Multifunctional metasurfaces empowered by bound states in the continuum

Metasurfaces, consisting of two-dimensional arrays of nanostructures, have significantly advanced photonics by enabling precise control over light-matter interactions in compact designs. Bound states in the continuum (BICs) have garnered increasing attention as a key mechanism underpinning recent performance advances of metasurfaces, offering spectral selectivity, strong light confinement, and significant enhancement of electromagnetic fields. This thesis explores BIC metasurfaces as a versatile platform across diverse domains, bridging fundamental principles with practical applications. The foundational chapters provide a theoretical framework for understanding BICs, including their symmetry-driven confinement mechanisms and topological properties, and outline advanced methodologies for their design, fabrication, and optical characterization. Building on this foundation, the application-focused chapters demonstrate the transformative potential of BIC metasurfaces. In photocatalysis, BIC metasurfaces enhance light absorption and energy localization, significantly improving catalytic efficiency. For surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), they provide a tunable, reproducible alternative to conventional plasmonic platforms, enabling high-sensitivity molecular detection. In dynamic electrical tunability, reconfigurable BIC metasurfaces offer unprecedented control over optical responses, unlocking new possibilities in adaptive optics and sensing technologies. The multidisciplinary research presented in this thesis presented the potential of BIC-driven metasurfaces as multifunctional photonic devices, integrating energy conversion, sensing, and reconfigurable functionalities

Il processo e il racconto. Salvatore Satta giurista-scrittore

Salvatore Satta (1902-1975) è stato un importante giurista e accademico italiano del Novecento; in particolare è stato un grande studioso del processo civile. Accanto all’attività primaria, sin dalla giovane età si è cimentato con la scrittura letteraria. Il romanzo autobiografico La veranda, il saggio De profundis e il romanzo incompiuto della maturità Il giorno del giudizio vengono analizzati in questo lavoro e messi in corrispondenza con gli scritti di matrice giuridica riuniti nei Soliloqui e colloqui di un giurista per ricostruire il pensiero filosofico-giuridico dell’autore. La tesi guida di questa dissertazione sul romanziere e giurista sardo è che processo giudiziario, giudizio e narrazione sono sistematicamente connessi nei suoi scritti, ma anche in generale. Il lavoro ricostruisce queste connessioni e le colloca nel più ampio contesto dell’opera di Satta - anche in confronto con il suo contemporaneo letterato Leonardo Sciascia, che ha affrontato temi simili da una prospettiva diversa - e le situa nel contesto degli studi interdisciplinari su Letteratura e Diritto in Europa e negli Stati Uniti. Paola Zuccarini ha studiato legge a Roma a La Sapienza e conseguito l’abilitazione alla professione di avvocato nel 1996. Nel 2012 ha ottenuto il titolo “Magister Legum” presso la facoltà di giurisprudenza della Ludwig-Maximilians-Universität München. Dal 2010 è membro del direttivo di Forum Italia e.V., che promuove la lingua e cultura italiane in München. È stata docente a contratto presso l’Istituto di Filologia Italiana (LMU), dove nel 2025 ha conseguito il dottorato con questa tesi.Salvatore Satta (1902-1975) war ein bedeutender italienischer Jurist und Rechtsgelehrter des 20. Jahrhunderts. Neben seiner Haupttätigkeit versuchte er sich schon in jungen Jahren als Schriftsteller. Der autobiographische Roman La Veranda, der Essay De profundis und der unvollendete Roman seiner Reifezeit Il giorno del giudizio werden in dieser Arbeit analysiert und mit seinen in den Soliloqui e colloqui di un giurista gesammelten juristischen Schriften in Beziehung gesetzt, um das rechtsphilosophische Denken des Autors zu rekonstruieren. Die Leitthese dieser Dissertation über den sardischen Romancier und Juristen ist, dass Gerichtsverfahren, Urteil und Erzählung speziell bei ihm, aber auch über sein Œuvre hinaus systematisch miteinander verbunden sind. Die Arbeit rekonstruiert diese Zusammenhänge und stellt sie in den breiteren Kontext von Sattas Werk – auch im Vergleich mit seinem literarischen Zeitgenossen Leonardo Sciascia, der sich ähnlichen Themen aus einer anderen Perspektive näherte – und verortet sie im Kontext der interdisziplinären Forschungsrichtung Literatur und Recht in Europa und den Vereinigten Staaten. Paola Zuccarini studierte Rechtswissenschaften an der La Sapienza in Rom und wurde 1996 als Rechtsanwältin zugelassen. Im Jahr 2012 erhielt sie den Titel „Magister Legum“ an der Juristischen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München. Seit 2010 ist sie Vorstandsmitglied des Forum Italia e.V., das die italienische Sprache und Kultur in München fördert. Sie war Lehrbeauftragte am Institut für Italienische Philologie (LMU), wo sie 2025 mit dieser Dissertation promoviert wurde.Salvatore Satta (1902-1975) was an important 20th century Italian jurist and academic; in particular, he was a great scholar of the civil process. Alongside his primary activity, he tried his hand at literary writing from an early age. The autobiographical novel La Veranda, the essay De profundis and the unfinished novel of his maturity Il giorno del giudizio are analysed in this work and put in correspondence with the legal writings collected in the Soliloqui e colloqui di un giurista to reconstruct the author's philosophical-legal thought. The guiding thesis of this dissertation on the Sardinian novelist and jurist is that judicial process, judgement and narration are systematically connected in his writings, but also in general. The paper reconstructs these connections and places them in the broader context of Satta's work - also in comparison with his literary contemporary Leonardo Sciascia, who approached similar themes from a different perspective - and situates them in the context of interdisciplinary studies on Literature and Law in Europe and the United States. Paola Zuccarini studied law at La Sapienza in Rome and qualified as a lawyer in 1996. In 2012, she obtained the title “Magister Legum” at the Faculty of Law of the Ludwig-Maximilians-Universität München. Since 2010, she has been a member of the board of Forum Italia e.V., which promotes Italian language and culture in Munich. She was an adjunct lecturer at the Institute of Italian Philology (LMU), where she received her doctorate with this thesis in 2025

In vitro-Evaluation neuer Therapiestrategien bei neovaskulärer AMD: Inhibition von Angiogenese und Fibrose jenseits von anti-VEGF

Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine der führenden Ursachen für Erblindung im Alter. Während die neovaskuläre Form (nAMD) aktuell mit anti-VEGF-Therapien behandelt wird, bleibt die langfristige Sehschärfe oft eingeschränkt, und es kann eine partielle Resistenz gegen VEGF-Inhibition auftreten. Eine mögliche Ursache hierfür ist die Perizyten-vermittelte Stabilisierung pathologischer Gefäße, die durch VEGF-unabhängige Mechanismen reguliert wird. Ziel dieser Studie war es, alternative therapeutische Strategien jenseits der VEGF-Hemmung zu untersuchen, insbesondere durch die m-TOR-Inhibition mit Sirolimus (Rapamycin). In-vitro-Experimente an humanen retinalen Perizyten (HRP) und humanen umbilikalen Endothelzellen (HUVEC) wurden durchgeführt, um die Auswirkungen auf Zellproliferation, Migration und Tube-Formation zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Sirolimus dosisabhängig die Proliferation von Perizyten um bis zu 60% (IC50: 423 ng/ml) hemmte und die Migration um bis zu 76,8% (p<0,0001) reduzierte. Zudem konnte die Stabilisierung endothelialer Strukturen durch Perizyten um bis zu 94% gehemmt werden, was auf eine potenzielle Aufhebung der anti-VEGF-Resistenz hinweist. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass eine Kombinationstherapie aus VEGF- und m-TOR-Inhibition ein vielversprechender Ansatz zur verbesserten Kontrolle der nAMD sein könnte. Weitere in-vitro als auch in-vivo-Studien sind erforderlich, um das therapeutische Potenzial zu validieren

Postmortale Diagnostik einer hypo-/hyperglykämischen Stoffwechsellage

Sowohl aus straf- als auch aus zivilrechtlicher Sicht stellt sich im Rahmen von unbekannten Todesfällen in der Rechtsmedizin immer wieder die Frage nach einer möglichen Glucose-Stoffwechselentgleisung, welche direkt oder indirekt ursächlich für den Tod eines Menschen gewesen sein könnte. Diese kann u.a. durch die falsche Einnahme blutzuckersenkender Arzneistoffe, ggf. in Kombination mit verringerter oder erhöhter Kohlenhydrataufnahme als auch durch Applikation von Insulin entstehen. Während bei Lebenden eine quantitative Aussage über die aktuelle Glucose-Konzentration im Blut durch die Durchführung einer Blutzucker-Messung möglich ist, beeinflussen mehrere Faktoren den Rückschluss auf die Blutzucker-Konzentration zu Lebzeiten des Verstorbenen. Dazu zählen u.a. die Agonie, Begleiterkrankungen, Liegedauer, Infektionen oder ggf. durchgeführte iatrogene Maßnahmen. Diese und noch andere Gründe können jeweils eine Ausschüttung von Glucose regulierenden Hormonen bewirken und dadurch eine Dysbalance hervorrufen. Postmortal ist besonders das Aufdecken von Entgleisungen des Glucose-Stoffwechsels schwierig, da oftmals klare anatomisch-pathologische Befunde nicht vorhanden sind. Durch den quantitativen Nachweis von Insulin an Injektionsorten und/oder das anamnestizieren von klinischen Symptomen einer Stoffwechselstörung zum Todeszeitpunkt können zielführend sein. Ziel dieser Arbeitsstudie ist es, die im Rahmen von gerichtlich angeordneten Obduktionen entnommenen Asservate auf ihre Glucose- und Lactat-Konzentration zu untersuchen und die erhaltenen Ergebnisse auszuwerten. Dadurch soll eine bessere Einschätzung der Glucose-Stoffwechsellage ermöglicht werden, ob zum Todeszeitpunkt des Verstorbenen eine Störung oder sogar eine Entgleisung des Glucose-Stoffwechsels vorlag und ob und falls ja, inwieweit diese direkt oder indirekt für den Tod der Person ursächlich war

tRNA modifications as molecular fossils of a protocellular translation system

Centuries of debate on the topics of the origin of life on Earth resulted in the current viewpoint that small organic molecules formed by cosmic or atmospheric phenomena would slowly accumulate and react under prebiotic conditions on the early Earth to form essential precursors that are basic building blocks of primitive biopolymers. Short biopolymers resulting from the random chemical oligomerization of these building blocks could then be selected by their inhabiting environments, and those with the fittest physicochemical properties to accumulate and enrich would polymerize to acquire higher complexity in structures and functions, a process now regarded as ‘chemical evolution’. Among the three component biopolymers of life, namely DNA, RNA and peptides, RNA possesses the capabilities to transfer genetic information by base pairing and perform a wide range of catalytic activities, when folded into ribozymes. Hence, the ‘RNA world’ theory indicates a key period of the chemical evolution in which RNA molecules served as a key hereditary molecule and evolved rapidly to catalyze rudimentary biochemical reactions that progressively shaped the modern biochemistry. However, the RNA world model faces several unanswered questions and one of those being the origin of translation, a process where RNAs are decoded to form peptides and evolved beyond the RNA world. Translation is characterized by two features - a template-directed peptide synthesis and(in) a defined genetic code dictionary. Attempting to address the mystery of the origin of translation, we looked into non-canonical nucleotides that are today found in the tRNAs and rRNAs of the translation machinery, which are highly conservative among all lifeforms on Earth and are considered as ‘molecular fossils’. Since many of them were found to form parallelly with the canonical nucleic acid molecules in various prebiotic reaction pathways, they were likely to be incorporated into early RNA oligonucleotides and served important roles in the early functionalization and survival of RNA. In this thesis, we designed the chemical synthesis of these modified RNAs and investigated their physicochemical properties. We built a model in which these modifications could perform template-directed peptide synthesis and acquire elementary chemoselectivity by liposome interactions

Ästhetische Bilder und visuelle Faszination im Physikunterricht

Bilder im Physikunterricht erfüllen über ihre instruktionalen Funktionen hinaus viele affektive Funktionen, wie z.B. Aufmerksamkeit erregen, Faszination wecken sowie Interesse fördern. Die bisherige Forschung legt nahe, dass eine erhöhte affektive Wahrnehmung die Freude und die Bereitschaft zur Auseinandersetzung mit physikalischen Inhalten verstärken kann. Studien schreiben dabei ästhetischen Bildern eine besonders hohe affektive Komponente zu. Für ein umfassendes Verständnis der Effekte von ästhetischen Bildern im naturwissenschaftlichen Unterricht sind weitere Erkenntnisse nötig. Dies motiviert die in der vorliegenden Arbeit durchgeführte Untersuchung von Ästhetik und visueller Faszination instruktionaler Bilder im Physikunterricht. Mit dem Ziel, wichtige Komponenten für ästhetische Bilder zu erfassen, wurde ein Katalog mit forschungsbasierten Kriterien zur Auswahl von ästhetischen Bildern für den Physikunterricht zusammengestellt. Dabei wurden unter anderem Erkenntnisse der Psychologie angewendet sowie inhaltsbezogene Kriterien aus der Forschung und Praxis der Physikdidaktik mit einbezogen. In der vorliegenden Arbeit wurden diese Kriterien eingesetzt, um potentiell ästhetische Bilder zu dem Thema geometrische Optik mit dem Kontext Natur auszuwählen. Für eine instruktionale Einbindung wurden die Bilder als Teil von Aufgaben in eine Lernumgebung integriert. Zur Evaluation der subjektiv empfundenen visuellen Ästhetik wurde ein Messinstrument, basierend auch auf Vorarbeiten in der Kunst- und Emotionspsychologie, für Bilder im Physikunterricht zugeschnitten und validiert. Auf dieser Basis wurde eine Schulstudie mit Schülerinnen und Schülern (N = 118) der Mittelstufe durchgeführt. Die Lernenden bearbeiteten in einem Crossover-Design Aufgaben mit ästhetischen Bildern und mit Bildern, die denselben Lerninhalt mit Bildern von Experimenten im Klassenzimmer zeigen. Anschließend wurden Bilder beider Kategorien nach ihrer ästhetischen und affektiven Bildwahrnehmung bewertet. Auch weitere Faktoren wie Interesse, themenspezifisches Wissen sowie die Bearbeitungszeit der Aufgaben wurden erhoben. Die Ergebnisse zeigen durchwegs eine signifikant bessere Bewertung der ausgewählten ästhetischen Bilder mit hohen Effektstärken für die ästhetische Bildwahrnehmung (Cohen's d = [1,05 - 1,56]) und die affektive Bildwahrnehmung (Cohen's d = [0,85 - 1,48]). Eine einzige punktuelle Ausnahme kann im Rahmen des Forschungshintergrunds gut erklärt werden. Für die Wissenszuwächse und Bearbeitungszeiten konnten bei den vorgegebenen begrenzten Interaktionszeiten keine signifikanten Unterschiede erfasst werden. In dieser Arbeit wurden ästhetische Bilder im Kontext Natur sowohl dekorativ als auch instruktional durch Aufgaben in eine Lernumgebung integriert. Mit den in dieser Arbeit durchgeführten Studien konnte nachgewiesen werden, dass der hier entwickelte Kriterienkatalog nützlich für die Auswahl von ästhetischen Bildern ist, welche bei Lernenden eine signifikante positive ästhetische und affektive Wahrnehmung hervorrufen. Dieser Katalog kann auch Lehrkräften praktische Hinweise für die Auswahl ästhetischer Bilder liefern. Somit ist eine Grundlage für die weitere Nutzung des pädagogischen Potenzials von ästhetischen Bildern im Physikunterricht gelegt. Darüber hinaus bildet diese Arbeit eine Grundlage für zukünftige Untersuchungen von Ästhetik im naturwissenschaftlichen Unterricht

Morphological and molecular characterization of columnar cholinergic neurotransmission onto T5 cells of Drosophila

Sensory feedback initiates bottom-up brain processing, which in line activates top-down processing. Vision is a major sensory input in this processing loop, that eventually leads to perception and decision making. Navigating the environment while choosing attractive visual cues over aversive ones, evaluating ego-motion to stabilize a course, chromatically and achromatically detect objects, are some of the tasks that visual systems perform. To elucidate the cellular and molecular mechanisms of such neural computations and the resulting behaviors, more simplistic, yet powerful, visual systems have been explored. Being a genetically tractable model organism that exhibits high neuronal and behavioral diversity, Drosophila melanogaster serves this purpose well. Neuronal connectivity is now accessible thanks to connectomic approaches, but the morphological and molecular identities of each chemical connection are still quite elusive. This cumulative-style doctoral thesis consists of two manuscripts that explore chemical synapses in the OFF-motion vision circuitry of Drosophila. The first manuscript investigates the polyadic morphology of chemical synapses between the primary motion detectors in the OFF pathway, T5 cells, and their columnar cholinergic inputs Tm1, Tm2, Tm4 and Tm9. In this work, I used the open-data connectomics database FlyWire and identified the Tm-to-T5 wiring via various polyadic synapse types. Then, I focused on the T5 dendritic distribution of the different polyadic types and found differences in their spatial patterns. Lastly, I showed that the polyadic morphology is setting a directional wiring architecture at the T5 network level. This work demonstrated the subsynaptic level of complexity in Tm-to-T5 connectivity. In the second manuscript of my doctoral thesis, we investigated the molecular identity of each Tm-to-T5 chemical connection. Fast ionotropic nicotinic (nAChRs) and slow metabotropic muscarinic (mAChRs) acetylcholine receptors are expressed in the brain of Drosophila, but the contribution of different AChRs to visual information processing remained poorly understood. We used a suit of genetic tools and gained accessibility to AChRs, thus finding the nAChRα1, nAChRα3, nAChRα4, nAChRα5, nAChRα7 and nAChβ1 subunits and the mAChR-B receptor localizing on T5 dendrites. Mapping the most highly expressed nAChR subunits across Tm-to-T5 synapses showed the nAChRα5 prevalence in Tm1-, Tm2- and Tm4-to-T5 synapses and of nAChRα7 in Tm9-to-T5 synapses. In vivo functional characterization of nAChRα4, nAChRα5, nAChRα7 and mAChR-B revealed alterations in the fly optomotor response and T5 directional tuning after AChR knock-down. Collectively, this work exhibited the complexity of cholinergic neurotransmission and consequently of preferred direction enhancement in T5 cells, which is introduced by the different receptor categories, subunit stoichiometries, isoforms and their synaptic localization

X-ray emission of simulated galaxies

Viele der physikalischen Prozesse, die den Aufbau und die Entwicklung großräumiger Strukturen im Universum steuern, setzen Strahlung im Röntgenbereich frei. Von diesen Strukturen sind Galaxien besonders interessant, da in ihnen optimale Bedingungen für jene Prozesse herrschen. Zum Beispiel wird das interstellare Medium (ISM) von Supernova (SN) Explosionen, den Winden massereicher Sterne, sowie der intensiven Strahlung des zentralen supermassiven schwarzen Lochs (SMBH) aufgeheizt. Des Weiteren können Röntgendoppelsterne, die durch Akkretionsprozesse an kompakten Objekten (CO) ihre Leuchtkraft erlangen, als Punktquellen in den Sternenfeldern von Galaxien beobachtet werden. Gleichzeitig wird großräumig verteiltes Gas im Gravitationspotential des zugrundeliegenden Halos dunkler Materie aufgeheizt. Dieses Reservoir an heißem Gas reguliert, zum Beispiel, die Sternentstehungsrate im Inneren des Halos. Alle hier genannten Phänomene können im Röntgenstrahlenbereich beobachtet werden und bilden einen wichtigen Eckpfeiler für unser Verständnis von Strukturbildung im Universum. Zu den aufgezeigten Beobachtungen können moderne kosmologische hydrodynamische Simulationen eine ergänzende Funktion einnehmen, da sie morphologische und hydrodynamische Eigenschaften von Galaxien und deren Umgebung im Kiloparsec-Bereich auflösen können. Der Fortschritt in der numerischen Astrophysik ermöglicht es, realistische Umgebungsbedingungen für Galaxienentwicklung zu schaffen, sodass detaillierte Analysen mit dem Informationsgehalt des gesamten Phasenraums durchgeführt werden können. In dieser Arbeit stellen wir eine Analyse der Röntgeneigenschaften von simulierten Galaxien aus der modernen kosmologischen Simulationsreihe "Magneticum Pathfinder" vor. Dabei nutzen wir ein virtuelles Röntgenobservatorium genannt PHOX, welches die intrinsischen Eigenschaften der Simulation nutzt, um realistische Pseudobeobachtungen im Röntgenbereich zu produzieren. Das Novum in unserer Analyse basiert auf der Entwicklung eines numerischen Modells, das die stellare Komponente kosmologischer Simulationen nutzt, um realistische Abbilder von Röntgendoppelsternpopulationen zu generieren. Teil I beginnt mit einer allgemeinen Einleitung über fundamentale Prinzipien der Galaxienentwicklung sowie physikalischer Prozesse, die die Kühlung von astrophysikalischen Gasen beschreiben. Im Nachhinein geben wir einen Überblick über Beobachtungen der verschiedenen Größenskalen von Galaxien im Röntgenbereich, die vom ISM bis zum zirkumgalaktischen Medium (CGM) reichen. Wir schließen Teil I mit einer detaillierten Beschreibung der Entstehung und Entwicklung von Röntgendoppelsternen sowie der relevanten Akkretionsprozesse. In Teil II präsentieren wir zunächst die numerische Implementierung physikalischer Modelle in "Magneticum" anhand der Sternentstehung und Energierückkopplung des SMBH und beschreiben die Konvertierung von Simulationsdaten zu Pseudobeobachtungen im Röntgenbereich. Darauffolgend beschreiben wir unser neues Modell zur Darstellung von Röntgendoppelsternen mithilfe der Eigenschaften der kosmologischen Simulation. Wir führen verschiedene Prüfungen unseres Modells durch, um die korrekte Darstellung empirischer Relationen und räumlicher Verteilung von Röntgendoppelsternen in simulierten Galaxien zu gewährleisten. Des Weiteren zeigen wir, dass unser Modell korrekte Röntgenspektren von Galaxien erzeugt und dass der Beitrag von Röntgendoppelsternen den Ergebnissen von Beobachtungen entspricht. Darauf aufbauend untersuchen wir die Flächenverteilung der Leuchtkraft im Röntgenbereich von simulierten Galaxien, wobei unser Modell wichtige Einblicke in mögliche Kontaminationsquellen im CGM gibt. Wir zeigen, dass etwa 10% der Leuchtkraftverteilung nahe des Virialradius einer Galaxie auf Röntgendoppelsterne zurückgeführt werden kann. Zusätzlich ist die Normalisierung der Leuchtkraftverteilung in Galaxien mit hohen Sternentstehungsraten größer als in solchen mit niedrigen Raten. Die maximale räumliche Ausdehnung der Leuchtkraftverteilung ist außerdem abhängig vom Massenanteil und der mittleren Temperatur des heißen Gases der Galaxie sowie von der Gesamtmasse an Sternen. Unter näherer Betrachtung der Gaskomponente stellen wir quantitativ steilere Leuchtkraftverteilungen in simulierten als in realen Galaxien fest, wobei die Steigung mit der Gesamtleuchtkraft im Röntgenbereich und dem Massenanteil an heißem Gas positiv korreliert. Interessanterweise weist die momentane Akkretionsrate des zentralen SMBH Korrelationen mit denselben Parametern auf, was auf die regulierenden Eigenschaften des SMBH im Zusammenhang mit Galaxienentwicklung hindeutet. Trotz der steileren Leuchtkraftverteilung ist die Gesamtleuchtkraft der simulierten Galaxien als Funktion der Virialmasse im Einklang mit beobachteten Relationen. In Teil III fokussieren wir unsere Analyse auf filamentartige Netzwerke der Materie, welche großräumige Strukturen miteinander verbindet. Das dünne Plasma innerhalb dieser Filamente zeigt lediglich schwache Abstrahlung im Röntgenbereich und wird von Galaxien und Galaxienhaufen überstrahlt. Daher präsentieren wir eine vorläufige Studie zu den Fähigkeiten von zukünftigen Röntgenteleskopen, die sich der Mikrokalorimetrie bedienen, um mit hoher spektraler Auflösung die schwache Emission der Filamente zu erschließen. Abschließend fassen wir unsere Ergebnisse in Teil IV zusammen und zeigen Perspektiven für zukünftige Studien mit unserem Modell auf. Diese beinhalten unter anderem Synergien zwischen räumlich hochauflösenden Röntgen- und Infrarotteleskopen, welche die Beschreibung von Röntgendoppelsternen in simulierten und realen Galaxien verbessern werden. Außerdem kann der genaue Beitrag von Galaxien und Röntgendoppelsternen zum kosmischen Röntgenhintergrund abgeschätzt werden.Many of the physical processes governing the assembly and evolution of structures in the universe release radiation in the X-ray regime. Galaxies, in particular, exhibit the necessary conditions for these processes. For instance, the interstellar medium (ISM) is heated and ionized by shockwaves of supernova (SN) remnants, by the intense winds of massive stars, and by the intense radiation and energy deposition of an actively accreting super-massive black hole (SMBH) in the galactic center. Point-like X-ray binary (XRB) sources observed in the stellar field of galaxies are associated with binary stars containing a compact object (CO) where gravitational and orbital interaction funnel material onto the CO via a viscously heated accretion disc. Lastly, the gas surrounding each galaxy from the primordial assembly is heated by the gravitational potential well of the galaxy's dark matter halo and acts as a recycling agent for star formation processes in the inner halo. Therefore, X-ray observations of galaxies are an important cornerstone for our understanding of structure formation and processes governing the cooling and heating of astrophysical plasmas. Observations are complemented by cosmological hydrodynamical simulations which are able to resolve morphological features and hydrodynamic properties of the gas within galaxies down to kiloparsec scales and provide realistic environments for their evolution. The tremendous progress in the field of computational astrophysics provides a controlled physical representation of galaxy evolution which can be analyzed in depth using the full phase-space information of such simulations. In this work, we present an analysis of X-ray properties of simulated galaxies from the state-of-the-art hydrodynamical cosmological simulation suite "Magneticum Pathfinder" and also connect them to the large-scale environment. We make use of the virtual X-ray photon observatory PHOX which converts the intrinsically tracked properties of the simulation to produce a realistic X-ray mock observation. The novelty in our analysis lies in the development of a new numerical model that produces realistic XRB sources for X-ray mock observations of the stellar component in the simulation. In Part I of the thesis, we begin with a general introduction to the main principles of galaxy formation and the main physical processes governing the cooling of astrophysical gas. We follow up with an overview of X-ray observations on various scales ranging from their ISM to the circumgalactic medium (CGM) and describe the formation and evolution of XRB sources in much greater detail also touching on the main aspects regarding accretion physics. In the following Part II, we start by presenting implementation details of the physical models included in "Magneticum", i.e. star formation and SMBH feedback, and describe the process of converting the simulation output into realistic X-ray mock observations. We continue with an in-depth description of our new model which produces realistic XRB populations from the stellar component of the simulation. We perform various tests to confirm that the modeled XRB populations follow empirically derived X-ray scaling relations and the appropriate stellar age distribution within the simulated galaxy. Furthermore, we show that the inclusion of this new approach for XRB sources produces galaxy X-ray spectra that are in perfect agreement with observations. Our model predicts the correct relative contribution of XRBs towards the X-ray spectrum. As a follow-up, we then investigate the surface brightness (SB) of simulated galaxies in "Magneticum" including our XRBs model to gain insights into possible contaminants when targeting the faint X-ray emission from the \acs*{cgm}. We find that XRBs can contribute up to 10\% of the signal received close to the virial radius of a galaxy indicating the presence of a diffuse stellar component. Furthermore, we find that the SB of star-forming galaxies (SFG) has a higher normalization than for \acp*{qug}. The extent of the SB in SFG declines with stellar mass, hot gas fraction, and hot gas temperature. Focusing on the gas component in simulated galaxies, we found quantitatively steeper fitted $\beta$-profiles in simulated galaxies compared to observations. The slope is correlated with the hot gas fraction and X-ray luminosity of the gas. Interestingly, the current accretion rate of the central SMBH is also correlated with the aforementioned quantities highlighting its regulatory role in galaxy evolution. Despite the steeper profile shapes the total gas X-ray luminosity within the virial radius as a function of halo mass is in good agreement with observed scaling relations. In Part III we focus on the large-scale cosmic web in which galaxies are embedded. We show a preliminary study on the faint emission and galaxy contamination of the thin plasma in the filamentary bridges between galaxy clusters. Specifically, we test the capabilities of future X-ray telescopes employing microcalorimeter technology to achieve much higher spectral resolution. We conclude this thesis in Part IV by summarizing our findings and giving future perspectives on additional studies. This includes possible synergies between high-resolution X-ray and infrared observations to improve the description of XRB populations in simulated and real galaxies. Another application would be the estimate of the contribution of galaxies in general and XRBs in particular towards the cosmic X-ray background