Band 2 des vierteiligen Lehrbuchs behandelt weitere Materialien und Systeme, mit denen sich die Nanostrukturforschung aktuell befasst und die für die Nanotechnologie relevant sind. Als ausgewiesener Experte gibt Uwe Hartmann einen hervorragenden Gesamtüberblick über die weiche kondensierte Materie inklusive der Materie biologischen Ursprungs und grundlegende Nanobausteine wie etwa DNA, supramolekulare Strukturen, Kohlenstoffallotrope oder auch Cluster. Das Werk wendet sich an Studierende der Physik, Natur- und Ingenieurwissenschaften, sowohl begleitend als auch ergänzend zur Vorlesung.
Aktualisiert: 2023-05-29
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Band 2 des vierteiligen Lehrbuchs behandelt weitere Materialien und Systeme, mit denen sich die Nanostrukturforschung aktuell befasst und die für die Nanotechnologie relevant sind. Als ausgewiesener Experte gibt Uwe Hartmann einen hervorragenden Gesamtüberblick über die weiche kondensierte Materie inklusive der Materie biologischen Ursprungs und grundlegende Nanobausteine wie etwa DNA, supramolekulare Strukturen, Kohlenstoffallotrope oder auch Cluster. Das Werk wendet sich an Studierende der Physik, Natur- und Ingenieurwissenschaften, sowohl begleitend als auch ergänzend zur Vorlesung.
Aktualisiert: 2023-05-29
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Band 2 des vierteiligen Lehrbuchs behandelt weitere Materialien und Systeme, mit denen sich die Nanostrukturforschung aktuell befasst und die für die Nanotechnologie relevant sind. Als ausgewiesener Experte gibt Uwe Hartmann einen hervorragenden Gesamtüberblick über die weiche kondensierte Materie inklusive der Materie biologischen Ursprungs und grundlegende Nanobausteine wie etwa DNA, supramolekulare Strukturen, Kohlenstoffallotrope oder auch Cluster. Das Werk wendet sich an Studierende der Physik, Natur- und Ingenieurwissenschaften, sowohl begleitend als auch ergänzend zur Vorlesung.
Aktualisiert: 2023-05-29
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Nanomaterialien haben in der Medizin zu enormem Fortschritt bei der gezielten Wirkstofffreisetzung und für die multimodale Diagnostik geführt. Zu diesem Zweck befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Synthese und Charakterisierung von neuartigen anorganisch-organischen Hybridnanopartikel. Diese bestehen formal aus einem anorganischen Metallkation (z. B. [ZrO]²⁺, Gd³⁺) und einem funktionellen organischen Anion. Durch dessen Variation können verschiedene Funktionalitäten eingeführt werden, wodurch die vorgestellten Hybridnanopartikel therapeutische und/oder bildgebende Eigenschaften aufweisen. Dies ermöglicht den Einsatz zur Behandlung von Tumoren, bakteriellen Infektionen sowie entzündlichen Erkrankungen. In Kombination mit einer Fluoreszenzsonde kann dabei die Wirkstoffabgabe detektiert werden. Des Weiteren werden Hybridnanopartikel vorgestellt, die durch Radiomarkierung die Einsetzbarkeit als nukleare Bildgebungssonde in der Positronen-Emissions-Tomographie ermöglicht. Das therapeutische Anwendungspotential der Hybridnanopartikel wurde im interdisziplinären Dialog mit Biologie und Medizin durch ausgewählte in vitro- und in vivo-Studien überprüft.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Das Gebiet der metalloiden Cluster bietet Einblicke in den Bereich zwischen molekularen Metallverbindungen und den entsprechenden Metallen in der Festkörperphase. Bedingt durch die Größe der Cluster zeigen diese faszinierende Eigenschaften, welche verschiedenste Anwendungen in allen Bereichen der Naturwissenschaften ermöglichen. Die Eigenschaften zeigen sich dabei in Abhängigkeit der unterschiedlichen Strukturen und Zusammensetzungen, welche die Cluster ausbilden. Durch die eindeutige Charakterisierung der Verbindungen, zumeist mittels Röntgenstrukturanalyse, lassen sich Struktur und Charakteristika der Cluster in Zusammenhang setzen. Um einerseits Aufbauprinzipien entwickeln zu können und andererseits neue Strukturen mit entsprechend neuen Eigenschaften zu erhalten, gilt es das Spektrum an bekannten metalloiden Clustern zu erweitern. Durch die Sonderstellung von Gold, seiner hohen Elektronegativität und der Tendenz, Gold-Gold-Bindungen auszubilden, ist dieses Element prädestiniert für den Einsatz in der Cluserchemie.
Um neue Clusterverbindungen des Goldes zu generieren, wurden im Zuge dieser Arbeit verschiedene Herangehensweisen gewählt. Zum einen wurden Reduktionsmittel bezüglich ihrer Fähigkeit untersucht, metalloide Cluster selektiv zu generieren. Dabei wurde das subvalente GaCp erstmalig zur Darstellung eines metalloiden Goldclusters eingesetzt.
Zum anderen wurden verschiedene Phosphanliganden eingesetzt, um deren Reaktivität und Einfluss auf die ausgebildeten Strukturen zu untersuchen. Dies ermöglichte die Synthese neuer Clusterspezies mit Clusterkernen unterschiedlicher Strukturen aus 7 bis 129 Goldatomen. An der gefundenen Verbindung Au₃₂(ⁿBu₃P)₁₂C₁₈ wurden zudem umfangreiche Leitfähigkeitsuntersuchungen durchgeführt, sowohl an Dünnschichtfilmen als auch an Einkristallen, um den Einfluss der kristallinen Ordnung auf die elektronischen Eigenschaften erstmalig zu quantifizieren.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Diese Arbeit behandelt die Synthese und Charakterisierung von oxidfreien Nanopartikeln der Seltenerdmetalle. Es wird eine Lithium-Naphthalenid-basierte Flüssigphasensythese vorgestellt, welche die Darstellung einheitlicher Nanopartikel ausgewählter Seltenerdmetalle ermöglicht. Die Größe, Zusammensetzung und Oberflächenfunktionalisierung der erhaltenen Nanopartikel wird hierbei durch unterschiedliche mikroskopische und spektroskopische Methoden untersucht. Des Weiteren wird die hohe Reaktivität dieser Metall-Nanopartikel anhand von Folgereaktionen mit anorganischen und organischen Reaktanden verdeutlicht und die Darstellung neuer Verbindungen durch Ausnutzung und Kontrolle der Reaktivität behandelt. Die synthetisierten Verbindungen veranschaulichen den breiten Einsatzbereich der Nanopartikel als Ausgangssubstanzen.
Aktualisiert: 2023-01-01
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In den letzten Jahren hat das kontinuierliche Durchflussverfahren bzw. die Mikroreaktionstechnik bei chemischen Reaktionen aufgrund seiner bzw. ihrer Vorteile sowie des großen Anwendungspotenzials zunehmend an Bedeutung gewonnen. Aufgrund der Kontrolle der Prozessparameter ist eine Durchführung einer Synthese unter präzisen definierten Bedingungen möglich. Somit sind optimale Reaktionsbedingungen und gleichzeitig eine sehr gute Reproduzierbarkeit gegeben, um Nanopartikel in hoher Qualität und mit hoher Ausbeute herzustellen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden anorganisch-organische Hybrid-Nanopartikel in Form von Zirkonylorganophosphaten bzw. Gadolinium(III)-organophosphaten in einer kontinuierlichen Durchflusssynthese hergestellt. Dabei wurde der Einfluss von Reaktionsbedingungen untersucht und die Anwendung des Durchflussverfahrens ausgearbeitet.
Des Weiteren wurden durch die Verwendung von zirkoniumphosphat-basierten anorganisch-organischen Hybrid-Nanopartikeln mit funktionellen Gruppen Funktionalisierungen an der Partikeloberfläche durch Kupplungsreaktionen realisiert.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von neuartigen anorganisch-organische Hybridnanopartikeln auf Basis von Gd3+- und [ZrO]2+-Kationen, die aufgrund ihrer Wirkstoffbeladung in unterschiedlichen Bereichen von Biologie und Medizin eingesetzt werden können. Dazu gehört die Behandlung von Tumoren, bakteriellen Infektionen ebenso wie von viralen Erkrankungen. Die hohe Wirkstoffbeladung der Nanopartikel von bis zu 93 Gew-% ermöglicht hierbei eine effektive Wirkstoffanreicherung in den betroffenen Zellen, sodass die Nanopartikel sich durch eine hohe therapeutische Effizienz auszeichnen, welche den Einsatz von molekularen Wirkstoffen übertreffen kann. Neben Hybridnanopartikeln mit mono-molekularer Beladung, werden auch Nanopartikel vorgestellt, deren therapeutische Wirkung auf einer Kombination mehrerer Wirkstoffe oder unterschiedlicher Wirkmechanismen basiert. So ermöglicht das angewandte Materialkonzept beispielweise die Umsetzung von einer chemotherapeutischen Behandlung in Kombination mit einer Photodynamischen Therapie. Ebenso befasst sich diese Arbeit mit Hybridnanopartikel, die neben Wirkstoffen auch Komponenten für bildgebende Verfahren beinhalten (MRT oder fluoreszenzbasierte Bildgebung), sodass ein Einsatz dieser Nanopartikel im Bereich der Theranostik (Therapie + Diagnostik) möglich ist.
Aktualisiert: 2022-03-17
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Bereits seit dem zehnten Jahrhundert sind Leuchtstoffe zu dekorativen Zwecken bekannt. Der Zugang zu nanoskaligen Leuchtstoffen erweitert das Anwendungsspektrum bekannter Volumenleuchtstoffe immens. Mit Partikelgrößen kleiner als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, können beispielsweise transparente Schichten erhalten werden, welche ”unsichtbar“ besondere Eigenschaften mit sich führen. Diese lassen sich so beispielsweise in dünne Polymerfilme einbetten, die als Beschichtungen auf Glas oder Papier dienen oder durch Verwendung als Biomarker zur optischen Bildgebung genutzt werden. Die Transparenz solcher Schichten bleibt dabei weiterhin vorhanden. Zur Kristallisation der Partikel und der damit verbundenen Lumineszenz sind jedoch hohe Temperaturen (bis zu 1200 °C) notwendig. Nanopartikel, welche zunächst im Sinne der Trennung von Keimbildung und Keimwachstum bei niedrigen Temperaturen (< 300 °C) synthetisiert wurden, liegen daher bestenfalls monodispers und einheitlich geformt, jedoch amorph vor. Durch Sinterprozesse führt es nun auf Grund der hohen Temperaturen zu starker Agglomeration, unkontrolliertem Partikelwachstum und dadurch zur Einschränkung für genannte Anwendungszwecke. Ziel dieser Arbeit war vor diesem Hintergrund die Erarbeitung einer Strategie, welche trotz genannter Herausforderungen die Synthese kristalliner, dispergierbarer und nanopartikulärer Leuchtstoffe mit hohen Gitterenergien ermöglicht. Hierzu sollte eine Kombination aus Ionischen Flüssigkeiten und Mikrowellenstrahlung genutzt werden.
Aktualisiert: 2022-03-17
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Seit Jahrzehnten steht die Tumortherapie im Mittelpunkt der modernen medizinischen Forschung. Trotz der vielfältigen Neuentwicklungen und des enormen Fortschritts im Bereich der Pharmakologie ist die Behandlung onkologischer Erkrankungen noch immer mit vielerlei Schwierigkeiten verbunden. Neben den bekannten Komplikationen und Nebenwirkungen der Chemotherapie kommt es nicht selten zu einer Mehrfachresistenz der Tumorzellen gegen die verabreichten Therapeutika. Ein Teil der zahlreichen Probleme der konventionellen Krebsbehandlung lässt sich durch den Einsatz der Nanotechnologie für medizinische Zwecke angehen. In der Nanomedizin finden nanopartikuläre Systeme vornehmlich für den gezielten Transport von therapeutisch aktiven Wirkstoffen Einsatz. Durch die spezifische Anreicherung der Wirkstoffe im betroffenen Organ können die Nebenwirkungen der herkömmlichen Chemotherapeutika stark verringert werden, da sich die Wirkung des Therapeutikums erst im Tumorgewebe entfaltet und die gesunden Zellen somit nicht angegriffen werden. Im Hinblick auf die Optimierung der konventionellen Krebsbehandlungsmethoden bestand das Ziel dieser Arbeit in der Evaluierung metallbasierter, nanopartikulärer Hybridsysteme für den gezielten Wirkstofftransport und zur photodynamischen Tumortherapie. Zur Untersuchung der Funktionalität und Biokompatibilität der beschriebenen therapeutischen Nanostrukturen fanden im Rahmen dieses Projekts vielfältige in vitro sowie in vivo Modelle Anwendung.
Aktualisiert: 2021-12-22
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Band 2 des vierteiligen Lehrbuchs behandelt weitere Materialien und Systeme, mit denen sich die Nanostrukturforschung aktuell befasst und die für die Nanotechnologie relevant sind. Als ausgewiesener Experte gibt Uwe Hartmann einen hervorragenden Gesamtüberblick über die weiche kondensierte Materie inklusive der Materie biologischen Ursprungs und grundlegende Nanobausteine wie etwa DNA, supramolekulare Strukturen, Kohlenstoffallotrope oder auch Cluster. Das Werk wendet sich an Studierende der Physik, Natur- und Ingenieurwissenschaften, sowohl begleitend als auch ergänzend zur Vorlesung.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Band 2 des vierteiligen Lehrbuchs behandelt weitere Materialien und Systeme, mit denen sich die Nanostrukturforschung aktuell befasst und die für die Nanotechnologie relevant sind. Als ausgewiesener Experte gibt Uwe Hartmann einen hervorragenden Gesamtüberblick über die weiche kondensierte Materie inklusive der Materie biologischen Ursprungs und grundlegende Nanobausteine wie etwa DNA, supramolekulare Strukturen, Kohlenstoffallotrope oder auch Cluster. Das Werk wendet sich an Studierende der Physik, Natur- und Ingenieurwissenschaften, sowohl begleitend als auch ergänzend zur Vorlesung.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Die Einarbeitung agglomeratfreier, pulverförmiger Nanopartikel in thermoplastische Matrices ist mit hohen Anforderungen an die chemische Modifizierung und Verfahrenstechnik zur Aufbereitung von Thermoplasten verbunden. Innerhalb dieser Arbeit erfolgt die Entwicklung einer Anlagen- und Verfahrenstechnik zur Einarbeitung von Nanopartikeln in Polyethylenterephthalat basierend auf der Koppelung eines Doppelschneckenextruders mit einem Multitrotationsystem. Zur Vermeidungvon Agglomeraten werden die Partikel nicht als Pulver, sondern gebunden und stabilisiert in einem Trägermedium verarbeitet. Durch die Verwendung einer gut dispergierten und niedrig gefüllten Suspension wird eine disperse Verteilung von Primärnanopartikeln erreicht. Anhand experimenteller Untersuchungen, analytischer Berechnungen und theoretischer Betrachtungen werden in einem ersten Teil das Agglomerationsverhalten und die Bindungskräfte von Nanopartikeln untersucht. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird die Verfahrenstechnik entwickelt. Neben der effektiven Einarbeitung der Partikel steht bei der Verwendung einer niedriggefüllten und wasserbasierten Suspension die Vermeidung des hydrolytischen Abbaus von PET im Fokus. Im letzten Teil der Arbeit werden die hergestellten Compounds auf ihre thermischen und mechanischen Grundeigenschaften untersucht sowie im Anwendungsfeld PET Flasche getestet. Weiterhin wird die Verfahrenstechnik für weitere Partikel-Kunststoff-Systeme auf ihre Anwendbarkeit überprüft.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Unter Verwendung numerischer Methoden wurde die Rußbildung in einer laminaren und in einer turbulenten Diffusionsflamme sowie die Bildung von Eisenoxid-Nanopartikeln in einer mit Eisenpentacarbonyl dotierten laminaren H₂/O₂/Ar-Vormischflamme untersucht. Die jeweilige Vorgehensweise bei der Simulation wird beschrieben. Im Fall der turbulenten Flamme wird der Einfluss der turbulenten Schließung der einzelnen Partikelquellterme auf die Partikelgrößenverteilung gezeigt. Soot formation in a laminar and a turbulent diffusion flame as well as the formation of iron oxide nanoparticles in an iron pentacarbonyl doped near stoichiometric H₂/O₂/Ar-premixed flame have been investigated numerically. The particular modus operandi of the simulated test cases is described. In the case of the turbulent flame the impact of the turbulent closure of the single particle source terms on particle size distribution is shown.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Aktualisiert: 2023-03-27
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