Einfluss der Verarbeitungstechnologie und Werkstoffzusammensetzung auf die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffen

Die Einarbeitung von nanoskaligen Füllstoffen zur Steigerung von polymeren Eigenschaftsprofilen ist sehr viel versprechend und stößt daher heutzutage sowohl in der Forschung als auch in der Industrie auf großes Interesse. Bedingt durch ausgeprägte Oberflächen und hohe Anziehungskräfte, liegen Nanopartikel allerdings nicht singulär sondern als Partikelanhäufungen, so genannten Agglomeraten oder Aggregaten, vor. Zur Erzielung der gewünschten Materialverbesserungen gilt es, diese aufzuspalten und homogen in der polymeren Matrix zu verteilen. Bei thermoplastischen Kunststoffen ist die gleichläufige Doppelschneckenextrusion eines der gängigsten Verfahren zur Einarbeitung von Additiven und Füllstoffen. Aus diesem Grund war es Ziel dieser Arbeit, mittels dieses Verfahrens verbesserte Verbundwerkstoffe mit Polyamid 66- und Polyetheretherketon-Matrix, durch Einarbeitung von nanoskaligem Titandioxid (15 und 300 nm), zu generieren. In einem ersten Schritt wurden die verfahrenstechnischen Parameter, wie Drehzahl und Durchsatz, sowie die Prozessführung und damit deren Einfluss auf die Materialeigenschaften beleuchtet. Der spezifische Energieeintrag ist ausschlaggebend zur Deagglomeration der Nanopartikel. Dieser zeigte leichte Abhängigkeiten von der Drehzahl und dem Durchsatz und verursachte bei der Einarbeitung der Partikel keine wesentlichen Unterschiede in der Aufspaltung der Partikel sowie gar keine in den resultierenden mechanischen Eigenschaften. Die Prozessführung wurde unterteilt in Mehrfach- und Einfachextrusion. Die Herstellung eines hochgefüllten Masterbatches, dessen mehrfaches Extrudieren und anschließendes Verdünnen, führte zu einer sehr guten Deagglomeration und stark verbesserten Materialeigenschaften. Mittels Simulation des Extrusionsprozesses konnte festgestellt werden, dass das Vorhandensein von ungeschmolzenem Granulat in der Verfahrenszone zu einer Schmelze/Nanopartikel/ Feststoffreibung führt, die die Ursache für eine sehr gute Aufspaltung der Partikel zu sein scheint. Durch Modifikation des Extrusionsprozesses erreichte die Einfachextrusion annähernd den Grad an Deagglomeration bei Mehrfachextrusion, wobei die Materialien bei letzterem Verfahren die besten Eigenschaftsprofile aufwiesen. In einem zweiten Schritt wurde ein Vergleich der Einflüsse von unterschiedlichen Partikelgrößen und –gehalten auf die polymeren Matrizes vollzogen. Die 15 nm Partikel zeigten signifikant bessere mechanische Ergebnisse auf als die 300 nm Partikel, und die Wirkungsweise des 15 nm Partikels auf Polyetheretherketon war stärker als auf Polyamid 66. Es konnten Steigerungen in Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit erzielt werden. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigten diese Ergebnisse. Eine Berechnung der Plan-Selbstkosten von einem Kilogramm PEEK-Nanoverbundwerkstoff im Vergleich zu einem Kilogramm unverstärktem PEEK verdeutlichte, dass ein Material kreiert wurde, welches deutlich verbesserte Eigenschaften bei gleichem Preis aufweist. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein tieferes Verständnis des Extrusionsvorganges zur Herstellung von kostengünstigen und verbesserten Thermoplasten durch das Einbringen von Nanopartikeln gewonnen werden

Detection of acidic vacuoles in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>Huh-7 cells were either starved or transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants. Forty-eight hours post-transfection, cells were fixed and stained with acridine orange (AO). AO was imaged through a 515/530-nm band-pass filter (green) or a 580-nm long-pass filter (red). (A) Representative images are shown. (B) Quantification of AO-red dots per cell. Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars. *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Detection of LC3 positive puncta in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>Huh-7 cells were either starved or transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants. Forty-eight hours post-transfection, cells were fixed and stained with anti-LC3 antibody. Nuclei were stained with DAPI, and distribution of LC3 protein was visualized with a fluorescence microscope. (A) Representative images are shown. (B) Quantification of LC3 positive puncta per cell. Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars and statistically significant changes between the viral variants are indicated with asterisks above brackets. * <i>p</i> < 0.05; ** <i>p</i> < 0.005 and *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Detection of acidic vacuoles in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>Huh-7 cells were either starved or transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants. Forty-eight hours post-transfection, cells were fixed and stained with acridine orange (AO). AO was imaged through a 515/530-nm band-pass filter (green) or a 580-nm long-pass filter (red). (A) Representative images are shown. (B) Quantification of AO-red dots per cell. Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars. *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Inhibition of autophagic flux in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>(A) Huh-7 cells were either starved or transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants. Forty-eight hours post-transfection, cells were treated with or without CQ (100 μM) for 2 hours, total cell proteins were extracted and cellular levels of p62 were assessed by Western Blot. (B) Relative intensity of the bands was quantified by normalization to β-actin, using ImageJ software. Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars and statistically significant changes between the viral variants and starved cells are indicated with asterisks above brackets. * <i>p</i> < 0.05; ** <i>p</i> < 0.005 and *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Detection of autophagic vacuoles by transmission electron microscopy in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>(A) Representative transmission electron micrographs of Huh-7 cells transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants. Arrows indicate representative autophagic vacuoles. Inset: enlargement of autophagic vacuoles in the electron micrograph. (B) Quantification of autophagic vacuoles (autophagosomes and autolysosomes). Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars and statistically significant changes between the viral variants are indicated with asterisks above brackets. *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Expression of the tandem protein mRFP-GFP-LC3 in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>Huh-7 cells transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants, starved or treated with CQ (100 μM) were transiently transfected with mRFP-GFP-LC3 expression plasmid. Forty-eight hours post-transfection, cells were fixed and imaged through a 515/530-nm band-pass filter (green) or a 580-nm long-pass filter (red). (A) Representative images are shown. (B) Quantification of yellow puncta (mRFP-GFP-LC3 positive) and red puncta (mRFP-LC3 positive) per cell. Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars and statistically significant changes between the viral variants are indicated with asterisks above brackets. ** <i>p</i> < 0.005 and *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Conversion of LC3 in cells transfected with full-length HBV genomes.

<p>(A) Huh-7 cells were either starved or transfected with pUC19 empty vector (control), F1b wt, F1b BCPdm, F1b preCore, F4 wt, F4 BCPdm and F4 preCore variants. Forty-eight hours post-transfection, total cell proteins were extracted and expression levels of LC3-II were determined by Western Blot. (B) Relative intensity of the bands was quantified by normalization to β-actin, using ImageJ software. Shown values represent the mean ± standard deviation of three independent experiments. Statistically significant changes compared to control cells are indicated with asterisks above bars and statistically significant changes between the viral variants are indicated with asterisks above brackets. * <i>p</i> < 0.05; ** <i>p</i> < 0.005 and *** <i>p</i> < 0.0001.</p

Additional file 4: of Coordinated regulation of acid resistance in Escherichia coli

Peaks called for NtrC. (XLSX 11.1 kb

Additional file 1: of Coordinated regulation of acid resistance in Escherichia coli

Supplementary text and materials of additional information presented in the paper. (DOCX 1478 kb