Drug release from colloidal drug delivery systems into media relevant for parenteral administration

Kenntnisse über die Wirkstofffreisetzungs- und Retentionseigenschaften von kolloidalen Arzneistoffträgersystemen für die intravenöse Applikation sind von entscheidender Bedeutung. Damit die physiologischen Gegebenheiten im Blut nach intravenöser Applikation dieser Systeme möglichst gut widergespiegelt werden, sollte das Freisetzungsmedium bei der Verwendung von in vitro- Freisetzungsmethoden lipophile Bestandteile enthalten. In Teilen dieser Arbeit wurden Wirkstofftransferuntersuchungen durchgeführt. Dabei wurden Trimyristin-Nanoemulsionen als Donorsystem verwendet, welche mit den schwer wasserlöslichen Wirkstoffen Fenofibrat, Cannabidiol, Retinylacetat, Lumefantrin oder Orlistat beladen waren. Als Akzeptor kamen unterschiedliche Systeme als „Modell-Blut“ zum Einsatz. Zunächst wurde der Transfer in etwa 40 µm große Calcium-Alginat-Mikrogelpartikel (MGP) untersucht, in welche unterschiedlich zusammengesetzte Lipidnanodispersionen inkorporiert wurden. Aus den Transferergebnissen ging hervor, dass die Wirkstofffreisetzung ein Verteilungsgleichgewichts-gesteuerter Prozess ist und von der Art des lipophilen Akzeptors abhängig ist. Der Wirkstofftransfer erfolgte in Abhängigkeit der Lipophilie, welche anhand des berechneten logP- bzw. logD-Wertes eingeschätzt wurde: Je höher dieser Wert war, desto langsamer erfolgte der Transfer. Ein Vergleich mit einem barrierefreien Set-Up zeigte, dass der Transfer durch die Gelmatrix der MGP und die damit verbundenen längeren Diffusionswege zwischen Donor und Akzeptor deutlich langsamer erfolgte und somit übermäßig diskriminierend dargestellt wurde, sodass ein absoluter Vergleich des Transferverhaltens von unterschiedlich stark lipophilen Wirkstoffen mit diesem auf lipidhaltigen MGP als Akzeptorsystem basierende Transfer-Setup nicht ohne weiteres möglich ist. Ein relativer Vergleich von unterschiedlichen Transfergeschwindigkeiten erscheint gut möglich, sodass mit dieser Methode beispielsweise kolloidale Trägersysteme identifiziert werden können, die eine Retention des Wirkstoffs bewirken. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die eine Einschätzung der Lipophilie der untersuchten Wirkstoffe in Relation zueinander ermöglicht. Dazu wurden die mittels High Performance Liquid Chromatographie (HPLC) erhaltenen Retentionszeiten von unterschiedlichen Substanzen miteinander verglichen. Die entwickelte HPLC-Methode kann zum relativen Vergleich der Lipophilie von unterschiedlichen Wirkstoffen genutzt und auf diese Weise anstehenden Transferuntersuchungen vorausgehend oder in sinnvoller Ergänzung zu Transferstudien eingesetzt werden.Knowledge of the drug release and retention properties of colloidal drug carrier systems designed for intravenous administration is of essential importance. In order to reflect the physiological conditions in the blood after administration of these systems, the release media of in vitro methods should preferentially contain lipophilic components that represent the physiological acceptors. In parts of this work, drug transfer studies were performed. In these studies, the effect of different acceptor structures was investigated by comparing the transfer of the poorly water-soluble drugs fenofibrate, cannabidiol, retinyl acetate, lumefantrine or orlistat from trimyristin nanoemulsions into lipid-containing hydrogel particles (MGP). The hydrogel particles (mean diameter ~40 µm) were prepared with a spraying method. The lipophilic acceptor within the gel particles consisted of different lipid nanodispersions as “model blood”. The transfer results indicated drug release to be a partition equilibrium-controlled process and dependent on the type and structure of the lipophilic acceptor. The course of the transfer observed was in relation to the lipophilicity of the drugs: The higher the logP or logD value, the slower the transfer. Additionally, transfer studies from selected nanoemulsions were performed under barrier-free conditions. The drug transfer was slower in the MGP-based setup due to the presence of a gel matrix and the corresponding longer diffusion paths between donor and acceptor leading to the conlcusion that an an over-discriminatory effect was observed for the transfer of very lipophilic drugs. Thus, an absolute comparison of the transfer behavior of drugs with different lipophilicites was not readily possible. Nevertheless, a relative comparison of different transfer rates seems possible so that this method can be used, for example, to identify colloidal carrier systems from which drugs are being released over an extended period of time. In another part of this work, a method was developed in order to estimate the lipophilicity of the drugs in relation to eachother. For this purpose, the retention times of different drugs obtained using High Performance Liquid Chromatography (HPLC) were compared. This approach offers high potential and requires significantly less instrumental effort compared to the MGP-based transfer setup. The developed HPLC-method can be utilized in order to relatively compare the lipophilicity of different drugs and thus provide beneficial supplementary information for transfer studies

Cellular automata method for macroscopic surface and friction dynamics in brake systems

The friction dynamics in the boundary layer of a brake system is closely linked with the growth and the destruction of typical structures on the brake pad. These processes are caused by an interaction of friction and wear and determine the (as well measured) time-dependence of global parameters, such as the friction coefficient μ or the temperature. Based on the simulation with a set of differential equations, this equilibrium of flow has also already been described with a Cellular-Automaton-discretisation. This paper will show new results and fundamental conclusions with respect to the surface topography dynamics and the friction behavior of a brake system

Investigation of the lamination process for the production of lithium-ion batteries

Gegenwärtig lässt sich eine hohe und stetig wachsende Nachfrage an qualitativ hochwertigen Batteriezellen beobachten, da die Elektrifizierung immer weiter voranschreitet. Gerade der Automobilbereich, aber auch weitere gesellschaftlich relevante Sektoren, setzen verstärkt auf elektrische Energie, für die entsprechende Speicher bereitgestellt werden müssen. Entsprechend groß fällt das Interesse an der Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie selbst und auch ihres Herstellungsprozesses aus. Bei letzterem steht die Entwicklung hochdurchsatzfähiger Prozesse im Vordergrund aktueller Forschungsbemühungen. Einen vielversprechenden Ansatz, eine hochdurchsatzfähige Prozesskette zu schaffen, stellt die Implementierung eines Laminationsprozesses dar, der die Herstellung von stoffschlüssig verbundenen Elektrode-Separator-Laminaten ermöglicht. Dieses neue Zwischenprodukt mit seinen vorteilhaften mechanischen Eigenschaften ermöglicht den Einsatz neuartiger Stapelkonzepte, die den bislang eingesetzten Verfahren hinsichtlich Durchsatz überlegen sind. Weder der Laminationsprozess an sich, noch das Elektrode-Separator-Laminat als sein Produkt sind bislang umfassend erforscht. Das Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift besteht darin, Forschungslücken zu diesem Themenfeld zu schließen, indem ein grundlegendes Verständnis über die Wirkbeziehung zwischen den Prozessparametern des Laminationsprozesses und den Produkteigenschaften des entstehenden Laminats aufgebaut wird. Hierzu werden sowohl mechanische als auch elektrochemische Eigenschaften des Laminats und daraus gefertigter Batteriezellen untersucht. Es wird gezeigt, dass über die kombinatorische Wahl relevanter Prozessparameter unmittelbar Einfluss auf die Haftung zwischen Elektrode und Separator im Laminat als zentrale mechanische Eigenschaft genommen werden kann und sich Prozessparameterpaarungen auch auf die elektrochemischen Eigenschaften auswirken. Aus diesen Ergebnissen wird schließlich ein Prozessfenster abgeleitet, in dem mechanisch stabile und elektrochemisch performante Laminate reproduzierbarer Qualität erzeugt werden können. Die Reproduzierbarkeit qualitativ hochwertiger Laminate kann als eine Bedingung betrachtet werden, Lamination auch in der industriellen Batteriezellproduktion einzusetzen. Hierfür ist es – insbesondere in Anbetracht der Neuartigkeit und damit potenzieller Fehleranfälligkeit des Prozesses – notwendig, den Laminationsprozess zu überwachen und die entstehenden Laminate zu kontrollieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden inline-fähige Messverfahren entwickelt, vorgestellt und evaluiert, die die Prozessüberwachung sowie Produktkontrolle im laufenden Fertigungsbetrieb ermöglichen. Letztendlich erscheint die Implementierung des Laminationsprozesses in die etablierte Prozesskette zur Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien nur dann schlüssig, wenn sie sich auch aus ökonomischer Perspektive lohnt. Daher wird die Untersuchung der technischen Machbarkeit und inline-fähigen Überwachung ergänzt um die Bewertung der Wirtschaftlichkeit einer Integration der Lamination in die Großserienfertigung von Lithium-Ionen-Batterien. Hierbei werden im Rahmen verschiedener Szenarien Voraussetzungen ermittelt, unter denen sich der Einsatz von Lamination wirtschaftlich rentiert. Sind alle drei Anforderungen – technische Umsetzbarkeit von Lamination, Qualitätskontrolle und Wirtschaftlichkeit – erfüllt, ist der Weg geebnet für die Erweiterung der etablierten Prozesskette zur Batteriezellfertigung um den Prozessschritt der Lamination.At present, a high and constantly growing demand for high-quality battery cells can be observed as electrification continues to advance. The automotive sector in particular, but also other socially relevant sectors, are increasingly relying on electrical energy for which appropriate storage devices are required. Consequently, there is a great interest in the further development of the lithium-ion battery itself and also its manufacturing process. With regard to the manufacturing process, the development of high-throughput processes is at the forefront of current research efforts. A promising approach to achieve this goal is the implementation of a lamination process that enables the production of bonded electrode-separator laminates. This new intermediate, with its advantageous mechanical properties, enables the use of novel stacking concepts that are superior to the processes used currently in terms of throughput. Neither the lamination process itself nor the electrode-separator laminate as its product have been extensively researched to date. The aim of this dissertation is therefore to close research gaps in this field by establishing a fundamental understanding of the interdependencies between the process parameters of the lamination process and the product properties of the resulting laminate. For this purpose, both mechanical and electrochemical properties of the laminate and battery cells manufactured from the laminates are investigated. It is shown that the combinatorial choice of relevant process parameters can directly influence the adhesion between the electrode and the separator as the central mechanical property. In addition, the effect of process parameter variation on the electrochemical properties is demonstrated. Finally, a process window is derived from these results in which mechanically stable and electrochemically performant laminates of reproducible quality can be produced. The reproducibility of high-quality laminates can be regarded as a prerequisite for using lamination in industrial battery cell production. For this reason, it is necessary to monitor the lamination process and to control the resulting laminates, especially considering the novelty and thus potential high error rate of the process. Within the scope of this work, inline-capable measurement methods are developed, presented and evaluated, which enable process monitoring as well as product control during production. Ultimately, the implementation of the lamination process in established process chains for the production of lithium-ion batteries only appears conclusive if it is also worthwhile from an economic standpoint. Therefore, the investigation of technical feasibility and inline monitoring is supplemented by an evaluation of the economic viability of integrating lamination into the large-scale production of lithium-ion batteries. Within the framework of various scenarios, conditions are determined under which the use of lamination is economically viable. If all three requirements - technical feasibility of lamination, quality control and economic efficiency- are fulfilled, there is nothing to prevent the established process chain for battery cell production from being extended by the lamination process

360°-Personas for customer-orientated Development of mobility and financial services: conception, implementation and application

Die Bedürfnisse und Anforderungen von Kunden an Produkte und Dienstleistungen werden immer vielfältiger. So wollen sie möglichst persönlich und individuell angesprochen und bedient werden – auch die Praxis rückt dafür Kundenzentriertheit zunehmend in den Fokus. Doch oftmals stehen Unternehmen vor den Problemen der Verfügbarkeit, Relevanz und Aussagekraft der Daten. Auch Daten-Silos, die in verschiedenen Bereichen vorherrschen, müssen zur Analyse von Kunden aufgebrochen werden. Für den Kundenfokus setzen sich Unternehmen das Ziel, sämtliche Informationen über Kunden zu bündeln und verständlich zu machen. Alle Mitarbeiter – von Produktmanagement bis Marketing – sollen bestenfalls die gleichen Informationen über Kunden zur Verfügung haben. Diese Arbeit fokussiert daher die Gestaltung einer Anwendung zur umfänglichen Kundenanalyse, wofür in der Konzeptionsphase alle Anforderungen an eine 360- Grad-Kundensicht zusammengetragen werden. Dies geschieht anhand von zwei systematischen Literaturanalysen, einerseits zu bestehenden Konstrukten der Kundenanalyse und andererseits zur Persona-Methodik. Die Ergebnisse werden um Experteninterviews angereichert, um die Praxisrelevanz der 360-Grad-Kundensicht zu verstehen. Ebenfalls fließen drei Praxis-Projekte zur Persona-Entwicklung in die Konzeptionsphase ein, bei der veranschaulicht werden soll, wie Personas als Anwendung zur Kundenanalyse heute in der Praxis entwickelt und umgesetzt werden. Die Ergebnisse dieser vier Elemente werden in Form von Design-Richtlinien festgehalten. In der Umsetzungsphase werden diese herangezogen, um eine entsprechende Anwendung zu gestalten. Dafür werden vorab definierte Kundendaten aus Customer Relationship Management (CRM)- und Marktforschungsdaten analysiert und zusammengeführt. Anschließend wird mittels einer weiteren systematischen Literaturanalyse ein Vergleich möglicher Segmentierungsmethoden aufgestellt und eie Methode für 360-Grad-Personas aufgestellt. Die entsprechende Darstellung des Rundum-Kundenblicks wird in der Anwendungsphase an einem Beispiel prototypisch durchlaufen und mit Experteninterviews evaluiert. Allgemein wird durch diese Arbeit aufgezeigt, wie Unternehmen sich mit dem gestalteten Ansatz nach ihren Kunden ausrichten können. Die vorliegende Arbeit schafft somit – basierend auf dem Design-Science-Paradigma – neues Wissen, indem die Gestaltung einer 360-Grad-Kundensicht erfolgt mit dem das Verstehen des Kundens fokussiert wird.The needs and requirements of customers for products and services are becoming increasingly diverse. They want to be addressed and served as personally and individually as possible - the practice is also increasingly focusing on customer needs. However, companies are often faced with the problems of availability, relevance and meaningfulness of the data. Data silos that prevail in different areas also need to be broken down in order to analyze customers. To focus on customers, companies set themselves the goal of bundling all information about customers and making it understandable. At best, all employees – from product management to marketing – should have the same information about customers. This work therefore focuses on the design of an application for comprehensive customer analysis, for which all requirements for a 360-degree customer view are compiled in the conception phase. This is done using two systematic literature analyses, on the one hand on existing customer analysis constructs and on the other hand on the persona methodology. The results are enriched with expert interviews in order to understand the practical relevance of the 360-degree customer view. Three practical projects on persona development are also included in the conception phase, which are intended to illustrate how personas are developed and implemented in practice today as an application for customer analysis. The results of these four elements are recorded in the form of design guidelines. These are used in the implementation phase to design an appropriate application. To do this, predefined customer data from customer relationship management (CRM) and market research data are analyzed and merged. A further systematic literature analysis is then used to compare possible segmentation methods and to develop a method for 360-degree personas. The corresponding representation of the all-round customer view is carried out as a prototype in the application phase using an example and evaluated with expert interviews. In general, this work shows how companies can align themselves with their customers using the designed approach. The present work thus creates new knowledge - based on the design science paradigm - by designing a 360-degree customer view that focuses on understanding the customer

Organic matters, but inorganic matters too: column examination of elevated mercury sorption on low organic matter aquifer material using concentrations and stable isotope ratios

Sorption of mercury (Hg) in soils is suggested to be predominantly associated with organic matter (OM). However, there is a growing collection of research that suggests that clay minerals and Fe/Mn oxides are also important solid phases for the sorption of soluble Hg in soil–groundwater systems. We use a series of (60 mL syringe based) column experiments to examine sorption and subsequent desorption of HgCl2 solutions (experiment 1 (EXP1): 46.1 ± 1.1 mg L−1; experiment 2 (EXP2): 144 ± 6 mg L−1) in low-OM (0.16 ± 0.02 %) solid-phase aquifer materials. Analyses of total Hg concentrations, Hg speciation (i.e. pyrolytic thermal desorption (PTD)), and Hg stable isotopes are performed on both solid- and liquid-phase samples across sorption and desorption phases of the experiments. The sorption breakthrough curve best fitted a Freundlich model. Despite the very low-OM content, the Hg equilibrium sorptive capacity in these columns is very high: 1510 ± 100 and 2320 ± 60 mg kg−1 for EXP1 and EXP2, respectively, and it is similar to those determined for high-OM soils. Data from the experiments on mass-dependent Hg stable isotope fractionation data from these experiments (described by δ202Hg) support preferential sorption of lighter isotopes to the solid-phase materials with results indicating an isotopically heavier liquid phase and an isotopically lighter solid phase. Desorption fits exponential decay models, and 46 ± 6 % and 58 ± 10 % of the sorbed Hg is removed from the solid-phase materials at the termination of desorption in EXP1 and EXP2, respectively. The divergence of δ202Hg values between liquid and solid phases also continues into desorption. This desorption profile is linked to the initial release of easily exchangeable Hg(II) species physically sorbed to Fe/Mn oxides and clay mineral surfaces (liquid phase enriched in heavy isotopes) and then slower release of Hg(II) species that have undergone secondary reaction to more stable/less-soluble Hg(II) species and/or diffusion/transport into the mineral matrices (processes favouring lighter isotopes; solid phase enriched in lighter isotopes). The secondary production of Hg(0) within the columns is confirmed by PTD analyses that indicate distinct Hg(0) release peaks in solid-phase samples at <175 ∘C, which again agrees with field observations. Retardation (RD) and distribution (KD) coefficients are 77.9 ± 5.5 and 26.1 ± 3.0 mL g−1 in EXP1, respectively, and 38.4 ± 2.7 and 12.4 ± 0.6 mL g−1 in EXP2, respectively. These values are similar to values derived from column experiments on high-OM soil and provide the basis for future Hg fate and transport modelling in soil–groundwater systems

Between nature and culture - Interpreting students' sexuality in physical education

Introduction As sexuality in physical education (PE) is often treated as a taboo subject, social media platforms, online chats, and internet forums are emerging as spaces where it is negotiated more openly and broadly by current and former actors of the field. This paper contributes to a better understanding of the discursive construction of sexuality in PE in such online communication. Methods In line with The Sociology of Knowledge Approach to Discourse (SKAD) we investigate basic schemes of interpretation of sexuality with a heterogeneous sample of threads (17 threads from seven different online forums) on different PE situations in Germany. The threads are analyzed using grounded theory coding procedures. Results Our discourse analysis reveals that the multifaceted and often controversial online discussions are structured by two dominant schemes of interpreting students' sexuality in PE, both of which are differentiated in complex ways: The online communication draws on - and by that reproduces - a nature and a culture perspective on constellations of body, sex, gender, and sexuality. We detail how from each perspective, different knowledge about these constellations, different everyday phenomena and problems in PE, and different norms for dealing with these phenomena and problems become important. Discussion Discussing these results in the context of previous literature, we argue that it is important to address sexuality in a subject-specific approach and take the discursive knowledge and fundamental schemes of interpretation into account that shape the (im-)possibilities of addressing sexuality in PE