Narrow your search

Library

KU Leuven (4)


Resource type

dissertation (4)


Language

Dutch (2)

English (2)


Year
From To Submit

2014 (4)

Listing 1 - 4 of 4
Sort by

Dissertation
Characterisation and modelling of the mechanical properties of hydrogels

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

This research project focuses on the characterisation and modelling of the mechanical properties of gelatin and collagen hydrogels. As the most abundant protein in the human body and a main component of the extracellular matrix (ECM), collagen is a promising material for the use in hydrogels for tissue engineering applications. Gelatin, which is denatured collagen, is a inexpensive material which can serve as a surrogate for collagen. Modelling of the ECM can be done by both gelatin and collagen hydrogels through its structural, mechanical and biomechanical properties. Just like the ECM, the hydrogels are fibrous, porous continua with a time-dependent mechanical response. Furthermore, the hydrogels also contain proteins, glycosaminoglycans and proteoglycans. Therefore these gels can provide an easily controllable model for studying cell proliferation, angiogenesis and fibrillogenesis. The characterisation of the hydrogels is done on both macroscale and microscale. Macroscale characterisation is done by unconfined stepwise stress-relaxation compressive tests and atomic force microscopy (AFM). Data analysis of these experiments allows to determine the instantaneous and relaxation Young's moduli of the hydrogels. Through the use of a biphasic poro-viscoelastic (BPVE) model, the hydrogel behaviour is implemented in finite element models of the performed mechanical tests. Using an automated iterative fitting procedure, the results of the finite element analysis (FEA) are fitted to the experimental data. This leads to the automatic determination of the mechanical properties of the solid fibrous constituents of the hydrogels under the assumption of the specific microscale composition as parameterised by the void ratio and hydraulic permeability. The variations in the obtained experimental results are significant. For collagen, the variations are large enough to confound a reliable result. This is probably due to insufficient accuracy of the hydrogel production process and the used testing equipment. The finite element model (FEM) was verified and converged solutions were always found from the fitting procedure. The error between the predicted and the observed time-dependent response for both compression and AFM was at most num{8.12e-4} using the BPVE model. Gelatin fibres were determined to have a higher Young's relaxation modulus and slower time-rate of relaxation than collagen fibres. It is suggested to develop independent measurement methods in order to determine appropriate void ratio and hydraulic permeability values for the fitting procedure. The protocols and procedures developed in this research provide a proof of concept on how to automatically determine and model the mechanical properties of fibrous hydrogels.

Keywords


Dissertation
Katalytische signaalamplificatie met MOFs: een nieuw concept voor de opsporing van ziektemerkers

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

In deze thesis werden de eerste stappen gezet in het onderzoek naar een nieuw sensorisch platform om met metaal-organische roosters een breed gamma aan biomerkers te detecteren. Hierbij worden katalytisch actieve coördinatief onverzadigde metaalsites initieel geblokkeerd door vergifmoleculen zoals amines en thiolen. Introductie van een biomerker, zoals bijvoorbeeld een aldehyde of een carbonzuur zal door via een spontane chemische reactie met de vergifmoleculen een stoichiometrische hoeveelheid sites terug vrijstellen met herstel van de katalytische activiteit. Deze activiteit kan vervolgens worden gemeten en gecorreleerd aan de hoeveelheid biomerker via een concept dat katalytische signaalamplificatie wordt genoemd en waarbij een fluorogeen substraat katalytisch wordt omgezet naar een meetbaar fluorescent product. Verschillende vergifmoleculen zoals aniline, pyridine, tert-butylamine, thiofenol en catechol werden getest op de blokkering van de metaalsites bij verschillende metaal-organische roosters zoals UiO-66, HKUST-1, MIL-101 (Cr) en MIL-100 (V, Fe, Cr) alsook werd een methode geoptimaliseerd om deze in de structuur te introduceren. Van de geteste vergifmoleculen blijkt tert-butylamine bij alle geteste materialen de hoogste gewichtspercentages in de poeders te vertonen. De metaal-organische roosters werden ook gescreend op katalytische activiteit voor het gekozen reactiesysteem, waarbij fluoresceïne diacetaat via een transesterificatie met 1-butanol wordt omgezet naar fluoresceïne in aceton als solvent. Via het opstellen van reactiecurves en adsorptie-isothermen voor de verschillende materialen werd geconcludeerd dat enkel de UiO-66-poeders geschikt zijn voor het gekozen reactiesysteem. Vanwege de adsorptie van fluoresceïne is kwantificatie van de totaal geproduceerde hoeveelheid hiervan moeilijk en werden verschillende methoden verkend om te proberen dit probleem te omzeilen. Experimenten op met thiofenol vergiftigde UiO-66-poeders toonden de volledige inactiviteit van de metaalsites aan. Initiële tests om de sites te deblokkeren met propionzuur als biomerker tonen op eerste zicht herstel van de katalytische activiteit aan, maar vanwege nevenreacties geen productie van fluoresceïne. Verdere optimalisatie van het reactiesysteem met herschaling naar kleinere hoeveelheden gebruikt metaal-organisch rooster zoals bijvoorbeeld single crystals en screening van andere solventen zouden veel van de tegengekomen problemen kunnen oplossen.

Keywords


Dissertation
Characterisation and modelling of the mechanical properties of hydrogels

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

This research project focuses on the characterisation and modelling of the mechanical properties of gelatin and collagen hydrogels. As the most abundant protein in the human body and a main component of the extracellular matrix (ECM), collagen is a promising material for the use in hydrogels for tissue engineering applications. Gelatin, which is denatured collagen, is a inexpensive material which can serve as a surrogate for collagen. Modelling of the ECM can be done by both gelatin and collagen hydrogels through its structural, mechanical and biomechanical properties. Just like the ECM, the hydrogels are fibrous, porous continua with a time-dependent mechanical response. Furthermore, the hydrogels also contain proteins, glycosaminoglycans and proteoglycans. Therefore these gels can provide an easily controllable model for studying cell proliferation, angiogenesis and fibrillogenesis. The characterisation of the hydrogels is done on both macroscale and microscale. Macroscale characterisation is done by unconfined stepwise stress-relaxation compressive tests and atomic force microscopy (AFM). Data analysis of these experiments allows to determine the instantaneous and relaxation Young's moduli of the hydrogels. Through the use of a biphasic poro-viscoelastic (BPVE) model, the hydrogel behaviour is implemented in finite element models of the performed mechanical tests. Using an automated iterative fitting procedure, the results of the finite element analysis (FEA) are fitted to the experimental data. This leads to the automatic determination of the mechanical properties of the solid fibrous constituents of the hydrogels under the assumption of the specific microscale composition as parameterised by the void ratio and hydraulic permeability. The variations in the obtained experimental results are significant. For collagen, the variations are large enough to confound a reliable result. This is probably due to insufficient accuracy of the hydrogel production process and the used testing equipment. The finite element model (FEM) was verified and converged solutions were always found from the fitting procedure. The error between the predicted and the observed time-dependent response for both compression and AFM was at most num{8.12e-4} using the BPVE model. Gelatin fibres were determined to have a higher Young's relaxation modulus and slower time-rate of relaxation than collagen fibres. It is suggested to develop independent measurement methods in order to determine appropriate void ratio and hydraulic permeability values for the fitting procedure. The protocols and procedures developed in this research provide a proof of concept on how to automatically determine and model the mechanical properties of fibrous hydrogels.

Keywords


Dissertation
De ontwikkeling van zilvernanopartikels in metaal-organische roosters als selectieve reductiekatalysatoren

Loading...
Export citation

Choose an application

Bookmark

Abstract

Een waardevolle chemische reactie die toegepast wordt in de industrie is de hydrogenatiereactie. In deze reactie wordt een molecule waterstofgas ingebouwd in een organisch molecule. De producten die zo ontstaan kunnen bijvoorbeeld verder verwerkt worden in de farmaceutische industrie of rechtstreeks gebruikt worden als smaakstof. Het is echter mogelijk dat wanneer deze reactie uitgevoerd wordt, niet alle uitgangsmoleculen gehydrogeneerd worden. Een ander probleem stelt zich wanneer er op meerdere plaatsen in het molecule waterstof ingebouwd kan worden. Men wil immers vaak maar op één welbepaalde plaats de reactie laten opgaan en de andere plaatsen ongemoeid laten. Het is een uitdaging voor chemici om de reactie zo volledig mogelijk, maar toch voldoende selectief te laten opgaan. Een mogelijkheid om deze problemen op te lossen is gebruikmaken van een geschikte katalysator. Dit is een stof die aan een chemische reactie wordt toegevoegd en de activiteit en selectiviteit van de reactie beïnvloedt zonder zelf te reageren. In de industrie worden voor hydrogenatiereacties vaak katalysatoren gebruikt die gebaseerd zijn op platinum. Deze zijn echter duur, niet duurzaam en leiden niet altijd tot een volledige omzetting en hoge selectiviteit van de reactie. Daarom werden in deze masterproef zilvernanopartikels (Ag-NPs) van enkele nanometers groot gebruikt om de reactie te katalyseren. Dit zijn bijzonder kleine zilvermetaaldeeltjes: 1 nm is gelijk aan een miljoenste van een millimeter. Deze Ag-NPs hebben echter de neiging om samen te klitten tot grotere zilverdeeltjes, die minder gunstige eigenschappen hebben als katalysator. Om controle uit te oefenen op de vorming van de Ag NPs en aggregatie te voorkomen werden de Ag-NPs geïncorporeerd in metaal-organische roosters (MOFs), vaste stoffen met een groot porievolume en een regelmatige poriegrootte. De MOFs werden beladen met de Ag-NPs volgens twee beladingsprocedures: in de ene zorgde het solvent voor de vorming van de Ag-NPs, terwijl in de andere methode de partikels gevormd werden door de beladingsoplossing te bestralen met UV-licht. Beide methodes resulteerden in de succesvolle incorporatie van Ag-NPs in de gebruikte MOFs. De zo gecreëerde katalysatoren bleken inderdaad met een hoge selectiviteit het uitgangsmolecule te hydrogeneren. De mate waarin de reactie opging, was onder andere afhankelijk van de gebruikte waterstofdruk. Uit de resultaten bleek dus dat Ag-NPs op MOFs inderdaad gebruikt kunnen worden als selectieve hydrogenatiekatalysatoren, hoewel er nog verder onderzoek vereist is om een zo hoog mogelijke conversie en selectiviteit te bekomen.

Keywords

Listing 1 - 4 of 4
Sort by