@phdthesis{Nadernezhad2024,
  author    = {Nadernezhad, Ali},
  title     = {Engineering approaches in biofabrication of vascularized structures},
  doi       = {10.25972/OPUS-34589},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-345892},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Biofabrication technologies must address numerous parameters and conditions to reconstruct tissue complexity in vitro. A critical challenge is vascularization, especially for large constructs exceeding diffusion limits. This requires the creation of artificial vascular structures, a task demanding the convergence and integration of multiple engineering approaches. This doctoral dissertation aims to achieve two primary objectives: firstly, to implement and refine engineering methods for creating artificial microvascular structures using Melt Electrowriting (MEW)-assisted sacrificial templating, and secondly, to deepen the understanding of the critical factors influencing the printability of bioink formulations in 3D extrusion bioprinting. In the first part of this dissertation, two innovative sacrificial templating techniques using MEW are explored. Utilizing a carbohydrate glass as a fugitive material, a pioneering advancement in the processing of sugars with MEW with a resolution under 100 microns was made. Furthermore, by introducing the "print-and-fuse" strategy as a groundbreaking method, biomimetic branching microchannels embedded in hydrogel matrices were fabricated, which can then be endothelialized to mirror in vivo vascular conditions. The second part of the dissertation explores extrusion bioprinting. By introducing a simple binary bioink formulation, the correlation between physical properties and printability was showcased. In the next step, employing state-of-the-art machine-learning approaches revealed a deeper understanding of the correlations between bioink properties and printability in an extended library of hydrogel formulations. This dissertation offers in-depth insights into two key biofabrication technologies. Future work could merge these into hybrid methods for the fabrication of vascularized constructs, combining MEW's precision with fine-tuned bioink properties in automated extrusion bioprinting.},
  subject      = {3D-Druck},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Spatz2013,
  author    = {Spatz, Kerstin},
  title     = {Mechanische und rheologische Eigenschaften von Calciumphosphat-Zementen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124860},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Zur Erh{\"o}hung der mechanischen Stabilit{\"a}t mineralischer Knochenzemente aus Calciumorthophosphaten (CPC) wurde in einem TTCP/DCPA-System das Zementedukt TTCP mit verschiedenen biokompatiblen Oxiden (SiO2, TiO2, ZrO2) w{\"a}hrend des Herstellungsprozesses dotiert. Dies f{\"u}hrte zur Bildung von Calciummetallaten und einer Herabsetzung der L{\"o}slichkeit der TTCP-Komponente des Zements. Gegen{\"u}ber einem oxidfreien Zement konnte die Druckfestigkeit von 65 MPa auf 80 MPa (SiO2) bzw. 100 MPa (TiO2) gesteigert werden. In einem zweiten Ansatz zur Verbesserung der Injizierbarkeit wurden die Wechselwirkungen der Partikeloberfl{\"a}chen mit der fl{\"u}ssigen Zementphase betrachtet. Durch biokompatible Additive sollte eine repulsive elektrostatische Wechselwirkung eingestellt werden, um Partikelagglomerate effektiv zu dispergieren und eine verfl{\"u}ssigende Wirkung zu erreichen. Die Injizierbarkeit eines TTCP/DCPA-Zements durch eine Kan{\"u}le mit 800 µm Durchmesser konnte durch die Verwendung von 500 mM tri-Natriumzitrat-L{\"o}sung aufgrund einer deutlichen Herabsetzung der Viskosit{\"a}t der Zementpaste signifikant gesteigert werden (>95\%, P/L 3,3/1, Kraftaufwand 20 N). Abschließend wurde der Einfluss der Partikelgr{\"o}ßenverteilung auf die Festigkeit und Injizierbarkeit einer auf monomodaler Partikelgr{\"o}ßenverteilung basierten Zementmatrix untersucht. Hierzu wurden einem mechanisch aktivierten a-TCP-System unreaktive, feink{\"o}rnige F{\"u}llstoffpopulationen (TiO2, CaHPO4, CaCO3) zugesetzt und systematisch deren Effekt in Verbindung mit einer Partikelaufladung durch tri-Natriumzitrat auf die rheologischen und mechanischen Eigenschaften untersucht. Erst die Kombination einer bimodalen Partikelgr{\"o}ßenverteilung mit tri-Natriumzitrat-L{\"o}sung f{\"u}hrte zu einer starken Erniedrigung der Viskosit{\"a}t, damit zur nahezu vollst{\"a}ndigen Injizierbarkeit der Zemente und einer teilweise signifikanten Steigerung der mechanischen Festigkeiten (z.B. 72 MPa reiner a-TCP-Zement auf 142 MPa mit Zusatz von CaHPO4).},
  subject      = {Biomaterial},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Platte2012,
  author    = {Platte, Daniela},
  title     = {Grenzfl{\"a}chenselektive Verkapselung von anorganischen Latentw{\"a}rmespeichermaterialien mit Hybridpolymeren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74960},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein prinzipieller Zugang zur Mikroverkapselung anorganischer Latentw{\"a}rmespeichermaterialien (LWS) erarbeitet. Dazu wurden zwei basische, kristallwasserreiche Salzhydrate mit Schmelztemperaturen im Umgebungstemperaturbereich als Kernmaterialien und anorganisch-organische Hybridpolymere mit kovalent verbundenen anorganischen und organischen Struktureinheiten (ORMOCER®e) als Verkapselungsmaterial verwendet. Der Prozess verl{\"a}uft grenzfl{\"a}chenselektiv in der fl{\"u}ssigen Phase, initiiert durch die basischen LWS, in Form einer auch bei milden Temperaturen ablaufenden Michael-Typ-Addition zwischen Acrylat- (Acr) und Thiolmonomeren (SH). Optimierte Verkapselungsergebnisse wurden mit Hybridmonomeren erreicht, deren funktionelle Gruppen in einem unst{\"o}chiometrischen Verh{\"a}ltnis von Acr:SH ≈ 5:1 vorlagen und {\"u}ber das anorganische R{\"u}ckgrat vorverkn{\"u}pft waren. Bei Verwendung eines Mikrodosiersystems wurden gleichm{\"a}ßige, geschlossene Mikrokapseln mit Durchmessern von etwa 40-50 µm bei Schichtdicken von < 5 µm erhalten. Aufgrund einer zu geringen inh{\"a}renten Barrierewirkung der verwendeten Hybridpolymere gegen{\"u}ber Wasserdampf konnten jedoch erhebliche Kristallwasserverluste nicht verhindert werden, sodass die erhaltenen Mikrokapseln noch nicht zur Anwendung als LWS geeignet sind. Da die beobachtete Tolerierung und sogar Bevorzugung f{\"u}r das deutliche Missverh{\"a}ltnis zwischen den polymerisierenden Gruppen f{\"u}r eine Stufenpolymerisation sehr ungew{\"o}hnlich ist, wurden an Modellsystemen Untersuchungen zur Aufkl{\"a}rung des Reaktionsmechanismus vorgenommen. Dazu wurde zun{\"a}chst ein Mercaptosiloxan (MS) hergestellt, dessen Ringgr{\"o}ßen- bzw. Funktionalit{\"a}tsverteilung mittels 29Si-NMR- und GPC-Messungen sehr gut aufgekl{\"a}rt werden konnte. Dieses wurde f{\"u}r Verkapselungsversuche mit Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) kombiniert und das Verh{\"a}ltnis funktioneller Gruppen Acr:SH systematisch variiert. An den erhaltenen Proben konnte via µ-Raman-Tiefenscan-Untersuchungen der Einfluss der Harzzusammensetzung auf die Kapselschichten aufgekl{\"a}rt werden. W{\"a}hrend bei Acr:SH = 1:1 maximale Schichtdicken erhalten wurden, ergaben sich bei Acrylat{\"u}berschuss von 4:1 bis 6:1 optimierte Schichten im Sinne der Vorgaben, die gleichm{\"a}ßig d{\"u}nn und vollst{\"a}ndig waren. Bei Thiol{\"u}berschuss wurden dagegen keine vollst{\"a}ndig ausgebildeten Schichten erhalten. Das f{\"u}r die LWS-Verkapselungen verwendete Modellsystem TMPTA/MS wurde zus{\"a}tzlich in Volumenpolymerisationen in homogener organischer Phase untersucht, die mit der Base Triethylamin initiiert wurden. Dabei wurden die st{\"o}chiometriebezogenen Vergelungsgrenzen bestimmt. Die detektierte Grenze bei Acr:SH < 5:1 f{\"u}r Acrylat{\"u}berschuss lag signifikant unterhalb von Verh{\"a}ltnissen funktioneller Gruppen, f{\"u}r die in Verkapselungsversuchen noch geschlossene Schichten erhalten wurden. Entlang der fl{\"u}ssig-fl{\"u}ssig-Grenzfl{\"a}che wird somit der Gelpunkt lokal innerhalb eines breiteren Bereichs des Verh{\"a}ltnisses funktioneller Gruppen in der Harzmischung erreicht, als bei einer Polymerisation im gesamten Volumen. Durch weitergehende Untersuchungen zum Vernetzungsverhalten in Abh{\"a}ngigkeit vom Verh{\"a}ltnis funktioneller Gruppen weiterer Acrylat- und Thiolmonomere mit anderen (durchschnittlichen) Funktionalit{\"a}ten konnte das grunds{\"a}tzliche Vorliegen eines Stufenmechanismus untermauert werden. Aus einer Kombination der Flory-Stockmayer-Theorie mit der Carothers'schen Gleichung konnten theoretische Vergelungsgrenzintervalle hergeleitet werden. Die experimentell bestimmten Vergelungsgrenzen standen in vollst{\"a}ndiger {\"U}bereinstimmung mit den theoretisch errechneten Intervallen. Innerhalb des Modellsystems TMPTA/MS konnten zudem weitere Materialeigenschaften bestimmt und zus{\"a}tzliche Erkenntnisse zum Vernetzungsverhalten gewonnen werden. Durch In-situ-Messungen mittels µ-Raman-Spektroskopie wurde die Entwicklung der Umsetzungsgrade N(C=C) und N(S-H) von Acrylat und Thiol im Verlauf der Reaktionszeit untersucht. Dabei wurden einige Einschr{\"a}nkungen der verwendeten Messmethode identifiziert und beschrieben. Mittels in-situ-mechanischer Spektroskopie nach Chambon und Winter konnte weiterhin das Vergelungsverhalten des Systems in Abh{\"a}ngigkeit von Monomerzusammensetzung, Initiatorkonzentration und Temperatur und Unterschiede innerhalb der kritischen Gele systematisch charakterisiert werden. Die stabilsten kritischen Gele und k{\"u}rzesten Gelzeiten wurden f{\"u}r hohe Basenkonzentrationen und bei st{\"o}chiometrischem Monomerverh{\"a}ltnis, aber auch f{\"u}r Acrylat{\"u}berschuss bis Acr:SH = 3:1, erhalten. Damit konnte auch innerhalb der Volumenpolymerisationen eine Bevorzugung des untersuchten Monomersystems f{\"u}r Acrylat{\"u}berschuss nachgewiesen werden. Weiterhin wurde das Geschwindigkeitsgesetz der Reaktion aufgekl{\"a}rt. Es ergab sich bis zum Gelpunkt, zu je erster Ordnung in den beiden Monomeren und der Initiatorbase. Außerdem wurde die Aktivierungsenthalpie der Polymerisation in homogener Phase mittels einer Arrhenius-Auftragung bestimmt.},
  subject      = {Stufenwachstums-Polymerisation},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Sonder2010,
  author    = {Sonder, Ingo},
  title     = {Non-Newtonian Properties of Magmatic Melts},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-49762},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {This work presents a new method to measure model independent viscosities of inhomogeneous materials at high temperatures. Many mechanisms driving volcanic eruptions are strongly influenced by the viscous properties of the participating materials. Since an eruption takes place at temperatures at which these materials (predominantly silicate melts) are not completely molten, typically inhomogeneities, like e.g. equilibrium and non-equilibrium crystals, are present in the system. In order to incorporate such inhomogeneities into objective material parameters the viscosity measurement is based on a rotational viscometer in a wide gap Couette setup. The gap size between the two concentric cylinders was designed as large as possible in order to account for the inhomogeneities. The emerging difficulties concerning the model independent data reduction from measured values to viscosities are solved using an appropriate interpolation scheme. The method was applied to a material representative for the majority of volcanic eruptions on earth: a typical continental basaltic rock (Billstein/Rh{\"o}n/Germany). The measured viscosities show a strong shear rate dependency, which surprises, because basaltic melt has been, until now, assumed to behave as a Newtonian fluid. Since a non-Newtonian material shows a very different relaxation behavior in the Couette motion compared to a Newtonian one (which, ultimately, does not show any), and a strong relaxation signal was recorded during viscosity measurements, the equations of Couette motion were investigated. The time dependent stress distribution in a material due to a quasi step-like velocity change at the inner Couette radius (i.e. the spindle) was considered. The results show that a material combining a linear shear modulus and a Newtonian viscosity -- a Maxwell material -- cannot quantify the relaxation behavior. This could be considered as a hint, that the widely used Maxwell relaxation times cannot be applied as a 1:1 mapping from microscopic considerations to macroscopic situations.},
  subject      = {Viskosit{\"a}t},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Friedrich2004,
  author    = {Friedrich, Holger},
  title     = {W{\"a}ssriges Foliengießen von BaTiO3 : Untersuchungen zur Entwicklung von Schlickerzusammensetzungen mit optimierten rheologischen Eigenschaften},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-10764},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Trotz vielseitiger {\"o}kologischer und wirtschaftlicher Vorteile von Wasser werden beim keramischen Nassformgebungsprozess Foliengießen auf Grund von Problemen bei der Herstellung homogener Schlicker industriell vorwiegend noch organische L{\"o}sungsmittel verwendet. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung w{\"a}ssriger Schlickerzusammensetzungen, wobei ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Wechselwirkungen zwischen den Schlickerkomponenten (L{\"o}sungsmittel Wasser, keramisches Pulver, Dispergiermittel, Bindersystem) sowie deren Auswirkungen auf die Fließeigenschaften der Schlicker und die Gr{\"u}nfolieneigenschaften gewonnen werden sollte. Als keramisches Pulver wurde Bariumtitanat (BaTiO3) ausgew{\"a}hlt, da es eine Basiskomponente f{\"u}r die Herstellung keramischer Vielschichtkondensatoren, einem wichtigen Einsatzgebiet des Foliengießprozesses, darstellt. Grundlegende Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die BaTiO3-Partikel in Wasser nicht inert verhalten und es zur Freisetzung von Ba2+-Ionen sowie zu einem Anstieg des pH-Wertes ins Basische kommt. Auf Grund der Readsorption der Ba2+-Ionen auf den Pulveroberfl{\"a}chen weisen die Partikel auch im Basischen ein positives Zeta-Potenzial auf, dessen Gr{\"o}ße aber nicht ausreicht, um eine elektrostatische Dispergierung der Pulverpartikel zu gew{\"a}hrleisten. Mit einem Polymethacrylat sowie einem Block-Copolymer konnten jedoch zwei Dispergiermittel ermittelt werden, die {\"u}ber einen elektrosterischen bzw. einen {\"u}berwiegend sterischen Mechanismus eine gute Dispergierung des BaTiO3-Pulvers in w{\"a}ssrigen Suspensionen erm{\"o}glichen. Durch die Kombination der Dispergiermittel mit drei verschiedenen Bindertypen (je ein teil- bzw. voll-hydrolysierter Polyvinylalkohol als L{\"o}sungsbinder sowie ein Latex-Dispersionsbinder) sind vier w{\"a}ssrige Schlickersysteme mit sehr unterschiedlichen Fließeigenschaften (Newtonsch bis stark strukturviskos) entwickelt worden. Als Ursache der Fließcharakteristika konnten von der Additivkombination (Dispergiermittel - Binder) abh{\"a}ngige, spezifische "innere" Strukturen der jeweiligen Schlicker abgeleitet werden, die auf Wechselwirkungen zwischen den organischen Additiven, ausgelaugten Ba2+-Ionen und BaTiO3-Partikeln beruhen. Diese erh{\"o}hen die Viskosit{\"a}t der Schlicker bei kleiner bis mittlerer Scherbelastung und bestimmen somit deren Strukturviskosit{\"a}t. Die Strukturen konnten im Weiteren auch mit mikrostrukturellen Gr{\"u}nfolieneigenschaften korreliert werden, wobei eine starke "innere" Struktur die Verdichtung der Schlicker beim Trocknen behindert und dadurch zu einer geringen Pulverpackungs- und Gr{\"u}ndichte sowie zu einer hohen Porosit{\"a}t und starken Oberfl{\"a}chenrauigkeit f{\"u}hrt. F{\"u}r den bei der Schlickerentwicklung wichtigen Einfluss des Binder- und BaTiO3-Gehaltes auf das Viskosit{\"a}tsniveau ist bei den Schlickern mit PVA-Binder eine exponentielle Abh{\"a}ngigkeit ermittelt worden, die im untersuchten Konzentrationsbereich in beiden F{\"a}llen prim{\"a}r durch die absolute Konzentration des auf den BaTiO3-Gehalt bezogenen Binderanteils im Schlicker bestimmt wird. Der Einfluss des Feststoffgehaltes ist dagegen im Vergleich zu dem des Binders gering. Da die Binderpolymere auch den Aufbau der Schlickerstrukturen mitbestimmen, wird durch deren Konzentration außerdem die Strukturviskosit{\"a}t der Schlicker beeinflusst, w{\"a}hrend diese von der Feststoffkonzentration nicht ver{\"a}ndert wird. Bei Schlickern mit Latex-Binder zeigte sich, dass f{\"u}r die Abh{\"a}ngigkeit der Schlickerviskosit{\"a}t vom Binder- und Feststoffgehalt die Latexpartikel ebenfalls als Feststoff zu betrachten sind. Eine gute funktionelle Beschreibung konnte {\"u}ber eine Krieger-Dougherty-Gleichung erreicht werden. Die im Vergleich zu den PVA-Bindern geringere Viskosit{\"a}t des Latex-Binders erm{\"o}glichte dabei Schlicker mit deutlich h{\"o}heren BaTiO3-Gehalten (~ 40-45 Vol.\%) als bei Schlickern mit PVA-Binder (~ 25-30 Vol.\%). Mit den in dieser Arbeit entwickelten Additivkombinationen stehen somit Schlickerzusammensetzungen mit spezifischen Fließeigenschaften f{\"u}r das w{\"a}ssrige Foliengießen zur Verf{\"u}gung. Diese k{\"o}nnen auf der Basis der ermittelten Zusammenh{\"a}nge zwischen Viskosit{\"a}tsniveau und Binder- bzw. Feststoffgehalt optimal und gezielt an die Anforderungen eines Gießverfahrens und der Gr{\"u}nfolien angepasst werden. Das {\"u}ber die abgeleiteten Schlickerstrukturen erhaltene, grundlegende Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Einfl{\"u}sse und Wechselwirkungen der Schlickerkomponenten erm{\"o}glicht im Weiteren, Probleme sowie spezifische Anforderungen eines Foliengießprozesses zu l{\"o}sen.},
  subject      = {Bariumtitanat},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lang2002,
  author    = {Lang, Thomas},
  title     = {Vergleich der rheologischen Qualit{\"a}t von Erythrozytenkonzentraten, gewonnen durch herk{\"o}mmliche Vollblutspende oder Multikomponentenspende und Einfluß der Entnahmeverfahren auf ausgew{\"a}hlte rheologische Laborparameter und in-vivo-Mikrozirkulation des Spenders},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6055},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {20 Probanden nahmen im prospektiven Paarvergleich im Abstand von mindestens 8 Wochen im cross-over-Verfahren an je einer Vollblutspende (VBS) und einer maschinellen Multikomponentenspende (MKS) teil. Die erzeugten leukozyten-depletierten Erythrozytenkonzentrate beider Gruppen wurden mittels CPD-50 antikoaguliert und {\"u}ber einen Zeitraum von 63 Tagen in PAGGS-Mannitol gelagert. Beurteilt wurden zum einen rheologische in-vitro-Parameter bei Spendern und Blutkonserven in zweiw{\"o}chentlichen Abst{\"a}nden: oszillierende Kapillarviskosimetrie, Erythrozytenaggregometrie und Filtrometrie. Zudem kam bei den Maschinenspendern die neue Methode der Laser-Doppler-Anemometrie zur Ermittlung der kapill{\"a}ren in-vivo-Blutflußgeschwindigkeit in Einzelkapillaren zur Anwendung. Konkordant kam es in beiden Gruppen zum Ansteigen der visk{\"o}sen Viskosit{\"a}t der Erythrozytenkonzentrate mit {\"u}berproportionalem Anstieg nach 7 Wochen Lagerung. Die elastische Viskosit{\"a}t stieg ebenfalls in beiden Gruppen an, hier wurden in der Gruppe der Vollblutspender bereits zu Beginn deutlich h{\"o}here Werte gemessen, welche in der Vergleichsgruppe erst nach 49 Tagen erreicht wurden. Bei den Blutspendern konnten 24 Stunden nach Spende Ver{\"a}nderungen von visk{\"o}ser und elastischer Viskosit{\"a}t gezeigt werden, welche stark mit Erythrozytenanzahl, H{\"a}moglobin und H{\"a}matokrit korrelierten. Bei konstanten Werten der dynamischen Erythrozytenaggregation zeigte die statische Erythrozytenaggregation bei den Vollblutspenden nach drei Wochen eine Zunahme, in der MKS-Gruppe imponierte ein biphasisches Verhalten mit initialer Abnahme der Lichttransmission. Unabh{\"a}ngig vom Spendeverfahren, trat eine deutliche Abnahme der Filtrierbarkeit der Produkte in beiden Gruppen in den letzten beiden Lagerungswochen auf. Eindrucksvoll war die Reduktion der Filterokklusionsrate auf unter 40 \% des Ausgangswertes durch Leukozytenfiltration vor der Lagerung. Bereits 1 Stunde nach der Spende konnten filtrometrische Ver{\"a}nderungen bei den Spendern gezeigt werden, das Signifikanzniveau wurde hier nur knapp verfehlt. Die Bestimmung der kapill{\"a}ren Blutflußgeschwindigkeit zeigte eine Stunde nach Spende eine deutliche Abnahme auf 81 \% des Ausgangswertes (p=0,064) in der Gruppe der Maschinenspender. Dies wird als Ausdruck einer diskreten Kreislaufbelastung durch das Aphereseverfahren gewertet.},
  language  = {de}
}