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For several thousand years, biotechnology and its associated technical processes have had a great impact on the development of mankind. Based on empirical methods, in particular for the production of foodstuffs and daily commodities, these disciplines have become one of the most innovative future issues. Due to the increasing detailed understanding of cellular processes, production strains can now be optimized. In combination with modern bioprocesses, a variety of bulk and fine chemicals as well as pharmaceuticals can be produced efficiently. In this article, some of the current trends in biotechnology are discussed.
Objective
Hemodialysis patients show an approximately threefold higher prevalence of cognitive impairment compared to the age-matched general population. Impaired microcirculatory function is one of the assumed causes. Dynamic retinal vessel analysis is a quantitative method for measuring neurovascular coupling and microvascular endothelial function. We hypothesize that cognitive impairment is associated with altered microcirculation of retinal vessels.
Methods
152 chronic hemodialysis patients underwent cognitive testing using the Montreal Cognitive Assessment. Retinal microcirculation was assessed by Dynamic Retinal Vessel Analysis, which carries out an examination recording retinal vessels' reaction to a flicker light stimulus under standardized conditions.
Results
In unadjusted as well as in adjusted linear regression analyses a significant association between the visuospatial executive function domain score of the Montreal Cognitive Assessment and the maximum arteriolar dilation as response of retinal arterioles to the flicker light stimulation was obtained.
Conclusion
This is the first study determining retinal microvascular function as surrogate for cerebral microvascular function and cognition in hemodialysis patients. The relationship between impairment in executive function and reduced arteriolar reaction to flicker light stimulation supports the involvement of cerebral small vessel disease as contributing factor for the development of cognitive impairment in this patient population and might be a target for noninvasive disease monitoring and therapeutic intervention.
Koaxiale Stahlenergiepfähle
(2021)
Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.
Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) hydrogel films with incorporated graphene oxide (GO) were developed and tested as light-stimulated actuators. GO dispersions were synthesized via Hummers method and characterized toward their optical properties and photothermal energy conversion. The hydrogels were prepared by means of photopolymerization. In addition, the influence of GO within the hydrogel network on the lower critical solution temperature (LCST) was investigated by differential scanning calorimetry (DSC). The optical absorbance and the response to illumination were determined as a function of GO concentration for thin hydrogel films. A proof of principle for the stimulation with light was performed.
Thrombogenic complications are a main issue in mechanical circulatory support (MCS). There is no validated in vitro method available to quantitatively assess the thrombogenic performance of pulsatile MCS devices under realistic hemodynamic conditions. The aim of this study is to propose a method to evaluate the thrombogenic potential of new designs without the use of complex in-vivo trials. This study presents a novel in vitro method for reproducible thrombogenicity testing of pulsatile MCS systems using low molecular weight heparinized porcine blood. Blood parameters are continuously measured with full blood thromboelastometry (ROTEM; EXTEM, FIBTEM and a custom-made analysis HEPNATEM). Thrombus formation is optically observed after four hours of testing. The results of three experiments are presented each with two parallel loops. The area of thrombus formation inside the MCS device was reproducible. The implantation of a filter inside the loop catches embolizing thrombi without a measurable increase of platelet activation, allowing conclusions of the place of origin of thrombi inside the device. EXTEM and FIBTEM parameters such as clotting velocity (α) and maximum clot firmness (MCF) show a total decrease by around 6% with a characteristic kink after 180 minutes. HEPNATEM α and MCF rise within the first 180 minutes indicate a continuously increasing activation level of coagulation. After 180 minutes, the consumption of clotting factors prevails, resulting in a decrease of α and MCF. With the designed mock loop and the presented protocol we are able to identify thrombogenic hot spots inside a pulsatile pump and characterize their thrombogenic potential.
Bei der Ausarbeitung des nationalen Anwendungsdokumentes zur DIN EN 1998-1 waren die in der ENV-Fassung enthaltenen vereinfachten Regeln im Lichte aktueller Forschungsergebnisse zu überprüfen und zu überarbeiten. Die gleiche Aufgabe stellte sich auch für die Neufassung der DIN 4149. In beiden Fällen sind neben konstruktiven Regeln für die Art und Anordnung der zur Gebäudeaussteifung heranzuziehenden Wände im Grundriss Tabellen enthalten, die unter bestimmten Bedingungen den Entfall eines rechnerischen Nachweises der Tragwände im Erdbebenfall ermöglichen. Dies ist für Schwachbebengebiete, wie sie in Deutschland und anderen Ländern Mitteleuropas anzutreffen sind, sinnvoll, um unnötigen Rechenaufwand sowie Probleme mit der Führbarkeit von Nachweisen so weit wie möglich auszuschalten. Im vorliegenden Beitrag werden die Hintergründe der vereinfachten Regeln diskutiert und die Ergebnisse der Anwendung mit verschiedenen Rechenverfahren verglichen und bewertet.
Moderne Mauerwerksbauten müssen nach heutigen Anforderungen architektonisch, statisch, energetisch sowie schall- und brandschutztechnisch optimal ausgelegt sein. Aufgrund der Komplexität und engen Verzahnung der einzelnen Anforderungen ist eine integrale Gebäudeplanung zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Bauwerkslösung unbedingt notwendig. Diese erfordert von den Fachplanern vertieftes Spezialwissen in den verschiedenen Bereichen, um insbesondere die Schnittstellen und Bauwerksdetails korrekt zu planen und auszuführen. Der Beitrag stellt die integrale Gebäudeplanung am Beispiel eines Geschossbaus in Ziegelbauweise mit Lösungen für wesentliche Detailpunkte vor
Mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM) und des Deutschen Instituts für Bautechnik in Berlin (DIBt) wurden zwei aufeinander aufbauende Forschungsvorhaben zur Verbesserung der seismischen Nachweise von Mauerwerksbauten in deutschen Erdbebengebieten durchgeführt. Zunächst wurde das seismische Verhalten von drei modernen unbewehrten Mauerwerksgebäuden in der Region Emilia Romagna in Italien während der Erdbebenserie im Jahr 2012 in Kooperation mit der Universität Pavia eingehend untersucht. Aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Untersuchungen wurde ein verbessertes seismisches Bemessungskonzept für unbewehrte Mauerwerksbauten erarbeitet. Der Beitrag stellt die wesentlichen Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten und deren Eingang in die Normung vor.
Purpose
In vivo, a loss of mesh porosity triggers scar tissue formation and restricts functionality. The purpose of this study was to evaluate the properties and configuration changes as mesh deformation and mesh shrinkage of a soft mesh implant compared with a conventional stiff mesh implant in vitro and in a porcine model.
Material and Methods
Tensile tests and digital image correlation were used to determine the textile porosity for both mesh types in vitro. A group of three pigs each were treated with magnetic resonance imaging (MRI) visible conventional stiff polyvinylidene fluoride meshes (PVDF) or with soft thermoplastic polyurethane meshes (TPU) (FEG Textiltechnik mbH, Aachen, Germany), respectively. MRI was performed with a pneumoperitoneum at a pressure of 0 and 15 mmHg, which resulted in bulging of the abdomen. The mesh-induced signal voids were semiautomatically segmented and the mesh areas were determined. With the deformations assessed in both mesh types at both pressure conditions, the porosity change of the meshes after 8 weeks of ingrowth was calculated as an indicator of preserved elastic properties. The explanted specimens were examined histologically for the maturity of the scar (collagen I/III ratio).
Results
In TPU, the in vitro porosity increased constantly, in PVDF, a loss of porosity was observed under mild stresses. In vivo, the mean mesh areas of TPU were 206.8 cm2 (± 5.7 cm2) at 0 mmHg pneumoperitoneum and 274.6 cm2 (± 5.2 cm2) at 15 mmHg; for PVDF the mean areas were 205.5 cm2 (± 8.8 cm2) and 221.5 cm2 (± 11.8 cm2), respectively. The pneumoperitoneum-induced pressure increase resulted in a calculated porosity increase of 8.4% for TPU and of 1.2% for PVDF. The mean collagen I/III ratio was 8.7 (± 0.5) for TPU and 4.7 (± 0.7) for PVDF.
Conclusion
The elastic properties of TPU mesh implants result in improved tissue integration compared to conventional PVDF meshes, and they adapt more efficiently to the abdominal wall. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 106B: 827–833, 2018.
Edge-based and face-based smoothed finite element methods (ES-FEM and FS-FEM, respectively) are modified versions of the finite element method allowing to achieve more accurate results and to reduce sensitivity to mesh distortion, at least for linear elements. These properties make the two methods very attractive. However, their implementation in a standard finite element code is nontrivial because it requires heavy and extensive modifications to the code architecture. In this article, we present an element-based formulation of ES-FEM and FS-FEM methods allowing to implement the two methods in a standard finite element code with no modifications to its architecture. Moreover, the element-based formulation permits to easily manage any type of element, especially in 3D models where, to the best of the authors' knowledge, only tetrahedral elements are used in FS-FEM applications found in the literature. Shape functions for non-simplex 3D elements are proposed in order to apply FS-FEM to any standard finite element.