Bestimmung und Modellierung von Detektionsgrenzen bei TFA-Bildsensoren

Thin-Film-on-ASIC- (TFA-) Sensoren nutzen als fotoelektrischen Wandler eine Dünnschicht auf Basis amorphen Siliziums, die großflächig über das 2-dimensionale kristalline Pixelarray aufgebracht ist. In der Arbeit werden von integrierenden TFA-Bildsensoren die Grenzeigenschaften Empfindlichkeit, Dunkelstrom, temporäres und örtliches Rauschen untersucht. Eine gute Stromempfindlichkeit wird durch optimale Detektorgeometrien erreicht. Parasitäre Kapazitäten der 3-dimensionalen Anordnung und die gewählte Pixeleingangsschaltung bestimmen die Wandlungs- oder Spannungsempfindlichkeit. Dunkelstromanteile sind durch thermische Effekte bzw. durch Feldeffekte bestimmt. Der Sperrstrom des Detektors, der Leckstrom des Resettransistors und der Leckstrom über das Treibergate sind zu bewerten. Je nach dominierendem Anteil ändert sich die Temperaturabhängigkeit. Bei ohmschen Anteilen ist die Dunkelstromverbesserung durch Kühlung vernachlässigbar. Die Einbindung des Detektorrauschens von Foto- und Dunkelstrom in SPICE ermöglicht die Bestimmung des Signal-Rauschabstands und des Dynamikbereichs der Pixeleingangsstufe. Bei der Detektionsschwelle dominiert i. d. R. das Treiberrauschen. Eine Beschreibung für das Verstärkungs-FPN (PRNU) ist mithilfe der Momentenmethode dargestellt. Das temporäre Rauschen geht stärker in die Pixeleingangsstufe ein als das örtliche Rauschen. Durch die allgemein gültige Beschreibung sind die zentralen Ergebnisse dieser Arbeit für CMOS- als auch für TFA-Bildsensoren anwendbar.Thin-Film-on-ASIC (TFA) sensors use a thin film layer as photoelectric detector. Based on amorphous silicon, the film is deposited on top of the 2-dimensional crystalline pixel area. This thesis analyses the limiting properties of integrating TFA image sensors, i.e. sensitivity, dark current, temporal and fixed pattern noise. A useful current sensitivity is obtained with optimized detector geometries. Parasitic capacitances of the 3-dimensional design and the selected pixel input circuit determine the conversion or voltage sensitivity. The dark current is determined by thermal effects or electrical field effects. The reverse current of the detector, the leakage current of the reset transistor and the leakage current of the driver gate have to be considered. The dark current temperature dependence varies with the dominating physical property. Dark current improvements of ohmic components by cooling are negligible. The integration of photo and dark current detector noise into SPICE enables the determination of the signal-to-noise ratio and the dynamic range of the pixel input stage. In most cases, the driver transistor noise determines the detection limit. A description of gain FPN (PRNU) depending on the transistor geometry is developed using the moment method. Temporal noise has a stronger influence on the pixel input stage than fixed pattern noise. Due to the generally valid description, the central results of this thesis are applicable to normal CMOS as well as TFA image sensors

Quasikristalle und verwandte Phasen im System Zn-Mg-SE (SE=Y, Er, Ho, Dy)

Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von Zn-Mg-SE-Legierungen (SE = Y, Ho, Er, Dy, Tb, Gd), um Informationen über Struktur, Stabilisierung und physikalische Eigenschaften der quasikristallinen Phasen dieses Systems zu erhalten. Die Quasikristalle dieses Systems unterscheiden sich von Quasikristallen anderer Legierungen, die meist Al als Hauptkomponente enthalten. Es konnten bis zu 275 mm3 große Einkristalle der flächenzentriert ikosaedrischen Phase in den Systemen Zn-Mg-Y und Zn-Mg-Ho gezüchtet werden. Außerdem wurden MgZn2- und hexagonale A-Zn70Mg14Y16-Einkristalle hergestellt, deren Existenzbereiche im Phasendiagramm benachbart zu dem der ikosaedrischen Phase liegen. Um polykristalline Proben herzustellen, die unterschiedliche quasikristalline oder verwandte Strukturen als Hauptphase enthalten, wurden verschiedene Herstellungsverfahren getestet und verwendet. So konnte zum Beispiel erstmalig eine Probe hergestellt werden, die dekagonales ZnMgY als Hauptphase enthält. Zudem wurde eine neue kubische (R-Phase) bzw. hexagonale (M-Phase) und eine neue hochgeordnete primitiv ikosaedrische Phase im System Zn-Mg-Er entdeckt, synthetisiert und charakterisiert. Bei Untersuchungen dieser selbst gefertigten Proben konnten Erkenntnisse über magnetische Eigenschaften, elastische Konstanten, optische Leitfähigkeit, Leerstellenverteilung, Oberflächenbeschaffenheit, Diffusionsmechanismen und die Erstarrungsgeschichte der flächenzentriert ikosaedrischen Zn-Mg-SE-Quasikristalle gewonnen werden. Durch vergleichende Messungen an kristallinen Zn-Mg-SE-Legierungen lassen sich die für Quasikristalle spezifischen Effekte identifizieren. Die im Rahmen dieser Arbeit hergestellten und charakterisierten Proben sind aktuell Gegenstand weiterer Untersuchungen. Mit Hilfe von Beugungsexperimenten konnte gezeigt werden, dass die kubische R-Phase strukturell nahe mit der ikosaedrischen Phase im System Zn-Mg-SE verwandt ist. Die R- Phase ist bei Raumtemperatur nicht stabil und bildet die rhomboedrische M-Phase. Es konnte ein Strukturmodell für die R-Phase entwickelt werden, in dem keine ikosaedrischen Cluster als Strukturelement verwirklicht sind. Auch in der hexagonalen A-Phase konnten solche Strukturelemente nicht gefunden werden. Die Resultate dieser Arbeit legen nahe, dass die Struktur der Zn-Mg-SE-Quasikristalle, im Gegensatz zu Quasikristallen anderer Systeme, nicht auf großen ikosaedrischen Clustern basiert. Damit ist gezeigt, dass große ikosaedrische Cluster zur Bildung von Quasikristallen nicht notwendig sind. Messungen an den Proben zeigen, dass sich dadurch auch einige der physikalischen Eigenschaften, zum Beispiel die optische Leitfähigkeit, von Quasikristallen mit Clustern unterscheiden. Keine Unterschiede konnten beim Diffusionsverhalten und bei mechanischen Eigenschaften festgestellt werden. Hier gleichen die Zn-Mg-SE-Quasikristalle anderen strukturell komplexen Legierungen oder Quasikristallen anderer Legierungssysteme

Effectuation entwickeln

In diesem Open-Access-Buch wird ein Rahmenwerk entwickelt, das simulationsbezogene Untersuchungen von Effetcuation ermöglicht und gleichzeitig die Grundlage für die Entwicklung von gründungsunterstützenden Entscheidungssystemen schafft. Es wird diskutiert, inwieweit effektuatives Lernen modelliert und algorithmisch interpretiert werden kann. Auf Basis der Vorstellung und kritischen Evaluierung aktueller Simulationsmodelle, die Effectuation abbilden, wird mit Hilfe von Methoden agentenbasierter Modellierung und des Reinforcement Learnings ein aggregiertes Modell entwickelt, das effektuatives Verhalten im Rahmen einer prototypischen Gründungssituation ermöglicht. Die Ergebnisse zeigen, dass ein entrepreneurialer Agent in der Lage ist, effektuatives Verhalten zu erlernen. Leistungsunterschiede während des Lernens ergeben sich bei Veränderung seiner Umgebung. Der Erfolg des Agenten ist abhängig von der Verbindlichkeit potentieller Partner und Kunden. Weiterhin lässt sich ein Lernerfolg feststellen, wenn der Agent das Affordable-Loss-Prinzip in Verbindung mit marktkonformem Verhalten anwendet. Mit dem entwickelten Modell können künftig, unter Einbeziehung des Entscheidungsverhaltens eines realen Entrepreneurs, weitere Untersuchungen zum effektuativen Lernverhalten durchgeführt werden

Adhesion molecules in the glomerular mesangium

Adhesion molecules in the glomerular mesangium. Experimental evidence indicates that extensive “cross-talk” exists between glomerular cells, extracellular matrix molecules and soluble mediator substances affecting the proliferative and secretory phenotype of glomerular mesangial cells. Both matrix and cytokines regulate mesangial cell behavior in vitro and in vivo after binding to specific cell surface receptors. It appears as if the concerted action of insoluble and soluble ligands on mesangial cells involves a reciprocal regulation of matrix molecules and cytokines as well as expression and affinity of their respective receptors. Elucidation of the potential biologic and clinical relevance of cell-matrix interactions in the glomerular mesangium represents a challenging goal in current kidney research. This brief review summarizes recent investigations concerning regulation of expression and function of adhesion molecules and matrix receptors in the mesangium. In addition to results from cell culture studies, descriptive findings on expression and regulation of adhesion molecules and their potential role for altered mesangial cell behavior in glomerular disease is considered

α8 Integrin in glomerular mesangial cells and in experimental glomerulonephritis

α8 Integrin in glomerular mesangial cells and in experimental glomerulonephritis.BackgroundMesangial cell (MC) proliferation and extracellular matrix accumulation are typical responses of renal glomeruli to injury. Extracellular matrix components are known to affect MC behavior, which is mediated primarily via integrin receptors of the β1 family. In addition to α1, α3, α5, and α6 chains of β1 integrins, recent studies have shown the α8 chain to be expressed in glomeruli and renal vasculature. α8β1 can serve as a receptor for fibronectin, which is abundant in the mesangium. We investigated the glomerular expression pattern of the α8 chain in renal tissues of mouse, rat, and humans as well as in cultured MCs. In addition, the regulation of α8 expression in MCs was studied in culture and in nephritic rats.MethodsThe expression of α8 protein in kidney tissue and cultured MCs was investigated by immunohistochemistry, immunocytochemistry, and Western blotting. The effects of TGF-β1 on α8 mRNA levels in MCs were studied by Northern blot analysis. In addition, time course studies of glomerular abundance and localization of α8 were performed in rats with mesangioproliferative anti-Thy1.1 nephritis.ResultsIn tissue sections of normal human, rat, and mouse kidney, we found strong immunohistochemical staining for α8 in the mesangium and in the media of renal arterioles. Double staining for α8 and Thy1.1, a surface antigen of rat MCs, showed α8 to be specifically expressed in MCs but not in glomerular endothelial and epithelial cells. In anti-Thy1.1 nephritis of rats, the glomerular abundance of α8 protein was reduced in the early mesangiolytic phase but was increased greatly with subsequent MC proliferation, peaking at day 6 of disease. At later stages of this reversible form of nephritis, the number of MCs and the extent mesangial α8 staining declined to control levels. Cell culture experiments revealed that freshly plated MCs organize α8 into focal contacts within one hour after attachment to fibronectin and vitronectin substrata, showing colocalization with focal contact proteins vinculin and talin. Stimulation of MCs with transforming growth factor-β1 led to increases of α8 mRNA and protein levels.ConclusionsThese results show that in human, rat, and mouse glomeruli, α8 integrin is strongly and exclusively expressed in MCs. Gene expression of α8 is regulated in cultured MCs, and α8 protein abundance is regulated in vivo and in MC culture. It is currently unclear what functional properties this integrin receptor protein has with regard to MC anchorage to extracellular matrix and modulation of the MC phenotype in normal and diseased glomeruli. However, in view of its abundance in the mesangium, α8β1 integrin could be an important MC receptor of matrix ligands and may play a role in the embryology, physiology, and pathophysiology of the glomerular capillary tuft

Expression of the transcriptional regulator Egr-1 in experimental glomerulonephritis: Requirement for mesangial cell proliferation

Expression of the transcriptional regulator Egr-1 in experimental glomerulonephritis: Requirement for mesangial cell proliferation. The early growth response gene-1 (Egr-1), a zinc finger transcriptional regulator, was induced in a rat model of mesangioproliferative glomerulonephritis (GN). Northern blot analysis revealed a maximal 14.9-fold increase in glomerular Egr-1 mRNA at day 6 of GN. By immunohistochemistry Egr-1 protein expression was demonstrated to be mainly confined to glomerular mesangial cells (MC). To test whether Egr-1 directly regulates MC proliferation, cultured MCs were stimulated with platelet-derived growth factor (PDGF) after preincubation with different Egr-1 antisense oligonucleotides (ASOs). PDGF-induced Egr-1 mRNA levels were inhibited by up to 75% and protein levels by up to 91%. In addition Egr-1-specific ASOs blocked PDGF-induced rise in 3H-thymidine uptake by 83% and almost completely abrogated increase in MC number. We conclude that Egr-1 induction is of critical importance for PDGF-induced mitogenic signaling in MCs, and inhibition of Egr-1 in vivo may offer an approach to oppose glomerular MC proliferation in glomerular inflammatory disease

Glomerular epithelial cell products stimulate mesangial cell proliferation in culture

Glomerular epithelial cell products stimulate mesangial cell proliferation in culture. Glomerular epithelial cells (GEC) and mesangial cells (MC) are both involved in glomerular diseases. To elucidate potential interactions between these glomerular cell types, we examined whether products of GEC affect the proliferative activity of MC. We found that cultured rat GEC secrete soluble factors into the supernate (GEC-CM) that induce proliferation of quiescent rat MC. The mitogenic activity was trypsin sensitive and partially heat-labile. Biochemical analysis of GEC-CM by gel filtration HPLC, reverse phase HPLC, and isoelectric focusing revealed at least three mitogenic fractions as well as inhibitory activity present in GEC-CM. Competitive binding assays with 125I-labeled PDGF did not show significant amounts of PDGF in GEC-CM. The biochemical features of the GEC-derived MC growth factors are distinct from IL-6, PDGF, bFGF, and endothelin, previously described GEC-derived MC growth factors. Additionally, significant contributions of known growth factors such as IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, TNFα, TGFβ, and GM-CSF are unlikely. The results indicate that GEC produce several biochemically-distinct MC growth regulators. While these epithelial cell-derived mitogens for MC require further characterization, they may play an important role in the regulation of MC replication, such as during embryogenesis and glomerular disease