Biomedical Engineering and Bioengineering Commons^™

Multi-Scale Assessment Of Bone Mechanics And The Mineral Phase Of Intramuscular Bone Of Atlantic Herring Fish, Svetlana Zeveleva

Dissertations and Theses

Bone tissue is a complex composite structure made up of a soft organic phase consisting of collagen I and non-collagenous proteins, and a hard inorganic phase consisting of mineral nanoplatelets. Given it’s compositional properties, bone is a unique stiff, tough, and strong biomaterial, making it exceptionally difficult to synthesize ex vivo. While the complete hierarchical structure may change with age and population, the basic building block components of mineralized collagen fibrils, are preserved. This study uses a model of intramuscular bone of the Atlantic herring fish, which present a simple structure, and no process of remodeling.

A multi-scale approach …

Nanomedicine Drug Delivery Across Mucous Membranes, Michael G. Lancina Iii

Theses and Dissertations

NANOMEDECINE DRUG DELIVERY ACROSS MUCOUS MEMBRANES

By Michael G. Lancina III

A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy at Virginia Commonwealth University.

Virginia Commonwealth Univeristy, 2017.

Major Director: Dr. Hu Yang, Associate Professor, Chemical and Life Science Engineering

Control over the distribution of therapeutic compounds is a complex and somewhat overlooked field of pharmaceutical research. When swallowing a pill or receiving an injection, it is commonly assumed that drug will spread throughout the body in a more or less uniform concentration and find its way to wherever it is needed. In …

Fabrication Of Flexible, Biofunctional Architectures From Silk Proteins, Ramendra K. Pal

Theses and Dissertations

Advances in the biomedical field require functional materials and processes that can lead to devices that are biocompatible, and biodegradable while maintaining high performance and mechanical conformability. In this context, a current shift in focus is towards natural polymers as not only the structural but also functional components of such devices. This poses material-specific functionalization and fabrication related questions in the design and fabrication of such systems. Silk protein biopolymers from the silkworm show tremendous promise in this regard due to intrinsic properties: mechanical performance, optical transparency, biocompatibility, biodegradability, processability, and the ability to entrap and stabilize biomolecules. The unique …

The Effect Of Vibrotactile Feedback On Remote Manual Task Performance, Matthew S. Standard

Theses and Dissertations

Vibrotactile feedback offers a unique opportunity to augment or reconstruct impaired tactile sensations, whether that be in the form of enhancing prosthetics or specialized protective clothing. Important information about temperature and object slippage serve to endanger the human operator or equipment. This thesis presents three experiments which investigate amplitude modulated vibrotactile signals as a scalar dimension of roughness, the effect those signals and their locations (finger pad, forearm, bicep) have on the performance of two tasks: the sensing of temperatures simulated by vibrotactile signals and gripping an object of simulated surface texture. The results show task performance increase when the …

Modulating The Innate Immune Response To Electrospun Scaffolds And Polymer Degradative Byproducts, Daniel Abebayehu

Theses and Dissertations

Implanted biomaterials often induce inflammation that frequently leads to the foreign body response, fibrosis, and the failure of the implant. Thus, it is important to evaluate how cells interact with materials to promote a more regenerative response. It is critical to determine how to modulate the response of tissue resident innate immune cells, as they are among the first cells to interact with implanted materials. Among tissue resident innate immune cells are mast cells, which are inflammatory sentinels that degranulate and orchestrate the fate of other cell populations, such as monocytes/macrophages and lymphocytes. Mast cells have also been reported to …

Altering A Runner’S Foot Strike Using A Modified Elliptical Trainer, Daniel Shull

Theses and Dissertations

One possible solution to common running related injuries is to transition runners from a rearfoot strike during initial contact to a midfoot strike. Natural rearfoot strike runners were studied to see if a modified elliptical trainer could be used to alter their running pattern to that of a midfoot strike runner. Their results were compared to subjects who ran on a non-modified elliptical trainer. After training on the modified elliptical trainer, subjects demonstrated a decrease in foot angle at initial contact when attempting to run with a midfoot strike. Training did not affect all kinetic metrics or stride frequency. However, …

Biochemical And Histological Differences Between Costal And Articular Cartilages, Michael W. Stacey

Bioelectrics Publications

Biologically, costal cartilage is an understudied tissue type and much is yet to be learned regarding underlying mechanisms related to form and function, and how these relate to disease states, specifically chest wall deformity. Chest wall deformities have a component of inheritance, implying underlying genetic causes; however the complexity of inheritance suggests multiple genetic components. At our Centre investigations were performed on gene expression of key select genes from costal cartilage removed at surgery of patients with chest wall deformity to show high expression of decorin, a key player in collagen fiber formation and growth. Also, the degree of tissue …

Pet Imaging Of Early Therapeutic Response In Solid Tumors, Stephanie J. Blocker

Wayne State University Dissertations

An important pillar of precision medicine for oncology is the ability to identify patients who respond to treatment early into their therapy. Positron emission tomography (PET) allows physicians and researchers to measure changes in tumor behavior prior to noticeable differences in morphology.

Objective: Determine the utility of multiple tracers for PET in assessing early changes in tumor activity that result from treatment.

Methods: Two tracers for PET were studied. 64Cu-labeled liposomes were used to assess changes in liposome delivery two solid colon tumors early into treatment with bevacizumab (Bev). 18F-FMAU thymidine analog (1-(2'-deoxy-2'-fluoro-beta-D-arabinofuranosyl)thymine), was utilized to detect early response to …

Biom 4110/6110: The Science Of Medicine (Syllabus), Bradford D. Pendley

Biomedical Engineering Syllabi Archive

Course Description: Integration of fundamental principles from physics, chemistry, biology and mathematics, and applications of these principles to solve problems in medicine.

Biom 3110: Medical Physiology (Syllabus), Bradford D. Pendley

Biomedical Engineering Syllabi Archive

Course Description: Basic principles of human physiology and how these are applied in medicine and biomedical engineering problem and devices; physiological principles using appropriate mathematical and engineering models to construct an understanding of how the body works as an integrated system.

A Computational Study Of Vegf Production By Patterned Retinal Epithelial Cell Colonies As A Model For Neovascular Macular Degeneration, Qanita Bani Baker, Gregory J. Podgorski, Elizabeth Vargis, Nicholas Flann

Biology Faculty Publications

Background: The configuration of necrotic areas within the retinal pigmented epithelium is an important element in the progression of age-related macular degeneration (AMD). In the exudative (wet) and non-exudative (dry) forms of the disease, retinal pigment epithelial (RPE) cells respond to adjacent atrophied regions by secreting vascular endothelial growth factor (VEGF) that in turn recruits new blood vessels which lead to a further reduction in retinal function and vision. In vitro models exist for studying VEGF expression in wet AMD (Vargis et al., Biomaterials 35(13):3999–4004, 2014), but are limited in the patterns of necrotic and intact RPE epithelium they can …

Biomanufacturing Through Igem-An International Student Competition, Asif Rahman, Ryan J. Putman, Neal Hengge, Charles D. Miller

Biological Engineering Faculty Publications

The foundations of synthetic biology are built on molecular biology and genetic engineering. One of the purposes of synthetic biology is to make biology easier to engineer by the creation of standardized biological parts and devices. There are a wide range of potential applications for synthetic biology and a variety of approaches to constructing parts and systems. Undergraduate Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) students from around the world apply synthetic biology principles at the annual International Genetically Engineered Machine (iGEM) competition to demonstrate functioning biological systems created from standardized parts. The iGEM competition will continue to add to the …

Qualitative Analysis Of Microbial Dynamics During Anaerobic Digestion Of Microalgal Biomass In A Uasb Reactor, Anna Doloman, Yousef Soboh, Andrew J. Walters, Ronald C. Sims, Charles D. Miller

Biological Engineering Faculty Publications

Anaerobic digestion (AD) is a microbiologically coordinated process with dynamic relationships between bacterial players. Current understanding of dynamic changes in the bacterial composition during the AD process is incomplete. The objective of this research was to assess changes in bacterial community composition that coordinates with anaerobic codigestion of microalgal biomass cultivated on municipal wastewater. An upflow anaerobic sludge blanket reactor was used to achieve high rates of microalgae decomposition and biogas production. Samples of the sludge were collected throughout AD and extracted DNA was subjected to next-generation sequencing using methanogen mcrA gene specific and universal bacterial primers. Analysis of the …

อิทธิพลของสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุลบต่อการเกิดเจลของไฟโบรอินไหมไทยและการประยุกต์ใช้ในการควบคุมการปลดปล่อยเคอร์คูมิน, ณัฐกานต์ จันทร์ทอง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการพัฒนาไฮโดรเจลไฟโบรอินไหมไทย (SF) ที่ถูกกระตุ้นด้วยการเติมสารลดแรงตึงผิวประเภทประจุลบชนิดต่างๆ เพื่อประยุกต์ใช้ในการควบคุมการปลดปล่อยเคอร์คูมินและใช้เป็นเจลทากระตุ้นการหายของแผล โดยได้ทำการศึกษาอิทธิพลของสารลดแรงตึงผิวประเภทประจุลบชนิดต่างๆ ได้แก่ sodium octyl sulfate (SOS), sodium dodecyl sulfate (SDS) และ sodium tetradecyl sulfate (STS) ซึ่งมีสูตรโครงสร้างเคมีคล้ายกัน แต่มีความยาวของสายอัลคิลแตกต่างกัน ต่อพฤติกรรมการเกิดเจลไฟโบรอินไหมไทย พบว่าสารลดแรงตึงผิวประเภทประจุลบทั้ง 3 ชนิด สามารถเร่งการเกิดเจล ณ อุณหภูมิ 37oC, pH 7.4 ได้ในช่วงระยะเวลา 14 นาที ถึง 144 ชั่วโมง ขึ้นกับชนิดและความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิว กลไกการเกิดเจลดังกล่าวเป็นการเกิดร่วมกันระหว่างอันตรกิริยาของส่วนที่ไม่ชอบน้ำ อัตรากิริยาของไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุลของไฟโบรอินไหมไทยและโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวและการเกิดเจลตามธรรมชาติของไฟโบรอินไหมไทยโดยกลไกดังกล่าวจะกระตุ้นการเกิดโครงสร้างทุติยภูมิชนิด β-sheet ซึ่งมีเสถียรภาพและผันกลับไม่ได้ งานวิจัยนี้ พบว่า ไฮโดรเจลไฟโบรอินไหมไทยที่กระตุ้นด้วย STS 0.09% โดยน้ำหนัก มีระยะเวลาการเกิดเจลรวดเร็ว (20 นาที) เจลมีความคงตัวสูง อัตราการย่อยสลายช้า และสามารถปลดปล่อยเคอร์คูมินได้เนิ่นนาน นอกจากนี้ยังไม่เป็นพิษต่อเซลล์ผิวหนังของหนู เมื่อทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการตามมาตรฐาน ISO 10993 part 5 และเมื่อทดสอบประสิทธิภาพของไฮโดรเจลในการยับยั้งการอักเสบและกระตุ้นการหายของแผลชนิดสูญเสียทั้งชั้นในหนูทดลองพบว่า ไฮโดรเจลไฟโบรอินไหมไทยที่ไม่บรรจุและบรรจุเคอร์คูมินสามารถยับยั้งการอักเสบของแผลได้ในช่วง 3 วันแรกของการรักษา และเร่งการหายของแผลโดยการกระตุ้นการสร้างเซลล์เยื่อบุผิวได้ดีเทียบเท่ากับแผลกลุ่มที่รักษาด้วยไฟบรินเจล อันเนื่องมาจากไฟโบรอินไหมมีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ และมีอัตราการย่อยสลายที่เหมาะสม ส่วนเคอร์คูมินมีฤทธิ์ในการยับยั้งการอักเสบ จึงสรุปได้ว่า ไฮโดรเจลไฟโบรอินไหมไทยนี้มีประสิทธิภาพในการควบคุมการปลดปล่อยเคอร์คูมินและการกระตุ้นการหายของแผล

การพัฒนาอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนสำหรับนำส่งสารสกัดชาเขียวเพื่อรักษาโรคข้อเสื่อม, ปภาวี ลิขิตเดชาโรจน์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการพัฒนาอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนจากเจลาตินเพื่อนำส่งสารสกัดชาเขียว Epigallocatechin 3-gallate (EGCG) ร่วมกับกรดไฮยาลูรอนิคสำหรับรักษาโรคข้อเสื่อม โดยได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบสมบัติทางเคมี และกายภาพของเจลาติน 4 ชนิดได้แก่ เจลาตินชนิดเอ (GA) เจลาตินชนิดบี (GB) เจลาตินชนิดเอที่ดัดแปรด้วยเอธิลีนไดเอมีน (GE) และเจลาตินชนิดบีที่ดัดแปรด้วยซัคซินิคแอนไฮไดร์ด (GS) พบว่า GE มีปริมาณหมู่อะมิโนอิสระเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับ GA ซึ่งเป็นเจลาตินตั้งต้นเนื่องมาจากการคอนจูเกตเอธิลีนไดเอมีนเข้าไปในโครงสร้าง และส่งผลมีค่าศักย์เซต้าเป็นบวกมากขึ้นและมีความชอบน้ำสูง ในขณะที่ GS มีปริมาณหมู่อะมิโนอิสระลดลงเมื่อเทียบกับ GB ซึ่งเป็นเจลาตินตั้งต้นเนื่องจากหมู่อะมิโนอิสระถูกใช้ไปในการคอนจูเกตซัคซินิคแอนไฮไดร์ด อย่างไรก็ตาม ผลสเปกตรัมจากการวิเคราะห์ Fourier-transform infrared spectroscopy ยืนยันการปรากฏของหมู่ฟังก์ชั่นที่แสดงคุณลักษณะเฉพาะของโปรตีนในเจลาตินทั้ง 4 ชนิด เจลาตินทั้ง 4 ชนิดถูกนำมาขึ้นรูปเป็นอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนด้วยเทคนิคอิมัลชั่นชนิดน้ำในน้ำมัน และเชื่อมขวางด้วยความร้อน หรือด้วยสารละลายกลูตารัลดีไฮด์ อนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนเจลาตินที่ได้มีขนาดอยู่ในช่วง 43-49 ไมครอน ซึ่งมีความเหมาะสมสำหรับนำไปใช้ฉีดผ่านเข็มฉีดยาได้โดยไม่อุดตัน เมื่อเปรียบเทียบวิธีการเชื่อมขวาง พบว่าอนุภาคที่เชื่อมขวางด้วยสารละลายกลูตารัลดีไฮด์มีความคงตัวมากกว่าอนุภาคที่เชื่อมขวางด้วยความร้อนโดยประเมินจากอัตราส่วนการบวมน้ำและการละลายน้ำของอนุภาค อนุภาคทรงกลมขนาดไมครอน GE ที่เชื่อมขวางด้วยสารละลายกลูตารัลดีไฮด์มีร้อยละการเชื่อมขวางสูงที่สุด เนื่องจากมีหมู่อะมิโนอิสระจำนวนมากสำหรับการเกิดปฏิกิริยาเชื่อมขวางกับหมู่อัลดีไฮด์ของกลูตารัลดีไฮด์ และเมื่อทดสอบอัตราการย่อยสลายทางชีวภาพในระดับห้องปฏิบัติการในสภาวะจำลองร่างกายที่ไม่มีและมีเอนไซม์คอลลาจีเนส พบว่าอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอน GE มีอัตราการย่อยสลายช้าที่สุด อนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนเจลาตินทั้ง 4 ชนิดไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ผิวหนังของหนูเมื่อทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการตามมาตรฐาน ISO 10993 part 5 และเมื่อนำอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอนเจลาตินทั้ง 4 ชนิดไปดูดซับสารสกัดชาเขียว EGCG และทดสอบอัตราเร็วในการปลดปล่อยสาร EGCG ในสภาวะจำลองร่างกายที่ไม่มีและมีเอนไซม์คอลลาจีเนส พบว่าอนุภาค GE สามารถปลดปล่อยสาร EGCG ได้อย่างคงที่และเนิ่นนานที่สุดในทั้ง 2 สภาวะ โดยการปลดปล่อยควบคุมด้วยกลไกการแพร่ของสาร EGCG จากอนุภาคเป็นหลัก ในขณะที่อนุภาค GA GB และ GS ปลดปล่อยสาร EGCG ด้วยกลไกการแพร่และการบวมน้ำหรือการย่อยสลายของอนุภาค จากผลการศึกษา สรุปได้ว่าอนุภาคทรงกลมขนาดไมครอน GE มีประสิทธิภาพเหมาะสมสำหรับการควบคุมการปลดปล่อยสาร EGCG ได้เนิ่นนาน อนุภาคทรงกลมขนาดไมครอน GE ที่กักเก็บสาร EGCG นี้ได้ถูกนำไปผสมกับสารละลายกรดไฮยาลูรอนิคเพื่อเตรียมเป็นยาฉีดสำหรับรักษาโรคข้อเสื่อมในสุนัขต่อไป โดยผู้วิจัยคาดหวังว่ายาฉีดที่พัฒนาขึ้นนี้จะมีประสิทธิภาพในการรักษาโรคข้อเสื่อมได้ดีขึ้น เนื่องจากการออกฤทธิ์ร่วมกันของสารสกัดชาเขียว …

Effects Of Curcumin-Loaded Bacterial Cellulose Films On Cancer Cells, Chayut Subtaweesin

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

In this study, a curcumin-loaded bacterial cellulose films were developed. Bacterial cellulose films were prepared by culturing Gluconacetobacter xylinus in coconut water-based medium. Curcumin, an active substance found in turmeric (Curcuma longa Linn), was then absorbed into never-dried bacterial cellulose pellicles by immersion in 0.5 and 1.0 mg/ml curcumin solutions, with absolute ethanol as solvent, for 24 hours. The curcumin-loaded bacterial cellulose pellicles were then air-dried. Controlled release of curcumin was achieved in buffer solutions containing Tween 80 and methanol additives, at pH 5.5 and 7.4. Curcumin-loaded bacterial cellulose films prepared with curcumin solutions at concentrations of 0.5 and 1.0 …

Metal Artifact Reduction In Computed Tomography At Head And Neck Region, Sornjarod Oonsiri

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The common streak artifacts in computed tomographic images result from the metal implant in patients. Such the artifacts could suppress proper diagnosis or misdiagnosis in computed tomographic images. The purpose of this study is to develop the method for metal artifact reduction using MATLAB software and implement in both phantom and patients for head and neck computed tomographic imaging. The new algorithm of metal artifact reduction in computed tomographic images had been developed using MATLAB software. The homogeneous phantom, Alderson Rando phantom, and patients with a metal implant in the head and neck region had been scanned by Philips Brilliance …

3d Bioprinting A Pcl/13-93b3 Glass Composite And Its Potential Use As A Bio-Ink, Caroline Blair Murphy

Masters Theses

"A major limitation of using synthetic scaffolds in tissue engineering is little growth of incorporated cells in the interior of the scaffold, resulting in insufficient angiogenesis in the scaffold interior. Recently, cells have been 3D bioprinted concurrently with biomaterials to produce a cellularized, bioactive, angiogenic 3D environment. This thesis describes a novel solvent-extrusion method for printing polycaprolactone (PCL)/bioactive borate glass composite as a biomaterial for a cell-laden scaffold.

Bioactive borate glass was added to a mixture of PCL and organic solvent to make an extrudable paste, creating scaffolds measuring 10×10×1 mm³ in overall dimensions with pore sizes ranging from …

The Viability Of Advantg Deterministic Method For Synthetic Radiography Generation, Andrew Albert Bingham

Masters Theses

"Time sensitive and high resolution image simulations are needed for synthetic radiography generation. The standard stochastic approach requires lengthy run times with poor statistics at higher resolutions. The investigation of the viability of a deterministic approach to synthetic radiography image generation was explored. The aim was to analyze a computational time decrease over the stochastic method. ADVANTG was compared to MCNP in multiple scenarios including a Benchtop CT prototype, to simulate high resolution radiography images. By using ADVANTG deterministic code to simulate radiography images the computational time was found to decrease over 10 times compared to the MCNP stochastic approach"--Abstract, …

Pore-Confined Carriers And Biomolecules In Mesoporous Silica For Biomimetic Separation And Targeting, Shanshan Zhou

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Selectively permeable biological membranes composed of lipophilic barriers inspire the design of biomimetic carrier-mediated membranes for aqueous solute separation. This work imparts selective permeability to lipid-filled pores of silica thin film composite membranes using carrier molecules that reside in the lipophilic self-assemblies. The lipids confined inside the pores of silica are proven to be a more effective barrier than bilayers formed on the porous surface through vesicle fusion, which is critical for quantifying the function of an immobilized carrier. The ability of a lipophilic carrier embedded in the lipid bilayer to reversibly bind the target solute and transport it through …

Skintronics: Wireless, Skin-Wearable Electronics For Monitoring Of Electrocardiogram, Matthew B. Piper, Woon-Hong Yeo, Yongkuk Lee

UROP Posters

The ECGs I micro-fabricate are designed to be flexible, stretchable and wireless circuits that can be applied to the skin directly. The device is encased in a conformal, silicon-like substrate, that allows the ECG to be attached with the electrodes. Each electrode has been previously measured and verified that it will be correctly placed for an accurate reading. Prototyping this ECG/electrode device allows the user to mount the prototype directly to the patient without having to attach and wire ten other electrodes. This prototype solves the issue that comes about when a doctor, nurse or emergency medical technician must attach …

Comparison Of Lumbo-Pelvic Kinematics During Trunk Forward Bending And Backward Return Between Patients With Acute Low Back Pain And Asymptomatic Controls, Iman Shojaei, Elizabeth G. Salt, Quenten L. Hooker, Linda R. Van Dillen, Babak Bazrgari

Biomedical Engineering Faculty Publications

Background—Prior studies have reported differences in lumbo-pelvic kinematics during a trunk forward bending and backward return task between individuals with and without chronic low back pain; yet, the literature on lumbo-pelvic kinematics of patients with acute low back pain is scant. Therefore, the purpose of this study was set to investigate lumbo-pelvic kinematics in this cohort.

Methods—A case-control study was conducted to investigate the differences in pelvic and thoracic rotation along with lumbar flexion as well as their first and second time derivatives between females with and without acute low back pain. Participants in each group completed one …

Development And Validation Of A Novel Resonant Energy Transfer (Fret) Biosensor To Measure Tensile Forces At The Linc Complex In Live Cells, Paul Arsenovic

Theses and Dissertations

There is a large body of evidence supporting the theory that cell physiology largely depends on the mechanical properties of its surroundings or micro-environment. More recently studies have shown that changes to intra-cellular mechanical properties can also have a meaningful impact on cell function and in some cases lead to the progression of ailments or disease. For example, small changes to the protein sequence of a structural nuclear envelope protein called lamin-A is known to cause a variety of neurological and musculoskeletal diseases referred to as laminopathies. Currently, there is little incite into how these mutations lead to disease progression …

3d Bioprinting Hydrogel For Tissue Engineering An Ascending Aortic Scaffold, Benjamin Stewart

Electronic Theses and Dissertations

The gold standard in 2016 for thoracic aortic grafts is Dacron^®, polyethylene terephthalate, due to the durability over time, the low immune response elicited and the propensity for endothelialization of the graft lumen over time. These synthetic grafts provide reliable materials that show remarkable long term patency. Despite the acceptable performance of Dacron^® grafts, it is noted that autographs still outperform other types of vascular grafts when available due to recognition of the host's cells and adaptive mechanical properties of a living graft. 3-D bioprinting patient-specific scaffolds for tissue engineering (TE) brings the benefits of non-degrading synthetic …

An Enhanced Spring-Particle Model For Red Blood Cell Structural Mechanics: Application To The Stomatocyte–Discocyte– Echinocyte Transformation, Mingzhu Chen, Fergal Boyle

Articles

Red blood cells (RBCs) are the most abundant cellular element suspended in blood. Together with the usual biconcave-shaped RBCs, i.e., discocytes, unusual-shaped RBCs are also observed under physiological and experimental conditions, e.g., stomatocytes and echinocytes. Stomatocytes and echinocytes are formed from discocytes and in addition can revert back to being discocytes; this shape change is known as the stomatocyte–discocyte–echinocyte (SDE) transformation. To-date, limited research has been conducted on the numerical prediction of the full SDE transformation. Spring- particle RBC (SP-RBC) models are commonly used to numerically predict RBC mechanics and rheology. However, these models are incapable of predicting the full …

Development Of An Electrospun And 3d Printed Cellular Delivery Device For Dermal Wound Healing, Ryan M. Clohessy

Theses and Dissertations

The goal of this research was to develop a system of individualized medicine that could be applied to dermal wounds serving as a wound dressing and synthetic extracellular matrix while delivering stem cells to the wound bed. First, fabrication parameters for electrospinning polymer fibers were determined. This involved evaluating fiber morphology with respect to polymer selection and solution concentration. Next, construct fabrication was examined to produce an integrated void space, or cargo area, suitable to maintain stem cells. In vitro studies to ensure stem cell viability and phenotype were conducted, and results supported the notion that cells could be administered …

Mechanical Interventions In Soft Tissue Repair, Elizabeth Marie Meier

Wayne State University Dissertations

This body of work sets to investigate some of these mechanical interventions that are designed to promote wound healing, repair, or even replace an injured tissue. By investigating three separate tissues and three separate mechanical interventions, we can draw conclusions about the implications of including mechanical interventions in biomedical research and clinical treatments. The use of sutures to close wounds is highly common, however the effects of sutures on the tensile mechanics of human skin are largely unknown. To evaluate how sutures may affect uniaxial tensile mechanics, human skin samples were sutured and loaded in tension in multiple orientations. The …

Development Of A Programmed Electrospun Three Dimensional (3d) Nanofiber Collecter And It’S Application To Orthopedic Implant Coatings, Liang Chen

Wayne State University Dissertations

Orthopedic implants might not directly unite with bones especially in compromised patients even if they have been appropriately fixed. The lack of early osseointegration would lead to the failure of the orthopedic implant. A “bone-like” implant surface is urgently needed to accelerate osseointegration. Electrospun nanofiber (NF) is a promising implant coating due to its highly porous nanoscale structure. It mimics the collagen I nanofibrous network of bone tissue; meanwhile it has been widely used as a drug delivery device. However, its compact and dense structure is not ideal for cell growth. Our strategy was to develop a functional three-dimensional (3D) …

Electrospraying Extracellular Matrix To Form Nanoparticles, Patrick Link

Theses and Dissertations

Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is a leading cause of death worldwide. Alveolar wall destruction is a significant contributor to COPD. Inflammatory macrophages are a major source of the Extracellular Matrix (ECM) proteolysis. ECM breakdown causes air to get trapped in the alveoli, obstructing airflow. One step in curing COPD may be to convert inflammatory to pro-regenerative macrophages. Recently, decellularized ECM scaffolds have shown the ability to induce a pro-regenerative phenotype.

Yet these scaffolds are incapable for reaching the alveolar region of the lungs. To reach the alveolar region particles need a diameter of 1-5 μm or smaller than 300 …

Sugar Versus Lipid For Sustainable Biofuels, Yaşar Demirel

Yaşar Demirel Publications

Introduction

First‐generation biofuels, namely, ethanol and biodiesel, have led to far reaching impact on the peoples’ life world‐wide.[1] However, they inter-fere with the food supply chain and may not be sustainable although some of the biomass are converted to biofuels after those biomasses have met the human needs. Still, the first‐generation–based biofuels have proved that sugar and lipid platforms can be an answer to energy security and global warming concerns without the need for new infrastructure for feedstock delivery as well as for biomass‐to‐biofuel conversion tech-nologies. At the same time, we are discovering and assessing the long‐term environmental im-plications on …