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For performing point-of-care molecular diagnostics, magnetic immunoassays constitute a promising alternative to established enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) because they are fast, robust and sensitive. Simultaneous detection of multiple biomolecular targets from one body fluid sample is desired. The aim of this work is to show that multiplex magnetic immunodetection based on magnetic frequency mixing by means of modular immunofiltration columns prepared for different targets is feasible. By calculations of the magnetic response signal, the required spacing between the modules was determined. Immunofiltration columns were manufactured by 3D printing and antibody immobilization was performed in a batch approach. It was shown experimentally that two different target molecules in a sample solution could be individually detected in a single assaying step with magnetic measurements of the corresponding immobilization filters. The arrangement order of the filters and of a negative control did not influence the results. Thus, a simple and reliable approach to multi-target magnetic immunodetection was demonstrated.
In modern bioanalytical methods, it is often desired to detect several targets in one sample within one measurement. Immunological methods including those that use superparamagnetic beads are an important group of techniques for these applications. The goal of this work is to investigate the feasibility of simultaneously detecting different superparamagnetic beads acting as markers using the magnetic frequency mixing technique. The frequency of the magnetic excitation field is scanned while the lower driving frequency is kept constant. Due to the particles’ nonlinear magnetization, mixing frequencies are generated. To record their amplitude and phase information, a direct digitization of the pickup-coil’s signal with subsequent Fast Fourier Transformation is performed. By synchronizing both magnetic beads using frequency scanning in magnetic frequency mixing technique magnetic fields, a stable phase information is gained. In this research, it is shown that the amplitude of the dominant mixing component is proportional to the amount of superparamagnetic beads inside a sample. Additionally, it is shown that the phase does not show this behaviour. Excitation frequency scans of different bead types were performed, showing different phases, without correlation to their diverse amplitudes. Two commercially available beads were selected and a determination of their amount in a mixture is performed as a demonstration for multiplex measurements.
Sensitive and rapid detection of cholera toxin subunit B using magnetic frequency mixing detection
(2019)
Cholera is a life-threatening disease caused by the cholera toxin (CT) as produced by some Vibrio cholerae serogroups. In this research we present a method which directly detects the toxin’s B subunit (CTB) in drinking water. For this purpose we performed a magnetic sandwich immunoassay inside a 3D immunofiltration column. We used two different commercially available antibodies to capture CTB and for binding to superparamagnetic beads. ELISA experiments were performed to select the antibody combination. The beads act as labels for the magnetic frequency mixing detection technique. We show that the limit of detection depends on the type of magnetic beads. A nonlinear Hill curve was fitted to the calibration measurements by means of a custom-written python software. We achieved a sensitive and rapid detection of CTB within a broad concentration range from 0.2 ng/ml to more
than 700 ng/ml.
Die qualitative und quantitative Detektion von Zielsubstanzen innerhalb einer wässrigen Probe ist für viele Fragestellungen von Interesse, etwa bei der Detektion von Kontaminationen in Trinkwasser in Krisensituationen. Hierbei ist es nicht nur wichtig, dass Pathogene möglichst sensitiv detektiert werden können, sondern auch, dass die Analyse schnell erfolgt, um Betroffenen im Katastrophenfall zügig sicheres Trinkwasser zu Verfügung stellen zu können. Da bei einem solchen Szenario nicht von einer in der Nähe befindlichen funktionierenden Laborinfrastruktur ausgegangen werden kann, ist es wichtig, dass die Messung direkt vor Ort erfolgen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob eine derartige Schnellanalytik mithilfe von superparamagnetischen Beads (MBs) und der magnetischen Frequenzmischtechnik möglich ist. Dabei werden die MBs mit Hilfe von primären Antikörpern an die Zielsubstanz gebunden und mit sekundären Antikörpern an die Poren-Oberfläche eines Polyethylen-Filters fixiert (Sandwich-Immunoassay). So kann die Quantifizierung der Zielsubstanz auf eine magnetische Messung der immobilisierten MB-Marker zurückgeführt werden. Die magnetische Frequenzmischtechnik basiert auf der Anregung der Probe mit Magnetfeldern zweier verschiedener Frequenzen. Die durch die nichtlineare Magnetisierungsform der superparamagnetischen MBs entstehenden Mischfrequenzen werden typischerweise mithilfe einer zweistufigen Lock-in-Detektion analysiert (analoge Demodulation), die in einem Magnetreader als Handheldgerät realisiert wurde. Zusätzlich zu dieser Technik wurde das Prinzip der direkten Digitalisierung des gesamten Antwortsignals mit anschließender Fourier-Analyse der erzeugten Mischfrequenzen experimentell umgesetzt, um die Amplituden und Phasen mehrerer Mischfrequenzen simultan zu erfassen. Eine Möglichkeit zur Sensitivitätssteigerung ist die magnetische Aufkonzentration, indem vor der magnetischen Analyse eine Separation der MBs aus einem größeren Probenvolumen mittels magnetischem Feldgradienten durchgeführt wird. Zur Charakterisierung verschiedener kommerzieller MBs hinsichtlich ihrer magnetischen Separierbarkeit wurde ein Aufbau zur Messung ihrer magnetophoretischen Beweglichkeiten realisiert und ihre Geschwindigkeiten im Gradientenfeld mikroskopisch gemessen.Da eine Probe oftmals nicht nur auf eine einzige Zielsubstanz, sondern simultan auf mehrere verschiedene Pathogene hin untersucht werden soll, wurden verschiedene Ansätze entwickelt und getestet, die einen solchen multiparametrischen magnetischen Immunoassay ermöglichen. Einerseits wurde eine räumliche Separation der Bindungsbereiche für verschiedene Zielsubstanzen realisiert, die sequentiell ausgewertet werden können. Andererseits wurde die Unterscheidung von verschiedenen Zielsubstanzen anhand der Charakteristika der an sie gebundenen, verschieden funktionalisierten MB-Typen untersucht. Für eine solche Unterscheidung wurde zum einen die Anregefrequenz der magnetischen Frequenzmischtechnik während einer Messung variiert. Damit konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene MB-Sorten anhand der Phase ihrer Frequenzmischsignale voneinander unterscheiden lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich der Signalverlauf einer binären Mischung zweier verschiedener MB-Typen als gradueller Übergang der Verläufe der beiden reinen MB-Lösungen ergibt. Eine weitere Analysemethode für einen multiparametrischen Immunoassay besteht darin, ein zusätzliches einstellbares statisches magnetisches Offsetfeld zu verwenden. Hierfür wurden mehrere Aufbauten auf Basis von Permanent- und Elektromagneten simuliert, konstruiert und charakterisiert. Mithilfe von Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine auf diesem Verfahren beruhende Unterscheidung für MBs mit unterschiedlichen magnetischen Partikelmomenten möglich ist. Als direkte Anwendung des hier entwickelten Magnetreaders in Zusammenspiel mit der digitalen Demodulation wurde ein magnetischer Assay gegen die B-Untereinheit des Choleratoxins in Trinkwasser mit einem niedrigen Detektionslimit von 0,2 ng/ml demonstriert.
It has been shown that muscle fascicle curvature increases with increasing contraction level and decreasing muscle–tendon complex length. The analyses were done with limited examination windows concerning contraction level, muscle–tendon complex length, and/or intramuscular position of ultrasound imaging. With this study we aimed to investigate the correlation between fascicle arching and contraction, muscle–tendon complex length and their associated architectural parameters in gastrocnemius muscles to develop hypotheses concerning the fundamental mechanism of fascicle curving. Twelve participants were tested in five different positions (90°/105°*, 90°/90°*, 135°/90°*, 170°/90°*, and 170°/75°*; *knee/ankle angle). They performed isometric contractions at four different contraction levels (5%, 25%, 50%, and 75% of maximum voluntary contraction) in each position. Panoramic ultrasound images of gastrocnemius muscles were collected at rest and during constant contraction. Aponeuroses and fascicles were tracked in all ultrasound images and the parameters fascicle curvature, muscle–tendon complex strain, contraction level, pennation angle, fascicle length, fascicle strain, intramuscular position, sex and age group were analyzed by linear mixed effect models. Mean fascicle curvature of the medial gastrocnemius increased with contraction level (+5 m−1 from 0% to 100%; p = 0.006). Muscle–tendon complex length had no significant impact on mean fascicle curvature. Mean pennation angle (2.2 m−1 per 10°; p < 0.001), inverse mean fascicle length (20 m−1 per cm−1; p = 0.003), and mean fascicle strain (−0.07 m−1 per +10%; p = 0.004) correlated with mean fascicle curvature. Evidence has also been found for intermuscular, intramuscular, and sex-specific intramuscular differences of fascicle curving. Pennation angle and the inverse fascicle length show the highest predictive capacities for fascicle curving. Due to the strong correlations between pennation angle and fascicle curvature and the intramuscular pattern of curving we suggest for future studies to examine correlations between fascicle curvature and intramuscular fluid pressure.
Germany is a frontrunner in setting frameworks for the transition to a low-carbon system. The mobility sector plays a significant role in this shift, affecting different people and groups on multiple levels. Without acceptance from these stakeholders, emission targets are out of reach. This research analyzes how the heterogeneous preferences of various stakeholders align with the transformation of the mobility sector, looking at the extent to which the German transformation paths are supported and where stakeholders are located.
Under the research objective of comparing stakeholders' preferences to identify which car segments require additional support for a successful climate transition, a status quo of stakeholders and car performance criteria is the foundation for the analysis. Stakeholders' hidden preferences hinder the derivation of criteria weightings from stakeholders; therefore, a ranking from observed preferences is used. This study's inverse multi-criteria decision analysis means that weightings can be predicted and used together with a recalibrated performance matrix to explore future preferences toward car segments.
Results show that stakeholders prefer medium-sized cars, with the trend pointing towards the increased potential for alternative propulsion technologies and electrified vehicles. These insights can guide the improved targeting of policy supporting the energy and mobility transformation. Additionally, the method proposed in this work can fully handle subjective approaches while incorporating a priori information. A software implementation of the proposed method completes this work and is made publicly available.
Stand 01.01.2022 sind in Deutschland 618.460 elektrisch angetriebene KFZ zugelassen. Insgesamt sind derzeit 48.540.878 KFZ zugelassen, was einer Elektromobilitätsquote von ca. 1,2 % entspricht. Derzeit werden Elektromobile über Ladestationen oder Steckdosen mit dem Stromnetz verbunden und üblicherweise mit der vollen Ladekapazität des Anschlusses aufgeladen, bis das Batteriemanagementsystem des Fahrzeugs abhängig vom Ladezustand der Batterie die Ladeleistung reduziert.
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.
Useful market simulations are key to the evaluation of diferent market designs existing of multiple market mechanisms or rules. Yet a simulation framework which has a comparison of diferent market mechanisms in mind was not found. The need to create an objective view on different sets of market rules while investigating meaningful agent strategies concludes that such a simulation framework is needed to advance the research on this subject. An overview of diferent existing market simulation models is given which also shows the research gap and the missing capabilities of those systems. Finally, a methodology is outlined how a novel market simulation which can answer the research questions can be developed.
On the applicability of several tests to models with not identically distributed random effects
(2023)
We consider Kolmogorov–Smirnov and Cramér–von-Mises type tests for testing central symmetry, exchangeability, and independence. In the standard case, the tests are intended for the application to independent and identically distributed data with unknown distribution. The tests are available for multivariate data and bootstrap procedures are suitable to obtain critical values. We discuss the applicability of the tests to random effects models, where the random effects are independent but not necessarily identically distributed and with possibly unknown distributions. Theoretical results show the adequacy of the tests in this situation. The quality of the tests in models with random effects is investigated by simulations. Empirical results obtained confirm the theoretical findings. A real data example illustrates the application.