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- ItemHydrodynamik und Lösungsgeschwindigkeit - Untersuchungen zum Einfluss der Hydrodynamik auf die Lösungsgeschwindigkeit schwer wasserlöslicher Arzneistoffe (rev. Fassung 2022)(2022) Diebold, Steffen M.Gegenstand der vorliegenden Studie war (1) die Beschreibung der Hydrodynamik kompendialer Lösungsgeschwindigkeits-Testapparaturen und die Aufklärung der gastrointestinalen Hydrodynamik von Hunden, (2) die Untersuchung des Einflusses der Hydrodynamik auf die Lösungsgeschwindigkeit schwer wasserlöslicher Arzneistoffe und (3) die Entwicklung eines hydrodynamischen Modells zur Prognose der Auflösegeschwindigkeit schwer wasserlöslicher Arzneistoffe. Die Hydrodynamik kompendialer Lösungsgeschwindigkeits-Testapparaturen, namentlich der Paddle- und der Basket-Apparatur, wurde mit einem Ultraschall-Puls-Echo-Verfahren arzneistoffunabhängig charakterisiert. Die Strömungsgeschwindigkeiten in den Auflösungs-Gefäßen von Paddle- und Basket-Apparatur korrelierten linear mit den Rotationsraten der Rührwerkzeuge. Dadurch ist es nun künftig möglich, die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit der Auflöse-Medien während eines Lösungsgeschwindigkeits-Tests unter beliebigen Rotationsraten zu ermitteln. In der Basket-Apparatur wurden, in Abhängigkeit von den Rotationsraten des Rührwerkes (25 bis 200 rpm), Strömungsgeschwindigkeiten von 0.3 bis 5 cm/s erzielt, in der Paddle-Apparatur dagegen 1.8 bis 37 cm/s. Die Kenntnis dieser Strömungsgeschwindigkeiten wiederum gestattet, die Lösungsgeschwindigkeit von Arzneistoffen unter bestimmten Voraussetzungen zu prognostizieren. Eine solche Voraussage geschah auf der Grundlage einer erweiterten und auf die Paddle-Apparatur adaptierten „Theorie der konvektiven Diffusion“ (Levich). Das hierbei entwickelte „Kombinations-Modell“ gestattete eine Kalkulation von Massentransfer-Daten a priori. Diese stimmten gut überein mit empirischen Massentransfer-Daten aus verschiedenen Lösungsgeschwindigkeits-Experimenten. Neben unterschiedlichen Felodipinpulver-Kollektiven wurde auch erstmals Luftsauerstoff als Vektor hydrodynamischer Untersuchungen eingesetzt. Es zeigte sich, daß das gasförmige Solvendum „Luftsauerstoff“ und das solide Solvendum „Felodipin“ in derselben Auflösungs-Apparatur (Paddle) auch dieselbe Hydrodynamik erfahren. Die Hydrodynamik diskriminierte nicht die unterschiedlichen Aggregatszustände der beiden zur Auflösung gelangenden Arzneistoffe. Die unter Rotationsraten von 25 bis 200 rpm in der Paddle-Apparatur kalkulierten Reynolds-Zahlen (Re) überspannten dabei einen Bereich von Re=2292 bis Re=31025. Die entsprechenden Reynolds-Zahlen der Basket-Apparatur lagen in Größenordnungen von Re=231 bis Re=4541. Grob-kristalline Felodipin-Partikel reagierten empfindlicher auf Veränderungen der Hydrodynamik des Auflösungssystems als mikronisiertes Material derselben chemischen Spezies. Zur Untersuchung der Magenentleerung und des Transits von Flüssigkeiten in Hunden wurde ein szintigraphisches Verfahren eingesetzt. Die Zeitspanne zur vollständigen Magenentleerung (GE>95%) war dabei vom verabreichten Volumen und vom kalorischen Gehalt der oral administrierten Lösungen abhängig. Die Zeitspanne zur Magenentleerung von 200 ml wäßriger Glucose-Lösung 20 % war signifikant größer (278 min.) als nach Verabreichung derselben Menge an NaCl-Lösung 0.9 % (97 min.). Nach Gabe der Glucose-Lösung 20 % betrug die mittlere duodeno-jejunale Transitrate (MTR) 2.7 cm/min. und war damit signifikant beschleunigt im Vergleich zur Gabe derselben Menge an NaCl-Lösung 0.9 % mit 1.1 cm/min.. Die duodeno-jejunalen Transitraten (MTR) waren dabei von der Magenentleerung unabhängig. Ein Aspirationsverfahren wurde zur Bestimmung gastrointestinaler Flußraten herangezogen. Die (auch) von der Magenentleerung beeinflussten ("gastro-intestinalen") Flußraten erreichten nach Administration von 200 ml Glucose 20 % kurzzeitig Spitzenwerte von 20 bis 60 ml/min. (Median: 8.3 ml/min.). Die entsprechenden Flußraten nach Administration von 200 ml NaCl 0.9 % erreichten sogar kurzfristig Spitzenwerte von über 100 ml/min. (Median: 35.0 ml/min.). Trotz der geringeren "gastro-intestinalen" Flußraten nach Gabe der Glucose-Lösungen war die intestinale Lösungsgeschwindigkeit koadministrierten Felodipins deutlich größer als nach Verabreichung der isotonen NaCl-Lösungen. Dies korrelierte mit dem (76 cm pylorus-distal gesammelten) vermehrten Volumen intestinaler Flüssigkeit nach Gabe der hypertonen (!) Glucose-Lösungen.
- ItemSelf-sufficient self-oscillating microsystem driven by low power at low Reynolds numbers(Washington, DC [u.a.] : American Association for the Advancement of Science, 2021) Akbar, Farzin; Rivkin, Boris; Aziz, Azaam; Becker, Christian; Karnaushenko, Dmitriy D.; Medina-Sánchez, Mariana; Karnaushenko, Daniil; Schmidt, Oliver G.Oscillations at several hertz are a key feature of dynamic behavior of various biological entities, such as the pulsating heart, firing neurons, or the sperm-beating flagellum. Inspired by nature’s fundamental self-oscillations, we use electroactive polymer microactuators and three-dimensional microswitches to create a synthetic electromechanical parametric relaxation oscillator (EMPRO) that relies on the shape change of micropatterned polypyrrole and generates a rhythmic motion at biologically relevant stroke frequencies of up to ~95 Hz. We incorporate an Ag-Mg electrochemical battery into the EMPRO for autonomous operation in a nontoxic environment. Such a self-sufficient self-oscillating microsystem offers new opportunities for artificial life at low Reynolds numbers by, for instance, mimicking and replacing nature’s propulsion and pumping units.