Beim Siegeln von Verpackungen können nicht-qualitätsgerechte Siegelnähte dadurch entstehen, dass sich Teile des Packguts zwischen den zu fügenden Packmittelbahnen befinden. Im Gegensatz zum konventionellen Wärmekontaktsiegeln besteht beim Ultraschallsiegeln die Möglichkeit, für jeden einzelnen Siegelvorgang Prozessdaten zu erfassen. Aus dem Bereich des Ultraschallschweißens ist bekannt, dass sich anhand dieser Daten der Prozess überwachen und dessen Güte bewerten lässt. Die vorliegende Arbeit untersucht den Informationsgehalt dieser Prozessdaten hinsichtlich störungsbehafteter Siegelnähte und leistet damit einen Beitrag zur Verbesserung der Verpackungsqualität und damit im besten Fall auch zu weniger Lebensmittelverlusten. Es wird dazu zunächst eine Systematisierung von möglichen Störprinzipen beim Siegeln hinsichtlich ihrer physikalischen Wirkprinzipe vorgenommen. Darauf aufbauend konnte ein Versuchsstand und eine Methodik zur Untersuchung der Thematik entwickelt werden. Abschließend wurden ausgewählte Störprinzipe untersucht, wobei sich ein sehr starker Packstoff- und Einfluss der Prozessführung herausstellte. Es konnte ein prinzipieller Zusammenhang zwischen Auswirkung einer Störung auf die Nahtqualität und die Prozessdaten gezeigt werden, welcher sich jedoch auf Basis der erarbeiteten Ergebnisse nicht verallgemeinern lässt.

Das Verschließen besitzt als finaler qualitätsbestimmender Prozess besondere Bedeutung in der Verpackungstechnik. Da nach wie vor Kunststoff der am häufigsten eingesetzte Packstoff in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie ist, sind insbesondere für das stoffschlüssige Fügen polymerer Packstoffe zahlreiche Verfahren etabliert. Alle bekannten Verfahren besitzen jedoch Einschränkungen bei deren Anwendung oder stellen spezifische Anforderungen an den Packstoff wie beispielsweise das Vorhandensein polarer oder elektrisch leitender Schichten im Verbundaufbau. Wissenschaftliche Untersuchungen haben das Ziel, die bestehenden Einschränkungen durch die Schaffung von Prozessverständnis und darauf aufbauender Optimierung der Verfahren und Prozesse zu verringern oder zu beseitigen. Alternativ dazu erscheint es sinnvoll, neue, bisher nicht in der Verarbeitungstechnik eingesetzte Verfahren auf deren Anwendbarkeit für verpackungstechnische Prozesse im Bereich des Fügens hin zu prüfen. Hochintensiver fokussierter Ultraschall (HIFU) ist ein solches interessantes Verfahren, welches bisher als nichtinvasive Methode zur Tumorbehandlung auf Basis von ultraschallinduzierter Gewebeerwärmung und -zerstörung im medizinisch-therapeutischen Bereich eingesetzt wird. Die prinzipielle Eignung des Verfahrens zur Erwärmung von Kunststoffen ist nur in wenigen wissenschaftlichen Veröffentlichungen beschrieben. Als Fügeverfahren zum Bauteilschweißen von mehreren Millimetern dicken Kunststoffplatten wurde das Prinzip in den 1970er Jahren erprobt. Eine industrielle Nutzung ist jedoch nicht bekannt und der publizierte Stand der Technik ist weit von den Anforderungen des modernen Verarbeitungsmaschinenbaus entfernt. Daraus ergibt sich die Motivation zur Schaffung einer Wissensbasis für dieses Fügeverfahren und die Abschätzung dessen Potential unter verarbeitungstechnischen Maßstäben. Dabei fließen physikalische Grundlagen zur Akustik und Erkenntnisse zu den Wirkzusammenhängen in der Medizin ebenso wie verpackungstechnische Grundlagen ein. Die Ergebnisse der Arbeit stellen die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zum stoffschlüssigen Fügen polymerer Packstoffe mittels hochintensivem fokussierten Ultraschall dar.

This paper presents a new approach for characterizing heat sealing processes in packaging machines, which identifies all appropriate and optimum sealing parameters subject to given quality criteria. The presented approach is distinct from established methods, such as heat seal curves or response surface plots, in three aspects: It provides an easy-to-read chart indicating optimum and appropriate settings of sealing temperature and dwell time, as well as process robustness for each parameter set. The data points of the charts are generated directly from experiments without using any regression model. The design of experiments features a determinate sequence of tests and no iterative loops are necessary. The approach stems from a ‘trade-off’ model of heat sealing and a specific multi-objective optimization method. This trade-off model states that improving seam quality, reducing sealing temperature, reducing dwell time, and increasing process robustness are conflicting objectives. This hypothesis is deduced from a literature review and verified by experiments. The optimization method claims that all optimum sealing parameters are part of the solution of a multi-objective optimization problem, the Pareto-frontier. This hypothesis is elaborated into a design of experiments using the normal-boundary-intersection method, and is verified using a peelable seam and tear seam scenario.

Die Bildung infektiöser Viruspartikel des humanen Zytomegalievirus (HCMV) ist ein mehr-stufiger Prozess. Sie beginnt mit der Verpackung der DNA in die Kapside im Kern, gefolgt von weiterer Reifung während des Transports durch das Zytoplasma und der abschließenden Freisetzung aus der Zelle. Im Zuge dieser Arbeit wurden zwei Proteine, die Einfluss auf die ebengenannten Prozesse haben, analysiert. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der funktionellen Charakterisierung des HCMV Pro-teins pUL77. Es ist bekannt, dass das homologe Protein pUL25 in alpha-Herpesvirinae essentiell für die DNA-Verpackung ist. Zunächst konnte das Protein als Kapsid-assoziiertes strukturelles Protein identifiziert werden. Es wurden Interaktionen von pUL77 mit DNA-Verpackungs- und Kapsidproteinen gezeigt. Weiterhin wurde die DNA-Bindungsfähigkeit von pUL77 in verschiedenen „in vitro“-Experimenten untersucht. Zusammengefasst weisen unsere Ergebnisse auf eine Funktion von HCMV pUL77 bei der DNA-Verpackung hin. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das HCMV Protein pUL71 charakterisiert, das in allen Herpesviren konserviert vorkommt, dessen Funktion jedoch nicht charakterisiert ist. Zunächst wurde das Protein als strukturelles Tegumentprotein mit “earlylate“ Expressionskinetik klassifiziert. Weiterhin wurden die subzelluläre Lokalisation sowie virale und zelluläre Interaktionspartner untersucht. Die Ergebnisse weisen auf eine Funktion von HCMV pUL71 bei der Reifung und beim Transport der Virionen im Zytoplasma hin. „In silico“-Vorhersagen zeigten ein „Leuzin Zipper“-Motiv in pUL71, das als mögliche Oligomerisationsdomäne dienen könnte. Mutationen wurden in dieses Motiv eingebracht und die resultierenden Proteine auf ihre Oligomerisationsfähigkeit mit „in vitro“-Methoden und in rekombinanten Viren untersucht. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass das „Leuzin Zipper“-Motiv wichtig für die Funktion von pUL71 ist und diese mit einer unbeeinträchtigten Oligomerisation des Proteins zusammen hängt. / The morphogenesis of Human cytomegalovirus (HCMV) virions starts with the capsid assem-bly and DNA insertion in the nucleus followed by maturation during transport through the cytoplasm prior to release of virus progeny. In this study we are functionally characterising two proteins that are involved in those steps. The function of essential HCMV protein pUL77 is characterised in the first part of the study. HCMV pUL77 was shown to be a structural protein associated with capsids. Furthermore, our experiments demonstrated that HCMV pUL77 interacts with DNA packaging motor compo-nents and capsid proteins. The ability of HCMV pUL77 to bind double-stranded DNA was studied in “in vitro” assays designed for this study. The homologue α-Herpesvirinae protein pUL25 is described to be involved in processes connected with DNA packaging. Data ob-tained in this study demonstrates that HCMV pUL77 might serve a similar function. In the second part of the study HCMV pUL71, conserved throughout the Herpesvirus family but to date unclassified, was functionally characterised. HCMV pUL71 was defined a struc-tural tegument protein with early-late expression kinetics. We studied the sub-cellular local-isation and interactions of pUL71 with a subset of cellular and viral proteins. Thereby we could show that HCMV pUL71 function might be connected with processes of viral egress. By in silico analyses we identified a leucine zipper motif in pUL71 that might serve as a puta-tive oligomerisation domain. In order to investigate the function of the leucine zipper motif, we performed in vitro assays and investigated the alterations of the motif in the viral context. Taken together we can conclude that (i) an intact leucine zipper motif is crucial for the func-tion of pUL71 and (ii) this function is dependent upon undisturbed oligomerisation of the pro-tein.

Die Verpackung und Spaltung konkatemerer DNA ist ein essentieller Prozeß bei der Reifung von Virionen. Die an diesem Prozess maßgeblich beteiligten Proteine werden als Terminase bezeichnet. Die Inhibition der HCMV Terminase bietet einen attraktiven alternativen Ansatzpunkt für die antivirale Therapie. Zur Inhibition der Terminase Aktivität wurden die neuen Benzimidazol D-Ribonukleosid Derivate BTCRB und Cl4RB auf ihre antivirale Wirkung analysiert. Die neuen Benzimidazol D-Ribonukleosid Derivate BTCRB und Cl4RB zeigten sowohl gegen den HCMV Laborstamm AD169 als auch gegen klinische HCMV-Isolaten eine Wirkung. Weiterhin wurde die Wirksamkeit der Substanzen auf anderen Herpesviren getestet. Interessanterweise zeigten BTCRB und Cl4RB sowohl einen Effekt gegen Varicella-Zoster-Virus (VZV) als auch Ratten-Cytomegalovirus (RCMV), wohingegen der Effekt gegen Herpes-simplex-Virus Typ-1 (HSV-1) und Maus-Cytomegalovirus (MCMV) gering war. Infolgedessen eignen sich beide Substanzen BTCRB und Cl4RB als attraktive alternative Inhibitoren für die weitere Entwicklung einer antiviralen Therapie. / DNA packaging is the key step in viral maturation and involves binding and cleavage of viral DNA containing specific DNA-packaging motifs. This process is mediated by a group of specific enzymes called terminase. The development for an inhibitor of HCMV terminase would be of great value, because it would act subsequent to DNA synthesis and block the first steps in viral maturation. Therefore we characterized two inhibitors targeting the HCMV terminase, 2-bromo-4,5,6-trichloro-1-(2,3,5-tri-O-acetly-ß-D-ribofuranosyl) benzimidazole (BTCRB) and 2,4,5,6-tetrachloro-1-(2,3,5-tri-O-acetly-ß-D-ribofuranosyl) benzimidazole (Cl4RB). By using viral plaque formation, viral yield, viral growth kinetics and electron microscopy, we demonstrated that two compounds BTCRB und Cl4RB are highly active against HCMV AD 169 and HCMV clinical isolates. In addition, the antiviral effect on other herpesviruses was determined. Interestingly BTCRB was active all tested herpesviruses. The best effects were observed on VZV-and RCMV-infected cells. Therefore new compounds might be promising attractive compounds for antiviral therapy in the future.

Verpackungen sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie tragen durch ihre Schutzfunktion zum Erhalt der Produktqualität bei, ermöglichen eine effektive Logistik und minimieren die Kosten in der Lieferkette. Der aktuell am weitesten verbreitete Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen (Biokunststoff) ist Polymilchsäure (PLA, englisch polylactic acid).

Karton ist ein aus nachwachsenden Rohstoffen hergestelltes Halbzeug, biologisch abbaubar und mit sehr guter Wiederverwertbarkeit. Damit stellt Karton eine zukunftsträchtige Grundlage für die Herstellung von Verpackungen für die Lebensmittel- und Konsumgüterproduktion dar. Schon heute werden in vielen Verpackungslösungen Kunststoffe durch naturfaserbasierte Halbzeuge ersetzt, um von den genannten Vorteilen zu profitieren. Um die Verbreitung dieses Naturstoffes weiter zu unterstützen, werden intelligente und effektive Herstellungsverfahren benötigt, die eine Massenfertigung von Packmitteln in hoher Qualität ermöglichen. [... aus der Einleitung]

Die Produktion verschiedener Arten von Gütern ist im globalen Kontext gesellschaftlicher Entwicklung fortwährend an die Verfügbarkeit von Ressourcen gebunden und durch diese zunehmend begrenzt. In den bis heute entstandenen Wertschöpfungsketten basiert die verlustarme und effiziente Verteilung von Produkten, Zwischenprodukten, Halbzeugen sowie auch Rohstoffen auf den spezifisch auf die jeweiligen Erfordernisse eingestellten Funktionen ihrer Verpackungen. Als Bindeglied in nahezu allen Teilen der Produktion werden die Verpackung und ihre Herstellung innerhalb des mit Abstand größten Teils ihrer Anwendung, den Konsumgüterverpackungen als Beispiel für die Diskussion von Einsatzpotentialen naturfaserbasierter Materialien verwendet. Die Habilitationsschrift stellt die Ausgangssituation in der weltweiten Konsumgüterproduktion und Ressourcenverfügbarkeit dar und ordnet die Position naturfaserbasierter Packmittel in diese ein. Es werden Technologien zur Formgebung naturfaserbasierter Materialien zu Packmitteln zusammenfassend dargestellt. Die Ziehtechnik wird im Speziellen in Form eines Leitfadens in ihren Wirkmechanismen und Prozessvarianten sowie in Bezug auf ihre technische Umsetzung dargestellt. Es werden Beispiele konkreter Anwendungsmöglichkeiten diskutiert.

Die Produktion verschiedener Arten von Gütern ist im globalen Kontext gesellschaftlicher Entwicklung fortwährend an die Verfügbarkeit von Ressourcen gebunden und durch diese zunehmend begrenzt. In den bis heute entstandenen Wertschöpfungsketten basiert die verlustarme und effiziente Verteilung von Produkten, Zwischenprodukten, Halbzeugen sowie auch Rohstoffen auf den spezifisch auf die jeweiligen Erfordernisse eingestellten Funktionen ihrer Verpackungen. Als Bindeglied in nahezu allen Teilen der Produktion werden die Verpackung und ihre Herstellung innerhalb des mit Abstand größten Teils ihrer Anwendung, den Konsumgüterverpackungen als Beispiel für die Diskussion von Einsatzpotentialen naturfaserbasierter Materialien verwendet. Die Habilitationsschrift stellt die Ausgangssituation in der weltweiten Konsumgüterproduktion und Ressourcenverfügbarkeit dar und ordnet die Position naturfaserbasierter Packmittel in diese ein. Es werden Technologien zur Formgebung naturfaserbasierter Materialien zu Packmitteln zusammenfassend dargestellt. Die Ziehtechnik wird im Speziellen in Form eines Leitfadens in ihren Wirkmechanismen und Prozessvarianten sowie in Bezug auf ihre technische Umsetzung dargestellt. Es werden Beispiele konkreter Anwendungsmöglichkeiten diskutiert.

Der DNA-Verpackungsmechanismus des humanen Cytomegalievirus (HCMV) ist charakteristisch für große DNA-Viren wie Herpesviren und ds-Bakteriophagen. Er beruht auf der Spaltung der konkatemeren DNA durch einen viralen, hetero-oligomeren Proteinkomplex, der Terminase. In der vorliegenden Arbeit konnten die funktionellen Domänen der Terminase-Untereinheit pUL89 in vitro identifiziert und charakterisiert werden. Neben einer Nuklease-Aktivität besitzt pUL89 auch die Fähigkeit dsDNA sequenz-unabhängig zu binden. Durch Nuklease-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass pUL89 sowohl dsDNA, als auch lineare DNA spaltet. PUL89 weist dabei eine größere Spezifität zu dsDNA auf. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die Aminosäure D463 eine zentrale Funktion innerhalb der Nuklease-Aktivität besitzt. Durch kolorimetrische DNA-Bindungsuntersuchungen konnte die Aminosäure R544 als essenziell für die dsDNA-Bindungsfähigkeit von pUL89 identifiziert werden. Basierend auf den in vitro Ergebnissen wurden rekombinanten TB40/E-Virusmutanten mit Mutationen im ORF UL89 durch die En Passant Mutagenese generiert. Mit Hilfe dieser Viren sollte der Einfluss der Mutationen auf die Replikation des Virus charakterisiert werden. Es war möglich nachzuweisen, dass die Aminosäuren E534 und R544 eine essenzielle Aufgabe innerhalb von HCMV erfüllen, da die Mutation einer dieser Aminosäure zu nicht wachstums-fähigen BAC-Mutanten führte. Zur Charakterisierung dieser Konstrukte wurden die Zelllinien HELF Fi301-UL89 und HELF Fi301-vProm-UL89 verwendet. Durch Untersuchungen hinsichtlich der Wachstumseigenschaften, Proteinexpression, DNA-Spaltung, DNA-Bindung sowie elektronenmikroskopischen Aufnahmen, konnte gezeigt werden, dass die wachstums-kompetenten BAC-Mutanten keinen signifikanten Unterschied zum Wildtyp-Virus TB40/E zeigten. Sodass nachgewiesen werden konnte, dass die basischen Aminosäuren H565 und H571 keine essenzielle Funktion in pUL89 erfüllen. / The human cytomegalovirus DNA packaging mechanism is characteristic for large DNA viruses like Herpes viruses and ds bacteriophages. This mechanism is based on the cleavage of concatemeric DNA by the viral heterooligomeric protein complex terminase. This dissertation includes the identification and characterization of functional domains of the HCMV terminase subunit pUL89. PUL89 contain a nuclease activity and the ability to bind dsDNA. This protein shows the property to cut as well dsDNA as linear DNA. The amino acid D463 shows a significant role in this cleavage event. Colorimetric DNA binding experiments show the central role of R544 in DNA binding by pUL89. Based of the in vitro results recombinant TB40/E viruses with mutations in the ORF UL89 were generated. These viruses allow a characterization of the impact of virus replication. It was possible to show that the amino acids E534 and R544 have a functional role in HCMV. The mutation of one of these amino acids was enough to generate a growth deficient mutant. The stable cell lines HELF Fi301-UL89 and HELF Fi301-vProm UL89 were used for the characterization of the growth deficient mutants. The growth competent mutants H656A and H571A show no significant differences in comparison with the wild type TB40/E virus. This was verified by growth kinetics, protein expression characterizations, pulse field gel electrophoresis, DNA binding assays and electron microscopy.