Wachstum und optische Anregung in dünnen Tetracenfilmen auf einkristallinen Oberflächen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die strukturellen und optischen Eigenschaften von Tetracen(Tc)-Dünnfilmen auf unterschiedlichen einkristallinen Substraten mittels Beugung mit niederenergetischen Elektronen (SPA-LEED), thermisch programmierter Desorption (TPD), Photolumineszenz- (PL-) und Photolumineszenz-Anregungs-Spektroskopie (PLE) untersucht. Eine wichtige Fragestellung war hierbei, inwieweit sich die optischen Eigenschaften durch die Wahl des Substrates ändern. Deshalb wurden zum einen die Ag(111)-Oberfläche als metallisches Substrat und zum anderen Saphir(0001) und ein Al2O3-Film, der epitaktisch auf einer Ni3Al(111)-Oberfläche gewachsen wurde, als isolierende Substrate mit großer Bandlücke gewählt. Auf der Ag(111)-Oberfläche konnten zwei langreichweitig geordnete Tc- Monolagenphasen präpariert werden (a- und ß-Phase). Die Entstehung beider Phasen ist durch die Substrattemperatur während der Tc-Filmpräparation induziert. Im Temperexperiment wurde ein irreversibler Phasenübergang von der metastabilen ß- zur stabilen a-Phase beobachtet. Obwohl die LEED-Bilder beider Phasen auf Monolagenstrukturen zurückzuführen sind, werden beide LEED-Bilder über einen weiten Filmdickenbereich (1 ML bis 50 ML) beobachtet. Ursache hierfür ist Stranski-Krastanov-Wachstum, bei dem die höheren Moleküllagen in Inseln auf einer geschlossenen Monolage aufwachsen. Trotz konstanter Präparationsparameter der Tc-Filme tritt auf der Ag(111)-Oberfläche eine große PL-Spektrenvielfalt auf. Dies deutet darauf hin, dass Tc eine Vielzahl energetisch ähnlicher Kristallstrukturen mit unterschiedlichen Lumineszenzeigenschaften bildet. Die Spektren unterscheiden sich zum Teil deutlich von den bekannten PL-Spektren von Tc-Einkristallen. Prinzipiell lassen sich die beobachteten PL-Spektren in zwei Klassen einteilen: breitbandige und schmalbandige PL-Spektren. Die breitbandigen PL-Spektren sind vergleichbar mit denen von Tc-Einkristallen. Beim Abkühlen ändert sich die Gestalt der PL-Spektren, die Lage des elektronischen 0-0-Übergangs und die vibronische Ankopplung deutlich. Dies deutet auf einen strukturellen Phasenübergang hin, bei dem eine starke Wechselwirkung der Exzitonen mit dem Kristallgitter auftritt. Völlig gegensätzlich verhalten sich die schmalbandigen PL-Spektren. Bei diesen Spektren dominiert der 0-0-Übergang, die vibronische Ankopplung ist vernachlässigbar. Beim Abkühlen des Filmes beobachtet man keine Verschiebung der Peaklagen. Auffällig ist eine extreme Reduktion der Halbwertsbreite sowie eine große Intensitätszunahme des 0-0-Übergangs. Vermutlich wächst Tc hier in einer völlig anderen Struktur auf als bei den breitbandigen Spektren. Diese Struktur wird beim Abkühlen durch die Ag(111)-Oberfläche stabilisiert, sodass kein Phasenübergang stattfindet. Die optischen Eigenschaften der schmalbandigen PL-Spektren sind für Tc bislang einzigartig. Möglicherweise emittieren die Exzitonen hier durch eine starke Kopplung superradiant. Auf der Ag(111)-Oberfläche beobachtet man eine vollständige Löschung der Lumineszenz aus den ersten beiden Moleküllagen. Diese Löschung wird durch einen ultraschnellen Ladungstransfer über die chemische Bindung der Moleküle zum metallischen Substrat und über einen resonanten Förstertransfer hervorgerufen. Erst mit dem Entstehen der dritten Moleküllage setzt die Lumineszenz ein. Auf Isolatorsubstraten sollte aufgrund der großen Bandlücke ein Energietransfer, der mit einer Löschung der Lumineszenz verbunden ist, aus energetischen Gründen nicht möglich sein. Um dies zu verifizieren, wurden Tc- Filme auf zwei unterschiedlichen Isolatoren (epitaktischer Al2O3-Film auf Ni3Al(111) bzw. Saphir(0001)) untersucht. Um eine Clusterbildung zu vermeiden, wurden die Filme bei tiefen Temperaturen (45 K bzw. 100 K) gewachsen. Entgegen der Erwartung beobachtet man auch für solche Filme eine Löschung der Lumineszenz. Aufgrund der energetischen Verhältnisse kann ein Ladungstransfer zwischen Organik und Isolator als dominanter Löschungsmechanismus ausgeschlossen werden. Vermutlich ist die Lumineszenzlöschung auf eine ungeordnete Anordnung der Moleküle zurückzuführen. Nach einem einminütigen Temperschritt auf 240 K und anschließendem Abkühlen ist ein deutlicher Anstieg der Lumineszenz zu verzeichnen, der auf eine strukturelle Neuordnung der Moleküle zurückzuführen ist

Heidelberg-Studie 2000

Umfrage zum Leben und poltischen Problemen in Heidelberg. 1219 Telefoninterview

Assessment of Above-Ground Biomass of Borneo Forests through a New Data-Fusion Approach Combining Two Pan-Tropical Biomass Maps

This study investigates how two existing pan-tropical above-ground biomass (AGB) maps (Saatchi 2011, Baccini 2012) can be combined to derive forest ecosystem specific carbon estimates. Several data-fusion models which combine these AGB maps according to their local correlations with independent datasets such as the spectral bands of SPOT VEGETATION imagery are analyzed. Indeed these spectral bands convey information about vegetation type and structure which can be related to biomass values. Our study area is the island of Borneo. The data-fusion models are evaluated against a reference AGB map available for two forest concessions in Sabah. The highest accuracy was achieved by a model which combines the AGB maps according to the mean of the local correlation coefficients calculated over different kernel sizes. Combining the resulting AGB map with a new Borneo land cover map (whose overall accuracy has been estimated at 86.5%) leads to average AGB estimates of 279.8 t/ha and 233.1 t/ha for forests and degraded forests respectively. Lowland dipterocarp and mangrove forests have the highest and lowest AGB values (305.8 t/ha and 136.5 t/ha respectively). The AGB of all natural forests amounts to 10.8 Gt mainly stemming from lowland dipterocarp (66.4%), upper dipterocarp (10.9%) and peat swamp forests (10.2%). Degraded forests account for another 2.1 Gt of AGB. One main advantage of our approach is that, once the best fitting data-fusion model is selected, no further AGB reference dataset is required for implementing the data-fusion process. Furthermore, the local harmonization of AGB datasets leads to more spatially precise maps. This approach can easily be extended to other areas in Southeast Asia which are dominated by lowland dipterocarp forest, and can be repeated when newer or more accurate AGB maps become available.JRC.H.3-Forest Resources and Climat

Towards Operational Monitoring of Forest Canopy Disturbance in Evergreen Rain Forests : A Test Case in Continental Southeast Asia

This study presents an approach to forest canopy disturbance monitoring in evergreen forests in continental Southeast Asia, based on temporal differences of a modified normalized burn ratio (NBR) vegetation index. We generate NBR values from each available Landsat 8 scene of a given period. A step of ' self-referencing' normalizes the NBR values, largely eliminating illumination/topography effects, thus maximizing inter-comparability. We then create yearly composites of these self-referenced NBR (rNBR) values, selecting per pixel the maximum rNBR value over each observation period, which reflects the most open canopy cover condition of that pixel. The ArNBR is generated as the difference between the composites of two reference periods. The methodology produces seamless and consistent maps, highlighting patterns of canopy disturbances (e. g., encroachment, selective logging), and keeping artifacts at minimum level. The monitoring approach was validated within four test sites with an overall accuracy of almost 78% using very high resolution satellite reference imagery. The methodology was implemented in a Google Earth Engine (GEE) script requiring no user interaction. A threshold is applied to the final output dataset in order to separate signal from noise. The approach, capable of detecting sub-pixel disturbance events as small as 0.005 ha, is transparent and reproducible, and can help to increase the credibility of monitoring, reporting and verification (MRV), as required in the context of reducing emissions from deforestation and forest degradation (REDD+).Peer reviewe

Efficient Transfection of Large Plasmids Encoding HIV-1 into Human Cells—A High Potential Transfection System Based on a Peptide Mimicking Cationic Lipid

One major disadvantage of nucleic acid delivery systems is the low transfection or transduction efficiency of large-sized plasmids into cells. In this communication, we demonstrate the efficient transfection of a 15.5 kb green fluorescent protein (GFP)-fused HIV-1 molecular clone with a nucleic acid delivery system prepared from the highly potent peptide-mimicking cationic lipid OH4 in a mixture with the phospholipid DOPE (co-lipid). For the transfection, liposomes were loaded using a large-sized plasmid (15.5 kb), which encodes a replication-competent HIV type 1 molecular clone that carries a Gag-internal green fluorescent protein (HIV-1 JR-FL Gag-iGFP). The particle size and charge of the generated nanocarriers with 15.5 kb were compared to those of a standardized 4.7 kb plasmid formulation. Stable, small-sized lipoplexes could be generated independently of the length of the used DNA. The transfer of fluorescently labeled pDNA-HIV1-Gag-iGFP in HEK293T cells was monitored using confocal laser scanning microscopy (cLSM). After efficient plasmid delivery, virus particles were detectable as budding structures on the plasma membrane. Moreover, we observed a randomized distribution of fluorescently labeled lipids over the plasma membrane. Obviously, a significant exchange of lipids between the drug delivery system and the cellular membranes occurs, which hints toward a fusion process. The mechanism of membrane fusion for the internalization of lipid-based drug delivery systems into cells is still a frequently discussed topic

2 MW peak power generation in fluorine co-doped Yb fiber prepared by powder-sinter technology

We report on the first, to the best of our knowledge, implementation of a fluorine co-doped large-mode-area REPUSIL fiber for high peak power amplification in an ultrashort-pulse master oscillator power amplifier. The core material of the investigated step-index fiber with high Yb-doping level, 52 µm core and high core-to-clad ratio of 1:4.2 was fabricated by means of the REPUSIL powder-sinter technology. The core numerical aperture was adjusted by fluorine codoping to 0.088. For achieving high beam quality and for ensuring a monolithic seed path, the LMA fiber is locally tapered. We demonstrate an Yb fiber amplifier with near-diffraction-limited beam quality of M2 = 1.3, which remains constant up to a peak power of 2 MW. This is a record for a tapered single core fiber. © 2020 Optical Society of Americ

Model for Screened, Charge-Regulated Electrostatics of an Eye Lens Protein: Bovine GammaB-Crystallin

We model screened, site-specific charge regulation of the eye lens protein bovine gammaB-crystallin (γB) and study the probability distributions of its proton occupancy patterns. Using a simplified dielectric model, we solve the linearized Poisson-Boltzmann equation to calculate a 54 × 54 work-of-charging matrix, each entry being the modeled voltage at a given titratable site, due to an elementary charge at another site. The matrix quantifies interactions within patches of sites, including γB charge pairs. We model intrinsic pK values that would occur hypothetically in the absence of other charges, with use of experimental data on the dependence of pK values on aqueous solution conditions, the dielectric model, and literature values. We use Monte Carlo simulations to calculate a model grand-canonical partition function that incorporates both the work-of-charging and the intrinsic pK values for isolated γB molecules and we calculate the probabilities of leading proton occupancy configurations, for 4 \u3c pH \u3c 8 and Debye screening lengths from 6 to 20 A. We select the interior dielectric ˚ value to model γB titration data. At pH 7.1 and Debye length 6.0 A, on a given ˚ γB molecule the predicted top occupancy pattern is present nearly 20% of the time, and 90% of the time one or another of the first 100 patterns will be present. Many of these occupancy patterns differ in net charge sign as well as in surface voltage profile. We illustrate how charge pattern probabilities deviate from the multinomial distribution that would result from use of effective pK values alone and estimate the extents to which γB charge pattern distributions broaden at lower pH and narrow as ionic strength is lowered. These results suggest that for accurate modeling of orientation-dependent γB-γB interactions, consideration of numerous pairs of proton occupancy patterns will be needed

Lipoplex-functionalized thin-film surface coating based on extracellular matrix components as local gene delivery system to control osteogenic stem cell differentiation

A gene-activated surface coating is presented as a strategy to design smart biomaterials for bone tissue engineering. The thin-film coating is based on polyelectrolyte multilayers composed of collagen I and chondroitin sulfate, two main biopolymers of the bone extracellular matrix, which are fabricated by layer-by-layer assembly. For further functionalization, DNA/lipid-nanoparticles (lipoplexes) are incorporated into the multilayers. The polyelectrolyte multilayer fabrication and lipoplex deposition are analyzed by surface sensitive analytical methods that demonstrate successful thin-film formation, fibrillar structuring of collagen, and homogenous embedding of lipoplexes. Culture of mesenchymal stem cells on the lipoplex functionalized multilayer results in excellent attachment and growth of them, and also, their ability to take up cargo like fluorescence-labelled DNA from lipoplexes. The functionalization of the multilayer with lipoplexes encapsulating DNA encoding for transient expression of bone morphogenetic protein 2 induces osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells, which is shown by mRNA quantification for osteogenic genes and histochemical staining. In summary, the novel gene-functionalized and extracellular matrix mimicking multilayer composed of collagen I, chondroitin sulfate, and lipoplexes, represents a smart surface functionalization that holds great promise for tissue engineering constructs and implant coatings to promote regeneration of bone and other tissues.publishe