TY - THES A1 - Schnitzler, Nora T1 - Identifikation und Bewertung geeigneter Mikrostrukturierungen zum Schutz von Biohybridbeschichtungen von Zahnimplantaten vor Abrasion beim Zähneputzen N2 - Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer Mikrostruktur zu versehen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet. Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft. Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Y1 - 2022 PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Pfaff, Raphael A1 - Enning, Manfred A1 - Sutter, Stefan T1 - A risk‑based approach to automatic brake tests for rail freight service: incident analysis and realisation concept JF - SN Applied Sciences N2 - This study reviews the practice of brake tests in freight railways, which is time consuming and not suitable to detect certain failure types. Public incident reports are analysed to derive a reasonable brake test hardware and communication architecture, which aims to provide automatic brake tests at lower cost than current solutions. The proposed solutions relies exclusively on brake pipe and brake cylinder pressure sensors, a brake release position switch as well as radio communication via standard protocols. The approach is embedded in the Wagon 4.0 concept, which is a holistic approach to a smart freight wagon. The reduction of manual processes yields a strong incentive due to high savings in manual labour and increased productivity. KW - Freight rail KW - Brake test KW - Incident analysis KW - Train composition KW - Brake set-up Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/s42452-022-05007-x SN - 2523-3971 N1 - Corresponding author: Raphael Pfaff VL - 4 IS - 4 SP - 1 EP - 14 PB - Springer CY - Cham ER - TY - CHAP A1 - Schuba, Marko A1 - Höfken, Hans-Wilhelm T1 - Cybersicherheit in Produktion, Automotive und intelligenten Gebäuden T2 - IT-Sicherheit - Technologien und Best Practices für die Umsetzung im Unternehmen Y1 - 2022 SN - 978-3-446-47223-5 SN - 978-3-446-47347-8 U6 - https://doi.org/10.3139/9783446473478.012 SP - 193 EP - 218 PB - Carl Hanser Verlag CY - München ER - TY - CHAP A1 - Engländer, Jacques A1 - Kaminski, Lars A1 - Schuba, Marko T1 - Informationssicherheitsmanagement T2 - Digitalisierungs- und Informationsmanagement N2 - Daten und Informationen sind die wichtigsten Ressourcen vieler Unternehmen und müssen daher entsprechend geschützt werden. Getrieben durch die erhöhte Vernetzung von Informationstechnologie, die höhere Offenheit infolge datengetriebener Dienstleistungen und eine starke Zunahme an Datenquellen, rücken die Gefahren von Informationsdiebstahl, -manipulation und -verlust in den Fokus von produzierenden Unternehmen. Auf dem Weg zum lern- und wandlungsfähigen Unternehmen kann dies zu einem großen Hindernis werden, da einerseits zu hohe Sicherheitsanforderungen neue Entwicklungen beschränken, andererseits wegen des Mangels an ausreichenden Informationssicherheitskonzepten Unternehmen weniger Innovationen wagen. Deshalb bedarf es individuell angepasster Konzepte für die Bereiche IT-Security, IT-Safety und Datenschutz für vernetzte Produkte, Produktion und Arbeitsplätze. Bei der Entwicklung und Durchsetzung dieser Konzepte steht der Faktor Mensch im Zentrum aller Überlegungen. In diesem Kapitel wird dargestellt, wie der Faktor Mensch bei der Erstellung von Informationssicherheitskonzepten in verschiedenen Phasen zu beachten ist. Beginnend mit der Integration von Informationssystemen und damit verbundenen Sicherheitsmaßnahmen, über die Administration, bis hin zur Anwendung durch den Endnutzer, werden Methoden beschrieben, die den Menschen, verbunden mit seinem Mehrwert wie auch den Risiken, einschließen. Dabei werden sowohl Grundlagen aufgezeigt als auch Konzepte vorgestellt, mit denen Entscheider in der Unternehmens-IT Leitlinien für die Informationssicherheit festlegen können. KW - Informationssicherheitsmanagement KW - Cybersicherheit KW - Cybersecurity KW - Informationssicherheit KW - IT-Sicherheit Y1 - 2022 SN - 978-3-662-63757-9 SN - 978-3-662-63758-6 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-63758-6_15 SP - 373 EP - 398 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Schuba, Marko A1 - Höfken, Hans-Wilhelm A1 - Linzbach, Sophie T1 - An ICS Honeynet for Detecting and Analyzing Cyberattacks in Industrial Plants T2 - 2021 International Conference on Electrical, Computer and Energy Technologies (ICECET) N2 - Cybersecurity of Industrial Control Systems (ICS) is an important issue, as ICS incidents may have a direct impact on safety of people or the environment. At the same time the awareness and knowledge about cybersecurity, particularly in the context of ICS, is alarmingly low. Industrial honeypots offer a cheap and easy to implement way to raise cybersecurity awareness and to educate ICS staff about typical attack patterns. When integrated in a productive network, industrial honeypots may not only reveal attackers early but may also distract them from the actual important systems of the network. Implementing multiple honeypots as a honeynet, the systems can be used to emulate or simulate a whole Industrial Control System. This paper describes a network of honeypots emulating HTTP, SNMP, S7communication and the Modbus protocol using Conpot, IMUNES and SNAP7. The nodes mimic SIMATIC S7 programmable logic controllers (PLCs) which are widely used across the globe. The deployed honeypots' features will be compared with the features of real SIMATIC S7 PLCs. Furthermore, the honeynet has been made publicly available for ten days and occurring cyberattacks have been analyzed KW - Conpot KW - honeypot KW - honeynet KW - ICS KW - cybersecurity Y1 - 2022 SN - 978-1-6654-4231-2 SN - 978-1-6654-4232-9 U6 - https://doi.org/10.1109/ICECET52533.2021.9698746 N1 - 2021 International Conference on Electrical, Computer and Energy Technologies (ICECET). 09-10 December 2021. Cape Town, South Africa. PB - IEEE ER - TY - BOOK A1 - Lauth, Jakob T1 - Physikalische Chemie kompakt KW - Physikalische Chemie Y1 - 2022 SN - 978-3-662-64587-1 U6 - https://doi.org/https://doi.org/10.1007/978-3-662-64588-8 PB - Springer Spektrum CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Malinowski, Daniel A1 - Fournier, Yvan A1 - Horbach, Andreas A1 - Frick, Michael A1 - Magliani, Mirko A1 - Kalverkamp, Sebastian A1 - Hildinger, Martin A1 - Spillner, Jan A1 - Behbahani, Mehdi A1 - Hima, Flutura T1 - Computational fluid dynamics analysis of endoluminal aortic perfusion JF - Perfusion N2 - Introduction: In peripheral percutaneous (VA) extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) procedures the femoral arteries perfusion route has inherent disadvantages regarding poor upper body perfusion due to watershed. With the advent of new long flexible cannulas an advancement of the tip up to the ascending aorta has become feasible. To investigate the impact of such long endoluminal cannulas on upper body perfusion, a Computational Fluid Dynamics (CFD) study was performed considering different support levels and three cannula positions. Methods: An idealized literature-based- and a real patient proximal aortic geometry including an endoluminal cannula were constructed. The blood flow was considered continuous. Oxygen saturation was set to 80% for the blood coming from the heart and to 100% for the blood leaving the cannula. 50% and 90% venoarterial support levels from the total blood flow rate of 6 l/min were investigated for three different positions of the cannula in the aortic arch. Results: For both geometries, the placement of the cannula in the ascending aorta led to a superior oxygenation of all aortic blood vessels except for the left coronary artery. Cannula placements at the aortic arch and descending aorta could support supra-aortic arteries, but not the coronary arteries. All positions were able to support all branches with saturated blood at 90% flow volume. Conclusions: In accordance with clinical observations CFD analysis reveals, that retrograde advancement of a long endoluminal cannula can considerably improve the oxygenation of the upper body and lead to oxygen saturation distributions similar to those of a central cannulation. KW - computational fluid dynamics analysis KW - simulation KW - endoluminal KW - aortic perfusion KW - extracorporeal membrane oxygenation Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1177/02676591221099809 SN - 1477-111X VL - 0 IS - 0 SP - 1 EP - 8 PB - Sage CY - London ER - TY - JOUR A1 - Lenz, Maximilian A1 - Kahmann, Stephanie Lucina A1 - Behbahani, Mehdi A1 - Pennig, Lenhard A1 - Hackl, Michael A1 - Leschinger, Tim A1 - Müller, Lars Peter A1 - Wegmann, Kilian T1 - Influence of rotator cuff preload on fracture configuration in proximal humerus fractures: a proof of concept for fracture simulation JF - Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery N2 - Introduction In regard of surgical training, the reproducible simulation of life-like proximal humerus fractures in human cadaveric specimens is desirable. The aim of the present study was to develop a technique that allows simulation of realistic proximal humerus fractures and to analyse the influence of rotator cuff preload on the generated lesions in regards of fracture configuration. Materials and methods Ten cadaveric specimens (6 left, 4 right) were fractured using a custom-made drop-test bench, in two groups. Five specimens were fractured without rotator cuff preload, while the other five were fractured with the tendons of the rotator cuff preloaded with 2 kg each. The humeral shaft and the shortened scapula were potted. The humerus was positioned at 90° of abduction and 10° of internal rotation to simulate a fall on the elevated arm. In two specimens of each group, the emergence of the fractures was documented with high-speed video imaging. Pre-fracture radiographs were taken to evaluate the deltoid-tuberosity index as a measure of bone density. Post-fracture X-rays and CT scans were performed to define the exact fracture configurations. Neer’s classification was used to analyse the fractures. Results In all ten cadaveric specimens life-like proximal humerus fractures were achieved. Two III-part and three IV-part fractures resulted in each group. The preloading of the rotator cuff muscles had no further influence on the fracture configuration. High-speed videos of the fracture simulation revealed identical fracture mechanisms for both groups. We observed a two-step fracture mechanism, with initial impaction of the head segment against the glenoid followed by fracturing of the head and the tuberosities and then with further impaction of the shaft against the acromion, which lead to separation of the tuberosities. Conclusion A high energetic axial impulse can reliably induce realistic proximal humerus fractures in cadaveric specimens. The preload of the rotator cuff muscles had no influence on initial fracture configuration. Therefore, fracture simulation in the proximal humerus is less elaborate. Using the presented technique, pre-fractured specimens are available for real-life surgical education. KW - Proximal humerus fracture KW - Biomechanical simulation KW - Fracture configuration KW - Fracture simulation KW - Rotator cuff Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/s00402-022-04471-9 SN - 1434-3916 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Chloé, Radermacher A1 - Malyaran, Hanna A1 - Craveiro, Rogerio Bastos A1 - Peglow, Sarah A1 - Behbahani, Mehdi A1 - Pufe, Thomas A1 - Wolf, Michael A1 - Neuss, Sabine T1 - Mechanical loading on cementoblasts: a mini review JF - Osteologie N2 - Orthodontic treatments are concomitant with mechanical forces and thereby cause teeth movements. The applied forces are transmitted to the tooth root and the periodontal ligaments which is compressed on one side and tensed up on the other side. Indeed, strong forces can lead to tooth root resorption and the crown-to-tooth ratio is reduced with the potential for significant clinical impact. The cementum, which covers the tooth root, is a thin mineralized tissue of the periodontium that connects the periodontal ligament with the tooth and is build up by cementoblasts. The impact of tension and compression on these cells is investigated in several in vivo and in vitro studies demonstrating differences in protein expression and signaling pathways. In summary, osteogenic marker changes indicate that cyclic tensile forces support whereas static tension inhibits cementogenesis. Furthermore, cementogenesis experiences the same protein expression changes in static conditions as static tension, but cyclic compression leads to the exact opposite of cyclic tension. Consistent with marker expression changes, the singaling pathways of Wnt/ß-catenin and RANKL/OPG show that tissue compression leads to cementum degradation and tension forces to cementogenesis. However, the cementum, and in particular its cementoblasts, remain a research area which should be explored in more detail to understand the underlying mechanism of bone resorption and remodeling after orthodontic treatments. KW - Cementoblast KW - Compression KW - Tension KW - Mechanotransduction KW - Forces Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1055/a-1826-0777 SN - 1019-1291 VL - 31 IS - 2 SP - 111 EP - 118 PB - Thieme CY - Stuttgart ER - TY - CHAP A1 - Chavez Bermudez, Victor Francisco A1 - Wollert, Jörg T1 - 10BASE-T1L industry 4.0 smart switch for field devices based on IO-Link T2 - 2022 IEEE 18th International Conference on Factory Communication Systems (WFCS) N2 - The recent amendment to the Ethernet physical layer known as the IEEE 802.3cg specification, allows to connect devices up to a distance of one kilometer and delivers a maximum of 60 watts of power over a twisted pair of wires. This new standard, also known as 10BASE-TIL, promises to overcome the limits of current physical layers used for field devices and bring them a step closer to Ethernet-based applications. The main advantage of 10BASE- TIL is that it can deliver power and data over the same line over a long distance, where traditional solutions (e.g., CAN, IO-Link, HART) fall short and cannot match its 10 Mbps bandwidth. Due to its recentness, IOBASE- TIL is still not integrated into field devices and it has been less than two years since silicon manufacturers released the first Ethernet-PHY chips. In this paper, we present a design proposal on how field devices could be integrated into a IOBASE-TIL smart switch that allows plug-and-play connectivity for sensors and actuators and is compliant with the Industry 4.0 vision. Instead of presenting a new field-level protocol for this work, we have decided to adopt the IO-Link specification which already includes a plug-and-play approach with features such as diagnosis and device configuration. The main objective of this work is to explore how field devices could be integrated into 10BASE-TIL Ethernet, its adaption with a well-known protocol, and its integration with Industry 4.0 technologies. KW - 10BASE-T1L KW - Ethernet KW - Field device KW - Sensors KW - IO-Link Y1 - 2022 SN - 978-1-6654-1086-1 SN - 978-1-6654-1087-8 U6 - https://doi.org/10.1109/WFCS53837.2022.9779176 N1 - 2022 IEEE 18th International Conference on Factory Communication Systems (WFCS), 27-29 April 2022, Pavia, Italy PB - IEEE CY - New York, NY ER -