartige Dimere ausbilden. Asymmetrische Hybride ermöglichen den Aufbau linearer Strukturen definierter Länge (z. B. Dimere). Die thermodynamischen Eigenschaften der unterschiedlichen, supramolekularen Konstrukte wurden durch tempe-raturabhängige Absorptionsexperimente untersucht. Die Denaturierung der linearen kettenartigen Strukturen kann durch ein Zwei-Zustands-Modell beschrieben werden, dessen energetische Eigenschaften sehr gut mit denen der verwendeten ODN übereinstimmen. Im Fall der sandwichartigen Strukturen musste für den Schmelzübergang ein Drei-Zustands-Modell angenommen werden, wobei die eingebauten Farbstoffkerne eine energetische Wechselwir-kung vermittelten. Neben der freien Diffusion von dsDNA wurde deren elektrophoretische Drift untersucht. Dazu wurde ein Mikroe-lektrophorese-System entwickelt, bei dem die Drift im elektrischen Feld mittels zweier Laserfoki detektiert wird, die einen Abstand von ca. 5 µm aufweisen. Hierbei wirken die beiden Foki wie eine mikroskopische „Lichtschran-ke“; die Driftzeit wird dabei durch eine Orts-Orts-Kreuzkorrelation der beiden Fluoreszenzsignale zugänglich ge-macht. Auf Grund der methodisch bedingten sehr hohen Ortsauflösung ist es möglich, detaillierte Aussagen über die elektrophoretischen und elektroosmotischen Anteile an der Drift zu treffen. Experimente mit unterschiedlichen Feldstärken zeigen, dass eine Temperaturänderung durch den Eintrag von Joulscher Wärme nicht vernachlässigbar ist. Die elektrophoretische Mobilität ist in freier Lösung bei der verwendeten dsDNA unabhängig von der Frag-mentlänge und beträgt im Mittel 4,5∙10-4 cm2/Vs. Durch die gleichzeitige Messung von Drift und Diffusion konnte neben der elektrophoretischen Mobilität der dsDNA-Fragmente auch der Einfluss der hydrodynamischen Reibung ermittelt werden. Dadurch zeigt sich, dass neben der elektrostatischen Kraft und der Reibungskraft auch hydrody-namische Abschirmeffekte berücksichtigt werden müssen, um mit einem entsprechenden Kraftbild die Elektropho-rese-Experimente zu erklären. Im Gegensatz zu den Messungen in freier Lösung zeigt die elektrophoretische Drift der dsDNA-Fragmente in ei-nem physikalischen Polyethylenoxid-Netzwerk eine Längenabhängigkeit, die einem Potenzgesetz folgt (exp=-0,3). Berechnet man das Auflösungspotential der Elektrophorese-Experimente und vergleicht dies mit theoretischen Vorhersagen, so ergibt sich, dass die Diffusion im Vergleich zur Detektorausdehnung den deutlich stärker limitie-renden Faktor bezüglich des Auftrennpotentials unterschiedlich langer DNA darstellt. Die Auftrennung unter-schiedlich langer dsDNA-Fragmente in der Lösung konnte experimentell nachgewiesen werden, wobei die Auflö-sungsgrenze ungefähr 400 bp betrug. Die vorgestellten Ergebnisse belegen, dass FCS zur quantitativen Charakterisierung der Diffusion eingesetzt wer-den kann. Darüber hinaus erlaubt die simultane Messung von elektrophoretischer Drift und Diffusion mit Hilfe von Doppelfokus-FCS, die Bildung von supramolekularen Konstrukten im Bezug auf Ladung und Geometrie mit einer Zeitauflösung im Minutenbereich zu verfolgen.

Eine bestimmte statistische Verteilung der Fluktuationsbreiten einer quantenmechanischen Anregungsfunktion wird als "Ericson-Fluktuation" bezeichnet. Anregungsfunktionen mit diesem Merkmal wurden zuerst bei Compound-Kern-Reaktionen gemessen. Für die heutige Forschung sind Ericson-Fluktuationen in zweierlei Hinsicht von besonderer Bedeutung. Zum einen benötigt das zu ihrer theoretischen Beschreibung dienende Modell lediglich den Rahmen der quantenmechanischen Streutheorie, was sie in den Rang einer universellen quantenmechanischen Erscheinung erhebt. Zum anderen spielen sie eine Schlüsselrolle in der noch jungen "Quantenchaos"-Forschung, in der sie nach einer Vorhersage von Blümel und Smilansky quantenmechanische Streuvorgänge kennzeichnen, für die es ein klassisches Modell gibt, das chaotisches Verhalten aufweist. Diese herausgehobene theoretische Bedeutung der Ericson-Fluktuationen bedarf allerdings noch der experimentellen Rechtfertigung. Vor diesem Hintergrund sind die Ergebnisse des in dieser Arbeit aufgebauten Experimentes besonders wertvoll. Es liefert nicht nur die erste Messung von Ericson-Fluktuationen in der Atomphysik, sondern auch die erste experimentelle Bestätigung der Vorhersage von Blümel und Smilansky. Dazu wird in einem He(4)-Bad-Kryostat die Anregungsfunktion der Photoabsorption von Rb(85)-Atomen in gekreuzten statischen homogenen magnetischen und elektrischen Feldern an einem thermisch erzeugten Atomstrahl gemessen. Die magnetische Induktion wird durch supraleitende Magnetspulen in Helmholtz-Anordnung und das elektrische Feld durch einen Plattenkondensator erzeugt. Als Photonenquelle dient ein kontinuierlich betriebener frequenzstabilisierter Farbstoff-Laser. Im Zuge einer schrittweisen Durchstimmung des Farbstoff-Lasers wird die Anregungsfunktion in guter Näherung bis auf eine Proportionalitätskonstante bestimmt. Eine geeignete Geometrie des Experimentes unterdrückt den Doppler-Effekt und den bewegungsvermittelten Stark-Effekt bei der Spektroskopie am Atomstrahl. Eine zweistufige Anregung mit optischem Pumpen eines Zeeman-verschobenen Hyperfeinstrukturübergangs der Rb(85)-D2-Linie durch einen frequenzstabilisierten Dioden-Laser wählt einen bestimmten Unterzustand aus. Die Anregungsfunktion entspricht dann in guter Näherung der eines Atoms in einem reinen atomaren Zustand unter dem Einfluß festgelegter äußerer Felder. Angeregte Zustände werden unabhängig von ihrem Autoionisationsverhalten detektiert. Die Stärken der statischen Felder betragen etwa 22 kV/m und 1...2 T und werden mit hoher Genauigkeit bestimmt. Die relativen Fehler betragen etwa 2,5*10^(-3) für die elektrische Feldstärke und 5*10^(-4) für die magnetische Induktionsstärke. Mit Hilfe eines Referenz-Lasers und eines Michelson-Interferometers zur absoluten sowie eines längenstabilisierten Fabry-Perot-Interferometers zur relativen Frequenzmessung werden die Anregungsfunktionen auf eine absolute Frequenzskala umgerechnet. Knapp unterhalb der feldfreien Ionisationsschwelle kann beim Anlegen gekreuzter Felder mit geeigneten Werten für die elektrische Feldstärke und die magnetische Induktionsstärke im klassischen Modell des Valenzelektrons mit chaotischer Streuung gerechnet werden. Die angeregten Zustände haben dann eine starke Autoionisationsneigung. Die gemessene Anregungsfunktion für die Anregung dieser Elektronenenergien weist ausgeprägte Ericson-Fluktuationen auf. In Übereinstimmung mit numerischen Berechnungen für Wasserstoff nimmt die Deutlichkeit der Ericson-Fluktuationen mit der magnetischer Induktionsstärke zu. Die Ericson-Fluktuationen erweisen sich als sehr empfindlich gegen zahlreiche störende elektromagnetische Einflüsse. Diese müssen während der Messung unterdrückt werden. In dieser Arbeit werden Ericson-Fluktuationen auf einer Skala beobachtet, die zehn Größenordnungen unter der liegt, die für Compound-Kern-Reaktionen ermittelt wurde. Bis auf die Skalierung weisen die Verteilungen der Fluktuationsbreiten allerdings eine große Ähnlichkeit auf. Dies spricht für die Universalität der Ericson-Fluktuationen.

Durch den Einsatz neuer MR-Bildgebungsverfahren und durch die Realisierung von störungsfreien elektrophysiologischen Ableitungen in der MRT konnten neue Methoden und Ergebnisse im Bereich der schnellen MR-Bildgebung erarbeitet werden. Die Ergebnisse waren vor allem die Entwicklung von Methoden der digitalen Signalverarbeitung zur Entstörung von EEG-Ableitungen in der MRT, die praktische Umsetzung dieser Methoden in einer klinischen Studie zur nicht invasiven Lokalisation epileptischer Herde durch EEG-geführte funktionelle MR-Bildgebung, weiter der experimentelle Nachweis der Stimulation peripherer Nerven bei schnellen MR-Bildgebungsverfahren mittels EMG-Ableitung in der MRT und schließlich die Programmierung eines umfassenden Modells zur Abschätzung einer Stimulation peripherer Nerven und des Myokards während schneller MR-Bildgebung. Bei medikamentös nicht einstellbarer fokaler Epilepsie verbleibt als einzige Therapieform eine Resektion des anfallauslösenden Cortexareals. Eine exakte Lokalisation des zu resezierenden Areals ist von entscheidender Bedeutung für den therapeutischen Erfolg. Das EEG ist der Goldstandard zur Diagnose von Epilepsien. Eine genaue dreidimensionale Lokalisation des Ursprungs epilepsietypischer Ereignisse ist mit nicht invasiven EEG-Ableitungen jedoch unmöglich. Mit der funktionellen Magnetresonanztomographie hingegen lassen sich aktive Cortexareale unübertroffen genau lokalisieren. Ziel der Arbeit war es, ein EEG in diagnostischer Qualität in der MRT abzuleiten, epilepsietypische Ereignisse im EEG zu detektieren, nach diesen Ereignissen die funktionelle MRT zu starten und somit Cortexareale mit epilepsietypischer Aktivität dreidimensional zu lokalisieren. Das EEG ist für elektromagnetische Störungen extrem anfällig. In der Umgebung der MRT mit Hochmagnetfeldern, Radiofrequenzen und niederfrequenten Magnetfeldern war ein EEG bisher nicht auswertbar. In dieser Arbeit wurden verschiedene Störeinflüsse der MRT auf das EEG untersucht. EKG-synchrone minimale Bewegungen des Kopfes der Patienten im Hochmagnetfeld induzieren Signale im EEG, die eine Erkennung epilepsietypischer Ereignisse im EEG verhindern. Algorithmen wurden entwickelt, die Störungen im EEG durch eine Korrelation zum EKG ermitteln und dann vom EEG subtrahieren. Mit diesen Algorithmen ließ sich ein EEG in diagnostischer Qualität im Hochmagnetfeld des MR-Tomographen realisieren. Während der Bildgebung ist das EEG durch elektromagnetische Induktion und durch Vibrationen bei den Schaltvorgängen der magnetischen Gradientenfelder gestört. Es konnte gezeigt werden, dass die im EEG induzierten Störfrequenzen aus diskreten harmonischen Frequenzen bestehen, die den Programmstrukturen der Bildgebungssequenzen entsprechen. Ein digitales Signalverarbeitungsverfahren wurde entwickelt, das die Fourier-Transformationen von gestörtem und ungestörtem EEG vergleicht, Störfrequenzen automatisch erkennt und schließlich aus dem EEG entfernt. Eine kontinuierliche Korrelation funktioneller MR-Daten mit der elektrischen Aktivität des Cortex wurde mit diesem Verfahren erstmals möglich. In einer Studie mit Patienten, die an fokaler Epilepsie leiden, wurde das EEG in der MRT abgeleitet und die entwickelten Algorithmen zur Entstörung des EEG wurden angewendet. Dabei wurde die funktionelle Bildgebung unmittelbar nach dem Auftreten epilepsietypischer interiktaler Spikes im EEG gestartet. Mehrere Datensätze wurden nach einem interiktalen Spike erfasst. Durch eine Korrelation der MR-Daten mit dem entstörten EEG konnten eindeutige MR-Datensätze einer statistischen funktionellen Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Bei Patienten, die eine angemessene Zahl interiktaler Spikes während der Untersuchungszeit aufwiesen, ließ sich das interiktal aktive Cortexareal in hoher dreidimensionaler Auflösung darstellen. Die Signalintensitätsänderungen in den MR-Datensätzen durch den BOLD-Kontrast nach interiktalen Spikes betrug durchschnittlich 15 % und übertraf damit alle Signalintensitätsänderungen, die mit anderen funktionellen MR-Studien bei gleicher Feldstärke bisher erreicht werden konnten. Dem Einsatz neuer schneller MR-Bildgebungsverfahren mit deren erweiterten diagnostischen Möglichkeiten stehen Stimulationen peripherer Nerven, ausgelöst durch schnelles Schalten magnetischer Gradientenfelder, entgegen. Schaltet man magnetische Gradientenfelder von großer Amplitude in sehr kurzer Zeit, werden dadurch Ströme im Körper des Patienten induziert, die wiederum periphere Nerven stimulieren können. Die Regulierungsbehörden mehrerer Länder, wie auch das Bundesamt für Strahlenschutz, reagierten auf diese Umstände und empfahlen Grenzwerte für geschaltete magnetische Gradientenfelder in der MRT. Schädigende Wirkungen der Stimulation peripherer Nerven waren nicht bekannt, es wurde jedoch eine mögliche Erregung des Myokard befürchtet. In einer Projektarbeit für das Bundesamt für Strahlenschutz wurden mehrere Studien durchgeführt, um die Problematik der Stimulation peripherer Nerven durch schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder in der MRT näher zu untersuchen. Die physiologischen Vorgänge bei der Stimulation peripherer Nerven durch geschaltete magnetische Felder wurden erläutert. Die Schwelle zur Erregung peripherer Nerven durch geschaltete magnetische Felder ist für motorische Nerven am geringsten. Wird ein motorischer Nerv erregt, führt dies zu einer Kontraktion des entsprechenden Muskels. In früheren Studien wurden Stimulationsschwellen durch das Befragen der Probanden bestimmt. Dabei wurde eine weite Streuung der Stimulationsschwellen unter den Probanden beobachtet und das subjektive Empfinden der Probanden als Ursache der weiten Streuung der Stimulationsschwellen konnte nicht ausgeschlossen werden. Mittels Elektromyographie (EMG) in der MRT konnte die Stimulation peripherer Nerven erstmals messtechnisch nachgewiesen werden. Durch einen Vergleich der Stimulationsschwellen, bestimmt durch die Aussagen der Probanden, mit den Stimulationsschwellen, die durch EMG-Ableitung bestimmt wurden, ließ sich zeigen, dass die Aussagen der Probanden gut mit dem EMG übereinstimmen und dass die Streuung der Stimulationsschwellen auf unterschiedlichen konstitutionellen Parametern der Probanden beruhen muss. Die Erregung peripherer Nerven mit elektrischen Strömen wurde in zahlreichen anderen Studien bereits ausführlich untersucht und ein breites Wissen ist in internationalen Veröffentlichungen zugänglich. Das Grundgesetz der Elektrostimulation, das Weiss-Gesetz, beschreibt die Stimulationswirkung eines Strompulses mit den neurophysiologischen Konstanten Rheobase und Chronaxie. Stimulationsexperimente wurden im Magnetresonanztomographen durchgeführt, mit denen sich die Werte von Chronaxie und Rheobase der einzelnen Probanden bestimmen ließen. Die Werte stimmen mit den Werten aus Studien der Elektrostimulation überein. Ein anderes Modell aus der Elektrostimulation, das SENN-Modell, beschreibt die Stimulation von oszillierenden Strömen in Abhängigkeit von deren Frequenz. In Stimulationsexperimenten konnte gezeigt werden, dass sich auch dieses Gesetz zur Beurteilung der Stimulationswirkung oszillierender magnetischer Felder in der MRT eignet. Ergebnisse aus der Elektrostimulation lassen sich also auf die Beschreibung der Stimulation peripherer Nerven durch magnetische Felder in der MRT übertragen. Die Literatur der Elektrostimulation bietet jedoch kein umfassendes Modell an, das die Stimulation einer beliebigen Schaltung von magnetischen Feldern beschreiben kann. Auf den Kenntnissen der Elektrostimulation aufbauend wurde ein umfassendes Modell programmiert, das einer Verallgemeinerung des Weiss-Gesetzes von konstanten zu zeitlich veränderlichen Strömen entspricht und das die Stimulation einer beliebigen Gradientenschaltung vorhersagen soll. Dem Modell liegt zugrunde, dass Ströme, die durch geschaltete Magnetfelder induziert werden, eine Ladung auf der Nervenmembran aufbauen. Überschreitet diese Ladung einen bestimmten Wert, wird die Erregung des Nerven ausgelöst. Das Modell wurde in entsprechenden Algorithmen umgesetzt, die aus der Gradientenschaltung ein Stimulationspotential berechnen. In mehreren Stimulationsexperimenten, in denen verschiedene Parameter der Gradientenschaltungen variiert wurden, wurde das Modell getestet. Die Simulationen des Modells konnten stets die Ergebnisse der Experimente reproduzieren. Da in das Modell die neurophysiologischen Parameter Chronaxie und Rheobase eingehen, konnte das Modell darüber hinaus auch das Stimulationsverhalten individueller Probanden vorhersagen. Eine optimale Ausnutzung der technischen Möglichkeiten zur schnellen MR-Bildgebung bei uneingeschränktem Komfort für den Patienten wird durch den Einsatz dieses sogenannten GSF-Modells möglich. Die Parameter Chronaxie und Rheobase sind auch für das Myokard bekannt. Durch einen Austausch der Parameter für periphere Nerven mit den Parametern des Myokards im GSF-Modell konnten Stimulationsschwellen des Herzens reproduziert werden, wie sie von einer anderen Forschungsgruppe an Hunden experimentell bestimmt wurden. Mit dem GSF-Modell für das Herz ließ sich zeigen, dass selbst mit den zur Zeit leistungsfähigsten Gradientensystemen keine Gefahr der Erregung des Myokards besteht. Aus der Kombination von zwei etablierten diagnostischen Verfahren, der schnellen MR-Bildgebung und der Aufzeichung elektrophysiologischer Signale, und durch die Lösung der in der Kombination auftretenden methodischen Schwierigkeiten, ließen sich in den vorgestellten Studien aktuelle wissenschaftliche Ergebnisse im Bereich der Magnetresonanztomographie erarbeiten, die von klinischer und sicherheitstechnischer Relevanz sind.

Ziel: Prospektive Evaluation des Stellenwertes der MnDPDP-verstärkten MRT am offenen Niederfeldgerät im Nachweis fokaler maligner Leberläsionen im Vergleich zur Spiral CT-Arterioportograhie (CTAP). Material und Methode: Im Rahmen einer Phase III Studie konnten zunächst insgesamt 27 konsekutive Patienten in die Studie eingeschlossen werden. 7 Patienten erfüllten im weiteren Verlauf nicht alle Einschlusskriterien und kamen nicht zur Auswertung. Bei allen Patienten wurde in einem Abstand von maximal 1 Woche eine native und eine manganverstärkte (MnDPDP) MRT der Leber bei 0,2 Tesla Feldstärke (Siemens Magnetom Open) sowie eine DSA mit unmittelbar folgender Spiral-CTAP (Siemens Somatom Plus 4) durchgeführt. Die Gesamtzahl und die nach Größe (a) < 1 cm, b) 1-2 cm und c) > 2 cm) aufgeschlüsselte Anzahl der gefundenen Läsionen wurde verglichen. Bei der statistischen Auswertung kam der Vorzeichentest mit einem Signifikanzniveau von p < 0,05 zur Anwendung. Ergebnisse: In der CTAP konnten wir insgesamt 114 Läsionen, in der nativen MRT 62 Läsionen und in der MRT nach MnDPDP-Gabe 69 Läsionen nachweisen. Der Unterschied war signifikant für die Gesamtzahl der Läsionen, für die Läsionsgröße b und für die zusammengefassten Läsionsgrößen a und b. Für die native und manganverstärkte MRT ergab sich kein signifikanter Unterschied. Schlussfolgerung: Mangafodipir sollte dem Einsatz an Hochfeldgeräten vorbehalten bleiben, da ein zuverlässiger Ausschluss bzw. Nachweis fokaler maligner Leberläsionen bei niedriger Feldstärke nicht zu erwarten ist.

Hochintensitätslaser erzeugen im Fokus Lichtintensitäten, deren Feldstärke die rapide Beschleunigung vieler Elektronen und über die dadurch hervorgerufenen quasistatischen Felder die Beschleunigung von Ionen auslöst. Durch verschiedene Kernreaktionen (z.B. Fusion) dieser Ionen können Neutronen erzeugt werden. Ziel dieser Arbeit war es, einerseits die Neutronenausbeute im Hinblick auf Anwendungen als Neutronenquelle zu optimieren, und andererseits durch Spektroskopie der Neutronen Rückschlüsse auf die Verteilung der laserbeschleunigten Ionen zu ziehen. Diese wiederum können dann zum Verständnis der Beschleunigungsmechanismen und damit zur Optimierung der Ausbeute herangezogen werden. So gelang es im Laufe der Arbeit, die Erzeugung von bis zu 10^7 Neutronen pro Joule Laserenergie und die weitere Skalierbarkeit zu noch größeren Ausbeuten zu demonstrieren, so daß bei weiterer Entwicklung der duchschnittlichen Laserleistung in einigen Jahren mit einer Anwendung als Quelle für z.B. Neutronenradiographieanwendungen gerechnet werden kann. Andererseits gelang es, durch den Vergleich der experimentellen Neutronenspektren mit 3-dimensionalen PIC- und Monte-Carlo-Rechnungen die Beschleunigungsmechanismen in Laserfokus selbst und auf der Rückseite von dünnen Folientargets zu untersuchen und zu verstehen. So konnte erstmals ein direkter Vergleich dieser beiden Mechanismen angestellt werden, was dazu beitragen konnte, die seit längerem geführte Diskussion über die relative Stärke der beiden Mechanismen beizulegen. Schlußendlich war es zur Erzielung einer zur Spektroskopie ausreichenden Neutronenausbeute zunächst nötig, die dritte Verstärkerstufe des ATLAS-Lasers am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Betrieb zu nehmen und mit adaptiver Optik auszurüsten. Dadurch konnte die Neutronenausbeute um zwei Größenordnungen gesteigert werden. Die adaptive Optik ist die erste ihrer Art zur gleichzeitigen Korrektur großer Wellenfrontabweichungen von Nah- und Fernfeld und funktioniert mittlerweile im Routinebetrieb.

Die neuronalen Grundlagen individueller Unterschiede im Angstverhalten sowie die biologischen Ursachen pathologischer Angst sind bisher weitgehend unerforscht. Ein geeignetes Forschungsmodell stellen die Rattenlinien HAB (high anxiety-related behavior) und ihr Gegenstück LAB (low anxiety-related behavior) dar, die durch selektive Züchtung nach dem Kriterium ihres Verhaltens in einem Angsttest für Nager aus einer Normalpopulation hervorgegangen sind. Das Benzodiazepin Diazepam wirkt bei HAB-Ratten wesentlich stärker anxiolytisch als bei LAB-Ratten. Man kann daraus folgern, daß Diazepam differentiell auf Hirnregionen wirken muß, die Angstverhalten steuern. In umgekehrter Logik sollte eine Region, für die gezeigt werden kann, daß sie von Diazepam unterschiedlich angesprochen wird, eine Rolle in der extrem unterschiedlichen Regulation des Angstverhaltens bei den beiden Linien spielen. Zur Identifizierung dieser Kandidatenregionen wurde eine neue Methode zur Kartierung von Hirnaktivierungänderungen, die pharmakologische funktionelle Magnetresonanztomographie (phMRI), erstmals in einem Tomographen der Feldstärke 7 Tesla etabliert. Methodische Besonderheiten der hohen Feldstärke wurden untersucht. Durch den Vergleich der Hirnaktivierungsänderungen nach Diazepam-Gabe zwischen HAB- und LAB-Ratten gelang es, als wichtigste Kandidatenregion für die unterschiedliche Regulation des Angstverhalten den medialen präfrontalen Kortex und das vordere Zingulum (mPFC/ACC) zu identifizieren, eine Region, die von anderen Autoren als Angst-modulierende Region vorgeschlagen wurde. Basierend auf diesen Daten wurde die Hypothese einer Hypoaktivität des mPFC/ACC in hyperängstlichen Individuen entwickelt. Diese Hypothese kann im Tier- sowie Humanmodell getestet werden. Insbesondere ist die Untersuchung der Funktion des mPFC/ACC in Angstpatienten von Interesse, da die Charakterisierung der biologischen Substrate übersteigerten Angstverhaltens grundlegend für das Verständnis der affektiven Erkrankungen und die Entwicklung neuer Therapieansätze ist.

Aufgrund der in der Quantenfeldtheorie auftretenden Singularitäten und der Inkonsistenzen beim Versuch einer Quantisierung der Gravitation wird oft angenommen, dass die glatte kommutative Raumzeit-Struktur bei sehr kleinen Abständen, und entsprechend sehr hohen Energien, nichtkommutativ wird. In dieser Arbeit werden solche nichtkommutativen Strukturen untersucht. Explizit werden sie durch eine Algebra von nichtkommutierenden Koordinaten beschrieben, welche die Funktionenalgebra eines kommutativen Raums ersetzt. Eine besondere Rolle spielen so genannte q-deformierte Quantenräume, da bei diesen nicht nur der Raum selbst nichtkommutativ wird, sondern die Symmetriegruppe des Raumes ebenfalls abgeändert wird. Auf diese Weise erhält man Quantengruppen. Im ersten Teil der Arbeit wird als spezielles Beispiel der q-deformierte dreidimensionale euklidische Raum studiert. Um die Darstellungen in einfacher Weise zu gewinnen, wird die den Raum definierende Algebra im Produkt zweier miteinander kommutierender Algebren realisiert. Weiter wird mit Hilfe dieser Zerlegung die nichtkommutative Algebra in die Algebra der Dierenzialoperatoren auf dem kommutativen R3 eingebettet. Die Koordinatenalgebra wird dann noch um Impulsoperatoren erweitert, womit man eine q-deformierte Heisenbergalgebra erhält. Es werden Darstellungen dieser Algebra betrachtet; insbesondere wird sie auf der Koordinatenalgebra selbst realisiert, dies entspricht der Ortsdarstellung in der gewöhnlichen Quantenmechanik. Eichtheorien bilden eine Möglichkeit, konkrete physikalische Modelle zu erhalten. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Versuch, Eichtheorien auf nichtkommutativen Räumen zu formulieren. Dazu wird zunächst das Konzept kovarianter Koordinaten und kovarianter Ableitungen eingeführt. Mit diesen können Tensoren konstruiert werden, die der Feldstärke in gewöhnlichen Eichtheorien entsprechen. Mit Hilfe dieser Tensoren erhält man eine Wirkung, welche eine Beschreibung der Dynamik der Eichfelder ermöglicht. Es stellt sich heraus, dass es möglich ist, Eichtheorien auf nichtkommutativen Räumen mit Eichtheorien auf kommutativen Räumen in Verbindung zu bringen (Seiberg-Witten-Abbildung). Dies wird insbesondere unter dem Gesichtspunkt vorgestellt, dass es damit möglich ist, einhüllenwertige Eichtheorien mit endlich vielen Eichfeldkomponenten und Eichparametern zu beschreiben. Zur Konstruktion dieser Abbildung wird das Sternprodukt von Funktionen kommutierender Variabler benutzt. Es wird daher eine kurze Einführung in den Sternformalismus gegeben, und es werden auch einige nichtkommutative Strukturen als Beispiele behandelt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals Poly(4,4’-dimethoxybithiophen)-Filme als polymere Anoden mit variabler Austrittsarbeit für die Injektion von Löchern in organische Halbleiter- Systeme und OLEDs verwendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich diese Injektionsschichten prinzipiell dazu eignen, die Eigenschaften von OLEDs zu verbessern. Es ist schon relativ lange bekannt, dass die optischen und elektrischen Eigenschaften von π- konjugierten Polymeren, wie Absorption bzw. Leitfähigkeit, vom elektrochemischen Oxidationspotential abhängig sind. Der Aspekt aber, dass ebenso die Austrittsarbeit mit dem Oxidationszustand korreliert ist, wurde bisher nicht berücksichtigt. Dies konnte im Rahmen dieser Arbeit mithilfe von Poly(4,4’-dimethoxybithiophen) als typischen Vertreter von leitfähigen Polymeren zum ersten Mal demonstriert werden. Dabei wurden PDBT-Filme auf ITOSubstraten polymerisiert und nachträglich elektrochemisch unterschiedlich stark oxidiert, wobei zum Ladungsausgleich das polymere Anion PSS diente. Es konnte gezeigt werden, dass, wie für solche π-konjugierten Polymere üblich, sowohl die Absorptionseigenschaften als auch die Leitfähigkeit von PDBT unter Verwendung des polymeren Anions PSS stark vom jeweiligen Oxidationspotential bzw. Beladungsgrad abhängig sind. Es konnten elektrochemische Gleichgewichtspotentiale zwischen ca. –0.3 V und maximal +0.5 V vs. Ag/AgCl hergestellt werden, was einer Austrittsarbeit von 4.5 eV bis maximal +5.3 eV entspricht. Dazwischen kann jedes beliebige Oxidationspotential eingestellt werden. Um die Auswirkungen dieser polymeren PDBT-Filme mit unterschiedlichen Oxidationspotentialen auf das Injektionsverhalten von Löchern zu überprüfen, wurden diese Schichten als Anoden für das einfache löcherleitende molekular dotierte System TPD in einer Polycarbonatmatrix verwendet. Dieses organische Modellsystem wurde zunächst eingehend untersucht, wobei festgestellt wurde, dass bei Verwendung von ITO als Anode und Al als Kathode die Diodenkennlinie ausschließlich aus der Injektion von Löchern in die organische Schicht resultiert. Der Stromtransport ist injektionslimitiert und kann mithilfe des Modells der feldunterstützten thermionischen Emission von Ladungsträgern sehr gut beschrieben werden. Ausgehend von diesen Untersuchungen konnte an diesem Modellsystem gezeigt werden, dass durch die Verwendung der polymeren PDBT-Anoden im Vergleich zu ITO die Lochinjektion verbessert werden kann. Mit Zunahme des Oxidationspotentials des PDBTs verschieben sich die Diodenkennlinien sukzessiv zu kleineren Feldstärken bzw. bei konstanter Feldstärke nimmt die Stromdichte kontinuierlich zu. Dies kann nur damit erklärt werden, dass die Injektionsbarriere mit zunehmendem Oxidationspotential kleiner wird und somit die Austrittsarbeit der polymeren Anoden zunehmen muss. Durch temperaturabhängige Messungen und die Anwendung des Modells der feldunterstützten thermionischen Emission konnte gezeigt werden, dass tatsächlich die Injektionsbarriere mit zunehmendem Oxidationspotential der PDBT-Anode kleiner wird. Für die PDBT-Anode mit einem Oxidationspotential von +0.4 V vs. Ag/AgCl bzw. einer Austrittsarbeit von 5.2 eV ist die Barriere für die Injektion der Löcher gänzlich verschwunden, so dass also ein optimaler, ohmscher Kontakt hergestellt werden konnte. Für das löcherleitende System TPD/PC wurde insgesamt ein Übergang von injektions- zu raumladungslimitiertem Stromtransport festgestellt. Diese im Rahmen dieser Arbeit gemachten Beobachtungen an dem einfachen löcherleitenden Modellsystem belegen deutlich, dass die Austrittsarbeit von PDBT direkt mit dem Oxidationszustand korreliert ist, und zwar in der Art, dass die Austrittsarbeit mit zunehmendem Oxidationspotential bzw. Beladungsgrad zunimmt. Es konnte darüber hinaus für das TPD/PC-System gezeigt werden, dass im Fall eines ohmschen Injektionskontakts, der mit den hochoxidierten PDBT-Schichten mit einer Austrittsarbeit von ca. 5.2 eV hergestellt wurde, der raumladungslimitierte Stromtransport durch die organische Halbleiterschicht mithilfe des childschen Gesetzes, das eine feldabhängige Mobilität berücksichtigt, beschrieben werden kann. Damit können Daten über die Feldabhängigkeit der Löcherbeweglichkeit erhalten werden. Nicht nur für das TPD/PC-System, sondern auch für das verwandte System 1-NaphDATA in PC und für das „Poly-TPD“-System konnte ein ohmscher Kontakt mit den hochoxidierten PDBT-Anoden hergestellt und damit dessen Feldabhängigkeit der Löcherbeweglichkeit ermittelt werden, was normalerweise nur mit aufwendigen TOF-Messungen möglich ist. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde das Injektionsverhalten von unterschiedlich dotierten PDBT-Anoden auch an OLED-Systemen untersucht. Dabei zeigte sich wie bei dem einfachen löcherleitenden TPD/PC-System, dass mit zunehmender Austrittsarbeit der polymeren PDBT-Anoden sich die Löcherinjektion verbessert und somit in einer vergrößerten Stromdichte resultiert. Allerdings wurde auch deutlich, dass sich eine verbesserte Löcherinjektion nicht immer positiv auf die Elektrolumineszenz und den Wirkungsgrad der OLEDs auswirkt. Lediglich für den Fall, dass die Rekombination der Ladungsträger durch einen Mangel an Löchern gekennzeichnet ist, kann die Performance von OLEDs durch eine verbesserte Lochinjektion gesteigert werden. Dies konnte für die OLEDs basierend auf einer PFO- bzw. PPV-Derivat-Schicht demonstriert werden. Dabei konnte nicht nur die Betriebsspannung in Abhängigkeit von der Austrittsarbeit der polymeren Anode verringert werden, sondern gleichzeitig auch die Helligkeit und die Effizienz der Bauteile erheblich gesteigert werden. Wird dagegen die Rekombinationsrate wie im Fall des Zweischichtsystems bestehend aus einer löcherleitenden „Poly-TPD“- und einer elektronenleitenden molekular dotierten PBD/Perylen/PAMS-Schicht von den Elektronen kontrolliert, so muss für die Steigerung der Performance der OLEDs die Austrittsarbeit der PDBT-Anode verringert werden. Durch den Einsatz von PSS-Anionen bei der Polymerisation und Oxidation der PDBTAnoden ist man auf einen Bereich von 4.5 bis maximal 5.2 – 5.3 eV beschränkt. Durch die Verwendung von kleineren Gegenionen könnte aber diese Beschränkung in der oxidativen Richtung aufgehoben werden. Allerdings muss dabei gewährleistet sein, dass eine Migration dieser kleineren Moleküle aus der Injektionsschicht in die halbleitende organische Schicht ausgeschlossen ist, da solche ionischen Verunreinigungen quenching Zentren für die Elektrolumineszenz sein können. Basierend auf einer PFO-Schicht konnte die Herstellung von kombinatorischen OLED-Arrays demonstriert werden, wobei sowohl die Austrittsarbeit als auch die Dicke der PDBT-Schicht variiert wurden. Prinzipiell eignet sich diese Methodik durch die gleichzeitige Variation von zwei Parametern, wie z. B. verschiedenen Polymeren, Gegenionen, Herstellungsverfahren oder Austrittsarbeiten, dazu, OLED-Systeme einfach zu optimieren. Insgesamt kann also festgehalten werden, dass im Rahmen dieser Arbeit die direkte Korrelation zwischen dem Oxidationspotential und der Austrittsarbeit von PDBT erstmals demonstriert werden konnte. Mithilfe des hier vorgestellten Konzepts konnte generell gezeigt werden, dass mit zunehmender Austrittsarbeit der polymeren Anode die Lochinjektion in einfache löcherleitende Systeme und OLEDs verbessert werden kann. Ähnliche Ergebnisse wie mit PDBT werden auch für andere leitfähige π-konjugierte Polymere (z. B. PEDOT) erwartet. Eine großtechnische Umsetzung dieses Konzepts würde sich prinzipiell durch eine nasschemische Oxidation realisieren lassen. Für viele OLEDs muss allerdings nicht die Injektion der Löcher, sondern der Elektronen verbessert werden, um effiziente Systeme zu erhalten. Es wäre also wünschenswert, das hier vorgestellte Konzept auch auf die Elektroneninjektion zu übertragen, was prinzipiell möglich ist. Im Moment stehen aber dazu keine geeigneten Polymere zur Verfügung, die eine ausreichende chemische Stabilität besitzen.