@phdthesis{Baeckemo2022,
  author    = {B{\"a}ckemo, Johan Dag Valentin},
  title     = {Digital tools and bioinspiration for the implementation in science and medicine},
  doi       = {10.25932/publishup-57145},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-571458},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xiv, 108},
  year      = {2022},
  abstract  = {Diese Doktorarbeit untersucht anhand dreier Beispiele, wie digitale Werkzeuge wie Programmierung, Modellierung, 3D-Konstruktions-Werkzeuge und additive Fertigung in Verbindung mit einer auf Biomimetik basierenden Design\-strategie zu neuen Analysemethoden und Produkten f{\"u}hren k{\"o}nnen, die in Wissenschaft und Medizin Anwendung finden. Das Verfahren der Funkenerosion (EDM) wird h{\"a}ufig angewandt, um harte Metalle zu verformen oder zu formen, die mit normalen Maschinen nur schwer zu bearbeiten sind. In dieser Arbeit wird eine neuartige Kr{\"u}mmungsanalysemethode als Alternative zur Rauheitsanalyse vorgestellt. Um besser zu verstehen, wie sich die Oberfl{\"a}che w{\"a}hrend der Bearbeitungszeit des EDM-Prozesses ver{\"a}ndert, wurde außerdem ein digitales Schlagmodell erstellt, das auf einem urspr{\"u}nglich flachen Substrat Krater auf Erhebungen erzeugte. Es wurde festgestellt, dass ein Substrat bei etwa 10.000 St{\"o}ßen ein Gleichgewicht erreicht. Die vorgeschlagene Kr{\"u}mmungsanalysemethode hat das Potenzial, bei der Entwicklung neuer Zellkultursubstrate f{\"u}r die Stammzellenforschung eingesetzt zu werden. Zwei Arten, die in dieser Arbeit aufgrund ihrer interessanten Mechanismen analysiert wurden, sind die Venusfliegenfalle und der Bandwurm. Die Venusfliegenfalle kann ihr Maul mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit schließen. Der Schließmechanismus kann f{\"u}r die Wissenschaft interessant sein und ist ein Beispiel f{\"u}r ein so genanntes mechanisch bi-stabiles System - es gibt zwei stabile Zust{\"a}nde. Der Bandwurm ist bei S{\"a}ugetieren meist im unteren Darm zu finden und heftet sich mit seinen Saugn{\"a}pfen an die Darmw{\"a}nde. Wenn der Bandwurm eine geeignete Stelle gefunden hat, st{\"o}ßt er seine Haken aus und heftet sich dauerhaft an die Wand. Diese Funktion k{\"o}nnte in der minimalinvasiven Medizin genutzt werden, um eine bessere Kontrolle der Implantate w{\"a}hrend des Implantationsprozesses zu erm{\"o}glichen. F{\"u}r beide Projekte wurde ein mathematisches Modell, das so genannte Chained Beam Constraint Model (CBCM), verwendet, um das nichtlineare Biegeverhalten zu modellieren und somit vorherzusagen, welche Strukturen ein mechanisch bi-stabiles Verhalten aufweisen k{\"o}nnten. Daraufhin konnten zwei Prototypen mit einem 3D-Drucker gedruckt und durch Experimente veranschaulicht werden, dass sie beide ein bi-stabiles Verhalten aufweisen. Diese Arbeit verdeutlicht das hohe Anwendungspotenzial f{\"u}r neue Analysenmethoden in der Wissenschaft und f{\"u}r neue Medizinprodukte in der minimalinvasiven Medizin.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Izraylit2021,
  author    = {Izraylit, Victor},
  title     = {Reprogrammable and tunable actuation in multiblock copolymer blends},
  doi       = {10.25932/publishup-51843},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-518434},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {104},
  year      = {2021},
  abstract  = {Soft actuators have drawn significant attention due to their relevance for applications, such as artificial muscles in devices developed for medicine and robotics. Tuning their performance and expanding their functionality are frequently done by means of chemical modification. The introduction of structural elements rendering non-synthetic modification of the performance possible, as well as control over physical appearance and facilitating their recycling is a subject of a great interest in the field of smart materials. The primary aim of this thesis was to create a shape-memory polymeric actuator, where the capability for non-synthetic tuning of the actuation performance is combined with reprocessability. Physically cross-linked polymeric matrices provide a solid material platform, where the in situ processing methods can be employed for modification of the composition and morphology, resulting in the fine tuning of the related mechanical properties and shape-memory actuation capability. The morphological features, required for shape-memory polymeric actuators, namely two crystallisable domains and anchoring points for physical cross-links, were embedded into a multiblock copolymer with poly(ε-caprolactone) and poly(L-lactide) segments (PLLA-PCL). Here, the melting transition of PCL was bisected into the actuating and skeleton-forming units, while the cross-linking was introduced via PLA stereocomplexation in blends with oligomeric poly(D-lactide) (ODLA). PLLA segment number average length of 12-15 repeating units was experimentally defined to be capable of the PLA stereocomplexes formation, but not sufficient for the isotactic crystallisation. Multiblock structure and phase dilution broaden the PCL melting transition, facilitating its separation into two conditionally independent crystalline domains. Low molar mass of the PLA stereocomplex components and a multiblock structure enables processing and reprocessing of the PLLA-PCL / ODLA blends with common non-destructive techniques. The modularity of the PLLA-PCL structure and synthetic approach allows for independent tuning of the properties of its components. The designed material establishes a solid platform for non-synthetic tuning of thermomechanical and structural properties of thermoplastic elastomers. To evaluate the thermomechanical stability of the formed physical network, three criteria were appraised. As physical cross-links, PLA stereocomplexes have to be evenly distributed within the material matrix, their melting temperature shall not overlap with the thermal transitions of the PCL domains and they have to maintain the structural integrity within the strain ε ranges further applied in the shape-memory actuation experiments. Assigning PCL the function of the skeleton-forming and actuating units, and PLA stereocomplexes the role of physical netpoints, shape-memory actuation was realised in the PLLA-PCL / ODLA blends. Reversible strain of shape-memory actuation was found to be a function of PLA stereocomplex crystallinity, i.e. physical cross-linking density, with a maximum of 13.4 ± 1.5\% at PLA stereocomplex content of 3.1 ± 0.3 wt\%. In this way, shape-memory actuation can be tuned via adjusting the composition of the PLLA-PCL / ODLA blend. This makes the developed material a valuable asset in the production of cost-effective tunable soft polymeric actuators for the applications in medicine and soft robotics.},
  language  = {en}
}