Diffusionsverhalten von IPBC in wasserbasierten Beschichtungssystemen auf Holzfassaden

Zusammenfassung: Wasserbasierte Beschichtungssysteme auf Holzbauteilen sind einem verstärkten Befall durch Schimmel- und Bläuepilze ausgesetzt. Durch einen gezielten Einsatz von Bioziden ist es möglich, einen Befall auf und unter der Beschichtung zu kontrollieren. Jodpropinyl-N-butylcarbamat (IPBC) ist eines der wichtigsten Biozide für den Filmschutz von wasserbasierten Systemen in Europa. In der vorliegenden Arbeit wurde das Diffusionsverhalten von IPBC untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass eine Diffusion des IPBC aus der Grundierung in die Deckschicht erfolgt. Die Verteilung des Wirkstoffes in der Deckschicht ist relativ gleichmässig. Die Eindringung in das Holzsubstrat (Fichte) ist mit 250µm sehr gering und die nachgewiesene Wirkstoffmenge in diesem Bereich variiert deutlich. Das Diffusionsverhalten von IPBC ist an einen Wasserdampfstrom und ein notwendiges Konzentrationsgefälle in der Beschichtung gekoppelt. Durch Bewitterungsversuche wurde nachgewiesen, dass bereits nach dreimonatiger Bewitterung nur noch 30% IPBC in der Deckschicht nachgewiesen werden konnte

Modellierung der photokatalytischen Wasseraufbereitung mit TiO₂-beschichteten keramischen Membranen

Die wachsende Weltbevölkerung und eine globale Erhöhung des Lebensstandards führt zu zunehmender Wasserbelastung bei wachsendem Frischwasserbedarf mit steigenden Qualitätsanspruch. Die damit verbundenen verschärften Schadstoffgrenzwerte erfordern neue Wasseraufbereitungsmethoden.\\ Photokatalytische Wasseraufbereitung als oxidatives Verfahren benötigt weitergehende ingenieurtechnische Entwicklung, um das Potential des Prozesses nutzbar zu machen. Die physikalische und chemische Grundlagen des Verfahrens sind in der Literatur beschrieben und wurden in dieser Arbeit zusammen gefasst. Ebenfalls wurden verschiedene Möglichkeiten der technischen Umsetzung verglichen, mit dem Ergebnis, dass die Anwendung einer beschichteten Membran im einmaligen Durchfluss Ziel dieser Arbeit wurde.\\ Keramische Trägermembranen wurden mittels \ac{ALD} mit \ch{TiO2} in verschiedenen Dicken beschichtet und kalziniert. Die hergestellten \ac{PKM} wurden hinsichtlich der für die Anwendung wichtigsten Merkmale (Morphologie, Beschichtungsdicke, Eindringtiefe der Beschichtung, Kristallographie, Licht\-absorption, Oberflächenladung und Permeabilität) charakterisiert.\\ Zum Testen der hergestellten Membranen im Abbau einer Modell-Verunreinigung \ac{MB} im kontinuierlichen einmaligen Durchfluss wurde eine neu entworfenen photokatalytische Membran-Filtrations-Anlage aufgebaut. Dabei wurde der Einfluss der Trägermembranen, Beschichtungsdicke, des Volumenstroms, der \ac{MB}-Konzentration und Lichtintensität, sowie die Stabilität der Membran untersucht. Der experimentelle Teil der Doktorarbeit wurden im Journal of Membrane Science veröffentlicht \cite{Berger2020}.\\ Die Ergebnisse des experimentellen Teils der Arbeit wurden als Grundlage für eine Modellierung des Prozesses genutzt. Diese basierte auf Stoffbilanzen und einem hierfür erweiterten Kinetikansatz zweiter Ordnung, mit dem Einfluss der Konzentrationen der Verunreinigung und der im Prozess auftretenden \ac{ROS}. Die zuvor beschriebenen Versuchsparameter des experimentellen Teils konnten so abgebildet und drei Konstanten des Modells bestimmt werden. Durch die Modellierung konnten die Konzentrationsverläufe der Verunreinigung und der \ac{ROS} innerhalb der Membran berechnet werden. Ebenfalls kann mit Hilfe des Modells das Verbesserungspotential der Membran, so wie der Vergleich des einmaligen mit dem mehrmaligen Durchfluss durch die Membran abgeschätzt werden. Zusätzlich bietet das Modell die Möglichkeit der Extrapolation der experimentellen Daten und die Abschätzung des Einflusses von Fouling auf den Prozess.\\ Das Ziel dieser Doktorarbeit weitere ingenieurtechnischen Erkenntnisse zur Nutzbarkeit der photokatalytischen Wasseraufbereitung zu liefern wurde erreicht. Photokatalytische Membranen können eine effiziente Methode zur Wasseraufbereitung bieten.\\ In dieser Arbeit wurden erfolgreich \ac{PKM} hergestellt, deren Aktivität nachgewiesen und in einem neu entwickelten Modell abgebildet

Die Bearbeitung von unbeschichteten und Titan-Nitrit beschichteten Titan-Distanzhülsen mit verschiedenen Instrumenten

Die Bearbeitung von unbeschichteten und Titan-Nitrit beschichteten Titan Distanzhülsen mit verschiedenen Instrumenten Ziel dieser in vitro Studie an unterschiedlich beschichteten Titan-Distanzhülsen war, das Ausmaß der Arbeitsspuren, die Rauhtiefe, sowie den Substanzabtrag der Oberfläche nach der Bearbeitung mit verschiedenen Instrumenten zu untersuchen. Bei den Distanzhülsen handelte es sich um unbeschichtete, maschinell glatte und Titan-Nitrit (TiN) beschichtete. Die Bearbeitung erfolgte mit Titan-, Stahl- und Kunststoffküretten, Gummikelchen, Ultraschallgerät mit Stahlaufsatz und Pulverstrahlgerät mit Reinigungspulver. Mit jedem Instrument bzw. Gerät wurden zwei 2 x 2mm große Testfelder auf jeweils 11 unbeschichteten und beschichteten Distanzhülsen standardisiert bearbeitet. Als Kontrolle dienten unbearbeitete Oberflächen von jeder Distanzhülse. Die bearbeiteten und unbearbeiteten Flächen wurden mit einem Profilometer bezüglich Rauhtiefe (Rz) und Profiltiefe (Pt) untersucht. Dabei diente die Messung der Profiltiefe als Grundlage für die Bestimmung des Substanzabtrages. Mittels Rasterelektronenmikroskop und Auflichtmikroskop erfolgte die Beurteilung der entstandenen Arbeitsspuren. Aus den ermittelten Einzelwerten wurden die Mittelwerte und die jeweiligen Standardabweichungen bestimmt. Die Ergebnisse auf den unbeschichteten Distanzhülsen zeigten, daß die Anwendung des Ultraschallgerätes sowie der Stahl- und Titanküretten ausgeprägte Arbeitsspuren und eine Zunahme der Rauhtiefe verursacht. Ein erheblicher Substanzabtrag wurde nach Anwendung des Ultraschallgerätes (17,57µm +/- 2,87) und der Stahlküretten (8,48µm +/- 2,81) ermittelt. Die beschichteten Distanzhülsen zeigten nur nach der Bearbeitung mit Stahlküretten einen meßbaren Substanzabtrag (4,80µm +/- 0,99) und eine Zunahme der Rauhtiefen. Die durch die anderen Instrumente bzw. Geräte verursachten Arbeitsspuren waren deutlich geringer als auf den unbeschichteten Distanzhülsen. Im Auflichtmikroskop zeigte sich nach Bearbeitung mit Ultraschallaufsatz, Titan- und Stahlkürette eine Ablösung der TiN-Beschichtung. Die Bearbeitung durch den Gummikelch verursacht auf den unbeschichteten Distanzhülsen geringe bis mäßige Arbeitsspuren und keinen Substanzabtrag. Bei den TiN-beschichteten Distanzhülsen war ein glättender Effekt (RZ-Abnahme -66,4%), ohne Substanzabtrag und keine bis geringe Arbeitsspuren feststellbar. Die Kunststoffkürette und das Pulverstrahlgerät konnten ohne Beschädigung der Titan- bzw. TiN-Oberflächen angewendet werden. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die TiN-beschichteten Distanzhülsen nach Bearbeitung mit verschiedenen Instrumenten weniger Arbeitsspuren, eine geringere Erhöhung der Rauhtiefe sowie einen geringeren Substanzabtrag aufwiesen. Kritisch zu bewerten ist jedoch die Ablösung der Beschichtung nach wenigen Arbeitszügen mit Stahl-, Titankürette und Ultraschallgerät mit Stahlaufsatz sowie die beschichtungsbedingte höhere Ausgangsrauhtiefe

Herstellung eines biologischen Bypasses zum Einsatz in der peripheren Gefäßchirurgie

Einleitung: Aufgrund der steigenden Prävalenz von arteriellen Gefäßerkrankungen, nimmt der Bedarf an Gefäßprothesen stetig zu. Da die Verfügbarkeit von allogenen und autologen Transplantaten stark limitiert ist und alloplastische Prothesen keine zufriedenstellenden Langzeitergebnisse liefern, ist die Entwicklung neuartiger, biologischer Gefäßprothesen erforderlich. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer azellulären, xenogenen Gefäßprothese aus der bovinen Arteria carotis (BAC), die biokompatibel und mechanisch belastbar ist. Methodik: Zur Entfernung aller tierischen Zellen aus der BAC wurden verschiedene chemische Dezellularisierungsverfahren systematisch untersucht und anhand des verbliebenen DNA-, RNA- sowie Protein-Gehalts in behandelten BACs verglichen. Zellfreie BACs wurden zur Beurteilung der Biokompatibilität auf Toxizität sowie Immunkompatibilität untersucht. Letztere erfolgte anhand von Immunfärbungen auf bekannte Xenoantigene, wie das αGal-Epitop (Galα1-3Galβ1-4GlcNAc-R) und das MHC-I (Haupthistokompatibilitätskomplex-I), sowie mittels Humanserum auf unbekannte Immunogene. Ferner wurde die mechanische Belastbarkeit in Zugbelastungstests analysiert. Zur Senkung des thrombogenen Potenzials wurden Gefäßfragmente Heparin-beschichtet und im subkutanen Rattenmodell auf Biokompatibilität geprüft. Ergebnisse: Von den vier angewendeten Detergenzien konnten BACs nur mit 1 % 3-[(3-Cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate vollständig dezellularisiert werden. Der DNA-Gehalt wurde auf 0,2 ± 0,2 % (p<0,001) und der Protein-Gehalt auf 0,6 ± 0,3 % (p<0,001) im Vergleich zu nativen BACs reduziert. RNA- sowie toxische Rückstände konnten nicht nachgewiesen werden. Das immunogene Potenzial dezellularisierter BAC konnte, bezogen auf die native Kontrolle, um 99,9 % (p<0,01) gesenkt werden. Bekannte Immunogene wie αGal und MHC-I waren nach der Dezellularisierung nicht mehr nachzuweisen. Eine Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität dezellularisierter BACs konnte ebenfalls nicht festgestellt werden. Durch die Heparin-Beschichtung wurde die Wiederbesiedlungsfähigkeit der Gefäße signifikant reduziert (p<0,05). Toxische Effekte konnten nicht nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Die mit dem neu entwickelten Protokoll hergestellte, azelluläre Gefäßprothese aus BAC ist biokompatibel (nicht-toxisch, nicht-immunogen) und mechanisch (zugfest) belastbar. Jedoch sind weitere Untersuchungen zur Thrombogenität und zur mechanischen Belastbarkeit sowie die Überprüfung der Prothese im Tiermodell ausstehend. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind vielversprechend, sodass die dezellularisierte BAC möglicherweise zukünftig in der Gefäßersatztherapie Anwendung finden kann.Introduction: Due to the increasing prevalence of arterial vascular diseases, the need for vascular prostheses is constantly increasing. Since the availability of allogeneic and autologous grafts is limited and alloplastic prostheses lack satisfactory long-term results, the development of novel biological vascular prostheses is necessary. Aim of this project was the development of an acellular, xenogeneic vascular prosthesis from the bovine carotid artery (BAC), which is biocompatible and mechanically resistant. Methods: To remove all xenogeneic cells from BAC, various chemical decellularization methods were systematically investigated and compared by remaining DNA, RNA and protein residues. Cell-free BACs were tested for toxicity and immunocompatibility to verify biocompatibility. Immunocompatibility was analyzed by immunohistochemical staining of known xenoantigens such as the αGal epitope (Galα-3αGal-4GlcNAc-R) and the MHC-I (main histocompatibility complex I). Furthermore, human serum staining was established to additionally identify unknown immunogens. Mechanical stability was investigated by measuring the ultimate tensile strength. To reduce the thrombogenic potential, vascular fragments were coated with heparin and tested for biocompatibility in a subcutaneous rat model. Results: Four detergents were tested for decellularization of BACs, only 1 % 3-[(3-Chol-amidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate removed all xenogeneic cells. DNA content was reduced to 0.2 ± 0.2% (p<0.001) and protein content to 0.6 ± 0.3% (p<0.001) compared to native BACs. RNA and toxic residues were not detectable. The immunogenic potential of decellularized BACs was reduced by 99.9% (p<0.01) and known immunogens such as αGal and MHC-I were not detectable after decellularization. The decellularization process did not affect the mechanical stability of BACs. The heparin coating significantly reduced the recellularization of the vessels (p<0.05), but toxic effects were not identified. Conclusion: The acellular vascular prosthesis made of BAC is biocompatible (non-toxic, non-immunogenic) and mechanically resistant (tensile strength). However, further investigations on thrombogenicity and mechanical strength as well as testing in animal models are necessary. Nevertheless, the results are promising and the decellularized BAC may be used in vascular replacement therapies in the near future