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

Once-daily fluticasone furoate/vilanterol <i>versus</i> twice-daily fluticasone propionate/salmeterol in patients with asthma well controlled on ICS/LABA

<p><i>Objective</i>: We aimed to demonstrate non-inferiority of once-daily fluticasone furoate/vilanterol 100/25 µg (FF/VI) to twice-daily fluticasone propionate/salmeterol 250/50 µg (FP/SAL) in adults/adolescents with asthma well controlled on inhaled corticosteroid/long-acting β₂ agonist (ICS/LABA). <i>Methods</i>: This was a randomized, double-blind, double-dummy, parallel-group, 24-week study (NCT02301975/GSK study 201378). Patients whose asthma met study-defined criteria for control were randomized 1:1:1 to receive FF/VI, FP/SAL or twice-daily FP 250 µg for 24 weeks. Primary endpoint was change from baseline in evening trough forced expiratory volume in 1 second (FEV₁). Secondary endpoints included rescue-/symptom-free 24-hour periods. Safety was also assessed. <i>Results</i>: The intent-to-treat (ITT) population included 1504 randomized and treated patients (504 FF/VI; 501 FP/SAL; 499 FP); mean age 43.5 years, 64% female. FF/VI demonstrated non-inferiority (using a margin of −100 mL) to FP/SAL for evening trough FEV₁ at Week 24 (ITT: 19 mL [95% confidence interval (CI) −11 to 49]; per protocol population [<i>N</i> = 1336]: 6 mL [95% CI −27 to 40]). Improvement in evening trough FEV₁ at Week 24 for both FF/VI (123 mL; <i>p</i> < 0.001) and FP/SAL (104 mL; <i>p</i> < 0.001) was greater than FP. FF/VI increased rescue-/symptom-free 24-hour periods by 1.2%/1.2% compared with FP/SAL. All treatments were well tolerated. On-treatment adverse event (AE) rates were 43% to 45% across arms; there were no drug-related serious AEs. <i>Conclusions</i>: FF/VI was non-inferior to FP/SAL for evening trough FEV₁ at 24 weeks. These data suggest that patients well controlled on FP/SAL could step across to FF/VI without loss of control.</p

Enhanced light microscopy visualization of virus particles from Zika virus to filamentous ebolaviruses

<div><p>Light microscopy is a powerful tool in the detection and analysis of parasites, fungi, and prokaryotes, but has been challenging to use for the detection of individual virus particles. Unlabeled virus particles are too small to be visualized using standard visible light microscopy. Characterization of virus particles is typically performed using higher resolution approaches such as electron microscopy or atomic force microscopy. These approaches require purification of virions away from their normal millieu, requiring significant levels of expertise, and can only enumerate small numbers of particles per field of view. Here, we utilize a visible light imaging approach called Single Particle Interferometric Reflectance Imaging Sensor (SP-IRIS) that allows automated counting and sizing of thousands of individual virions. Virions are captured directly from complex solutions onto a silicon chip and then detected using a reflectance interference imaging modality. We show that the use of different imaging wavelengths allows the visualization of a multitude of virus particles. Using Violet/UV illumination, the SP-IRIS technique is able to detect individual flavivirus particles (~40 nm), while green light illumination is capable of identifying and discriminating between vesicular stomatitis virus and vaccinia virus (~360 nm). Strikingly, the technology allows the clear identification of filamentous infectious ebolavirus particles and virus-like particles. The ability to differentiate and quantify unlabeled virus particles extends the usefulness of traditional light microscopy and can be embodied in a straightforward benchtop approach allowing widespread applications ranging from rapid detection in biological fluids to analysis of virus-like particles for vaccine development and production.</p></div

SP-IRIS real-time detection and characterization of Ebola virus in-liquid.

<p>a) SP-IRIS image of captured Ebola virus with identified particles and filaments color-coded at eighteen minutes. Scale bar 5 micron b) A zoomed portion of Ebola antibody spot highlighted by square box in 7a. Scale bar 1 micron. c) Plot of the number of small particle and medium (blue) and large (red) filamentous Ebola virions as a function of time.</p

SP-IRIS platform.

<p>a) Reader instrument b) cross-selection illustration of chip and antibody assay c) picture of the SP-IRIS chip d) micrograph of label-free quality control assay array image e) example SP-IRIS image illustrating that each bright dot is a single captured nanoparticle.</p

Measured particle distribution of virus preparation measured by SP-IRIS.

<p>The contrast of the individual detected particle is converted to particle diameter using the response curve created with polystyrene bead standard and refractive index of the virus.</p

SP-IRIS virus detection validation with SEM.

<p>SP-IRIS sensors incubated with ZIKV, VSV, and VACV were imaged with SP-IRIS and SEM. To validate accuracy of virus detection, the same area was imaged with SP-IRIS and SEM. The overlay panel aids in visualizing the correlation between the SP-IRIS and SEM images. Red dots in the overlay image represent particles detected by SEM. Contrasts of the SP-IRIS images were differently enhanced for clarity of presentation.</p

SP-IRIS detection and characterization of Ebola virus.

<p>a) SP-IRIS image of captured Ebola virus with identified particles and filaments color-coded. b) Histogram of Ebola VLP with small (green), medium (blue) and large/long (red) particle frequencies. Inset in 5b highlights small, medium and large filaments with size distribution of the diffraction limited small particles. Scale bar is 1 micron.</p

SP-IRIS detection and characterization of filamentous Ebola VLPs.

<p>a) SP-IRIS of captured Ebola VLP with identified particles and filamentous color-coded. Scale bar 10 micron. b) SEM of Ebola VLP box, outlined in 5a. c) Single filament outlined in 5b shown for both SEM (c) and SP-IRIS (d). Scale bar 1 micron e) Histogram of Ebola VLP with small (green), medium (blue) and large/long (red) particle frequencies.</p

Characterization of sucrose gradient fractionated EBOV VLPs.

<p>a) Schematic depiction of Ebola VLPs fractionation on a 20–60% sucrose gradient. Fractions from this gradient were run on an SDS-PAGE gel and VLP was detected with anti-Ebola GP antibody. Fractions 5–8 showed positive signal for Ebola-GP (blot shown at a 90 degree angle to normal viewing) b) Plot of the quantity of Ebola VLP captured on the SP-IRIS sensor by anti-Ebola GP(13F6) vs the size of the detected particles. Fractions shown include 5 (blue circle), 6 (green square), 7 (red star), 8 (green diamond) and a sample with no VLP (black star). c) Graph representing the % of filamentous particles to non-filamentous particles illustrating enrichment of filamentous particles within the gradient. d) individual images illustrating low (top) and high (bottom) filament fractions.</p