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

Development and validation of a biological assay to measure the effects of miRNA-mediated changes in <i>NPPA</i> expression on cGMP levels.

<p>TurboGFP (tGFP) fluorescence in COS7 cells 48 hours after transfection with the NPR1-tGFP expression vector (A). Cell nuclei were visualized using DAPI. The effect of incubating NPR1-expressing COS7 cells with increasing amounts of human ANP on cGMP concentrations (B). Cyclic GMP levels were expressed as picomoles of cGMP per mg of protein, relative to the cGMP levels at baseline (cells not exposed to ANP). The correlation between cGMP levels in NPR1-expressing COS7 cells exposed to media from cardiomyocytes transfected with miRNA(s), and cardiomyocyte <i>NPPA</i> mRNA levels (C) or Nt-proANP levels in the cardiomyocyte media (D).</p

MiR-425 and miR-155 produced an additive decrease in cGMP levels relative to either miRNA alone.

<p>Cardiomyocytes were transfected with 1 nM (A) or 5 nM (B) of negative control miRNA (NC), miR-425, miR-155, or the combination of miR-425 and miR-155, each at half the concentration of the other miRs. Cyclic GMP levels were measured in NPR1-expressing cells that were incubated for 2 hours with media collected from the cardiomyocytes. Cyclic GMP levels were expressed as picomoles of cGMP per mg of protein and were shown relative to levels in cells exposed to media from cardiomyocytes transfected with negative control miRNA. *<i>P</i><0.01 and **<i>P</i><1x10^-6 versus cells transfected with negative control miRNA. N = 3 experiments (4–12 replicate wells for each condition) for (A) and n = 8 experiments (4 replicate wells per condition) for (B).</p

MiR-425 and miR-155 had an additive repressive effect on cardiomyocyte <i>NPPA</i> expression.

<p><i>NPPA</i> mRNA levels in hESC-CMs that were transfected with either miR-425 or miR-155 alone or with a combination of miR-425 and miR-155. Negative control miRNA (NC) was used as needed to make the total concentration of miRNA constant in each condition. <i>NPPA</i> expression is shown relative to that in cells transfected with negative control miRNA. *<i>P</i><0.01 and **<i>P</i><1x10^-6 versus cells transfected with negative control miRNA. N = 3 experiments (6–12 replicate wells per condition).</p

The combination of miR-425 and miR-155 resulted in greater repression of <i>NPPA</i> expression than a higher concentration of either miRNA alone.

<p>Cardiomyocytes were transfected with 1 nM (A) or 5 nM (B) of miR-425, miR-155, or both miR-425 and miR-155, each at half the concentration of either miRNA alone. Two days later, <i>NPPA</i> mRNA levels were measured. <i>NPPA</i> expression was normalized to <i>GAPDH</i> expression, and shown relative to expression in cells transfected with the negative control miRNA. *<i>P</i><0.01 and **<i>P</i><1x10^-6 versus cells transfected with negative control miRNA. N = 4 experiments (4–12 replicate wells per condition) for (A) and n = 8 experiments (4–12 replicate wells per condition) for (B).</p

MiR-425 and miR-155 produced dose-dependent decreases in <i>NPPA</i> expression over a wide range of concentrations.

<p><i>NPPA</i> mRNA levels in human embryonic cell cardiomyocytes (hESC-CMs) transfected with 1 nM, 5 nM, 10 nM, or 20 nM of negative control miRNA (NC), miR-425, or miR-155. Expression is normalized to <i>GAPDH</i> expression and shown relative to expression in cells transfected with negative control miRNA. *<i>P</i><0.01 and **<i>P</i><1x10^-6 versus cells transfected with the same concentration of negative control miRNA. N = 4–8 experiments per miRNA concentration (4–12 replicate wells per condition for each experiment).</p

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

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

Peaks called for NtrC. (XLSX 11.1 kb