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    Physico-Chemical Engineering and Evaluation of Microstructures and Coatings for Solid-State Battery Composite Cathodes
    (2025) Kissel, Maximilian
    Solid-state batteries are widely regarded as a key technology for next-generation energy storage, promising improved safety and higher energy densities. However, their widespread adoption remains hindered by fundamental challenges in materials development, interface stability, and cell processing. This dissertation addresses the often overlooked interplay between physico–electrochemical understanding and process engineering, with a focus on composite cathodes and cathode active material coatings. Unlike conventional lithium-ion batteries, where a liquid electrolyte infiltrates a porous electrode structure, solid-state batteries require the solid electrolyte to be directly integrated into the cathode composite during its fabrication. As a result, the mixing of the composite components becomes critical. Using a representative model system comprising a nickel-rich active material, a sulfide solid electrolyte, and a carbon additive, this thesis demonstrates that the quality of the mixing process has a direct impact on the electrochemical performance and reproducibility. Specifically, a method is validated and evaluated to quantify the static active material utilization in the composite as a microstructural descriptor, enabling a clear distinction between static and kinetic capacity losses. This allows for the quantification of mixing quality during process development and helps to avoid misinterpretation of capacity data in early-stage research. Based on this, a scalable mechanofusion process is investigated to create mixed-conducting matrix coatings as cathode microstructures. These coatings enable microstructural control and enhance electrochemical performance by facilitating both ionic and electronic transport across interfaces with intimate contact. In a complementary study, protective coatings on nickel-rich cathode active material particles using the model coating precursor Li3PS4 are investigated. A single annealing parameter is shown to significantly influence the coating’s composition, morphology, and ultimately the performance of the entire cell. These findings underscore how variations in processing conditions have major consequences on interphase properties and interfacial stability. To address this parameter space, a practical and efficient benchmarking protocol is developed that combines surface characterization and targeted electrochemical testing, focusing on impedance analysis. This reliable approach enables a systematic screening and an accelerated optimization of cathode coating strategies. The physico-chemical concepts and process strategies developed in this dissertation are broadly transferable to other material systems. They provide a robust framework for accelerated development and reliable evaluation of composite cathodes and coatings for solid-state batteries — on a fundamental level of materials research as well as toward industrial research.
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    Infektiosität von Hepatitis-B-Virus Genotyp F- und H-pseudotypisierten Hepatitis-Delta-Viren und deren Neutralisierbarkeit durch humane und tierische Impfseren nach Hepatitis-B-Impfung
    (2026) Lopez Pautz, Nadia Katharina
    Die HBV-Infektion zählt zu den häufigsten Viruserkrankungen weltweit und endet in ihrer chronischen Form häufig in einer Leberzirrhose, welche oft in ein HCC mündet. HBV kann parenteral, sexuell oder auch perinatal übertragen werden. HDV, ein Satellitenvirus des HBV, benutzt die Oberflächenproteine (HBsAg) des HBV in HDV/HBV-koinfizierten Zellen zur Umhüllung und Infektion von Hepatozyten. Die HDV-Superinfektion von HBV-infizierten Patienten verschlimmert die Lebererkrankung erheblich. Aufgrund der eingeschränkten Heilungsmöglichkeiten einer chronischen HBV-Infektion ist die Impf-Prävention essenziell im Kampf gegen HDV und HBV. Das aktuell verwendete HBV-Zweit-Generations-Vakzin wird rekombinant in Hefezellen hergestellt, beinhaltet nur das SHBs des HBV-Subgenotyps A2 und induziert neutralisierendes anti-HBs. Dennoch besteht ein Infektionsrisiko durch impfstoffferne HBV-Genotypen oder immunologische Escapevarianten. Dritt-Generations-Vakzine beinhalten meist das komplette HBsAg (LMS), das ein breiteres Epitop-Spektrum aufweist und anti-LMS-Antikörper induziert. Die Impfung kann daher eine robustere und länger anhaltende Immunreaktion gegen HDV/HBV auslösen. Es ist daher von großem Interesse unterschiedliche HBV (Sub)-Genotypen und häufig auftretende Escapemutationen auf ihre HDV/HBV-Infektiosität und Neutralisierbarkeit durch Antikörper nach Impfung mit Zweit- und Dritt-Generations-Vakzinen zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wurde HBsAg der zwei divergentesten HBV-Genotypen F und H in Hepatomzellen exprimiert und die Sekretion von HBsAg, sowie dessen Antigenität durch unterschiedliche diagnostische Nachweismethoden überprüft. Es wurden psHDV produziert, welche erfolgreich HDV/HBV-suszeptible Hepatomzellen infizieren konnten. Um darzustellen, ob bekannte Escapemutationen einen Einfluss auf die HBsAg-Produktion, Infektiosität und Neutralisierbarkeit von HDV haben, wurden die Mutationen P120Q, Q129P und G145R im Kontext des HBV-Subgenotyps F3 untersucht. Anti-LMS neutralisierte dabei besser als Anti-S-Vergleichssera, insbesondere bei den Genotypen F und H. Die Neutralisation durch Anti-S zeigte einen unzureichenden Effekt bei den untersuchten Escapemutationen. Durch Boostern mit einem Zweit-Generations-Vakzin kann die Konzentration an Anti-HBs im Vergleich zum herkömmlichen Impfschema vermutlich gesteigert werden. Eine Steigerung der Neutralisationsqualität des Anti-S, welches durch Boostern induziert wurde, konnte nicht gezeigt werden.
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    Wirkung der K-Ras G12C-Inhibitoren MRTX849 und AMG510 auf Prozesse der epithelial-mesenchymalen Transition in Lungen- und Pankreaskarzinomzellen
    (2026) Vangerow, Aliena Stephanie
    Onkogenes, mutiertes K-Ras kann zur Entwicklung eines invasiven, metastasierenden Phänotyps führen. Die Punktmutation G12C, die häufig in non small cell lung cancer (NSCLC)-Tumoren und zu einem geringen Teil in Adenokarzinomen des Pankreas vorkommt, führt zu einem konstitutiv aktiven Zustand dieses Onkogens. Die Entdeckung einer geeigneten Bindungsstelle an K-Ras G12C ermöglichte die Entwicklung direkter K Ras G12C-Inhibitoren. In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen der zwei irreversiblen K Ras G12C-Inhibitoren MRTX849 und AMG510 auf zentrale Ras-abhängige Signaltransduktionsmoleküle und auf Markerproteine der epithelial-mesenchymalen Transition sowie auf das Zytoskelett und die Zellmorphologie in homo- bzw. heterozygot K-Ras G12C-mutierten NSCLC- und Pankreaskarzinomzellen untersucht. Die K Ras G12C-Inhibition durch MRTX849 und AMG510 führte je nach Zelllinie zu einer reduzierten Aktivität des Ras-Raf-MEK-ERK-Signalwegs und des PI3K-Akt-Signalwegs. Diese Signalwege waren trotz Vorliegen des konstitutiv aktiven K Ras G12C durch den epidermal growth factor (EGF) und durch unspezifische Wachstumsfaktoren des Fötalen Kälber Serums stimulierbar. Die Präinkubation mit MRTX849 und AMG510 konnte den aktivierenden Effekt von EGF auf Signaltransduktionsmoleküle reduzieren. Die MRTX849- und AMG510-Behandlung führte zur vermehrten Ausbildung Vinkulin- und Paxillin-haltiger fokalen Kontakte und Aktin-Stressfasern sowie in zwei der drei untersuchten Zelllinien zur Reorganisation des Vimentinzytoskeletts mit Bildung von dicken Filamentbündeln. Mit dem Umbau des Zytoskeletts gingen zellmorphologische Veränderungen und eine Vergrößerung der Zellfläche einher. Die Behandlung der Zellen mit MRTX849 und AMG510 führte nicht zu signifikanten Veränderungen des Vimentin-Proteingehalts, was eine Umverteilung dieses Zytoskelettproteins vermuten lässt. Hierauf könnte die tendenzielle Abnahme der Phosphorylierung von Vimentin an Serin38 unter Einfluss beider Inhibitoren sowie die Abnahme der Vimentin-Genexpression unter MRTX849-Behandlung in der untersuchten Pankreaskarzinomzelllinie hindeuten. Die beobachteten zytoskelettalen Veränderungen könnten einen Hinweis auf ein verändertes metastatisches Potenzial der Zellen unter MRTX849- oder AMG510-Behandlung geben.
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    Processes of eco-evolutionary metacommunity assembly in insular ecosystems with special emphasis on ancient Lake Ohrid
    (2019-03) Hauffe, Torsten
    One of the major challenges of eco-evolutionary research is to understand how metacommunity structuring processes scale up over time and imprint evolutionary dynamics. Insular ecosystems are suitable systems to study the eco-evolutionary intersection due to ecological, evolutionary, and geological processes occurring on similar timescales. Island Biogeography Theory (IBT) postulates that available niche space varies over the life cycle of an insular ecosystem and regulates insular biodiversity through the feedback of available niche space on immigration, speciation, and extinction rates. Competitive interaction among species for ecological resources and/or geographical space occurs on short time scale and at the level of the metacommunity. In concert with dispersal limitation and the sorting of species along environmental gradients according to their ecological niche, it should therefore also shape metacommunity structure by affecting the assembly of local communities. Metacommunity structure in turn is pivotal for diversification where different metacommunity dynamics may scale up over time to distinct biodiversity trajectories. <br> However, there is limited empirical evidence on whether the processes shaping the co-existence of species in local communities in insular ecosystems imprint the species richness and endemism trajectories through time. In order to address this knowledge gap, this synthesis (i) summarized how individual level processes theoretically scale up to shape macroevolutionary dynamics, (ii) compiled confirmatory and contradictory evidence for such a mechanistic link from several insular ecosystems, putting specific emphasis on gastropods of the model system Lake Ohrid, and (iii) outlined future avenues for enhancing the understanding of the consequences of metacommunity processes on short timescales on evolutionary dynamics over long timescales. <br> Simulation experiments suggested a differential upscaling of metacommunity assembly processes over time, resulting in distinct macroevolutionary diversification dynamics. This offers the possibility to infer mechanisms of species co-existence from evolutionary dynamics and vice versa. Results of empirical studies across several taxa like cichlids, lizards, spiders, and plants of different insular ecosystems such as Lake Tanganyika and the Carribean and Hawaiian Islands, suggest a match between declining diversification rate and community assembly driven by biotic interactions. In contrast, the demonstrated diversification decline for Madagascan herpetofauna is not reflected by their metacommunity assembly processes. <br> For the gastropods of Lake Ohrid, a new approach of inferring metacommunity assembly processes revealed a high importance of dispersal limitation and environmental filtering, whereas competitive interaction played a minor role in structuring gastropod communities. Over long timescales, weak competitive interaction may be caused by plenty vacant niche space, which is a scenario meshing with the identified constant diversification, and that results on evolutionary timescales in a higher species richness than under strong competitive interaction. The identified assembly processes may therefore explain the evolution of the high endemic gastropod richness of Lake Ohrid. In order to improve our understanding of the reciprocal effect between metacommunity assembly processes and diversification dynamics, this synthesis presented new approaches for estimating time-varying diversification rates for 219 insular communities arising from multiple colonization events and outlines a way to infer the importance of community assembly processes needed for a mechanistical upscaling to the observed diversification dynamics over time. <br> The eco-evolutionary dynamic of mainly dispersal limited community assembly and constant geographic speciation resulted in the gradual build-up of Lake Ohrid’s gastropod diversity through time. This and the suggested approaches to infer diversification dynamics and the way to link them to metacommunity assembly contribute to the aim of inferring the driving forces of biotic evolution in Lake Ohrid.
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