TY - THES A1 - Altabal, Osamah T1 - Design and fabrication of geometry-assisted on-demand dosing systems N2 - The controlled dosage of substances from a device to its environment, such as a tissue or an organ in medical applications or a reactor, room, machinery or ecosystem in technical, should ideally match the requirements of the applications, e.g. in terms of the time point at which the cargo is released. On-demand dosage systems may enable such a desired release pattern, if the device contain suitable features that can translate external signals into a release function. This study is motivated by the opportunities arising from microsystems capable of an on-demand release and the contributions that geometrical design may have in realizing such features. The goals of this work included the design, fabrication, characterization and experimental proof-of-concept of geometry-assisted triggerable dosing effect (a) with a sequential dosing release and (b) in a self-sufficient dosage system. Structure-function relationships were addressed on the molecular, morphological and, with a particular attention, the device design level, which is on the micrometer scale. Models and/or computational tools were used to screen the parameter space and provide guidance for experiments. N2 - Die kontrollierte Freisetzung von Substanzen aus einem Device in seine Umgebung, wie ein Gewebe oder Organ in medizinischen Anwendungen oder ein Reaktor, ein Raum, ein Gerät oder ein Ökosystem in technischer Nutzung sollte idealerweise den Anforderungen des Einsatzzweckes entsprechen, beispielsweise hinsichtlich des Zeitpunktes an dem die Freisetzung erfolgt. On-demand Freisetzungssysteme könnten eine derartiges gewünschtes Verhalten zeigen, wenn das System die Befähigung besitzt, externe Signale in eine Freisetzungsfunktion zu überführen. Diese Arbeit greift die Möglichkeiten auf, die sich durch den Einsatz und ein gezieltes Design von mikrostrukturierten Systemen für die Realisierung einer on-demand Freisetzung ergeben könnten. Die Ziele der Arbeit umfassen die Konzeptionierung, Herstellung, Charakterisierung sowie den grundsätzlichen Nachweis durch Stimuli induzierten on-demand Freisetzungsfunktion einerseits in Form eines sequentiellen Freigabeverhaltens und anderseits in Form eines autarken (kontaktfrei ausgelösten) Dosiersystems. Struktur-Eigenschafts-Beziehungen wurden auf molekularer, morphologischer und - mit besonderen Augenmerk - auf der Ebene des Device-Designs untersucht. Modelle und/oder Computer-gestützte Verfahren wurden verwendet um geeignete Materialparameter zu identifizieren und einen Leitfaden für die Experimente bereitzustellen. KW - Stress concentration KW - Negative Poisson’s ratio KW - On-demand release KW - Spannungskonzentrationen KW - Negatives Poisson-Verhältnis KW - On-demand Freisetzung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-532441 ER - TY - JOUR A1 - Tuncaboylu, Deniz Ceylan A1 - Friess, Fabian A1 - Wischke, Christian A1 - Lendlein, Andreas T1 - A multifunctional multimaterial system for on-demand protein release JF - Journal of controlled release N2 - In order to provide best control of the regeneration process for each individual patient, the release of protein drugs administered during surgery may need to be timely adapted and/or delayed according to the progress of healing/regeneration. This study aims to establish a multifunctional implant system for a local on-demand release, which is applicable for various types of proteins. It was hypothesized that a tubular multimaterial container kit, which hosts the protein of interest as a solution or gel formulation, would enable on-demand release if equipped with the capacity of diameter reduction upon external stimulation. Using devices from poly(epsilon-caprolactone) networks, it could be demonstrated that a shape-memory effect activated by heat or NIR light enabled on-demand tube shrinkage. The decrease of diameter of these shape-memory tubes (SMT) allowed expelling the payload as demonstrated for several proteins including SDF-1 alpha, a therapeutically relevant chemotactic protein, to achieve e.g. continuous release with a triggered add-on dosing (open tube) or an on-demand onset of bolus or sustained release (sealed tube). Considering the clinical relevance of protein factors in (stem) cell attraction to lesions and the progress in monitoring biomarkers in body fluids, such on-demand release systems may be further explored e.g. in heart, nerve, or bone regeneration in the future. KW - Shape-memory polymer KW - On-demand release KW - Proteins KW - Poly(epsilon-caprolactone) networks KW - Near infrared light triggered shape-recovery Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2018.06.022 SN - 0168-3659 SN - 1873-4995 VL - 284 SP - 240 EP - 247 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER -