Poloxamer-based hydrogels hardening at body core temperature as carriers for cell based therapies: in vitro and in vivo analysis

Cell-based regenerative therapies for bone defects usually employ bone precursor cells seeded on solid scaffolds. Thermosensitive hydrogels that harden at body core temperature are promising alternative cell carriers as they are applicable minimally invasively. We modified Pluronic^® P123 with different chain extenders and assessed rheology and biocompatibility of the resulting hydrogels. The best candidate was tested in a rat’s femoral defect model. All gels hardened above 25 °C with butane-diisocyanate-hydrogels (BDI-gels) displaying the highest storage moduli. BDI-gels showed the most favourable biocompatibility and did not affect cellular adipogenic or osteogenic differentiation in vitro. Implantation of BDI-hydrogel into femoral defects did not impede bone healing in vivo as evidenced by μCT and histological analysis. We conclude that thermosensitive BDI-gels are promising alternative cell carriers. The gels harden upon injection in vivo without interfering with bone metabolism. Further experiments will assess the gels’ capacity to effectively transport living cells into bone defects.     

Influence of stress triaxiality upon ductile crack propagation

In this report a brief overview on the influence of the specimens’ geometry and, therefore, the stress triaxiality upon the elastic plastic fracture mechanics parameters and the stable crack extension will be given. Corresponding references to detailed publications will be given. First, possible variations of testing specimens’ geometries will be discussed and later the influence of stress state upon the plastic strain in case of failure will be quantitatively analysed for axialsymmetric, circumferrentially notched tensile specimens.     

Die Auswirkung der Bedingungen beim Einschwingen von Ermüdungsanrissen in Bruchmechanikproben der Stähle St 37-3 und St 52-3

Einbringen von Ermüdungsanrissen bei Raumtemperatur und bei —196 °C in 35 mm dicke CT-Proben der Stähle St 37-3 mit 0,08% C, 0,17% Si, 0,45% Mn, 0,019% P und 0,017% S sowie St 52-3 mit 0,13% C, 0,20% Si, 1,19% Mn, 0,017% P und 0,018% S. Ermittlung der Bruchzähigkeit bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und —196 °C. Einfluß der Einschwingtemperatur und der Höhe der Ermüdungsbeanspruchung auf die Größe der plastisch verformten Zone im Rißgrund des Ermüdungsanrisses. Auswirkungen auf die ermittelten Werte der Bruchzähigkeit. Höchstzulässige Werte für die Größe der plastisch verformten Zone.     

Zum Einfluß von Temperatur und Dehngeschwindigkeit auf die Festigkeits- und Dehnungskennwerte von Baustählen mit unterschiedlicher Festigkeit

Untersuchungen an vier ferritisch perlitischen Stählen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Korngröße sowie einem bainitischen Stahl mit Streckgrenzenwerten zwischen 200 N/mm² und 630 N/mm². Ermittlung von Zugfestigkeit, Streckgrenzenverhältnis, Verfestigungsexponent, Lüders-, Gleichmaß- und Bruchdehnung sowie Brucheinschnürung in Abhängigkeit von Temperatur und Dehngeschwindigkeit. Hinweise auf Spaltbruch oder plastische Instabilität bei hohen Dehngeschwindigkeiten. Ermittlung des Übergangs von isothermischen zu adiabatischen Versuchsbedingungen.     

Fatigue crack propagation near fatigue threshold in various structural steels

The investigations have been conducted by measuring fatigue crack propagation near fatigue threshold in various structural steels differing in chemical composition and strength level. The fatigue crack propagation measurements were carried out using the constant-load-amplitude test in Paris-region, R-constant and K_max-constant method in near fatigue threshold region. Scanning electron microscopy at fatigue crack front on fracture surface was applied to interpret the influence of crack closure effects on the measured fatigue threshold. Marked fretting oxide deposits distributed on the fracture surface at threshold level were observed in a low load ratio resulting from the combined action of plasticity- and oxide-induced crack closure under laboratory atmosphere. Fatigue threshold dependent on the load ratio appeared to be related to the extent of the crack closure effect. By considering the relationship of reversed plastic zone size and grain size the fatigue threshold in region of crack closure was calculated theoretically. The result has shown a good agreement with the experimentally measured values.     

Beschreibung der Fließkurve auf der Basis phänomenologischer Ansätze am Beispiel eines Baustahls

Zur Beschreibung der Fließkurve des untersuchten Baustahls wurde ein allgemeines phänomenologisches Modell zur Entwicklung der Gesamtversetzungsdichte mit der plastischen Vergleichsdehnung herangezogen. Spezielle Formen dieser Evolutionsgleichung liefern bekannte empirische Fließgesetze. Unter Berücksichtigung der Randbedingungen bei der Herleitung dieser Gesetze sind deren Koeffizienten physikalisch plausibel zu interpretieren. Der gebräuchlichen Hollomon-Gleichung ähnliche Potenzfunktionen, die eine additive Konstante enthalten, sind auf der Basis dieser Modellvorstellung als Fließgesetze ohne Berücksichtigung von Erholungsprozessen zu verstehen. Die Güte der Approximation ist folglich stark von der Versuchstemperatur abhängig. Die Voce-Gleichung stellt die exakteste Beschreibung der Fließkurve des untersuchten Stahls dar. Aufgrund der Berücksichtigung von Erholungsvorgängen enthält die Voce-Gleichung, im Gegensatz zu den anderen Ansätzen, eine Grenz- oder Sättigungsspannung, deren Temperaturabhängigkeit unter Zugrundelegung eines thermisch aktivierten Versetzungsprozesses quantifiziert werden kann. Abweichungen am Beginn homogener plastischer Verformung sind auf die Wirkung eines zweiten Strukturparameters, der Dichte der beweglichen Versetzungen zurückzuführen. Mit Hilfe neuerer Modellvorstellungen kann dieser Bereich quantitativ beschrieben werden.     

Einfluß kleiner Kaltverformungsbeträge und unterschiedlicher Alterungsbehandlungen auf die Kerbschlagzähigkeit allgemeiner Baustähle

Ermittlung der Kerbschlagzähigkeit-Temperatur-Kurven an sieben unlegierten Baustählen nach Kaltverformung um 0,5, 1, 2, 3 und 5%, nach Verformung um die gleichen Beträge und natürlicher Alterung (20 °C 5000 h) sowie künstlicher Alterung (300 °C 1 h). Kennzeichnung des jeweiligen Einflusses durch eine geeignete Übergangstemperatur. Folgerungen für Nachbehandlung kaltverformter und geschweißter Bauteile.     

The effects of triaxial stress on void growth and yield equations of power-hardening porous materials

In engineering applications, especially for ductile fracture of materials, nucleation, growth and coalescence of voids have often been observed. Currently there is an increase in interest for the effects of voids on the behaviour of engineering materials. In this paper, by the method of combining micro- and macro-parameters, the effects of triaxial stress on the rates of void growth and yield equations are presented for porous materials with power-hardening. The relations between triaxial stress and the rates of void growth for different n-values and yield equations with different n-values and void volume fractions are discussed. Following results have been obtained: For a porous material with power-hardening, the yield equation can be approximately expressed by an elliptical equation in equivalent stress and triaxial stress. Both the long half-axis and the short half-axis of the elliptical equation are functions of the void volume fraction for a given hardening exponent. The triaxial stress has a strong effect on the growth rates of voids. For linear hardening materials, the relation between the growth rate of voids and the triaxial stress is linear. For elastic/perfectly plastic materials with a small void volume fraction, the growth rate of voids can be described in relation to the triaxial stress with an exponential function. The results from this paper are compared with theoretical results from other researchers for elastic/perfectly plastic materials. A good agreement is shown.