@article{HazurDetschKarakayaetal.2020, author = {Hazur, Jonas and Detsch, Rainer and Karakaya, Emine and Kaschta, Joachim and Teßmar, J{\"o}rg and Schneidereit, Dominik and Friedrich, Oliver and Schubert, Dirk W and Boccaccini, Aldo R}, title = {Improving alginate printability for biofabrication: establishment of a universal and homogeneous pre-crosslinking technique}, series = {Biofabrication}, volume = {12}, journal = {Biofabrication}, number = {4}, doi = {10.1088/1758-5090/ab98e5}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-254030}, year = {2020}, abstract = {Many different biofabrication approaches as well as a variety of bioinks have been developed by researchers working in the field of tissue engineering. A main challenge for bioinks often remains the difficulty to achieve shape fidelity after printing. In order to overcome this issue, a homogeneous pre-crosslinking technique, which is universally applicable to all alginate-based materials, was developed. In this study, the Young's Modulus after post-crosslinking of selected hydrogels, as well as the chemical characterization of alginate in terms of M/G ratio and molecular weight, were determined. With our technique it was possible to markedly enhance the printability of a 2\% (w/v) alginate solution, without using a higher polymer content, fillers or support structures. 3D porous scaffolds with a height of around 5 mm were printed. Furthermore, the rheological behavior of different pre-crosslinking degrees was studied. Shear forces on cells as well as the flow profile of the bioink inside the printing nozzle during the process were estimated. A high cell viability of printed NIH/3T3 cells embedded in the novel bioink of more than 85\% over a time period of two weeks could be observed.}, language = {en} } @article{PaxtonSmolanBoecketal.2017, author = {Paxton, Naomi and Smolan, Willi and B{\"o}ck, Thomas and Melchels, Ferry and Groll, J{\"u}rgen and Jungst, Tomasz}, title = {Proposal to assess printability of bioinks for extrusion-based bioprinting and evaluation of rheological properties governing bioprintability}, series = {Biofabrication}, volume = {9}, journal = {Biofabrication}, number = {4}, doi = {10.1088/1758-5090/aa8dd8}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-254061}, year = {2017}, abstract = {The development and formulation of printable inks for extrusion-based 3D bioprinting has been a major challenge in the field of biofabrication. Inks, often polymer solutions with the addition of crosslinking to form hydrogels, must not only display adequate mechanical properties for the chosen application but also show high biocompatibility as well as printability. Here we describe a reproducible two-step method for the assessment of the printability of inks for bioprinting, focussing firstly on screening ink formulations to assess fibre formation and the ability to form 3D constructs before presenting a method for the rheological evaluation of inks to characterise the yield point, shear thinning and recovery behaviour. In conjunction, a mathematical model was formulated to provide a theoretical understanding of the pressure-driven, shear thinning extrusion of inks through needles in a bioprinter. The assessment methods were trialled with a commercially available cr{\`e}me, poloxamer 407, alginate-based inks and an alginate-gelatine composite material. Yield stress was investigated by applying a stress ramp to a number of inks, which demonstrated the necessity of high yield for printable materials. The shear thinning behaviour of the inks was then characterised by quantifying the degree of shear thinning and using the mathematical model to predict the window of printer operating parameters in which the materials could be printed. Furthermore, the model predicted high shear conditions and high residence times for cells at the walls of the needle and effects on cytocompatibility at different printing conditions. Finally, the ability of the materials to recover to their original viscosity after extrusion was examined using rotational recovery rheological measurements. Taken together, these assessment techniques revealed significant insights into the requirements for printable inks and shear conditions present during the extrusion process and allow the rapid and reproducible characterisation of a wide variety of inks for bioprinting.}, 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} }