Schwingquarze als Hämostase-Sensoren - Eine neue Methode zur hämostaseologischen Diagnostik in Vollblut
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Schwingquarze als Hämostase-Sensoren: Ein austariertes Hämostase-Gleichgewicht ist für viele physiologische Prozesse essentiell. Störungen dieses Gleichgewichts können erhebliche Komplikationen hervorrufen und sogar tödliche Folgen haben. Eine umfangreiche und schnelle Kontrolle des gesamten Hämostase- Systems zur frühzeitigen Erkennung und Charakterisierung drohender Störungen ist deshalb gerade hier zwingend notwendig. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklung hämostaseologischer Tests unter Verwendung akustischer Sensoren. Dabei wurden piezoelektrische Schwingquarze mit einer Resonanzfrequenz von 10 MHz zur Untersuchung der Gerinnung, der Fibrinolyse und der Funktionsfähigkeit von Thrombozyten in Vollblut eingesetzt. Für die entsprechenden Tests wurden unterschiedlichste Beschichtungen der Schwingquarze realisiert, charakterisiert und auf ihre Tauglichkeit für den jeweiligen Test geprüft. Neben hydrophilen Beschichtungen mit Polyethylenglykolen und hydrophoben Kunststoffbeschichtungen mit Polystyrol bzw. Polyethylen kamen auch kovalent immobilisierte Protein- Oberflächen zum Einsatz. Auf Polyethylen-beschichteten Schwingquarzen konnten erstmals Gerinnungszeiten modifizierter Quick-Tests in Vollblut in sehr guter Übereinstimmung zur medizinischen Standardmethode Koagulometrie bestimmt werden. Zudem konnten auf derart beschichteten Oberflächen hyperfibrinolytische Auflösungsprozesse von Blutgerinnseln in Echtzeit nachgewiesen werden, wobei auch hier die Ergebnisse der Schwingquarzsensorik sehr gut mit denen etablierter Methoden korrelieren. Untersuchungen zur Aggregations- und Adhäsionsfähigkeit intakter Thrombozyten konnten auf der unbeschichteten Goldoberfläche der Schwingquarzelektrode, Polystyrol-beschichteten Oberflächen sowie Oberflächen mit kovalent gebundenem Fibrinogen in sehr guter Übereinstimmung mit der medizinischen Routinemethode durchgeführt werden. Ebenso konnte auf diesen drei Sensorbeschichtungen mittels Schwingquarzsensorik jeweils der schädigende Effekt von Acetylsalicylsäure auf die Aggregation der Thrombozyten nachgewiesen werden. Alle in dieser Arbeit etablierten hämostaseologischen Tests konnten exemplarisch auf dem im Laufe des Projektes entwickelten mikrofluidischen Chip mit integriertem Schwingquarzsensor erfolgreich ausgeführt werden. Das enorme Potenzial der Schwingquarzsensorik im Bereich der hämostaseologischen Diagnostik wird anhand der in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse deutlich. Sie stellen die Basis zur Bearbeitung weiterer interessanter Bereiche, wie zum Beispiel dem Nachweis einzelner Gerinnungsfaktoren oder von Fibrinogenspaltprodukten, dar. Taschenbuch.

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Eine neue Methode zur hämostaseologischen Diagnostik in Vollblut, KurzfassungEin austariertes Hämostase-Gleichgewicht ist für viele physiologische Prozesse essentiell.Störungen dieses Gleichgewichts können erhebliche Komplikationen hervorrufen und sogartödliche Folgen haben. Eine umfangreiche und schnelle Kontrolle des gesamten Hämostase-Systems zur frühzeitigen Erkennung und Charakterisierung drohender Störungen ist deshalbgerade hier zwingend notwendig. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklunghämostaseologischer Tests unter Verwendung akustischer Sensoren. Dabei wurdenpiezoelektrische Schwingquarze mit einer Resonanzfrequenz von 10 MHz zur Untersuchungder Gerinnung, der Fibrinolyse und der Funktionsfähigkeit von Thrombozyten in Vollbluteingesetzt.Für die entsprechenden Tests wurden unterschiedlichste Beschichtungen der Schwingquarzerealisiert, charakterisiert und auf ihre Tauglichkeit für den jeweiligen Test geprüft. Nebenhydrophilen Beschichtungen mit Polyethylenglykolen und hydrophoben Kunststoffbeschichtungenmit Polystyrol bzw. Polyethylen kamen auch kovalent immobilisierte Protein-Oberflächen zum Einsatz. Auf Polyethylen-beschichteten Schwingquarzen konnten erstmalsGerinnungszeiten modifizierter Quick-Tests in Vollblut in sehr guter Übereinstimmung zurmedizinischen Standardmethode Koagulometrie bestimmt werden. Zudem konnten auf derartbeschichteten Oberflächen hyperfibrinolytische Auflösungsprozesse von Blutgerinnseln inEchtzeit nachgewiesen werden, wobei auch hier die Ergebnisse der Schwingquarzsensoriksehr gut mit denen etablierter Methoden korrelieren. Untersuchungen zur Aggregations- undAdhäsionsfähigkeit intakter Thrombozyten konnten auf der unbeschichteten Goldoberflächeder Schwingquarzelektrode, Polystyrol-beschichteten Oberflächen sowie Oberflächen mitkovalent gebundenem Fibrinogen in sehr guter Übereinstimmung mit der medizinischenRoutinemethode durchgeführt werden. Ebenso konnte auf diesen drei Sensorbeschichtungenmittels Schwingquarzsensorik jeweils der schädigende Effekt von Acetylsalicylsäure auf dieAggregation der Thrombozyten nachgewiesen werden. Alle in dieser Arbeit etabliertenhämostaseologischen Tests konnten exemplarisch auf dem im Laufe des Projektesentwickelten mikrofluidischen Chip mit integriertem Schwingquarzsensor erfolgreichausgeführt werden.Das enorme Potenzial der Schwingquarzsensorik im Bereich der hämostaseologischenDiagnostik wird anhand der in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse deutlich. Sie stellen dieBasis zur Bearbeitung weiterer interessanter Bereiche, wie zum Beispiel dem Nachweiseinzelner Gerinnungsfaktoren oder von Fibrinogenspaltprodukten, dar.AbstractMany physiological processes require a well balanced haemostasis. Imbalances can causesevere complications and may even end fatally. Hence, a comprehensive and fast control ofthe haemostatic system is mandatory in order to detect and characterize imminent imbalancesin time. The aim of the present dissertation was the development of haemostatic tests usingacoustic sensors. Piezoelectric quartz crystal resonators with a resonance frequency of10 MHz were applied for the investigation of coagulation, fibrinolysis and platelet function inwhole blood samples.Different sensor coatings of the quartz resonator were realized, characterized and tested withrespect to their suitability for different haemostatic tests. In addition to hydrophilic coatingsbased on polyethylene glycol and hydrophobic polystyrene or polyethylene coatings, surfaceswith covalently immobilised proteins were also applied. For the first time, coagulation timesof a modified Quick-Test on polyethylene sensor surfaces could be measured and were foundto be in very good accordance with the standard coagulometry as used in medical routinelaboratories. Furthermore, hyperfibrinolytic lysis of blood clots could be monitored in realtime on such coated surfaces. Also in this case, results obtained by the quartz crystalmicrobalance sensor were consistent with the results of the established method. Investigationof platelet aggregation and adhesion of platelets could also be performed in very gooda.

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Eine neue Methode zur hämostaseologischen Diagnostik in Vollblut, KurzfassungEin austariertes Hämostase-Gleichgewicht ist für viele physiologische Prozesse essentiell.Störungen dieses Gleichgewichts können erhebliche Komplikationen hervorrufen und sogartödliche Folgen haben. Eine umfangreiche und schnelle Kontrolle des gesamten Hämostase-Systems zur frühzeitigen Erkennung und Charakterisierung drohender Störungen ist deshalbgerade hier zwingend notwendig. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklunghämostaseologischer Tests unter Verwendung akustischer Sensoren. Dabei wurdenpiezoelektrische Schwingquarze mit einer Resonanzfrequenz von 10 MHz zur Untersuchungder Gerinnung, der Fibrinolyse und der Funktionsfähigkeit von Thrombozyten in Vollbluteingesetzt.Für die entsprechenden Tests wurden unterschiedlichste Beschichtungen der Schwingquarzerealisiert, charakterisiert und auf ihre Tauglichkeit für den jeweiligen Test geprüft. Nebenhydrophilen Beschichtungen mit Polyethylenglykolen und hydrophoben Kunststoffbeschichtungenmit Polystyrol bzw. Polyethylen kamen auch kovalent immobilisierte Protein-Oberflächen zum Einsatz. Auf Polyethylen-beschichteten Schwingquarzen konnten erstmalsGerinnungszeiten modifizierter Quick-Tests in Vollblut in sehr guter Übereinstimmung zurmedizinischen Standardmethode Koagulometrie bestimmt werden. Zudem konnten auf derartbeschichteten Oberflächen hyperfibrinolytische Auflösungsprozesse von Blutgerinnseln inEchtzeit nachgewiesen werden, wobei auch hier die Ergebnisse der Schwingquarzsensoriksehr gut mit denen etablierter Methoden korrelieren. Untersuchungen zur Aggregations- undAdhäsionsfähigkeit intakter Thrombozyten konnten auf der unbeschichteten Goldoberflächeder Schwingquarzelektrode, Polystyrol-beschichteten Oberflächen sowie Oberflächen mitkovalent gebundenem Fibrinogen in sehr guter Übereinstimmung mit der medizinischenRoutinemethode durchgeführt werden. Ebenso konnte auf diesen drei Sensorbeschichtungenmittels Schwingquarzsensorik jeweils der schädigende Effekt von Acetylsalicylsäure auf dieAggregation der Thrombozyten nachgewiesen werden. Alle in dieser Arbeit etabliertenhämostaseologischen Tests konnten exemplarisch auf dem im Laufe des Projektesentwickelten mikrofluidischen Chip mit integriertem Schwingquarzsensor erfolgreichausgeführt werden.Das enorme Potenzial der Schwingquarzsensorik im Bereich der hämostaseologischenDiagnostik wird anhand der in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse deutlich. Sie stellen dieBasis zur Bearbeitung weiterer interessanter Bereiche, wie zum Beispiel dem Nachweiseinzelner Gerinnungsfaktoren oder von Fibrinogenspaltprodukten, dar.AbstractMany physiological processes require a well balanced haemostasis. Imbalances can causesevere complications and may even end fatally. Hence, a comprehensive and fast control ofthe haemostatic system is mandatory in order to detect and characterize imminent imbalancesin time. The aim of the present dissertation was the development of haemostatic tests usingacoustic sensors. Piezoelectric quartz crystal resonators with a resonance frequency of10 MHz were applied for the investigation of coagulation, fibrinolysis and platelet function inwhole blood samples.Different sensor coatings of the quartz resonator were realized, characterized and tested withrespect to their suitability for different haemostatic tests. In addition to hydrophilic coatingsbased on polyethylene glycol and hydrophobic polystyrene or polyethylene coatings, surfaceswith covalently immobilised proteins were also applied. For the first time, coagulation timesof a modified Quick-Test on polyethylene sensor surfaces could be measured and were foundto be in very good accordance with the standard coagulometry as used in medical routinelaboratories. Furthermore, hyperfibrinolytic lysis of blood clots could be monitored in realtime on such coated surfaces. Also in this case, results obtained by the quartz crystalmicrobalance sensor were consistent with the results of the established method. Investigationof platelet aggregation and adhesion of platelets could also be performed in very gooda.

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