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

Comprehensive Experimental and Computational Analysis of Binding Energy Hot Spots at the NF-κB Essential Modulator/IKKβ Protein–Protein Interface

We report a comprehensive analysis of binding energy hot spots at the protein–protein interaction (PPI) interface between nuclear factor kappa B (NF-κB) essential modulator (NEMO) and IκB kinase subunit β (IKKβ), an interaction that is critical for NF-κB pathway signaling, using experimental alanine scanning mutagenesis and also the FTMap method for computational fragment screening. The experimental results confirm that the previously identified NEMO binding domain (NBD) region of IKKβ contains the highest concentration of hot-spot residues, the strongest of which are W739, W741, and L742 (ΔΔ<i>G</i> = 4.3, 3.5, and 3.2 kcal/mol, respectively). The region occupied by these residues defines a potentially druggable binding site on NEMO that extends for ∼16 Å to additionally include the regions that bind IKKβ L737 and F734. NBD residues D738 and S740 are also important for binding but do not make direct contact with NEMO, instead likely acting to stabilize the active conformation of surrounding residues. We additionally found two previously unknown hot-spot regions centered on IKKβ residues L708/V709 and L719/I723. The computational approach successfully identified all three hot-spot regions on IKKβ. Moreover, the method was able to accurately quantify the energetic importance of all hot-spot residues involving direct contact with NEMO. Our results provide new information to guide the discovery of small-molecule inhibitors that target the NEMO/IKKβ interaction. They additionally clarify the structural and energetic complementarity between “pocket-forming” and “pocket-occupying” hot-spot residues, and further validate computational fragment mapping as a method for identifying hot spots at PPI interfaces

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