Willkommen bei JLUpub
JLUpub ist das institutionelle Repositorium der Justus-Liebig-Universität.
JLUpub bietet Mitgliedern und Angehörigen der Universität die Möglichkeit neben wissenschaftlichen Dokumenten auch Forschungsdaten elektronisch zu veröffentlichen und dauerhaft zugänglich zu machen. Alle Veröffentlichungen erhalten einen Digital Object Identifier (DOI) und werden über nationale und internationale Bibliothekskataloge sowie Suchmaschinen nachgewiesen und auffindbar.
Neue Veröffentlichungen:
LV Strain als Prognoseparameter des kardialen Outcomes 12 und 24 Monate nach TAVI
(2024) Lampert, Theresa
Die Aortenklappenstenose (AS) zählt in den Industrienationen zu den häufigsten Herz-klappenerkrankungen. Durch den demographischen Wandel geht sie zudem mit einer stei-genden Prävalenz einher. Bei Patienten mit schwerer AS und intermediärem bis hohem operativem Risiko stellt der interventionelle Aortenklappenersatz (TAVI) eine vielver-sprechende Behandlungsmethode dar. Vor TAVI ist eine genaue präinterventionelle Pro-zedurenplanung der Schlüssel zu einer sicheren Durchführung und einem späteren positi-ven Outcome. Während sich die 2D-Echokardiographie und Dobutamin-Stressechokardiographie bereits in der Prozedurenplanung etabliert haben, hat die Be-stimmung von Strainparametern noch nicht Einzug gehalten. Strain-Imaging bietet eine genaue und nicht invasive Auswertung der globalen und regionalen linksventrikulären Funktion, da sie Kontraktilitätsmuster in verschiedenen hämodynamischen Situationen charakterisieren kann. Strainparameter können zum einen durch "Feature-Tracking“ (FT) auf Routine-CMR-Akquisitionen bestimmt oder durch die Technik der Speckle-Tracking-Echokardiographie (STE) generiert werden. Die STE stellt den derzeitigen Goldstandard zur Bestimmung der linksventrikulären Strainparameter dar. Es soll gezeigt werden, dass durch CMR-Feature Tracking (CMR-FT) erhobene Strainparameter als Prädiktor des kardialen Outcomes dienen können sowie zur individuellen Risikostratifizierung vor einer geplanten Intervention nützlich sind.
Es wurden präinterventionell kardiale MRT-Aufnahmen und echokardiographische Daten (Echokardiographie und Stress-Echokardiographie) von 33 Patienten wenige Tage bis 8 Monate vor dem TAVI-Termin erhoben. Mit der Methode des CMR-FT wurden Strain-parameter von Patienten mit schlechter linksventrikulärer Funktion vor Durchführung einer TAVI gewonnen. Dabei wurde mit der Tissue Tracking Software cvi42 (Circle Car-diovascular Imaging Inc., Calgary, Canada®) gearbeitet. Die Daten wurden in jeweils zwei Durchgängen durch zwei unabhängige Untersucher bestimmt.
Die Analyse der Inter- und Intraobservervariabilität zeigt signifikante Werte. Vor allem der GLS und der GCS erweisen sich als reproduzierbar für die CMR. Zu der hervorra-genden Reproduzierbarkeit der Strainparameter lässt sich ein Zusammenhang zwischen dem GLS und der Mortalität nach ein und zwei Jahren sowie eine Korrelation aller Strain-parameter mit der EF nachweisen.
Die Bestimmung von Strainparametern durch CMR-FT ist präinterventionell noch nicht etabliert. Aus der Literatur und dieser Arbeit ergibt sich aber, dass Strain wichtige Prog-nosedaten zu bestimmten Krankheitsbildern und vor Interventionen liefern kann. Ob Strain-Imaging durch CMR-FT ein zuverlässiger Prädiktor vor TAVI ist, muss durch weitere Studien untersucht werden.
Untersuchung zum Langzeitverhalten von Haftvermittlern auf Silanbasis zur dauerhaften Befestigung von Knochenzement auf unterschiedlichen Implantatoberflächen
(2024) Kästingschäfer, Kai Falko
Die Implantation von Endoprothesen der Hüfte ist eine der am häufigsten durchgeführten Operationen in Deutschland. Betrachtet man die Gründe für Revisionsoperationen zementierter Hüft-TEPs, so stellt die aseptische Lockerung die Hauptursache dar. Als Ätiologie dieser Lockerungen wird eine Schwächung des Verbundes und ein Verlust der Adhäsion zwischen Knochenzement und Implantatoberfläche angesehen, dessen Ursache möglicherweise hydrolytische Prozesse an der Grenzfläche sind. Praktikable und sinnvolle Verfahren zur Lösung dieses Problems existieren in der klinischen Praxis nach aktuellem Kenntnisstand bis heute jedoch noch nicht. Die vorliegende Arbeit wurde daher vor dem Hintergrund konzipiert, Haftvermittler auf Basis von Silanen zu entwickeln, um einen optimierten und vor allem langzeitstabilen Verbund zwischen Knochenzementen und metallischen Implantatoberflächen zu generieren.
Für die Durchführung der Versuche wurden Prüfkörper aus Prothesenschäften, welche in der klinischen Praxis häufig Anwendung finden, mittels Wasserstrahltechnik geschnitten. Hierfür wurden Schäfte verwendet, die zum einen aus einer CoCr- und zum anderen aus einer Titan-Legierung bestanden. Die auf diese Weise primär erhaltenen Prüfkörper wurden alle poliert und, mit Ausnahme einer Versuchsreihe, vor der eigentlichen Silanbeschichtung immer frisch einem genau definierten Sandstrahlprozess unterzogen. Anschließend erfolgte die weitere spezielle Oberflächenbehandlung der jeweiligen Prüfkörper mit verschiedenen Beschichtungen, bestehend aus Metallalkoholaten und unterschiedlichen Silanen sowie auch mit einem konventionellen Metallprimer als Referenzmaterial, der in der Zahnmedizin routinemäßig im klinischen Alltag Anwendung findet. Abschließend wurde jeweils ein Knochenzement-Zylinder auf die Oberflächen der Prüfkörper unter genau definierten Bedingungen aufpolymerisiert. Im ersten Teil der Studie wurden zunächst Vorversuche durchgeführt, um die verschiedenen Beschichtungen bezüglich ihres Haftverbundes vergleichend zu untersuchen. Vor der Prüfung erfolgte die Lagerung der Prüfkörper unter verschiedenen Bedingungen. Zum einen wurden sie für 24 Stunden in destilliertem Wasser bei 37 °C gelagert, zum anderen wurden sie einem Kochtest bei 80 °C für 24 Stunden unterzogen. Der Kochtest sollte es ermöglichen, innerhalb eines Tages schnell und sicher eine deutlich längere Liegezeit bei 37 °C zu simulieren. Der zweite Teil der Studie bestand aus Langzeitversuchen, in denen die zwei besten und vielversprechendsten Silankombinationen gezielt weiter untersucht wurden. Die Lagerung erfolgte in isotonischer Kochsalzlösung bei 37 °C für 24 Stunden sowie für 180 Tage, um möglichst physiologische Bedingungen zu simulieren. Die Verbundfestigkeiten wurden immer mit einem klassischen Abscherversuch geprüft.
In den Vorversuchen konnte mit einer Beschichtung aus einem Metallalkoholat und 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (3-MPS) + 1,2-Bis(trimethoxysilyl)ethan (BTSE), insbesondere mit Ti-Prüfkörpern, im Vergleich zum konventionellen Metal Primer Z® ein deutlich stabilerer Verbund erzeugt werden (Metal Primer Z® vs. 3-MPS + BTSE; Ti 37 °C: 21,0 ± 2,3 MPa vs. 20,5 ± 4,3 MPa, p = 0,736; Ti 80 °C: 12,2 ± 3,8 MPa vs. 19,3 ± 3,0 MPa, p < 0,001). Auch zeigte sich, dass die Anwendung eines Metallalkoholats essentiell war, um einen optimierten und stabilen Verbund mit den untersuchten Silanhaftvermittlern zu generieren (keine Zwischenschicht vs. Metallalkoholat; 37 °C: 11,4 ± 4,6 MPa vs. 20,5 ± 4,3 MPa, p < 0,001; 80 °C: 5,6 ± 2,3 MPa vs. 19,3 ± 3,0 MPa, p < 0,001). Unter Anwendung des bifunktionellen Silans BTSE war eine Stabilitätserhöhung im Vergleich zu einem nur 3-MPS beinhaltenden Haftvermittler festzustellen (3-MPS vs. 3-MPS + BTSE; 80 °C: 16,0 ± 3,0 MPa vs. 19,3 ± 3,0 MPa, p = 0,042). Die Verwendung des Fluoroalkoxysilans (3,3,3-Trifluoropropyl)trimethoxysilan (FPTS) erbrachte im Vergleich zum Haftvermittler aus 3-MPS + BTSE keinen zusätzlichen Nutzen (3-MPS + BTSE vs. 3-MPS + BTSE + FPTS 20 %; Ti 37 °C: 20,5 ± 4,3 MPa vs. 21,9 ± 3,4 MPa, p = 0,333; 80 °C: 19,3 ± 3,0 MPa vs. 20,5 ± 2,1 MPa, p = 0,388). Mit polierten Prüfkörpern wurden mit der Silankombination 3-MPS + BTSE vergleichsweise deutlich niedrigere Verbundfestigkeiten erzielt, welche generell signifikant niedriger waren als die von identisch beschichteten, zuvor sandgestrahlten Prüfkörpern (sandgestrahlt vs. poliert; CoCr 37°C: 18,3 ± 3,8 MPa vs. 1,9 ± 1,1 MPa, p < 0,001; CoCr 80 °C: 17,3 ± 4,0 MPa vs. 0,7 ± 0,5 MPa, p < 0,001).
In den Langzeitversuchen war für keinen der beiden Haftvermittler, 3-MPS + BTSE und 3-MPS + BTSE + FPTS 20 %, eine Reduzierung der Verbundfestigkeit nach 180 Tagen im Vergleich zu den jeweiligen Ausgangswerten nach 24 Stunden zu beobachten. Diese Beobachtungen wurden unabhängig voneinander bei beiden Metallen gemacht. Zudem waren unter gleichen Bedingungen bei der Betrachtung beider Metalle keine Vorteile durch das Fluoroalkoxysilan festzustellen. Die Verbundfestigkeiten der beiden Haftvermittler unterschieden sich zu keinem der beiden Messzeitpunkte signifikant voneinander (3-MPS + BTSE vs. 3-MPS + BTSE + FPTS 20 %; Ti 24 h: 25,7 ± 2,9 MPa vs. 24,0 ± 2,5 MPa, p =0,163; Ti 180 d: 24,0 ± 3,8 MPa vs. 23,5 ± 2,3 MPa, p = 0,704; CoCr 24 h: 24,6 ± 3,6 MPa vs. 24,1 ± 4,9 MPa, p = 0,758; CoCr 180 d: 22,1 ± 5,1 MPa vs. 23,5 ± 4,1 MPa, p = 0,447).
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass mit Haftvermittlern auf Basis von Silanen optimierte und vor allem langzeitstabile Verbunde zwischen Knochenzement und metallischen Implantatoberflächen erzeugt werden können. Die Anwendung eines Metallalkoholats war für das Erreichen dieses Ergebnisses zwingend erforderlich. Diese vielversprechenden Beobachtungen und Resultate waren jedoch nur mit sandgestrahlten und nicht mit polierten Prüfkörperoberflächen zu erreichen. Im Vergleich zu den Ergebnissen der durchgeführten Langzeitversuche erwies sich der Kochtest als valide Methode, um das Langzeitverhalten der Haftvermittler abschätzen zu können.
Psychische Auffälligkeiten und Lebensqualität von Kindern psychisch erkrankter Eltern im Vergleich zu einer klinischen Referenzgruppe und Kindern der Normalbevölkerung
(2023) Vorwerk, Julia Isabell
Derzeit leben in Deutschland 3 bis 4 Millionen Kinder psychisch erkrankter Eltern (Wiegand-Grefe und Petermann 2016). Diese sind starken psychischen Belastungen ausgesetzt und gelten aufgrund ihrer genetischen und psychosozialen Belastungen als Hochrisikogruppe, selbst zu erkranken. Obwohl in den letzten Jahren die besondere Belastung der Kinder psychisch erkrankter Eltern erkannt wurde, fehlen in der Fachliteratur Studien, die die Verhaltensauffälligkeiten von Kindern psychisch erkrankter Eltern herausarbeiten und von der Situation von „gesunden“ Kindern der Normal-bevölkerung, aber auch von Kindern mit gesicherter Diagnose einer psychischen Erkrankung abgrenzen. Die vorliegende Arbeit sollte diese Lücke schließen und die genannten Vergleiche anstellen. Zur Erfassung der Verhaltensauffälligkeiten im Kindes- und Jugendalter wurde die Child Behavior Checklist (CBCL/4-18) verwendet. Hierfür existieren bereits zwei große repräsentative Referenzstichproben für psychisch erkrankte Kinder der Kinder- und Jugendpsychiatrie (Klinikstichprobe) sowie für gesunde Kinder der Normalbevölkerung (Feldstichprobe).
In Form einer explorativen Interviewstudie wurden psychisch erkrankte Eltern während eines psychiatrischen Klinikaufenthaltes zu ihren Kindern im Alter von 4 bis 18 Jahren befragt. Die insgesamt 364 mittels CBCL erhobenen Datensätze zu Verhaltensauffälligkeiten wurden unter Berücksichtigung von Geschlecht und Altersgruppen im Gruppenvergleich mit den zwei publizierten Referenzstichproben (Klinikstichprobe und Feldstichprobe) differenziert nach Syndrombereichen analysiert. Die mittels KINDL gemessene Lebensqualität wurde für insgesamt 285 Fälle deskriptiv beschrieben.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, durch Darstellung der psychischen Auffälligkeiten der Kinder psychisch erkrankter Eltern gegenüber manifest erkrankten Kindern und Kindern der Normalbevölkerung, Hinweise auf den speziellen Präventionsbedarf von Kindern psychisch kranker Eltern zu finden. Durch die differenzierte Erfassung der psychischen Auffälligkeiten sollte explorativ untersucht werden, ob bestimmte Syndrom- und Beschwerdebereiche für Kinder psychisch erkrankter Eltern besonders empfindlich waren beziehungsweise in welchen Symptombereichen Kinder psychisch kranker Eltern vor allem betroffen waren. So sollten Schlussfolgerungen gezogen werden, welche Art der Prävention (universelle, selektive oder indizierte Prävention) bei Kindern psychisch kranker Eltern notwendig ist. Die Erfassung der Lebensqualität kann als Hinweis auf Beeinträchtigungen der Bewältigung von schwierigen Lebensumständen, emotionalen Belastungen und als eine wichtige Ergänzung einer reinen Betrachtung der Symptomatik aufgefasst werden.
Obwohl Limitationen aufgrund des Studiendesigns zu berücksichtigen sind, eröffnet die vorliegende Studie wertvolle Einblicke zu Verhaltensauffälligkeiten und zur Lebensqualität der Kinder psychisch erkrankter Eltern. Unsere Daten belegen, dass diese Kinder höhere Belastungswerte aufweisen als Kinder einer „gesunden“ Feldstichprobe, während bereits erkrankte Kinder der Kinder- und Jugendpsychiatrie höhere Belastungswerte als Kinder psychisch erkrankter Eltern haben. Die Gruppe der vorliegenden Studie liegt bildlich gesprochen zwischen den Ausprägungen der
Klinikstichprobe und der Feldstichprobe. Bereiche, in denen Kinder psychisch erkrankter Eltern sogar auffälliger als bereits verhaltensauffällige Kinder sind, sind auf den „sozialen Rückzug“ bei den 4- bis 6-jährigen Jungen begrenzt. Hinzu kommen die 4- bis 6-jährigen Mädchen, die sich in dem Bereich „Aufmerksamkeitsstörung“ vergleichsweise wenig von der Klinikstichprobe unterscheiden sowie die 14- bis 18-jährigen Mädchen, die sich in dem Bereich „aggressives Verhalten“ vergleichsweise wenig von der Klinikstichprobe unterscheiden. Diese Befunde liefern Hinweise auf Unterstützungsbedarfe in den Bereichen „internalisierende und externalisierende Verhaltensweisen“, die für Interventionen für Kinder psychisch erkrankter Eltern genutzt werden könnten.
In Bezug auf die Lebensqualität zeigten die jüngeren Kinder eine höhere Lebensqualität als die älteren. Eine Ausnahme bildete die Skala „Selbstwert“ und „Freunde“, in denen die älteren Kinder eine höhere Lebensqualität zeigten als die jüngeren. Die Jungen hatten eine höhere Lebensqualität in dem Bereich „körperliches Wohlbefinden“ im Vergleich zu den Mädchen, für die übrigen Bereiche zeigten sich keine Geschlechtsunterschiede. Eine geringere Lebensqualität zeigte sich deskriptiv im Bereich „Selbstwert“ für alle Altersgruppen, wobei diese in der jüngsten Altersgruppe am
geringsten ausgeprägt war.
Diese Studie konnte Hinweise auf selektiven sowie teils indizierten Präventionsbedarf bei Kindern psychisch erkrankter Eltern zeigen.
Abbildung anisotroper Steifigkeitsgradientenverläufe über den Querschnittsverlauf spongiösen Knochens im proximalen Femur
(2024) Harz, Torben
Hintergrund:
Die Erhebung der Bone Mineral Density, der Knochenmaterialdichte, welche im Kontext der endoprothetischen Versorgung u.a. der Hüfte verwendet wird, lässt keine präzise Aussage über die mechanischen Eigenschaften der vorhandenen Knochenqualität zu. Hierfür müssen die Werkstoffeigenschaften insbesondere des trabekulären Knochens mitberücksichtigt werden. Zur Erfassung dieser Materialeigenschaften soll in der vorliegenden Arbeit eine Prüfmaschine inkl. aller Peripherien entwickelt und validiert werden.
Methodik:
Die Validierungsmessungen für E-Modul und Geometriemessung erfolgen anhand eines 0,3 mm dicken Messingdrahtes (MS58 mit E = 96 GPa). Für die Geometrieerfassung wird ebenfalls betrachtet, ob es über betrachtete Bildbereiche zu relevanten Bildverzerrungen durch das verwendete Kamerasystem vorliegt. Die Belastungsgeschwindigkeit von Messproben wird ebenfalls mittels eines etablierten Messystems validiert. Schlussendlich werden 15 humane Trabekel des proximalen Femurs mit der neuen Prüfmaschine vermessen.
Ergebnisse:
Die Ermittlung des E-Modul des MS58 Drahtes ergab 91,62 ± 7,17 GPa im Zugversuch und 94,79 ± 2,78 GPa für die vorgestellte Prüfmaschine. Die Belastungsgeschwindigkeit beträgt 0,3175 ± 0,0055 mm/s bei einer Verfahrstrecke von 0,958 ± 0,016 mm ermittelt für Prüfmaschine und Validierungsmessung. Über den Gesamten Bildbereich wurden die Messobjektquerschnitte mit 0,294 ± 0,005 mm, respektive 120,16 ± 0,41 Pixel erfassen (Gruppen (F (19, 220) = 0,42, p = 0,9849)).
Schlussfolgerungen:
Die geringen Abweichungen zu Literaturangaben und zur Vergleichsmessung der E-Modul sowie Wegbestimmung lassen auf ein reliables Verfahren schließen. Das Ergebnis der Bildverzerrungsbetrachtung geben keinen Anhalt dazu das eine signifikante Bildverzerrung vorliegen könnte. Messungen an humanen Trabekeln lieferten Ergebnisse zwischen 1,57 GPA und 12,01 GPa, die hinsichtlich der Literaturwerte auf ein robustes Verfahren schließen lassen, das konsistente Ergebnisse liefert.
Strategies and Methods for Investigating Performance and Degradation in Solid-State Batteries Using Thiophosphate Solid Electrolytes
(2024) Hertle, Jonas
The demand for high-performance energy storage solutions is ever-growing, driven by the increasing need for portable electronics and electric vehicles. While conventional lithiumion batteries (LIBs) are well established, they are approaching their limits in terms of energy and power density. Solid-state batteries (SSBs) offer a promising alternative with the potential for significantly higher energy densities when using lithium metal anodes. However, a major challenge remains in the reactivity of thiophosphate solid electrolytes (SEs) with cathode active materials (CAMs), leading to degradation and performance limitations.
Current approaches used for the analysis of SSBs are limited. The influence of the anode in electrochemical experiments, specifically the overpotential, leads to unreliable results because these overpotentials are usually unknown and not accounted for. Degradation analysis in combination with standard cell setups using widely utilized post mortem techniques like X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) lack sensitivity and show overlap of different degradation pathways.
To address these shortcomings, this thesis introduces two key contributions in the form of two publications:
Publication I introduces a three-electrode (3E) setup for SSBs. A thin gold-plated tungsten wire is lithiated in-situ to provide a stable potential. This enables the independent measurement of cathode and anode, providing accurate information on the true rate-performance of CAMs without limitations from anode overpotential. Furthermore, single-electrode impedance analysis is rendered possible. This facilitates impedance analysis of the electrodes and removes ambiguity when fitting impedance data to equivalent circuits.
Publication II introduces a reliable benchmarking method for CAM coatings. This method combines the 3E setup from publication I with ToF-SIMS analysis. A specially developed current collector is used. With the help of this current collector and ToF-SIMS analysis, a semi-quantitative analysis of the various degradation pathways is made possible. Principal component analysis (PCA) is used to cope with the large data volumes of the ToFSIMS analysis. This approach allows the complete evaluation of CAMs regarding their electrochemical performance as well as their susceptibility to degradation.
By extending the knowledge of electrochemical and post mortem analysis in SSBs, this thesis paves the way for accelerated research and development. The presented concepts are
transferable to other battery systems, offering broader research possibilities. Ultimately, this work contributes to the development of competitive and commercially viable SSBs.