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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.
Zusammenfassung: In der Orthopädie zählt der therapeutische Ultraschall als Mittel zur Prävention und Therapiebegleitung. Er hat mechanische, thermische und physiko-chemische Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Um mehr Erkenntnisse über die thermischen Auswirkungen zu erlangen, wurden Versuche an einem Hydrogel-Phantom und an Probanden durchgeführt. Dabei entstand eine signifikante Erwärmung des Gewebes, welche beim Probandenversuch an der Oberfläche und beim Hydrogelversuch in der Tiefe gemessen wurde.
Summary: In orthopaedics, therapeutic ultrasound is a tool of prevention and therapy support. It has mechanical, thermal and physico-chemical effects on the human body. Tests with a hydrogel phantom and with human probands have been performed in order to obtain more knowledge about their thermal effects. Both tests measured temperature increases in cell tissue, on the surface with the human proband test and in depth with the hydrogel phantom test.
Can vascular function be assessed by the interpretation of retinal vascular diameter changes?
(2011)
Sleep scoring is a necessary and time-consuming task in sleep studies. In animal models (such as mice) or in humans, automating this tedious process promises to facilitate long-term studies and to promote sleep biology as a data-driven f ield. We introduce a deep neural network model that is able to predict different states of consciousness (Wake, Non-REM, REM) in mice from EEG and EMG recordings with excellent scoring results for out-of-sample data. Predictions are made on epochs of 4 seconds length, and epochs are classified as artifactfree or not. The model architecture draws on recent advances in deep learning and in convolutional neural networks research. In contrast to previous approaches towards automated sleep scoring, our model does not rely on manually defined features of the data but learns predictive features automatically. We expect deep learning models like ours to become widely applied in different fields, automating many repetitive cognitive tasks that were previously difficult to tackle.
The concept of an injective affine embedding of the quantum states into a set of classical states, i.e., into the set of the probability measures on some measurable space, as well as its relation to statistically complete observables is revisited, and its limitation in view of a classical reformulation of the statistical scheme of quantum mechanics is discussed. In particular, on the basis of a theorem concerning a non-denseness property of a set of coexistent effects, it is shown that an injective classical embedding of the quantum states cannot be supplemented by an at least approximate classical description of the quantum mechanical effects. As an alternative approach, the concept of quasi-probability representations of quantum mechanics is considered.
Achilles tendon rupture (ATR) patients have persistent functional deficits in the triceps surae muscle–tendon unit (MTU). The complex remodeling of the MTU accompanying these deficits remains poorly understood. The purpose of the present study was to associate in vivo and in silico data to investigate the relations between changes inMTU properties and strength deficits inATR patients. Methods: Elevenmale subjects who had undergone surgical repair of complete unilateral ATR were examined 4.6 ± 2.0 (mean ± SD) yr after rupture. Gastrocnemius medialis (GM) tendon stiffness, morphology, and muscle architecture were determined using ultrasonography. The force–length relation of the plantar flexor muscles was assessed at five ankle joint angles. In addition, simulations (OpenSim) of the GM MTU force–length properties were performed with various iterations of MTU properties found between the unaffected and the affected side. Results: The affected side of the patients displayed a longer, larger, and stiffer GM tendon (13% ± 10%, 105% ± 28%, and 54% ± 24%, respectively) compared with the unaffected side. The GM muscle fascicles of the affected side were shorter (32% ± 12%) and with greater pennation angles (31% ± 26%). A mean deficit in plantarflexion moment of 31% ± 10% was measured. Simulations indicate that pairing an intact muscle with a longer tendon shifts the optimal angular range of peak force outside physiological angular ranges, whereas the shorter muscle fascicles and tendon stiffening seen in the affected side decrease this shift, albeit incompletely. Conclusions: These results suggest that the substantial changes in MTU properties found in ATR patients may partly result from compensatory remodeling, although this process appears insufficient to fully restore muscle function.