TY - CHAP A1 - Nikolovski, Gjorgji A1 - Limpert, Nicolas A1 - Nessau, Hendrik A1 - Reke, Michael A1 - Ferrein, Alexander T1 - Model-predictive control with parallelised optimisation for the navigation of autonomous mining vehicles T2 - 2023 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) N2 - The work in modern open-pit and underground mines requires the transportation of large amounts of resources between fixed points. The navigation to these fixed points is a repetitive task that can be automated. The challenge in automating the navigation of vehicles commonly used in mines is the systemic properties of such vehicles. Many mining vehicles, such as the one we have used in the research for this paper, use steering systems with an articulated joint bending the vehicle’s drive axis to change its course and a hydraulic drive system to actuate axial drive components or the movements of tippers if available. To address the difficulties of controlling such a vehicle, we present a model-predictive approach for controlling the vehicle. While the control optimisation based on a parallel error minimisation of the predicted state has already been established in the past, we provide insight into the design and implementation of an MPC for an articulated mining vehicle and show the results of real-world experiments in an open-pit mine environment. KW - Mpc KW - Control KW - Path-following KW - Navigation KW - Automation Y1 - 2023 SN - 979-8-3503-4691-6 (Online) SN - 979-8-3503-4692-3 (Print) U6 - https://doi.org/10.1109/IV55152.2023.10186806 N1 - IEEE Symposium on Intelligent Vehicle, 4.-7. June 2023, Anchorage, AK, USA. PB - IEEE ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Baumann, Martin ED - Lindinger, Markus ED - Bartsch, Oliver T1 - Moderationsexpertise - das Mindset T2 - IT-Servicemanagement N2 - Teamsitzungen, Arbeitsgruppentreffen, Kickoffs und Meetings – sie alle werden mit dem Ziel durchgeführt, innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein gemeinsames Arbeitsziel zu erreichen. Damit die Zielerreichung auch bei komplexeren Arbeitsaufträgen nicht vom Zufall abhängt, empfiehlt es sich, die Leitung des Ablaufs einem Moderator zu übertragen. In diesem Beitrag einer dreiteiligen Serie wird beschrieben, über welches Mindset der Moderator verfügen sollte, welche grundsätzlichen Methoden hilfreich sind und was bei der Onlinemoderation im Besonderen zu beachten ist. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-1154-7 SP - Kapitel 05530 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ET - 54. Update ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Baumann, Martin ED - Thomann, Hermann ED - Träger, Thomas T1 - Moderationsexpertise für QMBs – das Mindset T2 - Qualitätsmanagement in Dienstleistungsunternehmen N2 - Teamsitzungen, Arbeitsgruppentreffen, Kickoffs und Meetings – sie alle werden mit dem Ziel durchgeführt, innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein gemeinsames Arbeitsziel zu erreichen. Damit die Zielerreichung auch bei komplexeren Arbeitsaufträgen nicht vom Zufall abhängt, empfiehlt es sich, die Leitung des Ablaufs einem Moderator zu übertragen. In diesem Beitrag einer mehrteiligen Serie wird beschrieben, über welches Mindset der Moderator verfügen sollte, welche grundsätzlichen Methoden hilfreich sind und was bei der Onlinemoderation im Besonderen zu beachten ist. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-0473-0 SP - Kapitel 08630 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Baumann, Martin ED - Herbig, Nicola ED - Poppelreuter, Stefan T1 - Moderationsexpertise für QMBs – die Methoden T2 - Qualitätsmanagement im Gesundheitswesen N2 - Damit Sie als Moderator effektiv und professionell moderieren können, sollten Sie die entsprechenden Methoden kennen. Mit den richtigen Methoden können Sie Diskussionen leiten, Konflikte lösen, die Teilnehmer motivieren und dafür sorgen, dass die Ziele der Veranstaltung erreicht werden. Außerdem helfen sie Ihnen, eine positive Atmosphäre zu schaffen und das Interesse der Teilnehmer zu halten. In diesem zweiten Beitrag der mehrteiligen Serie lernen Sie die grundsätzlichen Methoden kennen, um erfolgreiche Teamsitzungen, Arbeitsgruppentreffen, Kick-offs und Meetings durchzuführen. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-0714-4 SP - Kapitel 10815 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ET - 60. Update ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Baumann, Martin ED - Thomann, Hermann ED - Träger, Thomas T1 - Moderationsexpertise für QMBs – die Methoden T2 - Qualitätsmanagement in Dienstleistungsunternehmen N2 - Damit Sie als Moderator effektiv und professionell moderieren können, sollten Sie die entsprechenden Methoden kennen. Mit den richtigen Methoden können Sie Diskussionen leiten, Konflikte lösen, die Teilnehmer motivieren und dafür sorgen, dass die Ziele der Veranstaltung erreicht werden. Außerdem helfen sie Ihnen, eine positive Atmosphäre zu schaffen und das Interesse der Teilnehmer zu halten. In diesem zweiten Beitrag der mehrteiligen Serie lernen Sie die grundsätzlichen Methoden kennen, um erfolgreiche Teamsitzungen, Arbeitsgruppentreffen, Kick-offs und Meetings durchzuführen. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-0473-0 SP - Kapitel 08631 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Baumann, Martin ED - Herbig, Nicola ED - Poppelreuter, Stefan T1 - Moderationsexpertise für QMBs – Onlinemoderation T2 - Qualitätsmanagement im Gesundheitswesen N2 - Damit Sie auch in den immer häufiger werdenden Onlineveranstaltungen als Moderator gut bestehen, sollten Sie wissen, was bei der Onlinemoderation im Besonderen zu beachten ist. In diesem dritten Teil der Beitragsserie erfahren Sie, warum online anders als offline ist. Die technischen Möglichkeiten werden vorgestellt und auch wie diese zu nutzen sind. Schließlich erhalten Sie Tipps, die Sie beim Sprechen online beachten sollten. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-0714-4 SP - Kapitel 10816 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. A1 - Baumann, Martin ED - Lindinger, Markus ED - Bartsch, Oliver T1 - Moderationsexpertise – die Methoden T2 - IT-Servicemanagement N2 - Damit Sie als Moderator effektiv und professionell moderieren können, sollten Sie die entsprechenden Methoden kennen. Mit den richtigen Methoden können Sie Diskussionen leiten, Konflikte lösen, die Teilnehmer motivieren und dafür sorgen, dass die Ziele der Veranstaltung erreicht werden. Außerdem helfen sie Ihnen, eine positive Atmosphäre zu schaffen und das Interesse der Teilnehmer zu halten. In diesem zweiten Beitrag der mehrteiligen Serie lernen Sie die grundsätzlichen Methoden kennen, um erfolgreiche Teamsitzungen, Arbeitsgruppentreffen, Kick-offs und Meetings durchzuführen. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-1154-7 SP - Kapitel 05531 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ET - 54. Update ER - TY - CHAP A1 - Engelmann, Ulrich M. ED - Lindinger, Markus ED - Bartsch, Oliver T1 - Moderationsexpertise – Onlinemoderation T2 - IT-Servicemanagement N2 - Damit Sie auch in den immer häufiger werdenden Onlineveranstaltungen als Moderator gut bestehen, sollten Sie wissen, was bei der Onlinemoderation im Besonderen zu beachten ist. In diesem dritten Teil der Beitragsserie erfahren Sie, warum online anders als offline ist. Die technischen Möglichkeiten werden vorgestellt und auch wie diese zu nutzen sind. Schließlich erhalten Sie Tipps, die Sie beim Sprechen online beachten sollten. Y1 - 2023 SN - 978-3-8249-1154-7 SP - Kapitel 05532 PB - TÜV-Verlag CY - Köln ER - TY - THES A1 - Begas, Philipp T1 - Modulares Regalsystem : Stauraummöbel für den Bereich Office / Homeoffice N2 - Das modulare Regalsystem „MORÉ“ ist ein Stauraummöbel, welches sich im Bereich des (Home) Office einordnet. Das Produkt dient zur Aufbewahrung von Büromaterialien und verbessert die Geräuschkulisse sowie die Beschaffenheit am Arbeitsplatz. Die potenzielle Käufergruppe befindet sich im Alter von 25-67 Jahren, im gewöhnlichen Arbeitsalter Zeitraum (obere Mittelschicht). Im Fokus des Regalsystems steht der besonders freundliche Auf- und Abbau, welcher werkzeuglos erfolgt. Es ist in verschiedene Richtungen erweiterbar (Steckverbindung) und bietet unendlichen Spielraum der Gestaltung. Durch verschiedenfarbige Kennzeichnungen bietet das Regal ein Ordnungssystem, wodurch schnelleres Finden und Sortieren von Unterlagen möglich ist (Grundordnung). Die Rückwände dienen neben der Stabilität als Akustik-/ und Sichtschutz. Das Produkt passt sich jeder Raumsituation individuell an. Ist „MORÉ“ dein nächstes Regalsystem? KW - Modular KW - Steckverbindung KW - Office KW - Erweiterbar KW - Benutzerfreundlich Y1 - 2023 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Adels, Klaudia A1 - Elbers, Gereon A1 - Diehl, Bernd A1 - Monakhova, Yulia T1 - Multicomponent analysis of dietary supplements containing glucosamine and chondroitin: comparative low- and high-field NMR spectroscopic study JF - Analytical Sciences N2 - With the prevalence of glucosamine- and chondroitin-containing dietary supplements for people with osteoarthritis in the marketplace, it is important to have an accurate and reproducible analytical method for the quantitation of these compounds in finished products. NMR spectroscopic method based both on low- (80 MHz) and high- (500–600 MHz) field NMR instrumentation was established, compared and validated for the determination of chondroitin sulfate and glucosamine in dietary supplements. The proposed method was applied for analysis of 20 different dietary supplements. In the majority of cases, quantification results obtained on the low-field NMR spectrometer are similar to those obtained with high-field 500–600 MHz NMR devices. Validation results in terms of accuracy, precision, reproducibility, limit of detection and recovery demonstrated that the developed method is fit for purpose for the marketed products. The NMR method was extended to the analysis of methylsulfonylmethane, adulterant maltodextrin, acetate and inorganic ions. Low-field NMR can be a quicker and cheaper alternative to more expensive high-field NMR measurements for quality control of the investigated dietary supplements. High-field NMR instrumentation can be more favorable for samples with complex composition due to better resolution, simultaneously giving the possibility of analysis of inorganic species such as potassium and chloride. KW - Glucosamine KW - Chondroitin sulfate KW - Polysaccharides KW - Dietary supplements KW - High-field NMR Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s44211-023-00433-2 SN - 1348-2246 (Online) SN - 0910-6340 (Print) N1 - Corresponding author: Yulia Monakhova VL - 2023 PB - Springer Verlag CY - Cham ER - TY - THES A1 - Raring, Theresa T1 - Multimar Wattforum : die Entwicklung eines neuen Erscheinungsbildes N2 - Das Multimar Wattforum ist das größte Informationszentrum zum Thema Wattenmeer in Deutschland. Auf über 3000 Quadratmetern können große und kleine Besucher:innen eine interaktive Ausstellung über Wale, Watt und Weltnaturerbe bestaunen. Das Wattenmeer ist ein ganz besonderer Lebensraum und bietet vielen Lebewesen Zuflucht. Es wird durch die Gezeiten geprägt, bei Ebbe trocken und der Sonne ausgesetzt, bei Flut nass und salzig. Das neue Erscheinungsbild für das Multimar Wattforum soll die zentralen Werte und Alleinstellungsmerkmale hervorheben und dem Informationszentrum helfen, seiner Aufgabe als bildende, wissenschaftliche und schützende Einrichtung gerecht zu werden. So wurde ein einheitliches und skalierbares Erscheinungsbild und eine flexible Bild- und Wortmarke entwickel KW - Erscheinungsbild KW - Corporate Design KW - Branding KW - Wattenmeer KW - Wortmarke Y1 - 2023 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Karschuck, Tobias A1 - Schmidt, Stefan A1 - Achtsnicht, Stefan A1 - Poghossian, Arshak A1 - Wagner, Patrick A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Multiplexing system for automated characterization of a capacitive field-effect sensor array JF - Physica Status Solidi A N2 - In comparison to single-analyte devices, multiplexed systems for a multianalyte detection offer a reduced assay time and sample volume, low cost, and high throughput. Herein, a multiplexing platform for an automated quasi-simultaneous characterization of multiple (up to 16) capacitive field-effect sensors by the capacitive–voltage (C–V) and the constant-capacitance (ConCap) mode is presented. The sensors are mounted in a newly designed multicell arrangement with one common reference electrode and are electrically connected to the impedance analyzer via the base station. A Python script for the automated characterization of the sensors executes the user-defined measurement protocol. The developed multiplexing system is tested for pH measurements and the label-free detection of ligand-stabilized, charged gold nanoparticles. KW - Capacitive field-effect sensor KW - Gold nanoparticles KW - Label-free detection KW - Multicell KW - Multiplexing Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202300265 SN - 1862-6300 (Print) SN - 1862-6319 (Online) N1 - Corresponding author: Michael Josef Schöning VL - 220 IS - 22 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Liphardt, Anna-Maria A1 - Fernandez-Gonzalo, Rodrigo A1 - Albracht, Kirsten A1 - Rittweger, Jörn A1 - Vico, Laurence T1 - Musculoskeletal research in human space flight – unmet needs for the success of crewed deep space exploration JF - npj Microgravity N2 - Based on the European Space Agency (ESA) Science in Space Environment (SciSpacE) community White Paper “Human Physiology – Musculoskeletal system”, this perspective highlights unmet needs and suggests new avenues for future studies in musculoskeletal research to enable crewed exploration missions. The musculoskeletal system is essential for sustaining physical function and energy metabolism, and the maintenance of health during exploration missions, and consequently mission success, will be tightly linked to musculoskeletal function. Data collection from current space missions from pre-, during-, and post-flight periods would provide important information to understand and ultimately offset musculoskeletal alterations during long-term spaceflight. In addition, understanding the kinetics of the different components of the musculoskeletal system in parallel with a detailed description of the molecular mechanisms driving these alterations appears to be the best approach to address potential musculoskeletal problems that future exploratory-mission crew will face. These research efforts should be accompanied by technical advances in molecular and phenotypic monitoring tools to provide in-flight real-time feedback. Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1038/s41526-023-00258-3 SN - 2373-8065 VL - 9 IS - Article number: 9 SP - 1 EP - 9 PB - Springer Nature ER - TY - THES A1 - Heising, Michelle T1 - Nachhaltige Gestaltung im urbanen öffentlichen Raum : erneuerbare Energien in Begegnungsräume integrieren N2 - RƎURB (Reurbanization & Renewable Energy) ist ein Konzept zur Integration von erneuerbaren Energien in einen urbanen Begegnungsraum. Es beinhaltet das Design eines skulpturalen Kleinwindkraftwerks und eines Solar-Pavillons mit einer Sitzlandschaft für einen energieautarken, öffentlichen Platz. Durch die Integration eines W-LAN Hotspots und Lademöglichkeiten in der Sitzlandschaft bringt RƎURB nicht nur grünen Strom in die Stadt, sondern gewährleistet der Bevölkerung auch Zugang zur Digitalisierung und einen kostenlosen Arbeitsraum. Windturbine: Herkömmliche Windräder können in der Stadt nicht genutzt werden. Die RƎURB-Windsäule ist darauf spezialisiert, die urbanen Winde aus allen Richtungen aufzunehmen und funktioniert schon bei einem leichten Windstoß. Durch das elegante Design lassen sich die Technologien als ästhetischen Blickfang in das moderne Stadtbild integrieren. KW - Erneuerbare Energien KW - Urbane Gestaltung KW - Solarenergie KW - Windkraft KW - Architektur Y1 - 2023 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Laack, Walter van ED - Ortmanns, Bruno ED - Brauers, Angelika T1 - Nahtoderfahrungen, Sterben und Tod aus der Perspektive von Medizin, Naturwissenschaften und Philosophie T2 - Thanatologie im deutschsprachigen Raum – Interdisziplinäre Perspektiven Y1 - 2023 SN - 978-3-98527-661-5 SP - 129 EP - 139 PB - Rediroma-Verlag ER - TY - JOUR A1 - Falkenberg, Fabian A1 - Voß, Leonie A1 - Bott, Michael A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Siegert, Petra T1 - New robust subtilisins from halotolerant and halophilic Bacillaceae JF - Applied Microbiology and Biotechnology N2 - The aim of the present study was the characterisation of three true subtilisins and one phylogenetically intermediate subtilisin from halotolerant and halophilic microorganisms. Considering the currently growing enzyme market for efficient and novel biocatalysts, data mining is a promising source for novel, as yet uncharacterised enzymes, especially from halophilic or halotolerant Bacillaceae, which offer great potential to meet industrial needs. Both halophilic bacteria Pontibacillus marinus DSM 16465ᵀ and Alkalibacillus haloalkaliphilus DSM 5271ᵀ and both halotolerant bacteria Metabacillus indicus DSM 16189 and Litchfieldia alkalitelluris DSM 16976ᵀ served as a source for the four new subtilisins SPPM, SPAH, SPMI and SPLA. The protease genes were cloned and expressed in Bacillus subtilis DB104. Purification to apparent homogeneity was achieved by ethanol precipitation, desalting and ion-exchange chromatography. Enzyme activity could be observed between pH 5.0–12.0 with an optimum for SPPM, SPMI and SPLA around pH 9.0 and for SPAH at pH 10.0. The optimal temperature for SPMI and SPLA was 70 °C and for SPPM and SPAH 55 °C and 50 °C, respectively. All proteases showed high stability towards 5% (w/v) SDS and were active even at NaCl concentrations of 5 M. The four proteases demonstrate potential for future biotechnological applications. KW - Biotechnological application KW - Bacillaceae KW - Subtilisin KW - Subtilases KW - Halotolerant protease Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s00253-023-12553-w SN - 1432-0614 N1 - Corresponding author: Petra Siegert VL - 107 SP - 3939 EP - 3954 PB - Springer Nature CY - Berlin ER - TY - THES A1 - Schlepütz, Nico T1 - News Flow : Nachrichten- und Informationsprozesse im digitalen Wandel N2 - "News Flow" Nachrichten- und Informationsprozesse im digitalen Wandel. In der digitalen Welt sind wir von Informationen aus unterschiedlichen Medien umgeben. Die ständige Verfügbarkeit führt zu Überforderung und Orientierungslosigkeit. Junge Menschen bevorzugen Streaming und Social Media gegenüber traditionellen Nachrichten. Angesichts globaler Krisen und Desinformation sind innovative Lösungen wichtig, um den Informationsfluss zu verbessern. "News Flow" ist eine digitale Anwendung für Alternativen des Nachrichtenkonsums. Sie berücksichtigt individuelle Bedürfnisse und nutzt moderne Technologien. Durch die visuelle Vermittlung wird das Interesse an Nachrichten gesteigert und junge Zielgruppen angesprochen. Diese Arbeit stellt sich den Herausforderungen des digitalen Wandels im Nachrichtenbereich und eröffnet eine neue Perspektive auf den Nachrichtenkonsum. KW - Informationsfluss KW - Good News Fokus KW - UX Design KW - UI Design KW - Alternative Konsumoption Y1 - 2023 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Fleißner, Annette Michaela T1 - Niemals gut genug : Narzissmus bei Frauen in der Mutter-Tochter-Beziehung N2 - Narzissmus ist ein vielgenutzter Begriff. Häufig wird er im Kontext toxischer Beziehungen verwendet. Nur selten wird das Leben von Frauen thematisiert, deren Mutter narzisstisch ist. Die Graphic Novel „Niemals gut genug“ leistet einen Beitrag zu diesem wenig beachteten Thema. „Niemals gut genug“ schildert anhand von illustrierten Kurzgeschichten alltägliche Situationen von Töchtern narzisstischer Mütter. Die Kurzgeschichten berücksichtigen die Vielfalt narzisstischer Persönlichkeitsstörungen und werfen ein Schlaglicht auf die Vergangenheit narzisstischer Mütter. Dadurch rückt auch die transgenerationale Weitergabe von Narzissmus in den Fokus. „Niemals gut genug“ stellt einen einfühlsamen Zugang zu diesem sensiblen Thema dar und hilft dadurch Betroffenen beim Verstehen und Genesen. KW - Narzissmus KW - Mutter KW - Familie KW - Psychologie KW - Illustration Y1 - 2023 N1 - Für diese Arbeit steht kein Volltext zur Verfügung. PB - FH Aachen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Haeger, Gerrit A1 - Probst, Johanna A1 - Jaeger, Karl-Erich A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Siegert, Petra T1 - Novel aminoacylases from Streptomyces griseus DSM 40236 and their recombinant production in Streptomyces lividans JF - FEBS Open Bio N2 - Amino acid-based surfactants are valuable compounds for cosmetic formulations. The chemical synthesis of acyl-amino acids is conventionally performed by the Schotten-Baumann reaction using fatty acyl chlorides, but aminoacylases have also been investigated for use in biocatalytic synthesis with free fatty acids. Aminoacylases and their properties are diverse; they belong to different peptidase families and show differences in substrate specificity and biocatalytic potential. Bacterial aminoacylases capable of synthesis have been isolated from Burkholderia, Mycolicibacterium, and Streptomyces. Although several proteases and peptidases from S. griseus have been described, no aminoacylases from this species have been identified yet. In this study, we investigated two novel enzymes produced by S. griseus DSM 40236ᵀ . We identified and cloned the respective genes and recombinantly expressed an α-aminoacylase (EC 3.5.1.14), designated SgAA, and an ε-lysine acylase (EC 3.5.1.17), designated SgELA, in S. lividans TK23. The purified aminoacylase SgAA was biochemically characterized, focusing on its hydrolytic activity to determine temperature- and pH optima and stabilities. The aminoacylase could hydrolyze various acetyl-amino acids at the Nα -position with a broad specificity regarding the sidechain. Substrates with longer acyl chains, like lauroyl-amino acids, were hydrolyzed to a lesser extent. Purified aminoacylase SgELA specific for the hydrolysis of Nε -acetyl-L-lysine was unstable and lost its enzymatic activity upon storage for a longer period but could initially be characterized. The pH optimum of SgELA was pH 8.0. While synthesis of acyl-amino acids was not observed with SgELA, SgAA catalyzed the synthesis of lauroyl-methionine. KW - Streptomyces lividans KW - recombinant expression KW - Streptomyces griseus KW - ε-lysine acylase KW - α-aminoacylase Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1002/2211-5463.13723 SN - 2211-5463 N1 - Corresponding author: Petra Siegert VL - 13 IS - 12 SP - 2224 EP - 2238 PB - Wiley CY - Hoboken, NJ ER - TY - JOUR A1 - Ringers, Christa A1 - Bialonski, Stephan A1 - Ege, Mert A1 - Solovev, Anton A1 - Hansen, Jan Niklas A1 - Jeong, Inyoung A1 - Friedrich, Benjamin M. A1 - Jurisch-Yaksi, Nathalie T1 - Novel analytical tools reveal that local synchronization of cilia coincides with tissue-scale metachronal waves in zebrafish multiciliated epithelia JF - eLife N2 - Motile cilia are hair-like cell extensions that beat periodically to generate fluid flow along various epithelial tissues within the body. In dense multiciliated carpets, cilia were shown to exhibit a remarkable coordination of their beat in the form of traveling metachronal waves, a phenomenon which supposedly enhances fluid transport. Yet, how cilia coordinate their regular beat in multiciliated epithelia to move fluids remains insufficiently understood, particularly due to lack of rigorous quantification. We combine experiments, novel analysis tools, and theory to address this knowledge gap. To investigate collective dynamics of cilia, we studied zebrafish multiciliated epithelia in the nose and the brain. We focused mainly on the zebrafish nose, due to its conserved properties with other ciliated tissues and its superior accessibility for non-invasive imaging. We revealed that cilia are synchronized only locally and that the size of local synchronization domains increases with the viscosity of the surrounding medium. Even though synchronization is local only, we observed global patterns of traveling metachronal waves across the zebrafish multiciliated epithelium. Intriguingly, these global wave direction patterns are conserved across individual fish, but different for left and right noses, unveiling a chiral asymmetry of metachronal coordination. To understand the implications of synchronization for fluid pumping, we used a computational model of a regular array of cilia. We found that local metachronal synchronization prevents steric collisions, i.e., cilia colliding with each other, and improves fluid pumping in dense cilia carpets, but hardly affects the direction of fluid flow. In conclusion, we show that local synchronization together with tissue-scale cilia alignment coincide and generate metachronal wave patterns in multiciliated epithelia, which enhance their physiological function of fluid pumping. Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.7554/eLife.77701 SN - 2050-084X VL - 12 PB - eLife Sciences Publications ER -