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Organisationseinheit der BAM
The complex effect of nanoparticles on an epoxy-based and anhydride cured DGEBA/Boehmite nanocomposite with different particle concentrations is considered in this chapter. A combination of X-ray scattering, calorimetry (fast scanning and temperature modulated calorimetry) and dielectric spectroscopy was employed to characterize the structure, vitrification kinetics and the molecular dynamics of the nanocomposites. Firstly, the unfilled polymer was found to be intrinsically heterogeneous, showing regions with different crosslinking density, indicated by two separate dynamic glass transitions. Moreover, the glass transition temperature decreases with increasing nanoparticle concentration, as a result of changes in the crosslinking density. In addition, it was shown that the incorporation of nanoparticles can result in simultaneous increase in the number of mobile segments for low nanoparticle concentrations and on the other hand, for higher loading degrees the number of mobile segments decreases, due to the formation of an immobilized interphase.
Bei der Behandlung von Krebs mittels Strahlentherapie sollen Tumorzellen abgetötet werden ohne das umliegende gesunde Gewebe zu zerstören. Um Strahlentherapien für Patienten verträglicher zu machen, ist ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse auf der molekularen Ebene nötig. Dabei sind der Energieeintrag und die Streuprozesse der Strahlung in der Umgebung der DNA von besonderem Interesse. Durch Streuung von hochenergetischer Strahlung in Wasser werden besonders viele Sekundärelektronen mit niedriger Energie erzeugt. Zur Untersuchung der Schädigungseffizienz dieser Elektronen wurde ein Verfahren zur direkten Bestrahlung von Lösungen mittels Elektronen variabler Energien enwtickelt. Dies wurde durch einen neu entwickelten Probenhalter mit einer für Elektronen durchlässigen Nanomembran ermöglicht. Mit diesem können Bestrahlungen an DNA, Proteinen, und Zellen bei verschiedenen pH-Werten oder Salzkonzentrationen durchgeführt werden. Parallel dazu wurde der ortsabhängige Energieeintrag innerhalb des Wassers durch Elektronenstreusimulationen bestimmt. Diese neuartige Kombination von Experiment und Simulation ermöglicht die Bestimmung der Schaden-Dosis-Relation für Elektronenbestrahlung von biologischen Systemen unter realistischen physiologischen Bedingungen. So konnten für die genutzten Primärelektronen wie die mittlere letale Dosis, bei der 50 Prozent der DNA geschädigt sind, mit 1,7 Gy bestimmt. Ebenfalls wurde das für mikrodosimetrische Modellierungen und Betrachtungen der sogenannten Linear energy transfer (LET) Effekte, wichtige Verhältnis von DNA Einzelstrangbrüchen (SSB) zu Doppelstrangbrüchen (DSB) als SSB/DSB = 12/1 bestimmt. Mit Hilfe eines Modells für das Targetvolumen der DNA wurde der mittlere mikroskopische letale Energieeintrag berechnet als E1/2 = 6 ± 4 eV . Es wurde gefolgert, dass weniger als zwei Ionisationsprozesse im sensitiven Targetvolumen der DNA im Mittel zu einem Einzelstrangbruch führen. Diese Methode ist unabhängig von den Primärpartikel und geometrischen Bedingungen. Deshalb ermöglicht sie die Vergleichbarkeit experimenteller Systeme mit inhomogenen Energieverteilungen, welches sonst nicht gegeben ist. Des weiteren wurden die Strahlenschutzfunktionen des Zellschutzmoleküls Ectoines und sein Einfluss auf Wasser und Biomoleküle untersucht. Seine Schutzfunktion gegen ionisierende Strahlung wurde auf die Erhöhung des Streuquerschnitts niederenergetischer Elektronen und seine Eigenschaft als OH-Radikalfänger zurückgeführt. Aufbauend auf unseren Erkenntnissen finden in klinischen Arbeitsgruppen Untersuchungen zu Einsatzmöglichkeiten im Umfeld der Strahlentherapie statt.
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245767821
Whilst a decisive role of the particle-matrix interphase on the mechanical properties of nanoparticle-filled polymers has been demonstrated in the last years, the arbitrary design of this interphase remains a very challenging goal. In principle, this could be realized via an appropriate surfacemodification of the nanofiller prior to its incorporation in the polymer. For most systems, such as for boehmite nanofillers, however, the interaction of organic modifiers with the particle surface has not been studied in detail, and only single studies are known rather than systematic investiga- tions on the effects of different chemical functions anchored on the particle surface. In this chapter, we present an extensive study on the binding of APTES, a common silane surface modifier, with boehmite, and show that thermogravimetric analysis (TGA) coupled with mass spectrometry (MS) is a convenient and highly suitable method to elucidate the ligand binding in detail. Furthermore, a two-step coupling strategy is presented, demonstrating that based on APTES anchored to the parti- cle surface, the condensation of various carboxylic acids can be utilized to enable highly diverse chemical properties of the nanofillers, which leads to very different particle-matrix interactions in the nanocomposites.