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Die hier durchgeführten Untersuchungen an Staphylococcus aureus ATCC 6538 unter Verwendung von Silbernitrat als Desinfektionsmittel auf Standard-CSA sowie Agar-Agar mit Kalliumtelluritzusatz hatten das Ziel, den Einfluss von Silbernitrat-Ionen auf den Keim zu untersuchen. Hier galt es nicht nur die Schädigung von Silbernitrat-Ionen auf Staphylokokken zu untersuchen, sondern zusätzlich zu prüfen, ob eine Reduzierung der Pathogenität der Keime nach vorheriger Desinfektion stattfindet. Die Empfindlichkeit der geschädigten Bakterien gegenüber Tellurit, wie in diesen Untersuchungen verwendet, löste das früher verwendete Mäusepathogenitätsmodell ab. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die Keimzahl zum einen durch eine erhöhte Konzentration des Silbernitrats, zum anderen durch eine verlängerte Einwirkzeit reduziert wurde. Weiterhin ist ersichtlich, dass eine Minderung der Pathogenität nach Desinfektion eintrat. Der mit Tellurit versetzte CSA-Agar hemmte das Wachstum stärker als bei den Platten ohne Zusatz. Dies zeigt eine erhöhte Empfindlichkeit der Keime gegenüber Tellurit. Eine weitere Virulenzminderung trat mit zunehmender Telluritkonzentration auf. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass Kalliumtellurit eine Wachstumshemmung auf das Bakterium Staphylococcus aureus bewirkt. Da sich in den Kontrollansätzen ohne Desinfektionsmittel die Keimzahl ebenfalls mit zunehmender Telluritkonzentration reduzierte, bestätigt dies, dass die Eignung von Hemmstoffen - im vorliegendem Fall Kalliumtellurit - nur in einem engen Konzentrationsbereich für die Erfassung geschädigter Keime geeignet ist.
Hintergrund und Fragestellung: Die Arthropathie ist eine erst spät entdeckte Komplikation der hereditären Hämochromatose. Die Erstbeschreibung erfolgte durch Schumacher 1964. Sie ist eine der häufigsten Frühsymptome bei Hämochromatose-Patienten, weiterhin beeinflusst die Arthropathie von allen Hämochromatose-assoziierten Erkrankungen die Lebensqualität der Patienten am stärksten. Eine radiologisch dokumentierte Langzeituntersuchung findet sich in der Literatur nicht. Ziel der als retrospektiv angelegten Untersuchung war es, bei einem großen, einheitlich definierten Kollektiv den Einfluss demographischer Daten, des HFE-Genotyps, des Ausmaßes der Eisenüberladung sowie der mechanischen Belastung auf das Auftreten sowie die Ausprägung einer Arthropathie des Handskelettes zu untersuchen. An den vorhandenen radiologisch dokumentierten Langzeitverläufen sollte die Progression der radiologischen Veränderungen unter einer Aderlass- Therapie beurteilt werden. Des weiteren sollte anhand der erhobenen Daten und unter Würdigung der vorhandenen Literatur, die Theorien zur Genese der Hämochromatose- Arthropathie diskutiert, sowie eine einheitliche Definition der Arthropathie und ein Diagnose-Algorithmus erarbeitet werden. Patienten und Methodik: Es wurden 143 Patienten (98 Männer, 45 Frauen) mit nachgewiesener Eisenüberladung und erfolgter HFE- Genotypisierung auf das Vorliegen einer Hämochromatose- assoziierten Erkrankung, insbesondere einer Arthropathie untersucht. Dokumentiert und verglichen wurden demographische Daten, maximal gemessene Eisenstoffwechselparameter (Ferritin und Transferrinsättigung), der HFE- Genotyp, Angaben über die (berufliche) mechanische Belastung der Gelenke sowie Aderlassbehandlungen. Als Vergleichsgruppe sollten die Patienten mit nachgewiesener Eisenüberladung, aber ohne den Nachweis einer Arthropathie dienen. Bei Patienten mit radiologisch nachgewiesener Hämochromatose- Arthropathie wurden die vorliegenden Röntgenbilder des Handskelettes auf radiomorphologische Veränderungen sowie auf das Vorliegen eines möglichen Gelenktropismus hin untersucht und ausgewertet. Bei 16 Patienten mit radiologisch dokumentierten Langzeitverläufen wurden diese gesondert auf eine radiologische Progression hin untersucht. Ergebnisse: Bei 64 (44,8%) Patienten (52 Männer, 12 Frauen) wurde die Diagnose einer Hämochromatose- Arthropathie gestellt. Im Vergleich zu den 79 Patienten (46 Männer, 33 Frauen) ohne die Diagnose einer Arthropathie ergaben sich signifikante Unterschiede insbesonders im maximal gemessenen Ferritin, der Transferrinsättigung sowie dem Alter. In der Gruppe mit diagnostizierter Hämochromatose- Arthropathie und verfügbaren Röntgenbildern des Handskelettes (51 Patienten) konnte der in der Literatur beschriebene Gelenktropismus bezüglich des zweiten und dritten Metacarpophalangealgelenkes bestätigt werden. Es ergab sich weiterhin eine positive Korrelation zwischen der Höhe der Eisenüberladung und der Ausprägung der Arthropathie. Ein Zusammenhang zwischen mechanischer Beanspruchung und Schwere der Arthropathie konnte im Rahmen der Untersuchung, trotz wegweisender Befunde, nicht belegt werden. In den radiologisch dokumentierten Langzeitverläufen (16 Patienten) konnte unter einer bestehenden Aderlass- Therapie nur ein geringer radiologischer Progress und in keinem Fall eine neue Alteration der Metacarpophalangealgelenke dokumentiert werden. Es wurde weiterhin aufgrund der erhobenen Ergebnisse und unter Würdigung der vorhandene Literatur der Entwurf für eine einheitliche Definition der Hämochromatose- Arthropathie und ein Diagnose-Algorithmus erarbeitet. Fazit: Die Bedeutung der Eisenüberladung für die Entstehung sowie die Ausprägung der Hämochromatose- Arthropathie konnte nachgewiesen werden. Des weiteren konnte ein nur geringem Progress der radiologischen Veränderungen im Langzeitverlauf und ein Fehlen einer neuen Alterationen der Metacarpophalangealgelenke unter fortlaufender Eisendepletion nachgewiesen werden. Die in der Literatur dargestellte therapeutische Ineffektivität einer Aderlass-Therapie auf den Progress einer Hämochromatose-Arthropathie konnte somit nicht bestätigt werden. Die frühzeitige und konsequente Aderlass-Therapie stellt die Quintessenz der oben dargestellten Ergebnisse bezüglich einer Therapieoption zur Verhinderung oder Konsolidierung einer Hämochromatose-Arthropathie dar.
Ziel der vorliegenden Studie war es , drei moderne Ni-Ti- Instrumentensysteme hinsichtlich ihrer Aufbereitungsfähigkeiten an stark gekrümmten Kanälen (Kriterium nach Schneider et al, 1971) zu vergleichen. 60 gekrümmte Kanäle extrahierter humaner Molaren des Oberkiefers wurden, nach Vorverteilung der Krümmungswinkel, randomisiert in die drei Testgruppen verteilt. Der Versuchsaufbau entsprach einer modifizierten Bramante-Methode. Jeder Kanal wurde dabei, von der apikalen Region ausgehend, in mindestens 5 Querschnitte zersägt. Nach Repositionierung im Testbehältnis wurden alle Kanäle mit Hilfe des EndoSteppers® von einem Behandler aufbereitet. Prä- und postoperative Bilder der Kanalquerschnittsflächen wurden digitalisiert und mit Hilfe einer Bildverarbeitungs-software (Image 2000) vermessen. Die Flächenveränderungen, die Aufbereitungs-zeiten, sowie die Arbeitslängenverluste und die Frakturhäufigkeit wurden erfasst und mittels One-Way-ANOVA, dem Kruskal-Wallis-Test und dem Duncan-Test statistisch ausgewertet. Die mittlere Arbeitszeit war bei RaCe TM signifikant geringer als bei FlexMaster®. Die signifikant höchsten Abträge an der Kanalwand wurden bei RaCe TM, im Vergleich zu den beiden anderen Testgruppen, verzeichnet. Arbeitslängenverluste waren bei allen Instrumentensystemen zu verzeichnen, wobei FlexMaster® einen signifikant geringeren Mittelwert im Vergleich zu RaCe TM aufwies. 17 Instrumente frakturierten, wobei mit 11 Brüchen bei RaCe TM die größte Zahl zu vermerken war. FlexMaster®-Instrumente frakturierten nicht. Klinische Relevanz: Im Zuge dieser Studie konnte festgestellt werden, dass sich FlexMaster®-Instrumente aufgrund einer näher an der ursprünglichen Kanalform liegenden Aufbereitung in Verbindung mit dem EndoStepper® besonders zur Aufbereitung von stark gekrümmten Wurzelkanälen eignen. Von der Benutzung der RaCe TM-Instrumente ist, zumindest in Verbindung mit der hier verwendeten EndoStepper®-Software, aufgrund des hohen Frakturrisikos abzuraten.
Remodeling of extracellular matrix (ECM) is an important physiologic feature of normal growth and development. In addition to this critical function in physiology many diseases have been associated with an imbalance of ECM synthesis and degradation. In the kidney, dysregulation of ECM turnover can lead to interstitial fibrosis, and glomerulosclerosis. The major physiologic regulators of ECM degradation in the glomerulus are the large family of zinc-dependent proteases, collectively refered to matrix metalloproteinases (MMPs). The tight regulation of most of these proteases is accomplished by different mechanisms, including the regulation of MMP gene expression, the processing and conversion of the inactive zymogen by other proteases such as serine proteases and finally the inhibition of active MMPs by endogenous inhibitors of MMPs, denoted as tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs). Namely, the MMP-9 has been shown to be critically involved in the dysregulation of ECM turnover associated with severe pathologic conditions such as rheumatoid arthritis or fibrosis of lung, skin and kidney. In the present work I searched for a possible modulation of MMP-9 expression and/or activity in glomerular mesangial cells which are thought as key players of many inflammatory and non-inflammatory glomerular diseases. I found that various structurally different PPARalpha agonists such as WY-14,643, LY-171883 and fibrates potently suppress the cytokine-induced MMP-9 expression in renal MC. Furthermore, I demonstrate that the inhibition of MMP-9 expression by PPARalpha agonists was paralleled by a strong increase of cytokine-induced iNOS expression and subsequent NO formation, suggesting that PPARalpha-dependent effects on MMP-9 expression level primarily result from alterations in NO production which in turn reduces the MMP-9 mRNA half-life. Searching for the detailed mechanism of NO-dependent effects on MMP-9 mRNA stability, I found that NO either given from exogenous sources or endogenously produced increases the MMP-9 mRNA degradation by decreasing the expression of the mRNA stabilizing factor HuR. Furthermore, I demonstrate a reduction in the RNA-binding capacity of HuR containing complexes to MMP-9 ARE motifs in cells treated with NO. Since the reduction of HuR expression can be mimicked by the cGMP analog 8-Bromo-cGMP, I suggest that NO reduces in a cGMP-dependent manner the expression of HuR. Finally, I elucidated the modulatory effect of extracellular nucleotides, mainly ATP, on cytokine-triggered MMP-9 expression. Interestingly, I found that in contrast to NO, gamma-S-ATP the stable analog of ATP potently amplifies the IL-beta mediated MMP-9 expression. The increase in mRNA stability was paralleled by an increase in the nuclear-cytosolic shuttling of the mRNA stabilizing factor HuR. Furthermore, I demonstrate an increase in the RNA-binding capacity of HuR containing complexes to the 3'-UTR of MMP-9 by ATP. In summary, the data presented here may help to find new targets (posttranscriptional regulation) that could be used to manipulate or modulate the expression of not only MMP-9 but also other genes regulated on the level of mRNA stability.
Der Neugeborenenikterus ist ein häufiges Phänomen in der Neonatalperiode. Bis zur Hälfte der Neugeborenen sind in den ersten 3 - 5 Lebenstagen davon betroffen. Der Notwendigkeit zur Verhütung des Kernikterus steht der Wunsch nach Vermeidung unnötiger diagnostischer und therapeutischer Maßnahmen gegenüber, die den Patienten und das Gesundheitswesen belasten. Im Zeitraum vom 1. Januar bis zum 31. Dezember 1999 wurde in der Frauenklinik des Bürgerhospitals Frankfurt a. Main retrospektiv die Krankenakten von 639 Neugeborenen ausgewertet. Hierbei wurden die transkutan gemessenen Bilirubinwerte den gleichzeitig bestimmten laborchemischen Werten für das Gesamtbilirubin gegenübergestellt. Insgesamt konnten 314 vergleichende Bestimmungen von 639 Neugeborenen untersucht werden. Hierbei entfielen auf den 2. Lebenstag 92 Bestimmungen, auf den 3. Lebenstag 100, auf den 4. Lebenstag 76 Bestimmungen, auf den 5. Lebenstag 29 Bestimmungen und auf den 6. Lebenstag 17 Bestimmungen. 27 Neugeborene hatten ein Geburtsgewicht von weniger als 2500 g, 38 Neugeborene wurden vor der vollendeten 37. Schwangerschaftswoche geboren. Die Gruppen der korrelierenden Laborwerte wurden mittels des Hahn-Prognose-Intervall - Verfahrens für Methodenvergleiche statistisch untersucht. Hierbei wurde zusätzlich zu einem 95 % Vertrauensintervall (97.5 % als einseitiger Bereich) ein p-Wert von 0.998 verwendet, der in einem einseitigen Ansatz einem p-Wert von 0.999 entspricht und somit ein Vertrauensintervall von nahezu 100 % erreicht wird. Die Grenzwerte für das Gesamtbilirubin wurden den Leitlinien der Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften entnommen. Da ausschließlich die oberen Grenzwerte definiert werden sollten, wurde auf die Berechnung von Korrelationskoeffizienten verzichtet, die Regressionskoeffizienten sind jeweils angegeben. Der hier eingesetzten transkutanen Meßmethode hat sich als Screeninginstrument bewährt, um bei Neugeborenen die Zahl der Blutentnahme zu reduzieren , dadurch konnte die Zahl kapillärer Blutentnahme bis zu 79% gesenkt werden. In der vorliegenden Untersuchung haben wir erstmalig die Bestimmung des Prognoseintervalls als statistisches Verfahren eingesetzt, um Grenzwerte für die Notwendigkeit einer Kontrolle der transkutanen durch die Serum-Bilirubinbestimmung zu erstellen. Dies ist von besonderer Bedeutung, um in der tcB falsch negative Ergebnisse zu vermeiden, die unter Umständen das Unterlassen therapeutischer Maßnahmen zur Folge haben. Das Prognoseintervall schließt falsch negative Ergebnisse mit hoher Präzision aus. Dies gilt besonders für das 99,9% Prognoseintervall, in dessen Bereich das Risiko falsch negativer Ergebnisse vernachlässigbar gering ist. Wir zeigten die Anwendbarkeit des Prognoseintervalls zur Verlaufskontrolle während der ersten fünf Lebenstage und bei verschiedenen vorgegebenen Serumbilirubinwerten termingerecht geborener Kinder sowie bei Säuglingen, die vor der 37. Schwangerschaftswoche oder mit einem Geburtsgewicht unter 2500 g geboren wurden.
In this thesis the anti-proton to proton ratio in 197Au + 197Au collisions, measured at mid-rapidity, at a center of mass energy of psNN = 200GeV is reported. The value was measured to be ¹p/p = 0.81+-0.002stat +- 0.05syst: in the 5% most central collisions. The ratio shows no dependence on rapidity in the range jyj < 0:5. Furthermore, a dependence on transverse momentum within 0:4< p? < 1:0 GeV/c is not observed. At higher p?, a slight drop in the ratio is observed. In the present analysis, the highest momentum considered is p? = 4:5 GeV/c yielding ¹p=p = 0:645§0:005stat: §0:10syst:. However, the systematic error is higher in this momentum range. A slight centrality dependence was observed, where a decrease from ¹p=p = 0:83§0:002stat:§0:05syst: for most peripheral collisions (less than 80% central) to ¹p=p = 0:78§0:002stat:§0:05syst: for the 5% most central collisions was measured. An estimate of the feed-down contributions fromthe decay of heavier strange baryons results in ¹p=p = 0:77 § 0:05syst:. The measured ratio indicates a » 12:5 times higher value compared to the highest SPS energy of psNN = 17:3 and an \almost net-baryon free" region, at mid- rapidity. The asymmetry of protons and anti-protons may be explained by the contribution ofvalence quarks in a nucleus break-up picture. In such a scenario, the absolute value of the ratio and the fact that the ratio does not depend on rapidity (at mid-rapidity) is well reproduced. Fragmentation of quarks and anti- quarks into protons and anti-protons is assumed. An estimate of the ratio, when feed-down correction is taken into consideration, agrees well with the prediction of a statistical model analysis at a temperature of T = 177 § 7 MeV and a baryon chemical potential of ¹B = 29 § 8 MeV. The temperature achieved is only slightly higher when compared to the top SPS energy, while the baryochemical potential is factor »10 lower. As in the case of the SPS results, these parameters are close to the phase boundary of Figure 1.6. The measurement of the ratio at high transverse momentum was of special in- terest in this analysis, since at RHIC energies, the cross section for hadrons at high transverse momentum is increased with respect to SPS energies. The weak dependence of the ratio on the transverse momentum is well described by the non- perturbative quenched and baryon junction scenario (i.e. Soft+Quench model), where baryon creation is enhanced by baryon junctions. In comparison the ratio does not decrease within the considered momentum range as predicted by pQCD.
Der Produktion von Interleukin-8 (IL-8), Hämoxygenase-1 (HO-1), und dem vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) wird zunehmend größere Bedeutung im Rahmen der Regulation der Immunantwort bei Entzündung, Infektion und Tumorwachstum zugemessen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Regulation dieser Botenstoffe in vitro durch Verwendung der humanen Dickdarmkarzinomzellinie DLD-1. Die Substanz Pyrrolidinedithiocarbamate (PDTC) verstärkt nicht nur die durch Tumornekrosefaktor-a (TNF-a) vermittelte Ausschüttung von IL-8, sondern induziert auch als alleiniger Stimulus die IL-8-Sekretion. Mutationsanalysen des IL-8-Promotors und "Electrophoretic Mobility Shift" Untersuchungen (EMSA) zeigten, daß die Aktivierung des Transkriptionsfaktors AP-1 (Aktivator Protein-1) und die Bindungsaktivität von konstitutiv aktiviertem NF-KB in DLD-1 Zellen für die PDTC induzierte IL-8 Expression zwingend erforderlich waren. Weiterhin war PDTC in der Lage in DLD-1 Zellen neben IL-8 auch die Expression von HO-1 und VEGF zu verstärken. Die Induktion von IL-8 durch PDTC war nicht nur auf DLD-1 Zellen beschränkt, sondern wurde auch in Caco-2 Zellen (ebenfalls Dickdarmkrebszellen) und in humanen mononukleären Blutzellen beobachtet. Die Verwendung von PDTC wird seit kurzem als Kombinationspräparat für Zytostatia zur Behandlung von verschiedenen bösartigen Tumoren, unter ihnen auch Darmkrebs, vorgeschlagen. Aus unseren Versuchen läßt sich ableiten, daß die Induktion von IL-8, HO-1 und VEGF die therapeutische Anwendung dieser Substanz nachteilig beeinflussen könnte. Dies ergibt sich daraus, daß alle drei genannten Faktoren durch proangiogene Wirkungen das Tumorwachstum fördern. Die Expression der induzierbaren Stickoxidsynthase und die Produktion von Stickoxid (NO) korreliert mit der Angiogenese bei verschiedenen Krebserkrankungen darunter Melanome, Tumore im Hals- und Kopfbereich und Darmkrebs. Da tumorbegünstigende Funktionen von NO mit vermehrter Angiogenese in Verbindung gebracht werden, wurden die Effekte von NO hinsichtlich der Produktion von ausgesuchten Chemokinen, die an der Steuerung des Tumorwachstums beteiligt sind, untersucht. Zu diesen Chemokinen gehören das proangiogene IL-8 sowie das tumorsuppressiv durch Interferon induzierbare Protein-10 (IP-10) und das Monokin induziert durch Interferon-y (MIG). Diese Chemokine werden, nach Stimulation mit IL- 1ß und lnterferon-? (IFN-?) von DLD-1 Zellen, ausgeschüttet. Unter diesen Bedingungen wird die IL-8 Freisetzung alleine durch IL-1ß vermittelt, aber nicht durch INFy. Im Gegensatz zu IL-8 hängt die Sekretion von IP-10 und MIG von der Aktivierung durch IFNy ab. Die Effekte von NO wurden analysiert indem DLD-1 Zellen mit dem NO-Donor DETA-NO inkubiert wurden. DETA-NO besitzt eine Halbwertzeit von 16,5h und simuliert damit die Effekte der endogenen NO-Synthase. Synthese und Freisetzung von IL-8 wurden durch die Behandlung mit NO stark gesteigert. Außerdem wurde in Zellen die dem NO-Donor ausgesetzt wurden die basale Sekretion des VEGF signifikant verstärkt. Dies steht im Gegensatz zur IL-Iß/IFNy-induzierten Produktion von IP-10 und MIG, beide wurden durch Koinkubation mit NO unterdrückt. Ebenso wurde die Regulation der IFNy abhängigen induzierbaren Stickoxidsynthase in DLD-1 Zellen von NO unterdrückt. Die vorliegenden Daten ergänzen vorherige Studien, in denen NO mit Tumorangiogenese und verstärkten Tumorwachstum in Verbindung gebracht wird. Die NO vermittelte Induktion von IL-8 und VEGF, ebenso wie die Verminderung der IP-10 and MIG Expression, könnte zu diesem Phänomen beitragen. Unsere Studien stützen die Hypothese, daß spezifische lnhibitoren der iNOS therapeutischen Nutzen bei humanen Neoplasien haben könnten.
Cytochrome c oxidase is the terminal enzyme in the respiratory chain of mitochondria and aerobic bacteria. This enzyme ultimately couples electron transfer from cytochrome c to an oxygen molecule with proton translocation across the inner mitochondrial and bacterial membrane. This reaction requires complicated chemical processes to occur at the catalytic site of the enzyme in coordination with proton translocation, the exact mechanism of which is not known at present. The mechanisms underlying oxygen activation, electron transfer and coupling of electron transfer to proton translocation are the main questions in the field of bioenergetics. The major goal of this work was to investigate the coupling of electron transfer and proton translocation in cytochrome c oxidase from Paracoccus denitrificans. Different theoretical approaches have been used to investigate the coupling of electron and proton transfer. This thesis presents an internal water prediction scheme in the enzyme and a molecular dynamics study of cytochrome c oxidase from Paracoccus denitrificans in the fully oxidized state, embedded in a fully hydrated dimyristoylphosphatidylcholine lipid bilayer membrane. Two parallel molecular dynamics simulations with different levels of protein hydration, 1.125 ns each in length, were carried out under conditions of constant temperature and pressure using three-dimensional periodic boundary conditions and full electrostatics to investigate the distribution and dynamics of water molecules and their corresponding hydrogen-bonded networks inside cytochrome c oxidase. The average number of solvent sites in the proton conducting K- and D- pathways was determined. The highly fluctuating hydrogen-bonded networks, combined with the significant diffusion of individual water molecules provide a basis for the transfer of protons in cytochrome c oxidase, therefore leading to a better understanding of the mechanism of proton pumping. The importance of the hydrogen bonding network and the possible coupling of local structural changes to larger scale changes in the cytochrome c oxidase during the catalytic cycle have been shown.
Das Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung der Einsatzmöglichkeiten eines mikrostrukturierten Reaktorsystems in der heterogenen Katalyse. Hierzu wurde eine Reaktion herangezogen, welche typische Problemstellungen der heterogenen Katalyse abbildet. Zu diesen Problemen gehören Temperaturkontrolle, sichere Handhabung von explosiven Gasgemischen und das Erzielen von zufriedenstellenden Selektivitäten. Die Reaktion sollte außerdem bereits gut untersucht worden und die Prozessparameter aus der Literatur bekannt sein. Aus diesem Grund wurde die Partialoxidation von Ethen zu Ethenoxid an Silberkatalysatoren gewählt. Es konnte gezeigt werden, dass die Reaktion in einem Mikrostrukturreaktorsystem sicher durchführbar ist. Vor allem wurde an einer ganzen Reihe von Beispielen veranschaulicht, dass eine herausragende Eigenschaft des Mikrostrukturreaktors seine inhärente Explosionssicherheit ist. Gasgemische, welche sich mitten im explosiven Gemischbereich befanden, konnten bei Drücken von 2 bis 20 bar und Temperaturen von 230 bis 310 °C sicher gehandhabt werden. So konnte gezeigt werden, dass der Mikrostrukturreaktor sich dazu eignet Reaktionen mit explosiven Gasgemischen durchzuführen. Die Verwendung von Mikrostrukturreaktoren in der heterogenen Katalyse befindet sich noch im Anfangsstadium. Um Probleme bei der Übertragung von Katalysatorsystemen auf ein System mit Mikrostruktur zu vermeiden, erfolgte zunächst der Einsatz von Vollsilberkatalysatoren. Die Mikrostruktur wurde deshalb aus dem katalytisch aktiven Material selbst hergestellt. Die Herstellung wurde auf drei unterschiedliche Weisen (LIGA-, Ätz- und Sägeverfahren) durchgeführt. So konnte gezeigt werden, dass eine Kostenreduzierung bei der Darstellung von Mikrostrukturen möglich ist. Der Nachteil der Nutzung von Vollsilber war, dass sich deutlich schlechtere Selektivitäten bei der Partialoxidation von Ethen ergaben. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass mit dem Mikrostrukturreaktor die Selektivitäten für Vollsilber im Schnitt 10 % über denen für Rohrreaktorexperimenten bei gleichen Umsätzen lagen. Die effektive Wärmeabführung und die homogene Verteilung der Wärme über den Mikrostrukturreaktor scheinen eine Verbesserung der Selektivität zu erbringen. Kinetische Untersuchungen zeigten, dass sowohl durch Anheben des Partialdrucks von Ethen als auch von Sauerstoff eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit erzielt werden kann. Dabei wurde für Ethen eine formale Reaktionsordnung bei der Bildung von Ethenoxid von 0,53 gefunden, während sie für Sauerstoff 0,78 betrug. Mit diesen Untersuchungen wurde verdeutlicht, dass ein Erhöhen des Sauerstoffpartialdrucks einen positiven Einfluss auf die Selektivität hat. So konnte durch Anheben der Sauerstoffkonzentration von 5 %, wie es in industriellen Prozessen aus Sicherheitsgründen notwendig ist, auf bis zu 95 % eine Verbesserung der Selektivität von bis zu 15 % erzielt werden. Über diesen Sachverhalt wurde zwar bereits in der Literatur (16) berichtet, jedoch erfolgten die Untersuchungen hierfür unter Hochvakuumbedingungen. Der Mikrostrukturreaktor ermöglichte einen Nachweis dieses Phänomens auch unter Hochdruckbedingungen, wie sie für industrielle Reaktoren üblich sind. Damit konnte ein in der heterogenen Katalyse bekanntes Problem, nämlich die Übertragung von Erkenntnissen aus Ultrahochvakuumexperimenten auf Hochdruckbedingungen (pressure-gap), untersucht werden. Eine wissenschaftliche Prüfung, ob dem Ergebnis die gleichen Ursachen sowohl im Ultrahochvakuum als auch bei Hochdruckbedingungen zugrunde liegen, muss noch erfolgen. Es zeigte sich aber auch, dass durch eine Verweilzeiterhöhung keine weitere Verbesserung der Raum-Zeit-Ausbeute möglich ist. Vielmehr wurde klar, dass Reaktionsgeschwindigkeit und Selektivität mit längeren Verweilzeiten abnehmen. Als Grund hierfür konnte die Bildung von elementarem Kohlenstoff an der Silberoberfläche festgestellt werden. Aufgrund der Limitierung bei der Verweilzeit wurden maximale Umsätze von 24 % erzielt. Der Einsatz von 1,2-Dichlorethan als Oxidationsinhibitor für Vollsilber wurde ebenfalls untersucht. Dabei konnte die Selektivität auf bis zu 69 % gesteigert werden. Es erfolgte jedoch eine Einbuße an Aktivität von etwa 42 %. Es ist bekannt, dass die Oberflächenmorphologie von Silberkatalysatoren unter Reaktionsbedingungen starke Veränderungen erfährt. (68) Es wurde aufgezeigt, dass dies für die Oberfläche von mikrostrukturierten Silberfolien ebenfalls festzustellen ist. Dabei wurde gleichzeitig festgestellt, dass die Katalysatoren trotz unterschiedlicher Herstellungsmethoden und den daraus resultierenden unterschiedlichen Oberflächenmorphologien vergleichbare Aktivitäten aufweisen. Industriell verwendete Katalysatoren basieren auf alpha-Aluminiumoxid als Trägermaterial. Dabei wurde bereits seit vielen Jahren an Optimierungen des Katalysators gearbeitet. Durch das Einstellen der spezifischen Oberfläche und Partikelgröße des Silbers und den Einsatz von Alkali- und Erdalkalimetallen als Promotoren werden so Katalysatoren hergestellt, welche eine Selektivität von 80 % besitzen. Die Übertragung dieser Erkenntnisse auf ein Mikrostrukturreaktorsystem kann nicht ohne weiteres vorgenommen werden. Es wurden verschiedene Darstellungsmöglichkeiten für eine alpha-Aluminiumoxidschicht in einem Mikrostrukturreaktor untersucht. Dabei zeigte sich, dass nur die direkte Darstellung von alpha- Aluminiumoxid ohne Phasenumwandlung aus anderen Modifikationen erfolgversprechend ist. Eine Darstellung der Aluminiumoxidschicht durch Sol-Gel- oder CVD-Prozesse war nicht erfolgreich, da die für die Phasenumwandlung von gamma-Aluminiumoxid nach alpha-Aluminiumoxid notwendige Temperatur von 1100 °C die Ausbildung einer Eisenoxidschicht an der Oberfläche der mikrostrukturierten Edelstahlfolien zur Folge hatte. Diese eignete sich nicht als Träger. Alternativ wurde erfolgreich der Einsatz von aluminiumhaltigen Edelstählen untersucht. Diese bilden beim Ausheizen bei 1100 °C eine alpha-Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche aus, welche mittels Sputtern mit Silber geträgert wurde. Katalytische Untersuchungen zeigten, dass mit dem Einsatz von alpha-Aluminiumoxidträgern eine Verbesserung der Selektivität im Vergleich zu Vollsilber von 17 % erreicht werden kann. Gleichzeitig konnte anhand eines Gegenüberstellens von katalytischen Daten mit TEM-Aufnahmen der Sputterschichten festgestellt werden, dass eine geschlossene Silberschicht an der Oberfläche notwendig ist, um eine zufriedenstellende Aktivität und Selektivität zu erzielen. Während bei Schichtdicken von 1 nm noch einzelne Silberinseln an der Oberfläche zu finden sind, liegt bei einer Schichtdicke von 5 nm eine fast geschlossene Silberschicht vor. Ein Anheben der Schichtdicke ergab keine weitere Verbesserung der Aktivität oder Selektivität. Dagegen ergab der Einsatz von 1,2-Dichlorethan eine weitere Steigerung der Selektivität auf 77 %. Industriell eingesetzte Rohrbündelreaktoren erreichen im Sauerstoffverfahren eine Selektivität von 80 %. Die hier erzielten 77 % Selektivität bei vergleichbaren Umsätzen zeigt, dass der Einsatz eines Mikrostrukturreaktors für die Synthese von Ethenoxid möglich ist, vor allem unter dem Gesichtspunkt, dass Potenzial für die Optimierung von Reaktoren und die Katalysatorpräparation besteht. Die Nutzung von Reaktionsbedingungen, wie Ethen in reinem Sauerstoff, und der daraus resultierenden Verbesserung für Aktivität und Selektivität, ermöglichen Raum-Zeit-Ausbeuten, die über denen von Industriereaktoren liegen. Ob Mikrostrukturreaktoren in industriellen Prozessen jemals eingesetzt werden, hängt allein von ökonomischen Faktoren ab. Dazu müsste die Selektivität über die bestehenden 80 % angehoben werden. Zur Zeit entfallen 80 % der Produktionskosten von Ethenoxid auf den Rohstoff Ethen, so dass jeder Prozentpunkt, um den die Selektivität angehoben werden könnte, eine deutliche Kosteneinsparung mit sich brächte und darüber entschiede, ob ein neuer Prozess eingeführt wird. Hierzu wäre es auch notwendig, die Kosten für die Produktion der Mikrostrukturreaktoren pro Volumeneinheit um mehrere Größenordnungen zu reduzieren. Außerdem müssten Lösungen entwickelt werden, welche die Peripherie des Reaktors betreffen, vor allem die Heizung und die Gasversorgung. Im Rahmen dieser Arbeit sollte überprüft werden, welche Leistungsfähigkeit ein Mikrostrukturreaktorprozess im Vergleich zu einem bestehenden Prozess besitzt. Es konnte dargestellt werden, dass Raum-Zeit-Ausbeuten über denen eines Industriereaktors erzielt werden können bei vergleichbareren Selektivitäten. Außerdem konnte gezeigt werden, dass der Mikrostrukturreaktor ein geeignetes Werkzeug ist, welches helfen kann, Reaktionen unter bisher nicht einfach zugänglichen Bedingungen durchzuführen.