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    <title>OPUS 4 Latest Documents RSS Feed</title>
    <description>Latest documents</description>
    <link>http://opus4.kobv.de/opus4-ubbayreuth/index/index/</link>
    <pubDate>Fri, 14 Dec 2012 08:38:23 +0100</pubDate>
    <lastBuildDate>Fri, 14 Dec 2012 08:38:23 +0100</lastBuildDate>
    <item>
      <title>Transport und Strukturbildung in magnetischen Hybriden</title>
      <link>http://opus4.kobv.de/opus4-ubbayreuth/frontdoor/index/index/docId/1028</link>
      <description>Ein an Bedeutung gewinnender Forschungsbereich hat die Kombination von Ferrofluiden mit anderen Materialien wie Gummis oder Gelen zum Inhalt. Diese neue Klasse von Hybridmaterialien verbindet die Vorteile von Ferrofluiden mit weiteren nützlichen Eigenschaften. Diese Disserta- tion beschäftigt sich mit der Untersuchung ebensolcher Hybriden. Dazu werden verschiedene Ferrofluide mit Vernetzern kombiniert. Die beiden zentralen Fragestellungen der Arbeit sind:&#13;
1. Ist der magnetophoretische Transport von magnetischen Nano- partikeln durch eine Gel-Matrix hindurch und bei moderaten Feld- gradienten von unter 1 T m−1 möglich?&#13;
2. Wie wird die Normalfeld-Instabilität im Ferrofluid durch das Auf- bringen einer vernetzten Schicht auf die Oberfläche, beziehungs- weise durch das Vernetzen des gesamten Fluids, beeinflusst?&#13;
Bei der Vernetzung des gesamten Systems werden zwei Proben be- stehend aus jeweils einem thermoreversiblen Gelator und einem Fer- rofluid verwendet. Eine basiert auf Paraffinöl mit Magnetit-Partikeln (FGSEPS) und eine auf Wasser mit Kobaltferrit-Partikeln (FGP123). Bei der Vernetzung der Fluidoberfläche kommt ein esterbasiertes Fer- rofluid und ein UV-Vernetzer zum Einsatz.&#13;
Zunächst werden die beiden thermoreversiblen Proben, FGSEPS und FGP123, chemisch charakterisiert. Darauf aufbauend wird eine Unter- suchung ihrer rheologischen Eigenschaften durchgeführt. Es wird ge- zeigt, dass der thermoreversible Charakter der eingesetzen Gelatoren bei beiden Systemen eine Einstellung der gewünschten Viskosität zu- lässt. Bei der frequenzabhängigen Messung von Speichermodul G′(ω) und Verlustmodul G′′(ω) zeigte sich, dass FGSEPS ein viskoelastisches Ferrofluid und FGP123 ein Ferrogel ist. Zusätzlich werden die magneti- schen Eigenschaften von FGSEPS und FGP123, welche für diese Klasse von Hybridmaterialien von zentraler Bedeutung sind, charakterisiert. Aufgrund ihrer hohen Viskosität müssen bei den durchgeführten Mes- sungen Probenhalter nicht-ellipsoidaler Geometrie verwendet werden. Um die dadurch gemachten Messfehler abschätzen und korrigieren zu können, wurden Probenhalter ellipsoidaler Geometrie entwickelt und&#13;
mit den Verwendeten verglichen. Darauf basierend ließen sich Korrek- turfaktoren für die verwendten Probenhalter ermitteln und damit die Messgenauigkeit des verwendeten Magnetometers wesentlich verbes- sern. Bei den Messungen der Magnetisierungskurven M(Hi) für beide Systeme stellt sich heraus, dass FGSEPS sich entsprechend einer su- perparamagnetischen Substanz verhält. Bei der Magnetisierungskurve M(Hi) des Ferrogels FGP123 kann ein hysteretisches Verhalten nach- gewiesen werden, owohl das zugrunde liegende Kobaltferrit-Ferrofluid superparamagnetisch ist.&#13;
Anschließend wird untersucht, inwieweit sich FGSEPS und FGP123 mittels eines magnetischen Gradientenfeldes beeinflussen lassen. Zu die- sem Zwecke wird die zeitliche Veränderung der ortsabhängigen Parti- kelkonzentration mit Hilfe eines speziellen Röntgenverfahrens aufgelöst. Um den Einfluss des Gelators auf magnetophoretische Effekte beurtei- len zu können, wird zunächst reines Ferrofluid vermessen. Dabei lässt sich eine Separation der Nanopartikel beobachten. Bei dem thermore- versiblen System FGSEPS zeigt sich, dass trotz einer starken Erhöhung der Viskosität aufgrund des Gelators eine Separation möglich ist. Auch eine teilweise Relaxation des Systems durch reine Diffusion – ohne Ein- fluss eines magnetischen Feldgradienten – lässt sich beobachten. Diese Beobachtungen stehen im Widerspruch zu theoretischen Überlegungen, die Längen- und Zeitskala der Prozesse betreffend. Im Gegensatz zu Ferrofluid und FGSEPS werden bei dem Ferrogel FGP123 keinerlei magnetophoretische Effekte beobachtet.&#13;
Der letzte Teil der Arbeit widmet sich der Frage, inwieweit die Bil- dung der Normalfeld-Instabilität durch eine Vernetzung auf der Ober- fläche, beziehungsweise des gesamten Systems, beeinflussbar ist. Die beiden untersuchten Systeme sind einerseits eine Kombination des Fer- rofluids mit einem UV-Vernetzer und andererseits das thermoreversible System FGSEPS. Bei der Überschichtung lässt sich die effektive Ober- flächenspannung des Ferrofluids erhöhen. Das hat eine Vergrößerung der Wellenlänge des Musters λc sowie eine Erhöhung der zur Erzeu- gung nötigen kritischen Flussdichte Bc zur Folge. Überraschend ist das Anwachsen der Amplitude des Musters bei Überschichtung. Dieser Ef- fekt lässt sich im Rahmen eines einfachen Modells erklären. Mit dem System FGSEPS ist es erstmalig gelungen in einem thermoreversiblen System bei G′ &gt; G′′ eine Normalfeld-Instabilität zu erzeugen. Die Mus- teramplitude und ihre Wachstumsrate werden mit steigender Viskosi- tät des Systems kleiner. Die Wellenlänge λc steigt an und die kritische Flussdichte Bc ist unabhängig von G.</description>
      <author>Tobias Lang</author>
      <category>doctoralthesis</category>
      <guid>http://opus4.kobv.de/opus4-ubbayreuth/frontdoor/index/index/docId/1028</guid>
      <pubDate>Fri, 14 Dec 2012 08:38:23 +0100</pubDate>
    </item>
    <item>
      <title>Monte Carlo Simulation Methods for Studying the Thermodynamics of Ligand Binding &amp; Transfer Processes in Biomolecules</title>
      <link>http://opus4.kobv.de/opus4-ubbayreuth/frontdoor/index/index/docId/1022</link>
      <description>The binding and transfer of ligands is of central&#13;
importance for the function of many biomolecular&#13;
systems. The main topic of this thesis is the&#13;
development and application of Monte Carlo (MC)&#13;
simulation methods for studying complex ligand&#13;
binding equilibria which can also involve&#13;
conformational changes. The simulated systems&#13;
were described by microstates within a continuum&#13;
electrostatics/molecular mechanics (CE/MM) model&#13;
of the receptor-ligand system. The CE/MM modeling&#13;
methodology was improved. The improvements led to&#13;
more detailed molecular models that enable a more&#13;
realistic reproduction of system properties and&#13;
environmental conditions. The developed simulation&#13;
methods were applied to biomolecular systems whose&#13;
function involves aspects that are important for&#13;
the understanding of bioenergetic energy&#13;
transduction. The results of this thesis are&#13;
presented in five articles that are published in&#13;
peer reviewed scientific journals.&#13;
&#13;
Manuscript A presents the Monte Carlo simulation&#13;
software GMCT which was largely developed in this&#13;
thesis. The software offers a variety of different&#13;
simulation methods that allow the user to harness&#13;
the full potential of CE/MM models in the simulation&#13;
of complex receptor systems.&#13;
&#13;
Manuscript B presents a novel theoretical framework&#13;
for free energy calculations with the free energy&#13;
perturbation method. The novel framework is more&#13;
broadly applicable and can lead to more efficient&#13;
simulations than previous formulations. The&#13;
derivation of the formalism also led to interesting&#13;
insights into general statistical mechanics. The&#13;
formalism was implemented in GMCT and could already&#13;
be used fruitfully for the free energy calculations &#13;
presented in Manuscripts C and D.&#13;
&#13;
Manuscript C demonstrates the application of free&#13;
energy measures of cooperativity to study the&#13;
coupling of protonation, reduction and conformational&#13;
change in azurin from Pseudomonas aeruginosa (PaAz).&#13;
Such a coupling is prototypic for bioenergetic systems&#13;
because it forms the thermodynamic basis of their&#13;
energy transducing function. PaAz is an experimentally&#13;
well characterized, small electron transport protein.&#13;
For this reason, PaAz was used here as model system&#13;
to demonstrate the usefulness of cooperativity free&#13;
energies in detecting and quantifying thermodynamic&#13;
coupling between events in complex biomolecular&#13;
systems. The results of this study led to new insight&#13;
that could help to determine the still enigmatic&#13;
physiological role of PaAz.&#13;
&#13;
In Manuscript D, free energy calculations were&#13;
applied to study the thermodynamics of transport&#13;
through the ammonium transporter Amt-1 from&#13;
Archaeoglobus fulgidus (AfAmt-1). Ammonium is the most&#13;
directly utilizable nitrogen source for plants and&#13;
microorganisms. AfAmt-1 and its homologues facilitate&#13;
the transport of ammonia/ammonium across biological&#13;
membranes in living beings from all domains of life.&#13;
It is intensely debated how these proteins perform&#13;
their function and whether ammonia or its protonated&#13;
form ammonium is actually transported. The study&#13;
extended upon previous theoretical studies by&#13;
including the effects of substrate concentration,&#13;
electrochemical transmembrane gradients,&#13;
proton-coupled binding equilibria and competitive&#13;
binding of different ligand species. It was found&#13;
that the transported species is most likely the&#13;
ammonium ion. An ammonia/proton symport mechanism&#13;
that involves a pair of coplanar histidine residues&#13;
at the center of the transmembrane pore as transient&#13;
proton acceptor is made plausible by the high&#13;
genetic conservation of these residues.&#13;
&#13;
Manuscript E presents a first application of the&#13;
microstate description within a CE/MM model to the&#13;
simulation of the non-equilibrium dynamics of a&#13;
molecular system. We simulated the re-reduction&#13;
kinetics of the primary electron donor in the&#13;
photocycle of the bacterial photosynthetic reaction&#13;
center from Blastochloris viridis. The simulation&#13;
results are in very good agreement with&#13;
experimentally measured data.</description>
      <author>R. Thomas Ullmann</author>
      <category>doctoralthesis</category>
      <guid>http://opus4.kobv.de/opus4-ubbayreuth/frontdoor/index/index/docId/1022</guid>
      <pubDate>Thu, 06 Dec 2012 11:05:09 +0100</pubDate>
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