Modelling small angle neutron scattering data from electrospun fibres

Electrospinning is a technique employed to produce nanoscale to microscale sized fibres by the application of a high voltage to a spinneret containing a polymer solution. Here we examine how small angle neutron scattering data can be modelled to analyse the polymer chain conformation. We prepared 1:1 blends of deuterated and hydrogenated atactic-polystyrene fibres from solutions in N, N-Dimethylformamide and Methyl Ethyl Ketone. The fibres themselves often contain pores or voiding within the internal structure on the length scales that can interfere with scattering experiments. A model to fit the scattering data in order to obtain values for the radius of gyration of the polymer molecules within the fibres has been developed, that includes in the scattering from the voids. Using this model we find that the radius of gyration is 20% larger than in the bulk state and the chains are slightly extended parallel to the fibre axis.

Einfluss verschiedener nanopartikulärer Systeme auf die zelluläre Aufnahme und Zytotoxizität

Die vorliegende Dissertation untersucht Nanopartikel und Nanokapseln aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Modifikationen für einen zielgerichteten Medikamententransport (Drug Targeting). Obwohl bisher zahlreiche Nanopartikel und -kapseln synthetisiert wurden, besteht nach wie vor hinsichtlich der zellulären Verträglichkeit, Biokompatibilität und Aufnahme kein allumfassendes Verständnis. Mit Hilfe der in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen und Ergebnissen soll ein Beitrag zur Schließung dieser Lücke geleistet werden.rnIm Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss der Herstellungsmaterialien PS, PLLA, PMMA, Biomakromoleküle (BSA, DNA), ggf. stabilisiert durch HPMA-LMA-Copolymere und neu-synthetisierte Surfmere, der Formmodifikationen Streckung und Kristallisierung, der Oberflächenmodifikationen mittels verschiedener Tenside und PEG auf die zelluläre Aufnahme und Verträglichkeit hin untersucht.rnZusammenfassend lässt sich die Aussage treffen, dass zahlreiche Materialien zur Herstellung von Trägersystemen geeignet sind und sich als biokompatibel und nicht-zytotoxisch erwiesen haben, sich jedoch stark hinsichtlich der Aufnahmeeffizienz in verschiedene Zelllinien unterscheiden. rnIm ersten Abschnitt (Kapitel 5.1) wurden in der ersten und zweiten Untersuchung auf allgemeine Parameter, die die Aufnahme von Nanopartikeln beeinflussen, eingegangen. Hier wurde der Einfluss des Alters von PLLA-Partikeln auf die zelluläre Aufnahme und Toxizität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Materialalterung die zelluläre Aufnahme abnimmt. Eine Zytotoxizität konnte nicht gezeigt werden.rnWeiterhin wurde der Einfluss des FCS-Gehalts des Zell-Mediums auf die zelluläre Aufnahme von PMMA-Partikeln untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit einer steigenden FCS-Konzentration eine Abnahme der zellulären Aufnahme von PMMA-Partikeln einhergeht. Die höchste zelluläre Aufnahme konnte bei einem FCS-Gehalt des Zellmediums von 0,05% verzeichnet werden. rnIm zweiten Abschnitt (Kapitel 5.2) wurde die Stabilisierung von Nanopartikeln mittels neusynthetisierter Tenside und deren Einfluss auf die Zelle-Nanopartikel-Interaktionen untersucht. Dazu wurde zum einen die Oberflächenfunktionalisierung von Nanopartikeln mit Hilfe neu-synthetisierter „Surfmere“ und deren Einfluss auf die zelluläre Aufnahme und Toxizität untersucht. Die hergestellten Surfmere bewirken gleichzeitig eine Stabilisierung und Funktionalisierung der Nanopartikeloberfläche mit Phosphonatgruppen. Hier wurden kovalente „Surfmer“ stabilisierte Nanopartikel mit Tensid- (SDP) stabilisierten Nanopartikeln verglichen. Zudem wurden dialysierte Nanopartikel mit nicht-dialysierten verglichen. Bezüglich der zellulären Aufnahme konnte für die mittels Dialyse gereinigten Nanopartikel eine gute Aufnahme ohne Unterschiede zwischen den kovalent und nicht-kovalent Phosphonat-funktionalisierten Partikeln beobachtet werden. Die ungereinigten, SDP-stabilisierte, nicht-kovalent gebundene Nanopartikel zeigten hingegen eine bis zu 30% stärkere Aufnahme in die HeLa-Zellen und hMSCs.rnWeiterhin der Einsatz von mit HPMA-LMA-Copolymeren stabilisierte Polystyrol- und PLLA-Partikel, die den Einsatz von Tensiden während des Miniemulsionsprozesses überflüssig machen, untersucht. Auch hier konnte keine Zytotoxizität nachgewiesen werden. Die Aufnahme in HeLa-Zellen scheint mehr von der Größe der Nanopartikel als vom verwendeten Material und in hMSCs mehr von den Oberflächeneigenschaften der Nanopartikel abzuhängen.rnIm dritten Abschnitt (Kapitel 5.3) wird auf die Möglichkeit der Formmodifikation von Polystyrol-Partikeln und deren Einfluss auf die Nanopartikel-Zelle-Interaktionen eingegangen. Es geht dabei um die Aufnahme und Zytotoxizität von verstreckten (elongierten) Polystyrol-Partikeln im Vergleich zu sphärischen Nanopartikeln, sowie die Aufnahme und Zytotoxizität von kristallinen Polystyrol-Partikeln in verschiedene Zelllinien. Bei den verstreckten Partikeln nimmt die Aufnahme-Effizienz in HeLa-Zellen und hMSCs mit zunehmender Verstreckung ab. Eine Zytotoxizität konnte für keinen der erwähnten Nanopartikel nachgewiesen werden. Bei den Polystyrol-Partikeln unterschiedlicher Taktizität zeigen die kristallierten Polystyrol-Partikel eine geringfügig besser Aufnahme-Rate als die nicht-kristallierten Polystyrol-Partikel. Dabei zeigen die nach dem Herstellungsprozess mittels der Lösemittelverdampfungstechnik der wässrigen Phase entnommenen Partikel eine bessere Aufnahme als die nach der Verdampfung des Chloroforms verfügbaren Partikel. Insgesamt konnte jedoch für alle Polystyrol-Partikel trotz der unterschiedlichen Taktizitäten nach der Aufnahme in HeLa-Zellen und hMSCs mittels Durchflusszytometrie hohe Fluoreszenz-Intensitäten verzeichnet werden. Setzt man hohe Fluoreszenz-Intensitäten bei in Zellen aufgenommenen Partikeln mit guten Aufnahmeraten gleich, sind die hier dargestellten Aufnahmeraten als sehr gut zu bezeichnen. rnAuf Nanosysteme mit einer reduzierten zellulären Aufnahme wird im letzten Abschnitt (Kapitel 5.4) eingegangen. Dabei wird zum einen die unterschiedliche Oberflächenmodifikation von Polystyrol-Partikeln mit dem Co-Monomer PEG-MA und den Tensiden SDS und Lutensol AT50 untersucht. Von PEG-MA wurden zudem verschiedene Molekulargewichte (Mn=300 g•mol-1 und Mn=2080 g•mol-1) und verschiedene Konzentrationen (1,5%, 5%, 10%) eingesetzt. Ein Teil der Partikel wurde mit SDS und der andere Teil mit Lutensol AT50 hergestellt. In einem weiteren Schritt wurde das jeweilig gegenteilige Tensid (statt SDS Lutensol AT50 und umgekehrt) eingesetzt, um zu überprüfen, ob sich der zuvor beobachtete Effekt umkehren lässt. Anschließend wurde ein erst mit SDS stabilisierter Nanopartikel (BR01) mit verschiedenen Lutensol AT50-Anteilen (5%, 10%, 25%, 50%, 100%) redispergiert. Die effizienteste Aufnahme zeigte der unmodifizierte, mit SDS stabilisierte Nanopartikel BR01, die niedrigste der ebenfalls unmodifizierte, mit Lutensol AT50 stabilisierte Nanopartikel BR02. Eine steigende Konzentration des PEG-MA Mn=300 g•mol-1 hemmt die Aufnahme von mit SDS stabilisierten Partikeln konstant. Für PEG-MA Mn=2080 g•mol-1 konnte hingegen kein Einfluss nachgewiesen werden. Für die mit Lutensol AT50 stabilisierten Partikel konnte kein Einfluss von PEG-MA nachgewiesen werden. Daraus resultiert, dass der Einsatz von physikalisch adsorbiertem Lutensol AT50 die zelluläre Aufnahme effektiver hemmt als der Einsatz von kovalent gebundenem PEG-MA unterschiedlicher Kettenlänge.rnDer Einsatz von mit Biomakromolekülen hergestellten Nanokapseln, die mit zwei verschiedenen Tensiden (SDS und Lutensol AT50) stabilisiert wurden, wurde im Weiteren näher untersucht. Bei den mit SDS stabilisierten Kapseln erwiesen sich die mit ssDNA hergestellten Kapseln BN-54 und BN-55 als leicht toxisch für die HeLa-Zellen. Dagegen sind alle eingesetzten, mit Lutensol AT50 redispergierten Nanokapseln sowohl für HeLa-Zellen als auch für hMSCs zytotoxisch. Hier ist die toxische Wirkung auf das nicht-ionische Tensid Lutensol AT50 zurückzuführen. Eine zelluläre Aufnahme konnte für keine mit Biomakromolekülen hergestellten Nanokapsel nachgewiesen werden.rnDen Abschluss der Untersuchungen bildet die vergleichende Analyse der in dieser Arbeit mit dem Fluoreszenzfarbstoff PMI versehenen Partikeln hinsichtlich deren Aufnahme in HeLa-Zellen und hMSCs und deren zytotoxische Auswirkungen. In der vergleichenden Analyse werden die zuvor vorgestellten Ergebnisse für PMI-Partikeln nochmal im Kontext betrachtet. Dabei erwies sich sowohl für die HeLa-Zellen als auch für die hMSCs, dass die meisten Partikel eine geringe bis keine zelluläre Aufnahme zeigen. Eine gute Aufnahme konnte nur für wenige Nanopartikel (vor allem für die kristallinen Nanopartikel) verzeichnet werden. Eine Korrelation zwischen der Aufnahmeeffizienz und der Zytotoxizität konnte nicht nachgewiesen werden. rn

Styrene polymerization catalyzed by metal porphyrin complex/MAO for in situ synthesizing polystyrene containing air stable pi cation radicals

A novel catalyst system based on nickel(II) tetraphenylporphyrin (Ni(II)TPP) and methylaluminoxane for styrene polymerization was developed. This catalyst system has a high thermal stability and show fairly good activity. The obtained polystyrene (PS) was isotactic-rich atactic polymer by C-13 NMR analysis, and its molecular weight distribution was rather narrow (M-w/M-n approximate to 1.6, by GPC analysis). ESR revealed that Ni(II)TPP pi cation radicals were formed in the polymerization and could remain in the resulting PS stably. The mechanism of the polymerization was discussed and a special coordination mechanism was proposed. The PS product containing Ni(II)TPP pi cation radicals can be used as a potential functional material.

Sensitivity of Dot-ELISA on Nitrocellulose Membranes in Comparison with ELISA on Polystyrene Plates for the Detection of Four Plant Viruses

ABSTR.4CT Senitivity of dot-immunobindinding ELf SA on nitrocellulose membrane (DotELISA)was compared with double-antibody sandwich ELISA (DAS-ELlSA) on polystyrene plates for the detection of bean yellow mosaic virus (BYMV), broad bean stain virus (WMV-2). Dot-ELISA was 2 and 1O times more sensitive than DAS-ELISA for the detection of BBSV and WMV-2, respectively, whereas DAS-ELISA was more sensitive than Dot-ELiSA for {he detection of BYMV. Both techniques were equally sensitive for the detection of BYDV. Using one day instead uf the two-day procedure, the four viruses were still detectable and the ralative sensitivity of both techniques remained the same.

Testing and simulation of extruded polystyrene foam at low to moderate strain rates

This paper presents a study into the behaviour of extruded polystyrene foam at low strain rates. The foam is being studied in order assess its potential for use as part of a new innovative design of portable road safety barrier the aim to consume less water and reduce rates of serious injury. The foam was tested at a range of low strain rates, with the stress and strain behaviour of the foam specimens being recorded. The energy absorption capabilities of the foam were assessed as well as the response of the foam to multiple loadings. The experimental data was then used to create a material model of the foam for use in the explicit finite element solver LS-DYNA. Simulations were carried out using the material model which showed excellent correlation between the numerical material model and the experimental data.

The effect of polystyrene sodium sulfonate grafting on polyethylene terephthalate artificial ligaments on in vitro mineralisation and in vivo bone tissue integration

This study investigates the impact of polystyrene sodium sulfonate (PolyNaSS) grafting onto the osseo-integration of a polyethylene terephthalate artificial ligament (Ligament Advanced Reinforcement System, LARS™) used for Anterior Cruciate Ligament (ACL). The performance of grafted and non-grafted ligaments was assessed in vitro by culturing human osteoblasts under osteogenic induction and this demonstrated that the surface modification was capable of up-regulating the secretion of ALP and induced higher level of mineralisation as measured 6 weeks post-seeding by Micro-Computed Tomography. Grafted and non-grafted LARS™ were subsequently implanted in an ovine model for ACL reconstruction and the ligament-to-bone interface was evaluated by histology and biomechanical testings 3 and 12 months post-implantation. The grafted ligaments exhibited more frequent direct ligament-to-bone contact and bone formation in the core of the ligament at the later time point than the non-grafted specimens, the grafting also significantly reduced the fibrous encapsulation of the ligament 12 months post-implantation. However, this improved osseo-integration was not translated into a significant increase in the biomechanical pull-out loads. These results provide evidences that PolyNaSS grafting improved the osseo-integration of the artificial ligament within the bone tunnels. This might positively influence the outcome of the surgical reconstructions, as higher ligament stability is believed to limit micro-movement and therefore permits earlier and enhanced healing.

Thermal Stability of Polystyrene Peroxide

It has been observed that poly(styrene peroxide) with a high molecular weight is thermally less stable than the same polymer with a low molecular weight. This has been explained as being due to the strain on the O-O bond due to the greater polymer chain length.

Thermochemical and kinetic studies on the effects of cobalt salicylate on the oxidative degradation of polystyrene

The effect of cobalt salicylate on the oxidative degradation and ignition of polystyrene has been studied. It was found that cobalt salicylate sensitizes both the degradation and ignition of polystyrene by facilitating electron-transfer processes in the propagation step. From thermochemical and kinetic studies it was found that the cobalt ion, owing to its ability to exist in variable valence states, promotes electron transfer in the propagation step of polymer degradation, increasing the rate of propagation and consequently the overall rate. Using solid-phase thermal ignition theory, an attempt has been made to explain the sensitization of ignition by the cobalt ion.

Studies on vacuum pyrolysis of ammonium perchlorate and ammonium perchlorate/polystyrene propellant in the presence of transition metal oxides

Vacuum pyrolysis of ammonium perchlorate (AP) and ammonium perchlorate/polystyrene (PS) propellant has been studied by differential thermal analysis (DTA) in order to observe the effect of transition metal oxides on sublimation. Sublimation and decomposition being competitive processes, their proportions depend on the pressure of the pyrolysis chamber. The enthalpies for complete decomposition and complete sublimation are available from the literature and by using these data together with DTA area measurements, the extents of sublimation and decomposition have been calculated for AP and the propellant system. The effect of the metal ions on the extent and rate of sublimation depends on their nature. For AP the extent of sublimation increases with a decrease in particle size. For the propellants the powder sublimes more readily than the bulk material, but in the presence of metal ions the bulk material sublimes more readily than the powder. To substantiate this finding, the effect of MnO2 on AP sublimation as a function of particle size was examined, and it was observed that the extent of sublimation decreases as the particle size decreases.

Mechanistic studies on the pyrolysis and combustion of polystyrene/ammonium perchlorate propellants in the presence of transition metal oxides

The effect of transition metal oxides (Fe2O3, MnO2, Ni2O3 and Co2O3) on polystyrene/ammonium perchlorate propellant systems has been examined. The mechanism of action of the oxides in increasing the burning rate was examined by studying the effect of the oxides on the thermal decomposition and combustion of the oxidizer and the propellant. It has been concluded that one of the mechanisms by which the oxides act is by promoting the charge-transfer process, which is indicated by the enhancement of the electron-transfer process in ammonium perchlorate and by the correlation between the redox potential of the metal ions and the corresponding burning rates of the propellant.

Influence of the electric field on the low-temperature thermal decomposition of ammonium perchlorate/polystyrene propellant

An electric field (100 V/cm at 230°C and 150°C) has been applied to ammonium perchlorate (AP)/polystyrene (PS) propellant mixtures in order to understand the low temperature decomposition behavior of the propellant. The charge-carrying species is anionic in nature at 230°C, which could be ClO4−, but is cationic at 150°C, which could be either NH4+ or H+. These results are parallel to that observed for pure ammonium perchlorate (AP) pellets [1]. The burning rate (r' ) of the propellant was found to follow the same trend as that for the thermal decomposition of the propellant on application of an electric field. At 150°C Image was higher at the −ve electrode than at the +ve electrode, but at 230°C just the opposite was observed. Kinetic studies have confirmed that the decomposition of the orthorhombic AP follows two mechanism corresponding to E = 30 kcal mol−1 (180–230°C) and E = 15 kcal mol−1 (150–180°C).

Kinetic studies on thermal decomposition of polystyrene peroxide

Polystyrene peroxide has been synthesized and its decomposition has been studied by thermogravimetry and differential thermal analysis. Polystyrene peroxide has been found to decompose exothermically at about 110°C. The activation energy for the decomposition was estimated to be 30 kcal/mole both by the Jacobs and Kureishy method and by fitting the α versus time curves to the first-order kinetic equation. This suggests that the rate-controlling step in the decomposition of polystyrene peroxide is cleavage of the O---O bond.

Mechanism of the thermal decomposition of polystyrene peroxide

The thermal degradation of polystyrene peroxide was carried out using differential scanning calorimetry. The activation energy (E) was found to be 136 kJ mole–1 at all extents of decomposition. TheE value was found to correspond to-O-O-dissociation. The order of reaction was found to decrease from 2 to 1 as the decomposition progresse.