Eldorado - Repositorium der TU Dortmund

Ressourcen aus und für Forschung, Lehre und Studium

Bei diesem Service handelt es sich um das Institutionelle Repositorium der Technischen Universität Dortmund. Hier werden Ressourcen aus und für Lehre, Studium und Forschung gespeichert, erschlossen und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

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Aktuellste Veröffentlichungen

On-surface transmetallation of metal–organic frameworks on Au(100)
(2026) Mischke, Valentin; Cinchetti, Mirko; Westphal, Carsten
Metal–organic frameworks (MOFs) provide a modular strategy for engineering materials with targeted properties by combining metal nodes and organic linkers in a defined geometry. This thesis explores the on-surface assembly of MnTPyP on Au(100) into well-defined, reactive two-dimensional coordination networks. Deposition of Co or Ni, followed by mild annealing, converts the initial monolayer into an ordered, commensurate two-dimensional lattice. Structural and spectroscopic measurements show that the porphyrin macrocycle remains largely flat on the surface, while the pyridyl groups tilt out of the molecular plane. In addition, the data indicate on-surface transmetallation, i.e., replacement of Mn by Co in the macrocycle. Core level spectroscopy shows that two cobalt species coexist in the final network, consistent with Co(II) in the macrocycle and a Co(I) state at the pyridyl coordination nodes. Across multiple core levels, network formation induces an almost rigid binding energy shift, indicating modified interface energetics rather than only local bonding changes. Momentum microscopy relates this to the valence electronic structure: ligand-derived states retain recognizable molecular fingerprints, while an additional low-binding-energy contribution develops with weak momentum selectivity, consistent with enhanced electronic coupling within the coordinated lattice. An analogous network is obtained after Ni deposition, with a geometry similar to that of the Co-based system. The Ni 2𝑝_3/2 spectra likewise reveal two chemically distinct components, assigned to Ni(I) nodes and Ni(II) incorporated into the macrocycle, supporting transmetallation also in the Ni case. Finally, the chemical functionality of the coordination nodes is probed by exposing both networks to NO2 and CO. In both systems, gas dosing suppresses the M(I) signature and shifts spectral weight toward higher oxidation states, identifying the +1 node species as the redox-active center, while the macrocycle-bound +2 species remains comparatively inert. Adsorption occurs at room temperature and is reversible upon mild annealing, demonstrating switchable, surface-confined redox chemistry at well-defined coordination nodes.
Acceptance tests of PMTs for the mDOM of the IceCube Upgrade
(2025) Werthebach, Johannes; Rhode, Wolfgang; Tjus, Julia
IceCube ist das bislang größte Neutrinoteleskop und besteht aus 5160 Digital Optical Modules (DOMs), die in einer Tiefe von bis zu 2450 m im Eis am geografischen Südpol eingefroren sind. Das IceCube Upgrade ist für die Feldsaison 2025/26 geplant. Im Rahmen dieses Upgrades werden etwa 700 neue optische Sensormodule, darunter Kalibrier- und Testmodule, im Zentrum des bestehenden IceCube-Detektors installiert. Eine dieser neuen Entwicklungen ist das Multi-PMT Digital Optical Module (mDOM), das 24 Photomultiplier tubes (PMTs) pro Modul kombiniert. Die PMTs sind die primären Detektionseinheiten in IceCube und müssen vor ihrem Einbau getestet werden. Im Zuge der Messkampagne wurden über 10 000 PMTs an zwei Standorten getestet. Während der Tests wurde bei fast allen Einheiten eine deutlich höhere Dunkelrate als gefordert festgestellt. Diese Abweichung konnte auf eine erhöhte Kontamination durch radioaktive Isotope in der Glasummantelung der PMTs zurückgeführt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Teststand entwickelt, konstruiert und in Betrieb genommen, um Massentests der PMTs zu ermöglichen. Das Design mit seinen einzelnen Komponenten, die Messverfahren, die Herausforderungen bei der Inbetriebnahme des Aufbaus in Dortmund sowie die Testergebnisse der PMTs werden vorgestellt.
Stage-dependent evaluation of cytotoxicity, biomarker expression and self-organisation in iPSC-derived neuroectoderm allows accurate and interpretable assessment of developmental toxicity
(2026) Scholtz-Illigens, Andreas; Hengstler, Jan G.; Rahnenführer, Jörg
Today, evaluation of developmental toxicity largely depends on animal testing, despite ethical considerations, high costs, questionable human relevance and limited accuracy, raising an urgent need for alternatives. Here, induced pluripotent stem cell-based methods are considered a promising option. Especially early-stage directed neuroectodermal differentiation has enabled highly accurate classification of developmental toxicants based on whole transcriptome profiling in previous studies. However, high costs and limited consideration of later developmental stages constrain applicability. In this thesis, both limitations were addressed by first developing a targeted RNA sequencing approach based on the selection of 190 transcriptional biomarkers to provide efficient and mechanistically interpretable assessment of disturbed early neural induction, and second, extending the differentiation model for evaluation of perturbation of self-organisation into neural rosettes. After exposure to a panel of 18 validation compounds with known developmental toxicity status, Targeted RNA Expression Measurement (TREx) revealed distinct modes of perturbed differentiation, including impaired acquisition of neuroectodermal identity and activation of divergent transcriptional programs. Integration of biomarker expression and cytotoxicity in a random forest-based classification model yielded moderately accurate prediction of developmental toxicity. Comparative cytotoxicity analysis revealed pronounced stage-dependent sensitivity patterns across the validation compounds, and evaluation of neural rosette formation during the late-stage model unravelled disruption of cellular self-organisation. Notably, it was found that some compounds, which exclusively affected biomarker expression during early neuroectodermal differentiation, did not influence self-organisation and vice versa. Integration of disrupted self-organisation and late-stage cytotoxicity in a random forest-based prediction model elevated predictive performance. Finally, it was demonstrated that developmental stage-aware modelling of early embryonic neurodevelopment based on directed neuroectodermal differentiation enabled identification of distinct modes of perturbed differentiation, providing accurate, efficient, and mechanistically interpretable prediction of developmental toxicity.
Strukturelle Charakterisierung von Hochleistungsfetten unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen mittels Röntgenstreuung
(2025) Lehninger, Kevin; Tolan, Metin; Kierfeld, Jan
Hochleistungsfette sind unverzichtbare Funktionsmaterialien in zahlreichen industriellen Anwendungen, da sie unter hohen mechanischen Belastungen sowie erhöhten Temperaturen zuverlässig schmieren müssen. Insbesondere lithiumseifenbasierte Fette nehmen aufgrund ihrer hohen thermischen und mechanischen Stabilität eine dominierende Stellung ein. Gleichzeitig steigt der Bedarf an lithiumfreien Alternativen, da Lithium zunehmend als strategisch wichtiger Rohstoff für Batterietechnologien genutzt wird. Ziel dieser Arbeit ist die systematische strukturelle Untersuchung lithiumhaltiger und lithiumfreier Hochleistungsfette unter variierenden Druck- und Temperaturbedingungen. Hierzu wurden neun Fette mit unterschiedlichen Verdickersystemen mittels Kleinwinkel- und Weitwinkelröntgenstreuung analysiert. Im Rahmen der Arbeit wurden zwei neuartige Hochdruckzellen entwickelt und realisiert. Eine Zelle ist für WAXS-Experimente bis zu Drücken von 5 kbar ausgelegt, während eine zweite Zelle SAXS-Messungen bis 10 kbar ermöglicht. Die Ergebnisse zeigen, dass lithiumhaltige Fette ausgeprägte kristalline Strukturen aufweisen. Lithiumfreie Alternativen weisen hingegen überwiegend amorphe oder nur schwach geordnete Mikrostrukturen auf; scharfe Reflexe lassen sich eindeutig kristallinen Additiven zuordnen. Temperaturinduzierte strukturelle Umorganisationen werden insbesondere bei Polyharnstoff- und Calciumkomplexfetten beobachtet, während druckinduzierte Phasenübergänge in keinem der untersuchten Systeme auftreten. Die vorliegende Arbeit liefert damit einen strukturbasierten Vergleich lithiumhaltiger und lithiumfreier Hochleistungsfette unter extremen Bedingungen und stellt zugleich leistungsfähige Hochdruckwerkzeuge für zukünftige Untersuchungen bereit.
Spatio-temporal coordination of Rho GTPase activity patterns in cell migration
(2026) Sachan, Arya; Dehmelt, Leif; Hengstler, Jan G.
Cell shape changes are fundamental to processes such as immune cell migration and cancer metastasis and are driven by coordinated cycles of cell protrusion and retraction. These dynamics are regulated by the Rho family GTPases Rac1 and RhoA, which promote protrusion and contraction, respectively. While earlier models proposed that mutual inhibition between Rac1 and RhoA stabilizes cell polarization, recent evidence instead indicates that Rac1 activates RhoA, suggesting a mechanism for dynamic protrusion-retraction cycles rather than stable polarity. However, the molecular basis of this crosstalk and the spatial organization of Rac1 and RhoA signalling remained unclear. This study identifies two complementary mechanisms linking Rac1 to RhoA activation. Arhgef12 is recruited directly to the plasma membrane by active Rac1 through its PH domain, whereas Arhgef11 is recruited near the plasma membrane downstream of Rac1-induced actin polymerization via a unique F-actin-binding motif. These findings establish how Rac1 promotes localized RhoA activation to coordinate protrusion with subsequent retraction. To explain the spatial confinement of Rac1 and RhoA activities, the unconventional Rho GTPase Rnd3 was investigated as a potential regulator. Rapid optogenetic and chemical perturbations confirmed mutual inhibition between RhoA and Rnd3 but unexpectedly revealed that Rac1 is the dominant inhibitor of Rnd3 through p21-activated kinases (PAKs). Functional analyses demonstrated that Rnd3 suppresses ectopic RhoA activity across the cell attachment area while permitting localized contraction at the cell edge. Loss of Rnd3 markedly reduced protrusion-retraction dynamics, whereas its overexpression enhanced these morphodynamic behaviors. Together, these findings establish a revised signalling network in which Rac1 promotes RhoA activation through Arhgef11 and Arhgef12 while simultaneously relieving Rnd3-mediated inhibition at the cell edge. This coordinated Rac1-Rnd3-RhoA circuit explains how localized protrusion-retraction cycles are generated in migrating cells and provides new mechanistic insight into cell morphodynamics relevant to physiological processes and pathological conditions such as cancer metastasis.