Imaging and modeling of pore scale processes in porous media using X-ray computed tomography and lattice Boltzmann solver

In der Erd��l��� und Gasindustrie sind bildgebende Verfahren und Simulationen auf der Porenskala im Begriff Routineanwendungen zu werden. Ihr weiteres Potential l��sst sich im Umweltbereich anwenden, wie z.B. f��r den Transport und Verbleib von Schadstoffen im Untergrund, die Speicherung von Kohlendioxid und dem nat��rlichen Abbau von Schadstoffen in B��den. Mit der R��ntgen-Computertomografie (XCT) steht ein zerst��rungsfreies 3D bildgebendes Verfahren zur Verf��gung, das auch h��ufig f��r die Untersuchung der internen Struktur geologischer Proben herangezogen wird. Das erste Ziel dieser Dissertation war die Implementierung einer Bildverarbeitungstechnik, die die Strahlenaufh��rtung der R��ntgen-Computertomografie beseitigt und den Segmentierungsprozess dessen Daten vereinfacht. Das zweite Ziel dieser Arbeit untersuchte die kombinierten Effekte von Porenraumcharakteristika, Porentortuosit��t, sowie die Str��mungssimulation und Transportmodellierung in Porenr��umen mit der Gitter-Boltzmann-Methode. In einer zylindrischen geologischen Probe war die Position jeder Phase auf Grundlage der Beobachtung durch das Vorhandensein der Strahlenaufh��rtung in den rekonstruierten Bildern, das eine radiale Funktion vom Probenrand zum Zentrum darstellt, extrahierbar und die unterschiedlichen Phasen lie��en sich automatisch segmentieren. Weiterhin wurden Strahlungsaufh��rtungeffekte von beliebig geformten Objekten durch einen Oberfl��chenanpassungsalgorithmus korrigiert. Die Methode der ���least square support vector machine��� (LSSVM) ist durch einen modularen Aufbau charakterisiert und ist sehr gut f��r die Erkennung und Klassifizierung von Mustern geeignet. Aus diesem Grund wurde die Methode der LSSVM als pixelbasierte Klassifikationsmethode implementiert. Dieser Algorithmus ist in der Lage komplexe geologische Proben korrekt zu klassifizieren, ben��tigt f��r den Fall aber l��ngere Rechenzeiten, so dass mehrdimensionale Trainingsdatens��tze verwendet werden m��ssen. Die Dynamik von den unmischbaren Phasen Luft und Wasser wird durch eine Kombination von Porenmorphologie und Gitter Boltzmann Methode f��r Drainage und Imbibition Prozessen in 3D Datens��tzen von B��den, die durch synchrotron-basierte XCT gewonnen wurden, untersucht. Obwohl die Porenmorphologie eine einfache Methode ist Kugeln in den verf��gbaren Porenraum einzupassen, kann sie dennoch die komplexe kapillare Hysterese als eine Funktion der Wassers��ttigung erkl��ren. Eine Hysterese ist f��r den Kapillardruck und die hydraulische Leitf��higkeit beobachtet worden, welche durch die haupts��chlich verbundenen Porennetzwerke und der verf��gbaren Porenraumgr����enverteilung verursacht sind. Die hydraulische Konduktivit��t ist eine Funktion des Wassers��ttigungslevels und wird mit einer makroskopischen Berechnung empirischer Modelle verglichen. Die Daten stimmen vor allem f��r hohe Wassers��ttigungen gut ��berein. Um die Gegenwart von Krankheitserregern im Grundwasser und Abw��ssern vorhersagen zu k��nnen, wurde in einem Bodenaggregat der Einfluss von Korngr����e, Porengeometrie und Fluidflussgeschwindigkeit z.B. mit dem Mikroorganismus Escherichia coli studiert. Die asymmetrischen und langschweifigen Durchbruchskurven, besonders bei h��heren Wassers��ttigungen, wurden durch dispersiven Transport aufgrund des verbundenen Porennetzwerks und durch die Heterogenit��t des Str��mungsfeldes verursacht. Es wurde beobachtet, dass die biokolloidale Verweilzeit eine Funktion des Druckgradienten als auch der Kolloidgr����e ist. Unsere Modellierungsergebnisse stimmen sehr gut mit den bereits ver��ffentlichten Daten ��berein.

Nanoparticular iron complex drugs for parenteral administration - physicochemical characterization, biological distribution and pharmacological safety

Iron deficiency is the most common deficiency disease worldwide with many patients who require intravenous iron. Within the last years new kind of parenteral iron complexes as well as generic preparations entered the market. There is a high demand for methods clarifying benefit to risk profiles of old and new iron complexes. It is also necessary to disclose interchangeability between originator and intended copies to avoid severe anaphylactic and anaphylactoid side reaction and assure equivalence of therapeutic effect.rnrnThe investigations presented in this work include physicochemical characterization of nine different parenteral iron containing non-biological complex drugs. rnWe developed an in-vitro assay, which allows the quantification of labile iron in the different complexes and thus it is a useful tool to estimate the pharmaclogical safety regarding iron related adverse drug events. This assay additionally allowed the estimation of complex stability by evaluation of degradation kinetics at the applied conditions.rnrnAn in-ovo study was performed to additionally compare different complexes in respect to body distribution. This in combination with complex stability information allowed the risk estimation of potential local acute and chronic reactions to iron overload.rnrnInformation obtained by the combination of the methods within this work are helpful to estimate the safety and efficacy profile of different iron containing non-biological complex drugs. rnrnPhysicochemical differences between the complexes were demonstrated in respect to size of the inorganic fraction, size and size distribution of the complete particles, structure of the inorganic iron fraction, morphology of the complexes and charge of the complexes. And furthermore significant differences in the biological behavior of different complexes were demonstrated. rnrnThe combination of complex stability and biodistribution as well as the combination of structure, size and stability represent helpful tools for the physicochemical characterization of iron containing non-biological complex drugs and for the estimation of pharmacological safety. This work thus represents an up to date summary of some relevant methods for the characterization of intravenous iron complex drugs in respect to pharmaceutical quality, pharmacological safety and aspects of efficacy. rnrnProspectively, it is worthwhile that the methods within this work will contribute to the development and/or characterization of iron containing nanoparticular formulations with beneficial efficacy and safety profiles.rn