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Dissertations / Theses on the topic 'Biomimetik'
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Binn, Raphael. "Biomimetik." Diss., lmu, 2009. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:19-107454.
Full text
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Lundberg, Malin, and Maja Blomqvist. "Textil fotokatalys : biomimetik med textila processer." Thesis, Högskolan i Borås, Akademin för textil, teknik och ekonomi, 2015. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hb:diva-230.
Full textAbstract:
Fotokatalys är en reaktion som kan användas vid rening av avloppsvatten vilket är viktigt då avloppsvatten är en källa till smittspridning, till exempel kan bakterien E. coli spridas genom otillräckligt renat vatten. Titandioxid i kombination med UV- strålning skapar en fotokatalytisk reaktion i vatten som bryter ner mikroorganismer med hjälp av de fria radikaler som bildas. Syftet med projektet är att med hjälp av tre appliceringsmetoder fästa titandioxid på en termoplastisk textil. Härigenom skapas en vattenrenande textil. Syftet är också att öka den effektiva ytan jämfört med tidigare exempel i litteraturen för att på sätt få högre effektivitet. Ett tema för projektet är alltså att skapa en lämplig textil konstruktion för textil fotokatalys i ett modellsystem. Under den här kandidatuppsatsen, som har genomförts på Textilhögskolan i Borås, har ålgräsängar använts som inspirationskälla under skapandet av en textil konstruktion. Ålgräs (Zostera Marina) växer på havsbottnar och utgörs av långa vajande stjälkar. Ålgräs är enhjärtbladiga växter och som sådana klorofyllbärande. De kan sålunda fånga solljus. Ålgräs växer i ängar och vid framtagning av konceptet till den tänka strukturen mimikera strukturen hos dessa ålgräsängar. Härigenom uppnås en större effektiv yta och en struktur som syftar till att bättre ta om hand det infallande solljuset än tidigare konstruktioner. Tuftning som sällan används för tekniska textilier kommer brukas för denna biometriska struktur. Tre appliceringsmetoder för titandioxid har studerats vidhäftning med hjälp av TPU film, användning av UV-härdande akrylat och insmältning. Insmältning undersökte huruvida det gick att smälta fast titandioxid i pulverform direkt på garnet. Materialva- let i detta modellsystem var polypropen, valet av polypropen grundar sig i att det är en termoplast och som sådan är smältbar och flyter i vatten, likt ålgräs. Dessutom är den hydrofob, billig och frigör inga hälsoskadliga ämnen vid användning. Det konstruera- des en produktionslinje för att producera metervara av titandioxidbelagt polypropen garn genom insmältning. Detta var ett försök till att effektivisera och ta fram nytän- kande appliceringsmetoder. Resultatet blev en produktionslinje som kunde producera metervara av titandioxidbelagt garn genom insmältning. Fotokatalytisk aktivitet indikerades med hjälp av metylenblå. Av testresultaten kunde det konstateras att när titandioxid applicerats på garn med hjälp av en TPU film erhölls bäst fotokatalytiska egenskaper. Beläggning med hjälp av UV-härdande akrylat funge- rar också men det befanns vara något sämre. En bakterieanalys genomfördes för att ytterligare säkerhetsställa effekten av appliceringsmetoderna. Under testet användes vatten från Viskan för att resultatet skulle återspegla en verklighetsnära situation. Re- sultaten visade även här att TPU filmen var den bästa appliceringsmetoden. Bakterie- halten i vatten behandlat med fotokatalytisk TPU applicerad titandioxid kunde dras ner till tusenfalt drickbara nivåer. Analyser av SEM-bilder gav en ökad förståelse för varför de olika beläggningsmetoderna fungerade så som de gjorde. Då både den foto- katalytiska analysen och bakterieanalysen indikerade på att en reaktion mellan titandi- oxiden och UV-ljuset uppstått med önskad effekt.
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Montenegro, Rivelino V. D. "Kristallisation, Biomimetik und halbleitende Polymere in räumlich begrenzten Systemen." [S.l.] : [s.n.], 2003. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=967796873.
Full text
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Eyrich, Berit. "Untersuchungen zur Biotransformation neuer substituierter Piperidylbenzilate." Doctoral thesis, [S.l.] : [s.n.], 2002. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=964723913.
Full text
5
Pålsson, Natalie. "Lysande design - att skapa ljus utan elektricitet." Thesis, Malmö högskola, Fakulteten för teknik och samhälle (TS), 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:mau:diva-20572.
Full textAbstract:
Denna uppsats är ett examensarbete på 22,5 Hp, gjort av Natalie Pålsson, student på produktdesignprogrammet på Malmö Högskola, under våren 2013.Projektet handlade om att undersöka möjligheten till att skapa en ljuskälla utan elektricitet. Syftet med projektet var att uppmärksamma problematiken av den höga energiförbrukningen av ljuskällorna i belysning. Projektet hade under hela dess gång ett biomimetiskt förhållningssätt och under förstudien gjordes en grundlig studie av ämnet biomimetik. Biomimetik innebär att man som designer lär och inspireras av naturen i sin produktutveckling. Förstudien behandlade även ämnet naturens ljus och då framför allt bioluminiscens som valdes som ljuskälla i armaturen. Utifrån en intervju med Lars Olof Björn, pensionerad professor i biologi, så togs ett beslut att använda levande organismer i armaturen eftersom bioluminiscens är svårt att framställa på kemisk väg. Under studierna av bioluminiscens så framkom det att det finns en bioluminiscent alg, dinoflagellat som skulle vara lämplig att använda som ljuskälla. Dinoflagellater avger ett bioluminiscent ljus då de sätts i rörelse, vilket användes som en sorts strömbrytare i produkten. Resultatet blev lyktan Lumi oh! En lykta, utformad som ett timglas som ser ut som två droppar som i sitt möte bildar en virvel. När lyktan vänds upp och ner, virvlar algerna ner och börjar då lysa, vilket de gör så länge de är satta i rörelse.Projektets mål var att det skulle resultera i ett produktkoncept, därför presenteras slutresultatet i form av en utseendemodell.This diploma work (22,5 ECTS) at bachelor level is made by Natalie Pålsson, student at the Product design program at Malmö University, in the spring of 2013. The project explored the possibility of creating light without electricity. The purpose of the project was to highlight the problem of the high energy consumption of our current lightsourses. The project had a biomimetic approach and a thourough study of the subject was made. Biomimicry means that designers learn and get inspired by nature in their development of products. A study about natural light was made, especially bioluminescence, since that was the choice of lightsource. Based on an interview with Lars Olof Björn, a retired proffessor in Biology, it was decided to use living organisms in the lantern, since bioluminescence is difficult to produce chemically. The research regarding bioluminescence showed that there is a bioluminescent algae, called dinoflagellate, that would be suitable for use as a light source. Dinoflagellates emit a bioluminescent light when they are put in motion, which was used as a sort of on and off switch in the product. The project resulted in the lantern Lumi oh! A lantern, shaped like an hour glass which looks like two drops, that forms a swirl where they meet. When the lantern is turned upside down, the alge swirls down and starts to glow, for as long as they are set in motion. The result of the project was to be illustrated as a product concept and is presented as a prototype that shows the form but not the function.
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Smolinka, Kai. "Biomimetische Studien an Arzneistoffen mit Benzilsäure- oder Estrogenstruktur." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I, 2001. http://dx.doi.org/10.18452/14638.
Full textAbstract:
In der vorliegenden Arbeit wurden chemische Modellsysteme zur Erarbeitung möglicher Metabolisierungswege für neue, als potentielle Antiparkinsonmittel entwickelte Benzilsäurederivate angewendet und die Anwendbarkeit solcher Systeme zur Modellierung der Biotransformation von Estrogenderivaten getestet. Die biomimetischen Umsetzungen wurden im wässrigen und nichtwässrigen Milieu mit Mangan- und Eisenporphyrinen als Katalysatoren, mit einer Stickstoffbase, in der Regel Imidazol, als Co-Katalysator und mit Wasserstoffperoxid, Iodosylbenzen oder tert-Butylhydroperoxid als Sauerstoffquelle durchgeführt. Als Substrate wurden die N-Methyl-4- und -3-piperidinylester der 3,4- und der 3,3´-Dimethoxybenzilsäure (1, 2, 3) und Denaverin (4) ausgewählt. Als Modellsubstrat mit Estrogenstruktur wurde Estronmethylether (5), sowie in weiteren Versuchen Ethinylestradiol und Mestranol (6, 7) umgesetzt. Die biomimetischen Umsetzungen der Estrogenderivate waren trotz zahlreicher Variationen des Modellsystems nicht erfolgreich. Als Reaktionsprodukt wurde lediglich 6-Oxoestron-methylether isoliert. Hauptumsetzungsprodukte der Benzilsäurederivate sind die N-Formylverbindungen, die N-Oxide, die N-Desmethylderivate, die freien Säuren und die entsprechenden Benzophenone. Ihre Strukturen wurden massenspektrometrisch und kernresonanzspektroskopisch abgesichert. Die zugrundeliegenden Funktionalisierungsreaktionen sind die N-Dealkylierung, N- und C-Oxidation, Esterspaltung und Decarboxylierung. Aromatischen Oxygenierung und O-Dealkylierung wurden nicht oder in sehr geringem Umfang beobachtet. Denaverin unterliegt weiterhin der oxidativen Deaminierung. Insgesamt zeigen die Benzilsäureabkömmlinge ein einheitliches biomimetisches Verhalten, welches ein weitgehend übereinstimmendes Metabolitenspektrum erwarten lässt. Für Denaverin wurden zwei neue, potentielle Biotransformationswege aufgezeigt und die entsprechenden Vergleichssubstanzen gewonnen. Für die Esterspaltung von 1 wurde der oxidative Mechanismus nachgewiesen. Die katalytische Aktivität unterschiedlicher Modellsysteme wurde über die Abnahme des Substrates quantifiziert. Maximal 48 % der Ausgangsverbindung wurden im nichtwässrigen und maximal 23 % im wässrigen Milieu biomimetisch umgesetzt.In the present thesis the application of chemical model systems to assess metabolic pathways of new benzilic acid derivatives, developed as potential compounds for anti parkinson drugs, is reported. Furthermore the suitability of such systems to mimic the biotransformation of estrogens was investigated. Biomimetic reactions were performed with a (porphyrin) iron or -manganese as a catalyst, an N-base, mostly imidazol, as a co-catalyst and with hydrogen peroxide, iodosylbenzene or tert-butylhydroperoxide as O-donor in either aqueous or nonaqueous media. The following substrates were chosen: the N-methyl-4- and -3-piperidinyl ester of the 3,4- and 3,3´-dimethoxybenzilic acid (1, 2, 3) and Denaverine (4) for benzilic acid derivatives as well as Estrone methyl ether, Ethinylestradiole and Mestranole for the estrogens. The biomimetic studies with the estrogens remained unsuccessfully despite numerous variations within the chemical model system. Only the 6-Oxoestrone methyl ether could be isolated. The main products generated in the biomimetic reactions with the benzilic acid derivatives were the N-formyl compounds, the N-oxides, the N-demethyl derivatives, the free acids, and the benzophenones. The structure of all compounds was proven by mass-spectroscopic and nuclear magnetic resonance techniques. The biomimetic products correspond to metabolites formed by N-dealkylation, N- and C-oxidation, cleavage of the esther bond, and decarboxylation. Aromatic oxygenation or O-dealkylation of the substrates were not observed or only in trace amounts. For Denaverine a product of oxidative deamination was detected. In general, the benzilic acid derivatives showed the same biomimetic behaviour. Therefore a similiar metabolism for these compounds can be expected. Two new possible metabolites for Denaverine were isolated and can be used in further studies. For the cleveage of the ester bond of 1 an oxidative mechanism could be demonstrated. The catalytic activity of various model systems was determined by measuring the decrease of substrate 1. The maximal decrease was 48 % in the nonaqueous media compared to 23 % in the aqueous media.
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Hoof, Santina. "Biomimetische Trispyrazolylborato-Übergangsmetallkomplexe als Modelle für Metall-Cofaktor-unspezifische Dioxygenasen." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2020. http://dx.doi.org/10.18452/21390.
Full textAbstract:
Quercetin-Dioxygenasen (QueD) katalysieren die oxidative Spaltung von Quercetin, einem Pflanzenfarbstoff aus der Gruppe der Flavonole und bilden dabei das entsprechende Depsid und Kohlenstoffmonoxid. Interessanterweise werden in den QueDs natürlicher Quellen verschiedene zweiwertige Metallionen als Cofaktor im aktiven Zentrum des Enzyms gefunden. So stellt sich die Frage, welche Rolle dem Metallzentrum im Mechanismus der Katalyse zukommt.
Um die Umgebung des Metallions im aktiven Zentrum mit einer biomimetischen, niedermolekularen Modellverbindung nachzuempfinden, wurde das Trispyrazolylborato-Ligandsystem (Tp) gewählt und als Substratanalogon diente 3-Hydroxyflavon (FlaH). So konnte ein strukturelles und funktionelles Modellsystem der NiQueD in Form von des Tp*NiFla-Komplexes synthetisiert und vollständig charakterisiert werden. Es erfolgte eine Variation dieses Systems, um verschiedene Einflüsse auf die Reaktivität mit Disauerstoff zu untersuchen.
Der Austausch der Carbonylfunktion von FlaH durch C=S sowie C=Se Einheiten führte bei der Umsetzung mit O2 nicht zu der antizipierten Erhöhung der Reaktionsraten, stattdessen wurden zusätzlich Nebenreaktionen beobachtet. Die Veränderung der Substituenten am Tp-Ligandrückgrat zeigte, dass sterisch anspruchsvollere Gruppen zur Erhöhung der Reaktionsraten bei Umsetzungen mit O2 führen, vermutlich weil das Substrat für eine direkte Reaktion mit O2 leichter zugänglich wird. Durch systematische Variation der 3d-Übergangsmetallionen im Zentrum der Modellkomplexe wurde ein Einfluss auf die Redoxeigenschaften des metallgebundenen Flavonolats beobachtet. Die reversiblen Redoxpotentiale stehen in direktem Zusammenhang mit der Reaktionsrate. Ergebnisse mechanistischer Untersuchungen legen einen outer-sphere Elektronentransferprozess nahe, bei dem ein Elektron des Flavonolats direkt auf O2 übertragen wird. Durch Rekombination der entstandenen Radikale werden die nach biomimetischer Reaktion zu erwartenden Produkte gebildet.Quercetin dioxygenases (QueD) catalyze the oxidative cleavage of quercetin, a flavonol commonly found in fruits and leaves, forming the corresponding depside and carbon monoxide. Interestingly, quercetinases of various natural sources show a different selectivity towards the divalent metal ion incorporated as cofactor, raising the questions on the role of the metal center in the mechanism of catalysis. Synthetic can help to gain insight into the mechanistic pathway of the reaction and thus clearify such questions. In order to synthesize a biomimetic model compound, the trispyrazolylborato ligands (Tp) were used and 3 hydroxyflavone (FlaH) was chosen as substrate. The compound Tp*NiFla with a was synthesized and fully characterized as a structural and functional model for the NiQueD. Based on this, the system was varied in different ways in order to investigate the influence on the reactivity towards O2. It was shown that the substitution of the carbonyl function of FlaH by C=S and C=Se units did not lead to an increase in the reaction rates, but additionally to undesirable side reactions. By altering the residues on the Tp ligand backbone it turned out that sterically more demanding groups increase the rates of reaction with dioxygen, likely because the substrate is more accessible for direct reaction with O2. By systematic variation of the metal ions in the center of the model compounds, an influence on the redox properties of the metal-bound flavonolate was observed. For the first time, reversible redox reactions of flavonolate bound to 3d transition metals was demonstrated. Furthermore, a direct relation of the redox potentials to the reaction rates emerged. The results of mechanistic studies indicate that all model complexes react via an initial outer-sphere electron transfer process, in which an electron of the flavonolate is directly transferred to O2. By recombination of the formed radicals, the products expected for a biomimetic process can be obtained.
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Petrie, Timothy Andrew. "Biomimetic integrin-specific surface to direct osteoblastic function and tissue healing." Diss., Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1853/29628.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D)--Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2010.Committee Chair: Andres Garcia; Committee Member: Andrew Lyon; Committee Member: Barbara Boyan; Committee Member: Johnna Temenoff; Committee Member: Todd McDevitt. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.
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Elger, Carl-Johan, and Ellen Orraryd. "Nya gränssnitt mellan människa och hav: interaktiva teknologier för ett marint upplevelsecenter." Thesis, Malmö högskola, Fakulteten för kultur och samhälle (KS), 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:mau:diva-22158.
Full textAbstract:
This thesis project explores technologies that enable people to experience the world through animals' senses in order to spark interest in and awareness about the marine environment and its inhabitants. The project is carried out as part of a planned ocean themed science center. The purpose is to explore how a greater understanding of the marine environment can be achieved using interactive technologies. The thesis is based on a theoretical framework consisting of academic works on experience, learning in a museum context and sensory perception. Our proposed designs are a series of, primarily, wearable devices that translate sensory experiences and principles from the marine world to humans. They can be used in pedagogical situations engaging the wearer in experiences that function as starting points for discussion and reflection.
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Tlatlik, Harald. "Neue Untersuchungen zu Wachstum und Struktur von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositen." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2009. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-ds-1239970399481-29675.
Full textAbstract:
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit Wachstum und Aufbau von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregaten. Diese Aggregate werden im sogenannten Doppeldiffusionsversuch biomimetisch erzeugt und ihre äußere Form bzw. Formentwicklung lässt sich anhand eines fraktalen Modells bis ins Detail nachvollziehen. Sie zeigen einen komplexen inneren Aufbau, in dem die Makromoleküle der organischen Komponente einerseits im Zentrum jeder Nanoeinheit und andererseits zu Strängen, den sogenannten Fibrillen, zusammengelagert am Aufbau der Kompositaggregate beteiligt sind. Im Fall des Kompositkeims ist die innere Architektur in hoher Detailstufe verstanden, auch wenn -- insbesondere bezüglich der späteren Wachstumsphasen -- eine Reihe ungeklärter Fragestellungen verbleibt. Ein zentrales Ergebnis der vorliegenden Arbeit bildet die Entdeckung eines weiteren Wachstumstypen, der im Vergleich zu den bekannten, fraktalen Kompositaggregaten grundsätzliche Unterschiede bezüglich des inneren und äußeren Aufbaus zeigt. Der Grund für die andersartige Formentwicklung liegt in der Versteifung der organischen Komponente durch eine vorangegangene Einlagerung von Calciumionen, wie sowohl experimentell als auch mit atomistischen Computersimulationen gezeigt werden konnte. Aufgrund der hohen Komplexität des Systems ist es bislang allerdings nicht möglich, lokale Ionen-Konzentrationen und pH-Werte vor bzw. während Nukleation und Wachstum der Kompositaggregate im Doppeldiffusionsversuch zu bestimmen. Deshalb wurde ein Ersatzversuch -- der sehr ähnlich strukturierte Aggregate erzeugt, sich aber mit rechnerischen Methoden analysieren lässt -- entworfen und untersucht. Anhand dieser Ergebnisse konnte erstmals die "Geschichte" von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregaten detailliert nachvollzogen werden. Da über die Rolle der Gelatine beim Wachstum der Kompositaggregate nur wenig bekannt ist, wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, in denen Gelatinen mit verschiedenen Molekülmassenverteilungen eingesetzt wurden. Es stellte sich heraus, dass für selbstorganisiertes und insbesondere fraktales Wachstum der Kompositaggregate lange, möglichst wenig gestörte Makromoleküle von zentraler Wichtigkeit sind. Um die Funktion der organischen Komponente für das Kompositwachstum näher zu untersuchen, wurden Oberflächen von Kompositkeimen mit rasterkraftmikroskopischen Methoden studiert. Durch Säuberung der Oberflächen konnten Austrittsstellen der organischen Komponente durch die Oberfläche der Kompositkeime identifiziert werden. Damit konnte gezeigt werden, dass die organische Komponente aus dem Inneren des Festkörpers teilweise durch die Oberfläche dringt und somit während des Wachstums weit in das Gel hineinreichen sollte. Für die mesoskopische Strukturbildung der Kompositaggregate spielen intrinsische elektrische Felder eine essenzielle Rolle. Deshalb wurde bislang eine Wirkung externer elektrischer Felder auf das Wachstum der Kompositaggregate vermutet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde herausgearbeitet, dass es zwar zu keiner direkten Beeinflussung kommen kann, jedoch in den elektrodennahen Bereichen des Gels eine Ordnung der organischen Moleküle durch externe elektrische Felder zu erwarten ist. Dies könnte eine Wirkung auf wachsende Kompositaggregate zeigen. Da diese Effekte auch aufgrund der elektrischen Felder um die dipolaren Kompositaggregate zu erwarten sind, könnte eine ähnliche Strukturierung der Gelatine in der Nähe der wachsenden Kompositaggregate stattfinden. Insgesamt wurden in dieser Arbeit eine Reihe grundlegender Beiträge zur Erforschung der biomimetisch erzeugten Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregate geleistet. Es konnten neue Erkenntnisse zur inneren und äußeren Architektur der Kompositaggregate, zu Mechanismen der Morphogenese und deren wichtigsten Einflussgrößen sowie zum Verständnis der chemisch-physikalischen Vorgänge auf atomarer Größenskala gewonnen werden. Als besonders fruchtbar erwies sich die Verbindung von Experimenten mit theoretischen Untersuchungen, so dass dieser Weg auch in Zukunft grundlegende Erkenntnisse bei der Erforschung der Biomineralisation verspricht und weiterhin verfolgt werden sollte.
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Tlatlik, Harald. "Neue Untersuchungen zu Wachstum und Struktur von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositen." Doctoral thesis, Technische Universität Dresden, 2008. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A23601.
Full textAbstract:
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit Wachstum und Aufbau von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregaten. Diese Aggregate werden im sogenannten Doppeldiffusionsversuch biomimetisch erzeugt und ihre äußere Form bzw. Formentwicklung lässt sich anhand eines fraktalen Modells bis ins Detail nachvollziehen. Sie zeigen einen komplexen inneren Aufbau, in dem die Makromoleküle der organischen Komponente einerseits im Zentrum jeder Nanoeinheit und andererseits zu Strängen, den sogenannten Fibrillen, zusammengelagert am Aufbau der Kompositaggregate beteiligt sind. Im Fall des Kompositkeims ist die innere Architektur in hoher Detailstufe verstanden, auch wenn -- insbesondere bezüglich der späteren Wachstumsphasen -- eine Reihe ungeklärter Fragestellungen verbleibt. Ein zentrales Ergebnis der vorliegenden Arbeit bildet die Entdeckung eines weiteren Wachstumstypen, der im Vergleich zu den bekannten, fraktalen Kompositaggregaten grundsätzliche Unterschiede bezüglich des inneren und äußeren Aufbaus zeigt. Der Grund für die andersartige Formentwicklung liegt in der Versteifung der organischen Komponente durch eine vorangegangene Einlagerung von Calciumionen, wie sowohl experimentell als auch mit atomistischen Computersimulationen gezeigt werden konnte. Aufgrund der hohen Komplexität des Systems ist es bislang allerdings nicht möglich, lokale Ionen-Konzentrationen und pH-Werte vor bzw. während Nukleation und Wachstum der Kompositaggregate im Doppeldiffusionsversuch zu bestimmen. Deshalb wurde ein Ersatzversuch -- der sehr ähnlich strukturierte Aggregate erzeugt, sich aber mit rechnerischen Methoden analysieren lässt -- entworfen und untersucht. Anhand dieser Ergebnisse konnte erstmals die "Geschichte" von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregaten detailliert nachvollzogen werden. Da über die Rolle der Gelatine beim Wachstum der Kompositaggregate nur wenig bekannt ist, wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, in denen Gelatinen mit verschiedenen Molekülmassenverteilungen eingesetzt wurden. Es stellte sich heraus, dass für selbstorganisiertes und insbesondere fraktales Wachstum der Kompositaggregate lange, möglichst wenig gestörte Makromoleküle von zentraler Wichtigkeit sind. Um die Funktion der organischen Komponente für das Kompositwachstum näher zu untersuchen, wurden Oberflächen von Kompositkeimen mit rasterkraftmikroskopischen Methoden studiert. Durch Säuberung der Oberflächen konnten Austrittsstellen der organischen Komponente durch die Oberfläche der Kompositkeime identifiziert werden. Damit konnte gezeigt werden, dass die organische Komponente aus dem Inneren des Festkörpers teilweise durch die Oberfläche dringt und somit während des Wachstums weit in das Gel hineinreichen sollte. Für die mesoskopische Strukturbildung der Kompositaggregate spielen intrinsische elektrische Felder eine essenzielle Rolle. Deshalb wurde bislang eine Wirkung externer elektrischer Felder auf das Wachstum der Kompositaggregate vermutet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde herausgearbeitet, dass es zwar zu keiner direkten Beeinflussung kommen kann, jedoch in den elektrodennahen Bereichen des Gels eine Ordnung der organischen Moleküle durch externe elektrische Felder zu erwarten ist. Dies könnte eine Wirkung auf wachsende Kompositaggregate zeigen. Da diese Effekte auch aufgrund der elektrischen Felder um die dipolaren Kompositaggregate zu erwarten sind, könnte eine ähnliche Strukturierung der Gelatine in der Nähe der wachsenden Kompositaggregate stattfinden. Insgesamt wurden in dieser Arbeit eine Reihe grundlegender Beiträge zur Erforschung der biomimetisch erzeugten Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositaggregate geleistet. Es konnten neue Erkenntnisse zur inneren und äußeren Architektur der Kompositaggregate, zu Mechanismen der Morphogenese und deren wichtigsten Einflussgrößen sowie zum Verständnis der chemisch-physikalischen Vorgänge auf atomarer Größenskala gewonnen werden. Als besonders fruchtbar erwies sich die Verbindung von Experimenten mit theoretischen Untersuchungen, so dass dieser Weg auch in Zukunft grundlegende Erkenntnisse bei der Erforschung der Biomineralisation verspricht und weiterhin verfolgt werden sollte.
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Chandra, Anirban. "Synthesis of Bioinspired Dioxygen Reduction Catalysts Involving Mono and Polynuclear Late Transition Metal Complexes and Spectroscopic Trapping of Reactive Intermediates." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2021. http://dx.doi.org/10.18452/22579.
Full textAbstract:
Die selektive Funktionalisierung nicht aktivierter C−H-Bindungen und die Disauerstoffreduktionsreaktion (ORR) sind extrem wichtig bei der Beschäftigung mit verschiedenen technologischen Problemstellungen wie der Energiekrise, der Synthese kommerziell relevanter organischer Verbindungen usw. Die Nutzung molekularen Sauerstoffs als reichlich vorhandenes und umweltverträgliches Oxidationsmittel ist von großem Interesse in der Entwicklung bioinspirierter synthetischer Oxidationskatalysatoren. Die katalytische Vier-Elektronen-Reduktion von Disauerstoff zu Wasser erlangte auch immer größere Aufmerksamkeit wegen ihrer Bedeutung in der Brennstoffzellentechnologie. Natürlich vorkommende Metalloenzyme aktivieren Disauerstoff durch die Nutzung günstiger Übergangsmetalle (z.B. Eisen, Nickel, Mangan und Kupfer) und weisen diverse oxidative Reaktivitäten auf. Des Weiteren werden solche Reaktionen unter Umgebungsbedingungen mit hoher Effizienz und Stereoselektivität durchgeführt. Deshalb kann die Isolierung und Charakterisierung hochvalenter Metall-Disauerstoff-Intermediate (wie Metall-Superoxo-, Metall-Peroxo-, Metall-Hydroperoxo- und Metall-Oxo-Verbindungen) eine Menge nützlicher Informationen über die Reaktionsmechanismen liefern und daher hilfreich für die zukünftige Entwicklung effizienterer Katalysatoren sein. Diese Arbeit hat die Chemie verschiedener Metall-Disauerstoff-Intermediate von end-on-1,2-Peroxo-dicobalt(III)-Spezies bis zu Superoxo-nickel(II)-Kernen erforscht. Detaillierte spektroskopische Untersuchungen sowie Reaktivitätsstudien der Intermediate wurden durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen ihrer elektronischen Struktur und ihren Reaktivitätsmustern aufzuklären. In meiner Arbeit untersuchte ich den Effekt der ‚Struktur-Aktivität-Beziehung‘ verschiedener Metall-Disauerstoff-Intermediate gegenüber exogener Substrate. Diese Arbeit zeigte auch den Einfluss des Designs geeigneter Liganden auf das Verhalten eines gegebenen reaktiven Metall-Disauerstoff-Systems.Selective functionalization of unactivated C−H bonds and dioxygen reduction reaction (ORR) are extremely important in the context of addressing various technological issues such as energy-crisis, synthesis of commercially important organic compounds, etc. The utilization of molecular oxygen as an abundant and environmentally benign oxidant is of great interest in the design of bioinspired synthetic oxidation catalysts. The catalytic four-electron reduction of dioxygen to water has also merited increasing attention because of its relevance to fuel cell technology. Naturally occurring metalloenzymes activate dioxygen by employing cheap transition metals (e.g. iron, nickel, manganese, and copper) and exhibit diverse oxidative reactivities. Moreover, such reactions are carried out under ambient conditions with high efficiency and stereospecificity. Therefore, the isolation and characterization of the high-valent metal-dioxygen intermediates (such as metal-superoxo, -peroxo, -hydroperoxo, and -oxo can provide a lot of useful information about the reaction mechanisms and is therefore helpful for the future design of more efficient catalysts. This thesis has explored the chemistry of different metal-dioxygen intermediates ranging from bridging end-on μ-1,2-peroxo-dicobalt(III) species to nickel(II)-superoxo cores. Detailed spectroscopic and reactivity studies of the intermediates have been performed to reveal the correlations between their electronic structures and reactivity patterns. In my present thesis, I investigated the effect of the ‘structure-activity relationship’ of different metal-dioxygen intermediates towards exogenous substrates. This thesis also demonstrated the impact of suitable ligand design on the behaviour of a given metal-dioxygen reactive system.
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Henke, E. F. Markus, Katherine E. Wilson, and Iain A. Anderson. "Entirely soft dielectric elastomer robots." SPIE, 2017. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A35126.
Full textAbstract:
Multifunctional Dielectric Elastomer (DE) devices are well established as actuators, sensors and energy harvesters. Since the invention of the Dielectric Elastomer Switch (DES), a piezoresistive electrode that can directly switch charge on and off, it has become possible to expand the wide functionality of DE structures even more. We show the application of fully soft DE subcomponents in biomimetic robotic structures.
It is now possible to couple arrays of actuator/switch units together so that they switch charge between themselves on and off. One can then build DE devices that operate as self-controlled oscillators. With an oscillator one can produce a periodic signal that controls a soft DE robot { a DE device with its own DE nervous system. DESs were fabricated using a special electrode mixture, and imprinting technology at an exact pre-strain. We have demonstrated six orders of magnitude change in conductivity within the DES over 50% strain. The control signal can either be a mechanical deformation from another DE or an electrical input to a connected dielectric elastomer actuator (DEA). We have demonstrated a variety of fully soft multifunctional subcomponents that enable the design of autonomous soft robots without conventional electronics. The combination of digital logic structures for basic signal processing, data storage in dielectric elastomer ip-ops and digital and analogue clocks with adjustable frequencies, made of dielectric elastomer oscillators (DEOs), enables fully soft, self-controlled and electronics-free robotic structures.
DE robotic structures to date include stiff frames to maintain necessary pre-strains enabling sufficient actuation of DEAs. Here we present a design and production technology for a first robotic structure consisting only of soft silicones and carbon black.
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Heber, Alexander. "Enzymatisch vernetzte Caseine – Struktur und Anwendungspotential." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2014. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-138652.
Full textAbstract:
Im Rahmen dieser Arbeit ist es durch die kombinierte Anwendung von P-31 Flüssigkeits (HR)- NMR-Spektroskopie sowie dynamischer Lichtstreuung (DLS) gelungen, die supramolekulare Struktur von mizellarem Casein aus ultrahocherhitzter (UHT) Milch unter dem Einfluss einer enzymatischen Vernetzung mittels mikrobieller Transglutaminase (mTG) zu charakterisieren. Die P-31 HR NMR-Spektroskopie erweist sich dabei als hervorragende Methode, um sowohl den Einbau von Casein aus dem Milchserum in die mizellaren Aggregate durch die enzymatische Reaktion als auch die bevorzugte mTG Vernetzung des beta-Caseins nachzuweisen. Durch die Kombination von P-31 HR NMR-Spektroskopie und Messungen der dynamischen Lichtstreuung war es weiterhin möglich, das Vorliegen vernetzter Caseinaggregate in Dispersionen mTG-behandelter Caseine zu belegen und besonders den Anteil an nicht vernetztem Casein „sichtbar“ zu machen, der durch EDTA-Zugabe aus den mTG-vernetzten Caseinnetzwerken freigesetzt wird.
Es zeigt sich, dass die Caseinnetzwerke nach der EDTA-Behandlung eine geringere Proteindichte als mizellares Casein aufweisen, da sie nur ca. 20 % des Serinphosphats des mizellaren Caseins enthalten. P-31 Festkörper-NMR-spektroskopische Messungen legen außerdem nahe, dass die Beweglichkeit des phosphorylierten Ser149-Restes des kappa-Caseins in der äußeren Schicht der mizellaren Caseinaggregate durch die mTG-Behandlung nicht wesentlich verändert wird.
Um die erhaltenen Caseinnetzwerke im Hinblick auf ihr Anwendungspotential zu untersuchen, wurden sie als Proteinkomponente bei der biomimetischen Calciumphosphatfällung sowie als Trägerstrukturen für bioaktives Lysozym verwendet. Durch den Einsatz von Caseinnetzwerken als Fällungsmedium während der Präzipitation von Calciumphosphat (CaP) ist es gelungen, eine hydratisierte, apatitische Phase zu stabilisieren, die sowohl ungeordnete als auch kristalline Bereiche enthält und damit strukturelle Ähnlichkeit zu biologisch und besonders biomimetisch gebildetem Apatit besitzt. Die in den Präzipitaten ebenfalls vorhandenen Phosphoratome in einer relativ ungeordneten OCP (Octacalciumphosphat)-ähnlichen Umgebung stehen höchstwahrscheinlich mit der apatitischen Phase in räumlich engem Kontakt und sind damit entweder Bestandteil dieser Phase oder befinden sich in einer getrennten Phase, die jedoch mit der apatitischen Phase in Form eines Nanokomposits mit sehr kleinen, eng benachbarten Kristalliten vorliegt.
Bei der Fällung des Caseinnetzwerk/CaP-Präzipitats wird ebenfalls eine Dicalciumphosphat-Dihydrat (DCPD)-Phase gebildet. Diese ist separiert von den anderen CaP-Phasen und tritt in wesentlich geringerem Maße auf als in einem reinen CaP-Präzipitat, das ohne Proteinkomponente gefällt wurde. Damit konnte gezeigt werden, dass unter Bedingungen, bei denen ohne Proteinkomponente größtenteils DCPD entsteht, die Caseinnetzwerke eine apatitische Phase stabilisieren, die strukturelle Ähnlichkeit zu biologisch und biomimetisch gebildetem Apatit aufweist.
Die qualitativ gleichen Ergebnisse konnten für vergleichsweise untersuchtes unvernetztes Casein gefunden werden. Die Caseinnetzwerke zeigen jedoch in Bezug auf die apatitische Phase einen stärkeren Stabilisierungseffekt als unvernetztes Casein. Es ist denkbar, dass dies unter anderem darauf zurückzuführen ist, dass die Phosphatzentren in den Caseinnetzwerken im Gegensatz zu Casein frei von CaP-Brücken sind, da diese durch die EDTA-Behandlung entfernt wurden. Da die Caseinnetzwerke zudem eine geringere Proteindichte und damit eine höhere „Porosität“ als die mizellaren Caseinaggregate aufweisen, kann sich die apatitische Phase möglicherweise auch innerhalb der Netzwerke bilden, während dies für die mizellaren Caseinaggregate wahrscheinlich nur begrenzt möglich ist.
In der vorliegenden Arbeit konnte ebenfalls gezeigt werden, dass sich Caseinnetzwerke grundsätzlich als Transportsysteme für Lysozym eignen, da sie eine hohe Stabilität aufweisen und erfolgreich mit Lysozym beladen werden können. Während die Assoziation von Lysozym mit mizellaren Caseinaggregaten, die aus UHT-Milch gewonnenen wurden, zu einem fast vollständigen Verlust der Lysozymaktivität führt, bleibt die Aktivität des Enzyms bei der Bindung an Caseinnetzwerke erhalten.
Das Anwendungspotential der Caseinnetzwerk/Lysozym-Assoziate wurde im Rahmen von zahnmedizinischen Versuchen in vitro und in situ untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Caseinnetzwerk/Lysozym-Assoziate in vitro eine dauerhafte Immobilisierung des Lysozyms in der in situ gebildeten Pellikel bewirken. Eine deutliche Anreicherung des Enzyms in situ wird mithilfe der Caseinnetzwerke allerdings nicht beobachtet. Dies könnte darin begründet sein, dass die im Vergleich zu den in vitro vorgefundenen Verhältnissen deutlich komplexeren Bedingungen in situ zu einem selektiveren Anreicherungsprozess von Enzymen in der Pellikel führen.
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Heinemann, Sascha. "Entwicklung und Charakterisierung biokompatibler Kompositxerogele im System Silikat-Kollagen-Calciumphosphat für den Knochenersatz." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2011. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-64761.
Full textAbstract:
Wenn erworbene oder angeborene Knochendefekte aufgrund überkritischer Größe oder krankhafter Störungen nicht durch natürliche Regenerationsprozesse geheilt werden können, ist der Einsatz von Knochenersatzmaterialien notwendig. In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen ein neuartiges Knochenersatzmaterial zu entwickeln und eingehend zu charakterisieren. Dazu wurden die Phasen Silikat und Kollagen in einem biomimetisch inspirierten Prozess zu einem Anorganik/Organik-Komposit verbunden. Calciumphosphatphasen konnten darüber hinaus als dritte Komponente hinzugefügt werden.
Dafür wurden Herstellungsstrategien entwickelt, die Silikat in Form von Kieselsäure, Kollagen als hochkonzentrierte Suspension und gegebenenfalls Calciumphosphat als Pulver zu homogenen Mischungen vereinten. Als Zwischenprodukte wurden Komposithydrogele erhalten, deren Überführung in Xerogele in der Literatur als kritischer Schritt gilt, weil die dabei auftretenden Kapillarspannungen die Gelstruktur in der Regel irreversibel zerstören, wodurch das Material als Pulver oder Fragmente erhalten wird. Im vorliegenden Fall aber konnte die Gelfestigkeit in einem definierten Zusammensetzungsbereich durch die Kompositbildung und die kontrollierte Trocknung der Hydrogele so gesteigert werden, dass monolithische Proben von bis zu mehreren Kubikzentimetern Größe erhalten wurden. Diese konnten ohne weitere Verarbeitungsschritte einer Reihe von Untersuchungen zu mechanischen Eigenschaften, Bioaktivität, Degradabilität und Biokompatibilität unterzogen werden.
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Kuolt, Harald, Tim Kampowski, Simon Poppinga, Thomas Speck, Atena Moosavi, Ralf Tautenhahn, Jürgen Weber, Felix Gabriel, Erika Pierri, and Klaus Dröder. "Increase of energy efficiency in vacuum handling systems based on biomimetic principles." Technische Universität Dresden, 2020. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A71213.
Full textAbstract:
Vacuum handling is a widespread technology in automated production systems for gripping of workpieces. Unfortunately, this solution accounts for a considerable share of industrial energy consumption. This consumption is mainly due to the losses in the involved steps like air compression, distribution, vacuum generation and gripper suction. However, the energy efficiency of vacuum handling systems is still relatively unexplored. The consortium partners are working together in the BiVaS project, which is funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi). In this project, the drawback of high energy consumption is approached by the development of an energyefficient ejector, a biomimetic suction gripper as well as on system integration and the development of energy-efficient operating strategies and their energetic balancing in order to reduce the consumption of compressed air by 20 %. This reduction will be quantified experimentally in a pilot plant benchmark, where a realistic handling process is developed and examined. This paper shows the state of the art focusing on energy consumption of vacuum handling technology and the behaviour of the involved components during different handling operations. Furthermore, first biomimetic concepts and an estimation of the increase of energy efficiency will be presented for the running project.
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McConney, Michael Edward. "Learning and applying material-based sensing lessons from nature." Diss., Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1853/29749.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D)--Polymer, Textile and Fiber Engineering, Georgia Institute of Technology, 2010.Committee Chair: Tsukruk, Vladimir; Committee Member: Shofner, Meisha; Committee Member: Srinivasarao, Mohan; Committee Member: Thio, Yonathan; Committee Member: Weissburg, Marc. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.
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Lee, J. "Biomimetic synthesis." Thesis, University of Nottingham, 1988. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.381083.
Full text
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Santos, Wilney de Jesus Rodrigues. "Nanoreatores biomimeticos a peroxidase baseados em MIP : uma estrategia promissora para determinação de compostos fenolicos." [s.n.], 2009. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/248404.
Full textAbstract:
Orientador: Lauro Tatsuo KubotaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica
Made available in DSpace on 2018-08-14T02:29:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_WilneydeJesusRodrigues_D.pdf: 6401846 bytes, checksum: 72d1c8253a6ec5d1d17792b0bd34ca39 (MD5) Previous issue date: 2009
Resumo: O presente trabalho descreve as aplicações de nanoreatores biomiméticos à peroxidase baseados em MIP ("Molecularly Imprinted Polymers") como uma ferramenta promissora para determinação de substâncias de grande interesse biológico e ambiental, tais como os compostos fenólicos (4-aminofenol e serotonina). Neste sentido, a síntese dos MIPs foi baseada na polimerização convencional em "bulk". Cada polímero foi sintetizado a partir do ácido metacrílico (monômero funcional), etileno glicoldimetilacrilato (reagente de ligação cruzada), 2¿2-azo-bis-isobutironitrila (iniciador radicalar), em presença de Fe(III)protoporfrina(IX) (hemina) como centro catalítico, o qual é responsável pela mimetização do sítio ativo da peroxidase, criando portanto, um polímero com impressão molecular cataliticamente ativo para o reconhecimento do 4-aminofenol e serotonina (moléculas molde). Além disso, a fim de avaliar a seletividade do material, foram preparados, paralelamente, polímeros sem a impressão molecular (NIP Non Imprinted Polymers) e também na ausência de hemina. Os MIPs foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia no infravermelho, área superficial específica, volume específico dos poros, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura. Parâmetros cinéticos, incluindo valores de velocidade máxima, Vmax e constante aparente de Michaelis¿Menten, Km foram obtidas pelo gráfico de Lineweaver-Burk. Para aplicação analítica, em amostras de água e soro sanguíneo, sistemas amperométricos foram otimizados através de análise multivariada
Abstract: The present work describes the applications of biomimetic nanoreactor to the based peroxidase in molecularly imprinted polymers (MIP) as a promising tool for determination of substances of high biological and environmental interest, such as phenolic compounds (4-aminophenol and serotonin). In this sense, the synthesis of MIPs was based on the conventional polymerization in bulk. Each polymer was synthesized from methacrylic acid (functional monomer), ethylene glycol dimethacrylate (cross-linking reagent), 2,2'-azobis-isobutyronitrile (initiator), in the presence of Fe(III)protoporphyrin(IX) (hemin) as a catalytic center, which is responsible for the mimic of the active site of peroxidase, creating therefore, a molecularly imprinted polymer active catalytically for the recognition of the 4-aminophenol and serotonin (template molecules). Furthermore, in order to evaluate the selectivity of the material, were prepared, parallel, polymers without the molecular impression (NIP - Non imprinted polymers) and also in the hemin absence. The MIPs were characterized by the techniques of infrared spectroscopy, specific surface area, specific pore volume, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy. Kinetic parameters, including values for maximum rate, Vmax and Michaelis-Menten apparent constant, Km were obtained from Lineweaver-Burk plots. For analytical application, in samples of water and blood serum, amperometric systems were optimized through multivariate analysis
Doutorado
Quimica Analitica
Doutor em Ciências
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Green, Stuart P. "Biomimetic radical reactions." Thesis, University of Nottingham, 1993. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.357914.
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Walkington, Andrew J. "Biomimetic radical cyclisations." Thesis, University of Nottingham, 1991. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.280293.
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Blair, Johanna Wendy. "Zeolite biomimetic catalysts." Thesis, University of Cambridge, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.388460.
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Burton, S. J. "Biomimetic anthraquinone dyes." Thesis, University of Cambridge, 1986. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.383771.
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Fenci, G. E. "Biomimetic deployable structures." Thesis, University of Salford, 2018. http://usir.salford.ac.uk/47185/.
Full textAbstract:
Modern architectural designs aim at creating dynamic and flexible spaces, able to adapt to the ever-changing environment by virtue of temporary and convertible structures. Biomimetics is the applied science that, through the imitation of nature, finds the solution to human problems. By observing motions that occur in nature, for example, the blooming of a flower or the unfolding of wings, inspiration can be drawn for the design of deployable structures with applications ranging from aerospace engineering through to disaster relief shelters. Analysis of deployable structures has proven to be challenging due to the non-linear behaviour and continuously changing geometry. This research project aims to propose a design process, which will enable the analysis of deployable structures with multiple degrees of freedom and their deployment sequences, along with allowing for optimisation of design parameters, such as material use or deployment energy required. The optimisation methodology involves the synthesis of a deployable system into a parametric geometry the configuration of which is determined by a series of variable parameters representing the degrees of freedom. Through the application of engineering judgement to set up the optimisation criteria it is possible to optimise the way in which the degrees of freedom vary relatively to one another in the process of reaching the full deployed configuration by generating the least amount of stress, force or displacement in the structural elements. At the same time, a classification of existing deployable structures will bring clarity and order to the variety and diversity existing within this research area. By critically appraising previously published reviews and classifications of deployable structures, the lack of an organic and comprehensive study became evident. This review brought to the proposal of a new classification table based on overcoming the shortcomings observed during the reviewing process with the purpose of aiding a better understanding of such a vast and complex subject and offering a common classifying order for future work to be based on.
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Gladman, Amelia Sydney. "Biomimetic 4D Printing." Thesis, Harvard University, 2016. http://nrs.harvard.edu/urn-3:HUL.InstRepos:33493522.
Full textAbstract:
Advances in the design of adaptive matter capable of programmable, environmentally-responsive changes in shape would enable myriad applications including smart textiles, scaffolds for tissue engineering, and smart machines. 4D printing is an emerging approach in which 3D objects are produced whose shape changes over time. Initial demonstrations have relied on commercial 3D printers and proprietary materials, which limits both the tunability and mechanisms that can be incorporated into the printed architectures.
My Ph.D. thesis focuses on a new 4D printing method, which is inspired by the movements or natural plants. Specifically, we encode swelling and elastic anisotropy in printed hydrogel composites through the alignment of stiff cellulose fibrils on-the-fly during printing. Filler alignment parallel to the print path leads to enhanced stiffness in that direction; hence, upon immersion in water, the printed filaments expand preferentially in the direction orthogonal to the printing path. When structures are patterned with broken-symmetry, i.e., as bilayers, their anisotropic swelling leads to programmable out-of-plane deformation, determined by the orientation of printed filaments. We have demonstrated complex changes in curvature including bending, twisting, ruffling, conical defects, and more, all using a single hydrogel-based ink printed in a single step. We have demonstrated the ability to precisely control curvature by varying the actual and the effective thickness, the latter of which is governed by the interfilament spacing within the printed architectures. With collaborators, a model has been developed for solving both the forward and inverse design problems, based on an adaptation of the classic Timoshenko bending theory, allowing us to create nearly arbitrary structures.
Our filled hydrogel ink is modular, allowing a broad range of hydrogel chemistries and anisotropic filler compositions to be explored. For example, both reversible and non-reversible hydrogels were explored; namely poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAm) and poly(N,N-dimethylacrylamide) (PDMAm), respectively. Additionally, light-absorbing carbon microfibers were incorporated to demonstrate reversible, multi-stimuli responsive 4D printing. In this case, reversible shape changes were encoded via 4D printing and then triggered either by heating PNIPAm or illuminating the printed architectures with a near IR laser.
In summary, this biomimetic 4D printing platform enables the design and fabrication of complex, reversible shape changing architectures printed with one composite hydrogel ink in a single step. These biocompatible shape-shifting architectures with interesting mechanical and photothermal properties may find applications in smart textiles, tissue microgrippers or scaffolds, or as actuators and sensors in soft machines.Engineering and Applied Sciences - Engineering Sciences
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Blakeston, Anita Catherine. "Biomimetic lipid bilayers." Thesis, University of Leeds, 2015. http://etheses.whiterose.ac.uk/11531/.
Full textAbstract:
The aims of the collaboration project, of which this project plays a key part, are to establish a new field of “low-dimensional chemistry” in order to synthesize manipulate and characterise the components of the photosynthetic system of Rhodobacter Sphaeroides. At a fundamental level, the physical processes involved in membrane biochemistry are to be investigated. Specifically, the environment in which the light harvesting components are found, their structure and function, including proton gradient formation, diffusion mechanisms, electron transport and the molecular association between them were to be studied. “The ultimate goal of the collaboration project was the reconstruction, on a chip in a synthetic low-dimensional system, of the complete photosynthetic pathway of the bacterium Rhodobacter Sphaeroides.” The creation of a homogeneous, fluid, polymer supported lipid bilayer to contain and maintain the integrity of these proteins, whilst under investigation, was a key part of the project. To create this successful system many polymer brush supports were examined, which were anionic, cationic and zwitterionic polyelectrolytes. Some were pH responsive and some were fully charged and did not change with pH. The properties of a range of lipid vesicles were studied using DLS, so that the zeta potential of the liposomes could be measured and then tuned specifically to be attracted to the oppositely charged polymer brush surfaces. It was found that at very low charge (a zwitterionic lipid vesicle or surface) no vesicles were attracted. At very high charge (a highly cationic or anionic polymer or lipid vesicle) vesicles were attracted to the surface, but remained intact and did not fuse to form a bilayer. These highly charged combinations of surfaces and vesicles created an intriguing “de-quenching halo” effect, which is worthy of further investigation. At a specific point of low to mid-charge interaction a fluid bilayer was formed on a brush which had a surface of low charge and was interacting with a charged vesicle. The successful polymer brush support was created using a short novel amino acid polycysteine methacrylate brush, which is pH responsive and can be micro-patterned. The vesicles used were composed of 25 mol % DOTAP, a cationic lipid, in combination with a zwitterionic POPC lipid. The diffusion coefficient of the bilayer deposited on the brush was measured using FRAP and found to match the rates measured for lipid bilayers on glass, which is considered to be the “standard” for comparison. The mobile fractions also compared very well to this standard. AFM scans showed a homogeneous surface and break-through force measurement confirmed a bilayer of 5 nm in thickness, as expected for a single bilayer. Attempts were subsequently made to incorporate proteins into this system by a number of methods, including creating proteoliposomes containing light harvesting components from the Rhodobacter Sphaeroides. The most promising of these was the development of a “one-step detergent depletion method” for creating a solubilised bilayer, adding protein and rinsing away the detergent in a single experiment. The characterisation of the system by TIRF, dark field and AFM microscopy was indicating success and paves the way for future work. In testing the polymer brushes as candidates for supporting a lipid bilayer, one with the potential to be used to create compartments in a corral for segregating the individual protein components of a light harvesting bacterium was also confirmed. This protein and lipid resistant Poly(2-(methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholine), will facilitate the study of their function, by micro-patterning. In conjunction with the PCysMA this system has the potential be used to create corrals between these compartments which allow the free movement of ions between the proteins. The long term goal is to generate energy following light absorption by the proteins. The project is truly multidisciplinary and has presented the opportunity for collaboration between researchers in the disciplines of physics, chemistry and biology. The work presented here combines knowledge of membrane biophysics with polymer chemistry, and protein biochemistry.
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Kim, Doyeon. "Electrochemically controllable biomimetic actuator." abstract and full text PDF (free order & download UNR users only), 2006. http://0-gateway.proquest.com.innopac.library.unr.edu/openurl?url_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&res_dat=xri:pqdiss&rft_dat=xri:pqdiss:3239874.
Full text
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McLoughlin, Sheila Bridget. "A biomimetic nicotinamide coenzyme." Thesis, University of Cambridge, 1992. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.259768.
Full text
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Biela, Anna. "Biomimetic sensors for HbA1c." Thesis, Cranfield University, 2010. http://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/6275.
Full textAbstract:
Diabetes mellitus is a growing health problem worldwide. Suitable long-term control and management of this disease are enabled by determination of glycated haemoglobin (HbA1c) in blood. The results are given as %HbA1c of total haemoglobin. Presently available tests vary in cost and convenience and there is an identified need to introduce improved equipment for self-monitoring. This dissertation focuses on fast and straightforward detection of glycated haemoglobin (HbA1c) using cyclic voltammetry and chronoamperometry. Haemoglobin was determined by monitoring its reaction with potassium ferricyanide on screen printed electrodes at an oxidative potential +500 mV. A working electrode was modified with carbon nanotubes to enhance electron transfer. A calibration curve was linear in a range from 0.83 to 83 mg/mL. Another innovative approach to detecting haemoglobin using its enzymatic activity was also developed. Detection of haemoglobin was performed with hydroquinone and hydrogen peroxide on screen printed electrodes at a potential -400 mV in a Flow Injection Analysis system (FIA). Cont/d.
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Cardno, Marianne. "Biomimetic synthesis of lantibiotics." Thesis, University of Southampton, 1997. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.242733.
Full text
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Burrage, Sarah Anne. "Biomimetic synthesis of subtilin." Thesis, University of Southampton, 1998. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.264831.
Full text
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Walker, J. J. "Biomimetic copper oxygenation systems." Thesis, University of Cambridge, 1985. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.372276.
Full text
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Daulton, Emma. "Biomimetic floating lipid membranes." Thesis, University of Bath, 2015. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.675722.
Full text
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Finnemore, Alexander. "On biomimetic nanostructured materials." Thesis, University of Cambridge, 2012. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.610543.
Full text
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Smith, Douglas R. G. "Routes toward biomimetic polysiloxanes." Thesis, University of Bath, 2007. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.528355.
Full text
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Jin, Hong-Guang. "Biomimetic self-assembling phthalocyanines." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4338.
Full textAbstract:
Cette thèse vise principalement à décorer des phtalocyanines avec des groupes de reconnaissance supramoléculaires pour induire leur auto-assemblage pour la première fois avec ces chromophores robustes imitant les bactériochlorophylles chlorosomales naturelles. D’autre part, cette thèse est également dédiée à la méthodologie de synthèse des complexes à trois étages avec des lanthanides complexant des porphyrines et phtalocyanines encombrantes.La première partie présente quelques concepts de base et des exemples segéstifs dans la biomimétique et l’auto-assemblage moléculaire. Les auto-assemblages biomimétiques des bactériochlorophylle c, d, e ont été examinés suivie par la synthèse, la séparation des régioisomères des phtalocyanines et des cellules solaires construites avec des phtalocyanines. La deuxième partie présente des travaux originaux sur une série d'antennes pour la coolléction de la lumière, comme les acylphthalocyanines qui font d'auto-assemblage avec des groupes carbonyle comme motifs de reconnaissance, un atome de zinc central et diverses chaînes alkyle de solubilisation. Ces nouveaux composés pourraient s’auto-assembler de la même manière que les bactériochlorophylles naturelles. La troisième partie de cette thèse se concentre sur les propriétés électrochimiques et magnétiques de lanthanides-porphyrine-phtalocyanine complexes sandwich ‘’triple deckers’’ volumineux, synthétisés par une nouvelle méthode sous irradiation avec des micro-ondes. Le site initial de l'oxydation ou de réduction de ce type de molécules à trois étages a d'abord été attribué par la combinaison de la spectroélectrochimie de couche minceThis thesis mainly aims to decorate phthalocyanines with supramolecular recognition groups for inducing their self-assembly for the first time with these robust chromophores mimicking the natural chlorosomal bacteriochlorophylls. Meanwhile, this thesis is also dedicated to the synthetic methodology of bulky lanthanide porphyrin phthalocyanine triple-decker complexes. The first part provides some basic concepts and some delicate examples in biomimetics and molecular self-assembly, then biomimetic bacteriochlorophyll c, d, e self-assembles were simply reviewed, followed by the introduction on the synthesis, regioisomer separation of phthalocyanines and phthalocyanine-sensitized solar cells. The second part presents a series of light-harvesting antennas, namely self-assembling acyphthalocyanines, with carbonyl groups as recognition motifs, a central zinc atom and various solubilizing alkyl chains, which could self-assemble in the same way as the natural bacteriochlorophylls. These assemblies were characterized by UV-Vis, Variable-temperature UV-Vis and 1H-NMR spectra. The third part of this thesis focuses on the electrochemical and magnetic properties of bulky lanthanide porphyrin phthalocyanine triple-decker complexes synthesized by microwave-mediated, therein, the initial site of oxidation/reduction on this type of triple-decker molecules was firstly assigned by combining the thin-layer spectroelectrochemistry and the assignments of the electronic absorption spectra. Furthermore, the different single-molecule magnet behaviors of the corresponding Tb and Dy triple-decker complexes were also studied
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Thummalapalli, Vimal Kumar. "Biomimetic Composite T-Joints." University of Dayton / OhioLINK, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=dayton1323547304.
Full text
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Evans, Richard. "Carbohydrate biomimetics." Thesis, University of Oxford, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.534195.
Full text
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Peltier, Raoul. "Biomimetic modification of crystal growth." Thesis, University of Auckland, 2011. http://hdl.handle.net/2292/7150.
Full text
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Varpness, Zachary Bradley. "Biomimetic synthesis of catalytic materials." Diss., Montana State University, 2007. http://etd.lib.montana.edu/etd/2007/varpness/VarpnessZ0807.pdf.
Full text
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Kitagawa, Terutaka Terence. "Biomimetic modeling of superoxide reductase /." Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 2007. http://hdl.handle.net/1773/11558.
Full text
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Capuccini, Chiara <1979>. "Biomimetic Materials for Biomedical Applications." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2009. http://amsdottorato.unibo.it/1447/.
Full textAbstract:
Objects with complex shape and functions have always attracted attention and interest. The morphological diversity and complexity of naturally occurring forms and patterns have been a motivation for humans to copy and adopt ideas from Nature to achieve functional, aesthetic and social value.
Biomimetics is addressed to the design and development of new synthetic materials using strategies adopted by living organisms to produce biological materials. In particular, biomineralized tissues are often sophisticate composite materials, in which the components and the interfaces between them have been defined and optimized, and that present unusual and optimal chemical-physical, morphological and mechanical properties. Moreover, biominerals are generally produced by easily traceable raw materials, in aqueous media and at room pressure and temperature, that is through cheap process and materials. Thus, it is not surprising that the idea to mimic those strategies proper of Nature has been employed in several areas of applied sciences, such as for the preparation of liquid crystals, ceramic thin films computer switches and many other advanced materials.
On this basis, this PhD thesis is focused on the investigation of the interaction of biologically active ions and molecules with calcium phosphates with the aim to develop new materials for the substitution and repair of skeletal tissue, according to the following lines:
I. Modified calcium phosphates.
A relevant part of this PhD thesis has been addressed to study the interaction of Strontium with calcium phosphates. It was demonstrated that strontium ion can substitute for calcium into hydroxyapatite, causing appreciable structural and morphological modifications. The detailed structural analysis carried out on the nanocrystals at different strontium content provided new insight into its interaction with the structure of hydroxyapatite.
At variance with the behaviour of Sr towards HA, it was found that this ion inhibits the synthesis of octacalcium phosphate. However, it can substitute for calcium in this structure up to 15 atom %, in agreement with the increase of the cell parameters observed on increasing ion concentration. A similar behaviour was found for Magnesium ion, whereas Manganese inhibits the synthesis of octacalcium phosphate and it promotes the precipitation of dicalcium phosphate dehydrate.
It was also found that Strontium affects the kinetics of the reaction of hydrolysis of α-TCP. It inhibits the conversion from α-TCP to hydroxyapatite. However, the resulting apatitic phase contains significant amounts of Sr2+ suggesting that the addition of Sr2+ to the composition of α-TCP bone cements could be successfully exploited for its local delivery in bone defects.
The hydrolysis of α-TCP has been investigated also in the presence of increasing amounts of gelatin: the results indicated that this biopolymer accelerates the hydrolysis reaction and promotes the conversion of α-TCP into OCP, suggesting that its addition in the composition of calcium phosphate cements can be employed to modulate the OCP/HA ratio, and as a consequence the solubility, of the set cement.
II. Deposition of modified calcium phosphates on metallic substrates.
Coating with a thin film of calcium phosphates is frequently applied on the surface of metallic implants in order to combine the high mechanical strength of the metal with the excellent bioactivity of the calcium phosphates surface layers. During this PhD thesis, thank to the collaboration with prof. I.N. Mihailescu, head of the Laser-Surface-Plasma Interactions Laboratory (National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics – Laser Department, Bucharest) Pulsed Laser Deposition has been successfully applied to deposit thin films of Sr substituted HA on Titanium substrates. The synthesized coatings displayed a uniform Sr distribution, a granular surface and a good degree of crystallinity which slightly decreased on increasing Sr content. The results of in vitro tests carried out on osteoblast-like and osteoclast cells suggested that the presence of Sr in HA thin films can enhance the positive effect of HA coatings on osteointegration and bone regeneration, and prevent undesirable bone resorption.
The possibility to introduce an active molecule in the implant site was explored using Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation to deposit hydroxyapatite nanocrystals at different content of alendronate, a bisphosphonate widely employed in the treatments of pathological diseases associated to bone loss. The coatings displayed a good degree of crystallinity, and the results of in vitro tests indicated that alendronate promotes proliferation and differentiation of osteoblasts even when incorporated into hydroxyapatite.
III. Synthesis of drug carriers with a delayed release modulated by a calcium phosphate coating.
A core-shell system for modulated drug delivery and release has been developed through optimization of the experimental conditions to cover gelatin microspheres with a uniform layer of calcium phosphate. The kinetics of the release from uncoated and coated microspheres was investigated using aspirin as a model drug. It was shown that the presence of the calcium phosphate shell delays the release of aspirin and allows to modulate its action.
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Alexander, Ian James. "Organoiron approaches to biomimetic cyclisations." Thesis, University of East Anglia, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.253556.
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44
Johnson, Benjamin Robert Grant. "Biomimetic scaffolds for phospholipid bilayers." Thesis, University of Leeds, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.417752.
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45
Ashraf, Muhammed Arfan. "Biomimetic ligands for transition metals." Thesis, King's College London (University of London), 2001. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.391261.
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46
Bush, B. D. "Biomimetic studies in polyketide synthesis." Thesis, University of Cambridge, 1985. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.356673.
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Hunter, Chris. "Biomimetic supramolecules based on porphyrins." Thesis, University of Cambridge, 1989. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.315073.
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Spargo, P. L. "Biomimetic synthesis of polyketide anthraquinones." Thesis, University of Cambridge, 1986. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.383910.
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Wilkinson, Andrew James. "Biomimetic topography in orthopaedic ceramic." Thesis, University of Glasgow, 2016. http://theses.gla.ac.uk/7791/.
Full textAbstract:
The primary objective of this research was to perform an in vitro assessment of the ability of microscale topography to alter cell behaviour, with specific regard to producing favourable topography in an orthopaedic ceramic material suitable for implantation in the treatment of arthritis. Topography at microscale and nanoscale alters the bioactivity of the material. This has been used in orthopaedics for some time as seen with optimal pore size in uncemented hip and knee implants. This level of topography involves scale in hundreds of micrometres and allows for the ingrowth of tissue. Topography at smaller scale is possible thanks to progressive miniaturisation of technology. A topographic feature was created in a readily available clinically licensed polymer, Polycaprolcatone (PCL). The effect of this topography was assessed in vitro. The same topography was transferred to the latest generation composite orthopaedic ceramic, zirconia toughened alumina (ZTA). The fidelity of reproduction of the topography was examined using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). These investigations showed more accurate reproduction of the topography in PCL than ZTA with some material artefacts in the ZTA. Cell culture in vitro was performed on the patterned substrates. The response of osteoprogenitor cells was assessed using immunohistochemistry, real-time polymerase chain reaction and alizarin staining. These results showed a small effect on cell behaviour. Finally metabolic comparison was made of the effects created by the two different materials and the topography in each. The results have shown a reproducible topography in orthopaedic ceramics. This topography has demonstrated a positive osteogenic effect in both polycaprolactone and zirconia toughened alumina across multiple assessment modalities.
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Patel, Harish M. "Biomimetic templating in materials chemistry." Thesis, University of Bath, 1998. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.390225.
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