Refine
Year of publication
- 2014 (305) (remove)
Institute
- Fachbereich Medizintechnik und Technomathematik (66)
- Fachbereich Chemie und Biotechnologie (47)
- Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (43)
- Fachbereich Wirtschaftswissenschaften (42)
- Fachbereich Energietechnik (40)
- INB - Institut für Nano- und Biotechnologien (35)
- IfB - Institut für Bioengineering (25)
- Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik (21)
- Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik (13)
- Fachbereich Bauingenieurwesen (12)
Document Type
- Article (142)
- Conference Proceeding (68)
- Part of a Book (31)
- Book (22)
- Conference: Meeting Abstract (15)
- Report (8)
- Other (6)
- Bachelor Thesis (3)
- Patent (3)
- Part of a Periodical (2)
Keywords
Manufacturing companies are forced to operate in an increasingly volatile and unpredictabl environment. The number of events that can have a potentially critical impact on a production system‘s economic performance have significantly increased. This forces companies to invest considerably more in flexible and robust production systems capable of withstanding a certain amount of change however unable to quantify the benefits in advance. The satisfactory quantification and assessment of these qualities – Flexibility and Robustness –has not been realized yet. This paper discusses commonality between Flexibility and Robustness and offers a new approach to connect changes in the environment with the elements of a production system and thus quantifying its flexibility and robustness.
Organizzare l’addizione
(2014)
Biotechnologische Wertstoffgewinnung entlang der Prozessketten Grüner und Pflanzenöl-Bioraffinerien
(2014)
Der nachwachsende Rohstoff Raps ist in großen Mengen verfügbar und eine Quelle für Biomoleküle mit hohem Wertschöpfungspotenzial. Entwicklungen zur biotechnologischen Wertstoffgewinnung werden dabei schwerpunktmäßig in den Bereichen Aufarbeitung und Funktionalisierung von Polyphenolen und Fetten betrieben. Bei der Verarbeitung der Pflanzenmaterialien werden dabei insbesondere Verfahren zur adsorptiven Aufreinigung und Auftrennung mittels Materialien mit modifizierten Bleicherden und anderen organischen oder anorganischen Adsorbentien untersucht. Ferner wurden für die Aufreinigung von Polyphenolen adsorptive sowie extraktive Prozesse entwickelt. Bei den Entwicklungen wird berücksichtigt, dass Bioraffinerien auf eine fortwährende Gewährleistung eines hohen Produktions- bzw. Lieferbedarfs nachwachsender Rohstoffe angewiesen sind. Somit werden Optionen dezentraler regionaler Vorbehandlungs- und Wertschöpfungsketten in der Nähe landwirtschaftlicher Betriebe einbezogen. Neben neuen Aufreinigungsverfahren werden mikrobielle und enzymatische Prozesse zur wertsteigernden Umsetzung von Glycerin, Polyphenolen und Zuckermonomeren vorgestellt sowie Limitierungen nachwachsender Rohstoffe der 2. Generation diskutiert.
Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)
(2014)
Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft.
Primäre Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind möglichst hohe Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivität. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue Rührerelemente auf einen Maßstab von 1000 L übertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g –1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g – 1 und Konzentrationen von 152 g L –1 erreicht werden. Zurzeit können unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L –1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen können. Eine solche Verbesserung der Zugänglichkeit für cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kulturüberstände verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kulturüberständen von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 % möglich.
Bei der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe entsteht aus Cellulose oder Stärke u. a. das wichtige Produkt Glucose. Diese niedermolekulare Kohlenhydratquelle wird üblicherweise als Substrat für biotechnologische und chemische Synthesen verwendet. Ein wirtschaftlich interessantes Oxidationsprodukt der Glucose ist Gluconsäure, die beispielsweise als Lebensmittelzusatzstoff (E 574), in der Medizin und Metallindustrie Verwendung findet. Die Umsetzung des Monosaccharids zu Gluconsäure erfolgt entweder durch mikrobielle Fermentation oder der Oxidation an heterogenen Katalysatoren. Die Zielsetzung der Studie ist die Untersuchung der Glucoseoxidation an magnetisierbaren Gold-Nanopartikeln unter nachfolgender Bypass-Separation des Katalysators mittels einer neuen Mini-HGMS-Einheit (Hochgradient-Magnetseparation). Dieser Filtertyp ermöglicht die selektive Trennung magnetischer Partikel aus Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt oder Viskosität. Erste Ergebnisse zeigen eine Beladungskapazität des selbstkonstruierten Mini-HGMS von 550 mg goldbeschichteter magnetisierbarer Nanopartikel. Die Oxidation erfolgt bei einem pH-Wertvon 9, bei 40 °C und mit 100 mM Glucose in einem begasten Rührkesselreaktor. Das System soll zukünftig zum Katalysatorrecycling von hochviskosen und Feststoffbelasteten Produktströmen aus Bioraffinerien eingesetzt werden.
Aktiver und passiver antimikrobieller Oberflächenschutz durch funktionalisierte Mikropartikel
(2014)
Mikrobielle Verunreinigungen von Oberflächen in technischen und medizinischen Systemen sind allgegenwärtig. Sie basieren üblicherweise auf adsorptiven Oberflächenbindungen organischer Komponenten (Proteine und Fette) oder Membrankomponenten aerogener sowie wassergebundener Mikroorganismen. In laufenden Forschungsarbeiten wird eine aktive sowie passive Biomodifikation von Oberflächen zu deren Schutz vor Adsorption von Proteinen und Mikroorganismen verfolgt. Der antimikrobielle Schutz soll dabei sowohl durch die Mikrostrukturierung bzw. Rauheitsanpassung der Oberflächen durch deren Beschichtung mit Mikro-und Nanopartikeln erfolgen. Ferner werden antimikrobielle Enzyme und funktionelle Gruppen auf den Mikropartikeln gebunden, um den Oberflächenschutz zu verstärken. In ersten Versuchen wurden quartäre Ammoniumverbindungen auf eigens synthetisierten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (Durchmesser 10 – 30 nm) immobilisiert und die wachstumshemmende Wirkung untersucht. Erste Ergebnisse zeigten, dass eine Konzentration von 10 mg mL⁻¹ der Ammoniumverbindung in einer Wachstumshemmung des verwendeten Gram-negativen Modell-Mikroorganismus E. coli GFPmut2 resultiert. Zurzeit werden synergistisch wirkende Kombinationen von Partikeln mit Proteasen, quartären Ammoniumverbindungen, hydrophoben Oberflächen und mikrostrukturierten Oberflächen als antimikrobieller Schutz untersucht.
Cytochrom P450 sind Häm-Proteine, die zur Enzymklasse der Oxidoreduktasen (EC 1.14.xy) gehören. Eine wichtige Reaktion ist die Hydroxylierung nichtaktivierter C–H-Bindungen, die in technischen Systemen von großem Interesse ist. Durch die Verwendung von M-IDA-2-Partikeln ist eine direkte Aufreinigung mit gleichzeitiger Immobilisierung und die Applikation der Enzyme aus dem Zelllysat möglich. Damit ist das Verfahren mehr als fünf Stunden schneller als die konventionelle Chromatographie und mehr als 80 % der Aufreinigungszeit wird gespart. Mit dem isolierten nativen Enzym konnte die Plattformchemikalie 9,10-Dihydroxystearinsäure aus Ölsäure hergestellt werden. Unter anderem für die Kunststoffindustrie können aus diesem Produkt wichtige Monomere wie z. B. Azelainsäure hergestellt werden. Die Bildung des Produkts erfolgt in einem zweiphasigen Reaktionssystem an der Grenzfläche zwischen dem Öl und der wässrigen Phase als Feststoff. Um das immobilisierte Enzym aktiv in die obere Phase zu transportieren, wurde eine neue magnetische Mischvorrichtung entwickelt. Das Reaktionsprodukt wurde mit NMR, GC-MS und HPLC-MS analysiert und mit einem chemisch synthetisierten Standard von 9,10-Dihydroxystearinsäure verglichen. Derzeit werden Studien des immobilisierten Häms des Enzyms durchgeführt.
Üblicherweise werden biotechnologische Reaktionssysteme im mikrofluidischen Maßstab in vorstrukturierten Bauteilen oder mit auf Wellplatten basierenden Robotersystemen realisiert. In dem hier vorgestellten System werden chemische oder biologische Reaktionen mit magnetischen Mikroreaktoren (MR) durchgeführt, bei denen hydrophobe magnetische Mikropartikel einen wässrigen Kern umschließen. Solche MR bieten eine gute Kontrolle der Reaktionsbedingungen, eine verbesserte Sicherheit und Portabilität. Die neue Plattformtechnologie ermöglicht die zweidimensionale Bewegung der magnetischen MR auf einer planaren Ebene. Oberhalb oder unterhalb der Plattform werden Magnetfeldgradienten zum Manipulieren und Bewegen eines oder mehrerer magnetischer MR erzeugt. Die optimal auf die MR wirkenden magnetischen Kräfte werden experimentell ermittelt und simuliert. Die Aktivierung der Magnetfelder wird automatisiert durch elektrische Spulen mit Eisenkern bzw. Neodymmagnet gesteuert. Angewendet wurde das System beim reversiblen Öffnen von MR, um z. B. Reaktionspartner in den wässrigen Kern zu injizieren oder Proben zu entnehmen. Ferner wurde Lac-case A und b-Glucosidase auf einer Quarzglasoberfläche immobilisiert und mit einem MR zum Reagieren gebracht. Weiterhin wurden MR fusioniert und so ein wässriger Kern bestehend aus Laccase mit einem aus dem entsprechenden Substrat Syringaldazin vereint.
In der Biotechnologie stellt Einzelstrang-DNA (ssDNA) eine Schlüsselrolle dar und fungiert z. B. als Baustein für die nanoskalige Feinmechanik oder als Affinitätsligand, ein sog. Aptamer. Hinsichtlich der industriellen Verwendung bieten Aptamere im Vergleich zu Antikörpern viele Vorteile, wie z. B. eine gute Renaturierung bzw. die Selektion für cytotoxische Moleküle. Aktuell wächst die Nachfrage für chimäre Aptamere von bis zu 200 n, um die simultane Bindung bzw. die Modifikation mehrerer Moleküle zu realisieren. Bis heute wird ssDNA mittels einer sequentiellen Synthese hergestellt, die eine Effizienz von ca. 99,5 % je Zyklus und bereits bei einer Produktlänge von 100 n nur noc hAusbeuten von max. 60 % zeigt. Um dem Bedarf an ssDNA im Bereich > 100 n zu entsprechen, wurden zwei enzymatische Verfahren zur Produktion dieser Makronukleotide entworfen. Die erste Technik basiert auf einerFestphasen-PCR und ermöglicht sowohlein Primer- als auch ein Templatrecycling. Das zweite Verfahren beruht auf einer Plasmidbasierten In-vivo-Amplifikation, der sog. AptaGENE®-Technologie. In einer einzigen Klonierung werden bis zu 100 Kopien des Monomers in einen Vektor kloniert. Nach einer Transformation folgt der reguläre Produktionsprozess in Form einer Kultivierung, Plasmidpräparation und sequenziellen Aufarbeitung von bis zu 6 · 10¹⁵ Makronukleotiden pro Milliliter Fermentationsvolumen.
Die Nutzung von Biomasse aus pflanzlichen Abfällen für die stoffliche Verwertung rückt immer stärker in den Vordergrund. Dabei ist vor allem die ganzheitliche Verwertung der Stoffströme von Bedeutung, da diese einen integrativen Ansatz ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Produktion von Einzellerproteinen (Single-Cell Proteins, SCPs) mithilfe von unterschiedlichen Rohsubstraten dargelegt. Somit können Reststoffströme, die in keiner Konkurrenz zur Produktion von Lebensmitteln stehen, für die Herstellung von Futter- und auch Nahrungsmitteln Verwendung finden. Die zunächst thermisch vorbehandelten Ausgangsmaterialien stammen aus forstwirtschaftlichen und grünen Abfällen und ermöglichen durch eine anschließende enzymatische Hydrolyse die Freisetzung von Monosacchariden. Aus diesen erfolgt die SCP-Produktion fermentativ mithilfe der drei Modellorganismen Bakterium, Hefe und Pilz. Hierfür wird sowohl das flüssige Hydrolysat als auch der feste Reststoff auf der Basis einer Feststofffermentation genutzt. Auf diese Weise ist eine vollständige Verwertung der Ausgangsmaterialien möglich. Mit den gewonnen Daten erfolgt abschließend eine Bewertung der SCPs aus nachwachsenden Rohstoffen als alternative Proteinquelle.
Der zunehmende Bedarf an fossilen Rohstoffen bei gleichzeitig abnehmender Versorgungssicherheit führt zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Ressourcen. Ein vielversprechendes Ausgangsmaterial mit einer weltweiten Verfügbarkeit stellt Gras dar. In 2012 wurden in Deutschland 33 Millionen Tonnen (Heugewicht) Gras auf 4,82 Millionen Hektar Ackerland produziert, davon wurden 60,5 % siliert. Durch die Silierung kann Gras als Substrat zeitlich uneingeschränkt verfügbar sein, ohne dem Risiko des schnellen Verderbs ausgesetzt zu sein. Eine Schlüsselrolle im Rahmen des Silierprozesses nimmt die Produktion von Milchsäure ein. Milchsäure ist einbedeutendes biotechnologisches Produkt für die Lebensmittel- und die chemische Industrie. Im Rahmen dieser Arbeit wird die vollständige Umwandlung der fermentierbaren Zucker in der Silage zu Milchsäure angestrebt, um die maximale Ausbeute der organischen Säure zu erreichen. Im ersten Verfahrensschritt wird die Silage gepresst und der erhaltene Presskuchen einer Liquid-Hot-Water-Behandlung unterzogen. Durch diese einfache Vorbehandlung können hohe Glucoseausbeuten im nachfolgenden SSF-Schritt bei gleichzeitig geringem Enzymeinsatz und Chemikalienverbrauch realisiert werden. Zur Aufreinigung der Milchsäure wurden extraktive und chromatographische Methoden untersucht.
Einige Arten der Braun- und Weißfäulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze können für eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse für Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufwändige Aufschlussapparate zurückgreifen zu müssen. Weißfäulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter für enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zugänglich wird. Braunfäulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Veränderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomasseveränderung werden mithilfe spezifischer Färbemethoden durchgeführt, durch die morphologische Veränderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden können.
Die Teilefertigung durch Rapid Prototyping (RP) verkürzt den Weg von der Idee bis zum Produkt, wobei unter anderem Optimierungszyklen in geringer Zeit durchlaufen werden können. Ferner eröffnen neue Entwicklungen in diesem Bereich die Möglichkeit individueller Produktionsverfahren. Im Unterschied zur klassischen Fertigung von Prototypen wird beim RP mit additiver Schichtfertigung (Additive Layer Manufacturing, ALM) gearbeitet. Je nach Methode werden Flüssigkeiten oder Pulver nach Vorgaben eines 3D-Computermodells sequentiell aufgetragen. Diese Verfahren existieren seit ca. 25 Jahren, jedoch sind seit kurzem ausgesprochen günstige Geräte verfügbar, die Objekte mit Genauigkeiten bis 20 lm fertigen können. Das RP hat in klinischen Anwendungsgebieten bzw. im Bereich des Tissue Engineering bereits vielfach Einzug gefunden. Aber auch chemisch-biotechnologische Entwicklungen können von den Verfahren profitieren. So wurden Mikrofluidiksysteme und Bioreaktoren bereits erfolgreich durch RP gefertigt. Durch ALM ist ebenso die Herstellung von Reaktionseinheiten aus biokompatiblen Materialien wie ionotropen Gelen möglich. Ferner sind sehr komplexe Strukturierungen von Oberflächen im Nanometerbereich realisierbar, die für die Auftragung heterogener Katalysatoren oder auch Mikroorganismen eingesetzt werden können. Auch der Bereich Reaktoren- und Apparatebau kann von den Fortschritten in der additiven Fertigung profitieren. Verfahren wie selektives Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen erlauben es, metallische Komponenten in nahezu beliebigen Geometrien zu fertigen. Somit können Strukturen verwirklicht werden, die mit konventionellen Fertigungstechniken nur sehr schwer oder überhauptnicht herstellbar wären. Durch Anwendung von rechnergestützter Modellierung können optimale Strukturen identifiziert und additiv gefertigt werden. Eine anschließende katalytische Funktionalisierung der Oberfläche ermöglicht die Herstellung strukturierter Reaktoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften.
In diesem Beitrag wird die NIR- und MIR-Spektrometrie in Kombination mit multivariaten Kalibrationsmodellen zur Analyse von Monosacchariden und Cellulose aus Biomasse etabliert. Spektrengemischter Standardlösungen mit definierten Glucose- und Xylosekonzentrationen in Wasser werden im NIR-(Lambda 750, Perkin Elmer, USA) und MIR-Bereich (Spektrum 100, PerkinElmer) in Gegenwart von entweder Carboxymethylcellulose oder Grasfasern aufgenommen. Darauf basierend werden Kalibrationsmodelle (Unscrambler®, CAMO-Software AS, Norwegen) entwickelt und zur Vorhersage der Zuckerkonzentration in den Hydrolyseproben und der Celluloseanteile angewendet. Darüber hinaus wird die Partikelgröße der Rohstoffe bestimmt. Die Messergebnisse bilden die experimentelle Basis für die numerische Modellierung der Reaktionskinetik der enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose. Das Modell kombiniert die Bilanzierung der Partikelgrößenverteilungen mit der Multienzymkinetik. Dabei werden neben der Partikelgrößenverteilung und der Substratkonzentration die Zusammensetzung der Rohstoffe nach Vorbehandlung sowie die Produktinhibierung und mehrere enzymatische Aktivitäten berücksichtigt. Das Modell ermöglicht es, die Partikelgrößenverteilungen und die Konzentrationen der Substrate und Produkte während der Hydrolyse vorherzusagen und die kinetischen Parameter im Batch- sowie im Fed-Batch-Reaktor zu bestimmen.
In der Reihe der nachwachsenden Rohstoffe besitzt Holz als erneuerbare und umweltfreundliche Ressource ein großes Potenzial. Über 11 Mio. ha Holz, das laut der Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe (FNR) auch für industrielle Zwecke genutzt werden kann, wuchsen im Jahr 2013 allein auf bundesdeutscher Fläche. 56,8 Mio. m³ jährlicher Holzeinschlag in den letzten zehn Jahren wurde zu knapp der Hälfte stofflich und der Rest energetisch verwertet. Im Rahmen dieser Arbeit konnte auf der Basis vom Holz der Buche, die nach Fichte und Kiefer die dritthäufigste Baumart in Deutschland ist und 15% der deutschen Waldfläche ausmacht, die Fraktionierung der polymeren Hauptbestandteile mit niedrigem energetischen Einsatz erreicht werden. Hierbei werden in einem nachgeschalteten Extraktionsprozess die beiden Komponenten Hemicellulose und Lignin in flüssiger Form von der finalen festen Cellulosefraktion abgetrennt. Die Extraktion der Hemicellulose erfolgt durch eine Liquid Hot Water (LHW)-Behandlung. Untersucht wird der katalytische Zusatz anorganischer Säuren wie H₃PO₄ und H₂SO₄. Im Hinblick auf die weitere Verwertung von Lignin zu aromatischen Synthesebausteinen kommt die Organosolv-Extraktion mit einem Ethanol/Wasser-Gemisch zum Einsatz. Von Vorteil ist die weitere Verwendung beider Stoffströme ohne Fällungsschritt und nachteiliger Verdünnung der Hemicellulose.
Technische Cellulose wurde als möglicher Rohstoff zur fermentativen Produktbildung untersucht. Hierfür wird Cellulose in der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt und daraus Hydrolysat gewonnen. Die Prüfung der technischen Hydrolysate als Substrate erfolgte anhand eines breiten Spektrums an Bioprodukten, von Kraftstoffen wie Ethanolund Butanol, bis zu den Dicarbonsäuren Itacon- und Bernsteinsäure. Dabei werden Bakterien, Hefen und Pilze als Produktionsorganismen eingesetzt. Die einzelnen Herstellverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Substrathandhabung. Im Fall der Ethanol- und Butanol-Gewinnung kann eine simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) durchgeführt werden. Aufgrund der Produkttoxizität erfordert die Butanol-Herstellung dabei eine In-situ-Produktabtrennung durch Lösemittelimprägnierte Partikel. Die Herstellung der beiden Dicarbonsäuren unterscheidet sich in der Sensitivität der verwendeten Mikroorganismen gegenüber Inhibitoren, die in Spuren im Hydrolysat enthalten sind. Die Bernteinsäurebildung mit Actinobacillussuccinogenes kann mit unbehandeltem Hydrolysat erfolgen. Dagegen erfordert die Gewinnung von Itaconsäure mit A. terreus eine Detoxifizierung des Hydrolysats. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sämtliche Bioraffinerie-Hydrolysate als Substrate für unterschiedliche Fermentationen geeignet sind.
Heute wie damals werden die großzügigen und offenen Siedlungsstrukturen der ersten Nachkriegsjahrzehnte mit ihrem hohen Anteil an "Grün" vielfach geschätzt und als solche nicht grundlegend hinterfragt. "Grün" verheißt im Allgemeinen Licht, Luft und Sonne, Freizeit und Erholung und gilt als etwas Wünschenswertes im städtischen Kontext. Unbeachtet bleibt, dass dem Begriff "Grün" zunächst keine Eigenschaften oder Qualitäten zugewiesen sind - er sagt noch lange nichts über dessen räumliche Qualität, dessen Nutzbarkeit, Erreichbarkeit und Zugänglichkeit aus. Abstandsgrün und Straßenbegleitgrün ist eben auch "Grün". Neben einer quantitativen Argumentation, welche ökologischen Aspekte wie Biotopvernetzung, Stadt- und Mikroklima berücksichtigt, sollten wir verstärkt qualitativ denken und damit die Grundlage für einen erweiterten und wesentlich differenzierteren Diskurs über urbane Freiräume ebnen.
Neue Dörfer braucht das Land! Dörfer in der Stadt und Dörfer auf dem Land (…). Die Planung und Gestaltung nachhaltiger Raumsysteme, die durch ein neues Verständnis des gemeinschaftlichen Besitzes (und dessen Nutzung) ressourcenfressende Individualisierungstendenzen unserer Gesellschaft überwinden, aber zugleich größtmöglichen Freiraum für eine individuelle Persönlichkeitsentfaltung zur Verfügung stellen." Dieses Zitat der Hamburger Initiative "Wir sind Dorf" beschreibt eine aktuelle Diskussion in unserer Gesellschaft, die sowohl in der Forschung und forschungsgeleiteten Initiativen, in Politik und Planung als auch in der Bürger-schaft stattfindet. Sie wird nicht nur auf wissenschaftlichen Veranstaltungen geführt, sondern auch in konkreten Projekten für integrative Lebenswelten, die Fragestellungen von Ernährung und Energieversorgung, von Arbeit und Ökonomie, aber auch eines neuen räumlichen und sozialen Miteinanders einbeziehen.
Anders als bei den weit verbreiteten Baugruppen geht es nicht ausschließlich um die Schaffung von Wohnraum. Die Nachbarschaftsidee verbindet das Bedürfnis nach gemeinschaftlichem Wohnen und Wirtschaften mit einer neuen Werteorientierung, die auf persönlicher Verantwortungsübernahme beruht.
The problem of fair and privacy-preserving ordered set reconciliation arises in a variety of applications like auctions, e-voting, and appointment reconciliation. While several multi-party protocols have been proposed that solve this problem in the semi-honest model, there are no multi-party protocols that are secure in the malicious model so far. In this paper, we close this gap. Our newly proposed protocols are shown to be secure in the malicious model based on a variety of novel non-interactive zero-knowledge-proofs. We describe the implementation of our protocols and evaluate their performance in comparison to protocols solving the problem in the semi-honest case.
Up in the clouds and above fuels and construction materials must be very carefully selected to ensure a smooth flight and touchdown. Out of around 38,000 single and dual-engined propeller aeroplanes, roughly a third are affected by a new trend in the fuel sector that may lead to operating troubles or even emergency landings: The admixture of bio-ethanol to conventional gasoline. Experiences with these fuels may be projected to alternative mixtures containing new components.
Die Nutzung von Prozessmodellierungsmethoden oder - werkzeugen kann erheblichen Einfluss auf die Effektivität von Prozessen haben. Das gilt insbesondere für Situationen, in denen Personen unter Stress stehen oder ungeübt sind. In diesen Fällen geben Prozessmodelle konkrete Empfehlungen, nach denen sich die handelnden Personen richten könnten. In Experimenten mit der Business-Simulation Apollo 13 haben wir den Effekt eines Einsatzes von Prozessmodellierungsmethoden und -werkzeugen untersucht. Bereits bekannte Theorien (z.B. über geeignete Verhältnisse von Kommunikationsinhalten) konnten bestätigt werden. Darüber hinaus haben wir eine besondere Bedeutung der Übertragbarkeit von Prozessmodellen in konkrete Handlungen identifiziert.
Planning the layout and operation of a technical system is a common task
for an engineer. Typically, the workflow is divided into consecutive stages: First,
the engineer designs the layout of the system, with the help of his experience or of
heuristic methods. Secondly, he finds a control strategy which is often optimized
by simulation. This usually results in a good operating of an unquestioned sys-
tem topology. In contrast, we apply Operations Research (OR) methods to find a
cost-optimal solution for both stages simultaneously via mixed integer program-
ming (MILP). Technical Operations Research (TOR) allows one to find a provable
global optimal solution within the model formulation. However, the modeling error
due to the abstraction of physical reality remains unknown. We address this ubiq-
uitous problem of OR methods by comparing our computational results with mea-
surements in a test rig. For a practical test case we compute a topology and control
strategy via MILP and verify that the objectives are met up to a deviation of 8.7%.
Die erdbebensichere Auslegung von erdverlegten Rohrleitungssystemen ist von wesentlicher Bedeutung zur Sicherstellung der Funktionalität der Versorgungsinfrastruktur nach einem Erdbebenereignis. Zur Vermeidung von Netzausfällen ist es erforderlich, die räumlich weit ausgedehnten Leitungssysteme mit geeigneten rechnerischen Modellen seismisch zu bemessen. Der vorliegende Beitrag behandelt die Beanspruchung von Rohrleitungssystemen durch seismische Welleneinwirkung und stellt geeignete Näherungsansätze und ein detailliertes Rechenmodell für seismische Leitungsanalysen vor. Mit den Ansätzen wird in Berechnungsbeispielen der Einfluss wesentlicher Parameter auf die seismisch induzierten Dehnungen in Rohrleitungssystemen untersucht.
Molecular Modeling Approach to the Prediction of Mechanical Properties of Silica-Reinforced Rubbers
(2014)
Recently, we have suggested a nanomechanical model for dissipative loss in filled elastomer networks in the context of the Payne effect. The mechanism is based on a total interfiller particle force exhibiting an intermittent loop, due to the combination of short-range repulsion and dispersion forces with a long-range elastic attraction. The sum of these forces leads, under external strain, to a spontaneous instability of “bonds” between the aggregates in a filler network and attendant energy dissipation. Here, we use molecular dynamics simulations to obtain chemically realistic forces between surface modified silica particles. The latter are combined with the above model to estimate the loss modulus and the low strain storage modulus in elastomers containing the aforementioned filler-compatibilizer systems. The model is compared to experimental dynamic moduli of silica filled rubbers. We find good agreement between the model predictions and the experiments as function of the compatibilizer's molecular structure and its bulk concentration.
The scope of this study is the measurement of endotoxin adsorption rate for carbonized rice husk. It showed good adsorption properties for LPS. During the batch experiments, several techniques were used and optimized for improving the material’s adsorption behavior. Also, with the results obtained it was possible to differentiate the materials according to their adsorption capacity and kinetic characteristics.
The necessity of e-books as a primary of learning, its opportunities for realization of competence during training biologist and biotechnologist specialists are determined. Definitions and requirements to the e-books, its advantages in comparison with traditional textbooks, and the ways of creation of e-books in the SunRav BookEditor program are considered.
1. Drug metabolizing enzymes and transporters play important roles in the absorption, metabolism, tissue distribution and excretion of various compounds and their metabolites and thus can significantly affect their efficacy and safety. Furthermore, they can be involved in drug–drug interactions which can result in adverse responses, life-threatening toxicity or impaired efficacy. Significant species differences in the interaction of compounds with drug metabolizing enzymes and transporters have been described.
2. In order to overcome the limitation of animal models in accurately predicting human responses, a large variety of mouse models humanized for drug metabolizing enzymes and to a lesser extent drug transporters have been created.
3. This review summarizes the literature describing these mouse models and their key applications in studying the role of drug metabolizing enzymes and transporters in drug bioavailability, tissue distribution, clearance and drug–drug interactions as well as in human metabolite testing and risk assessment.
4. Though such humanized mouse models have certain limitations, there is great potential for their use in basic research and for testing and development of new medicines. These limitations and future potentials will be discussed.
In humans, 75% of all drugs are metabolized by the cytochrome P450-dependent monooxygenase system. Enzymes encoded by the CYP2C, CYP2D, and CYP3A gene clusters account for ∼80% of this activity. There are profound species differences in the multiplicity of cytochrome P450 enzymes, and the use of mouse models to predict pathways of drug metabolism is further complicated by overlapping substrate specificity between enzymes from different gene families. To establish the role of the hepatic and extrahepatic P450 system in drug and foreign chemical disposition, drug efficacy, and toxicity, we created a unique mouse model in which 30 cytochrome P450 genes from the Cyp2c, Cyp2d, and Cyp3a gene clusters have been deleted. Remarkably, despite a wide range of putative important endogenous functions, Cyp2c/2d/3a KO mice were viable and fertile, demonstrating that these genes have evolved primarily as detoxification enzymes. Although there was no overt phenotype, detailed examination showed Cyp2c/2d/3a KO mice had a smaller body size (15%) and larger livers (20%). Changes in hepatic morphology and a decreased blood glucose (30%) were also noted. A five-drug cocktail of cytochrome P450 isozyme probe substrates were used to evaluate changes in drug pharmacokinetics; marked changes were observed in either the pharmacokinetics or metabolites formed from Cyp2c, Cyp2d, and Cyp3a substrates, whereas the metabolism of the Cyp1a substrate caffeine was unchanged. Thus, Cyp2c/2d/3a KO mice provide a powerful model to study the in vivo role of the P450 system in drug metabolism and efficacy, as well as in chemical toxicity.
Organic anion transporting polypeptide (Oatp) 1a/1b knockout and OATP1B1 and -1B3 humanized mouse models are promising tools for studying the roles of these transporters in drug disposition. Detailed characterization of these models will help to better understand their utility for predicting clinical outcomes. To advance this approach, we carried out a comprehensive analysis of these mouse lines by evaluating the compensatory changes in mRNA expression, quantifying the amounts of OATP1B1 and -1B3 protein by liquid chromatography–tandem mass spectrometry, and studying the active uptake in isolated hepatocytes and the pharmacokinetics of some prototypical substrates including statins. Major outcomes from these studies were 1) mostly moderate compensatory changes in only a few genes involved in drug metabolism and disposition, 2) a robust hepatic expression of OATP1B1 and -1B3 proteins in the respective humanized mouse models, and 3) functional activities of the human transporters in hepatocytes isolated from the humanized models with several substrates tested in vitro and with pravastatin in vivo. However, the expression of OATP1B1 and -1B3 in the humanized models did not significantly alter liver or plasma concentrations of rosuvastatin and pitavastatin compared with Oatp1a/1b knockout controls under the conditions used in our studies. Hence, although the humanized OATP1B1 and -1B3 mice showed in vitro and/or in vivo functional activity with some statins, further characterization of these models is required to define their potential use and limitations in the prediction of drug disposition and drug-drug interactions in humans.
The constitutive androstane receptor (CAR) and the pregnane X receptor (PXR) are closely related nuclear receptors involved in drug metabolism and play important roles in the mechanism of phenobarbital (PB)-induced rodent nongenotoxic hepatocarcinogenesis. Here, we have used a humanized CAR/PXR mouse model to examine potential species differences in receptor-dependent mechanisms underlying liver tissue molecular responses to PB. Early and late transcriptomic responses to sustained PB exposure were investigated in liver tissue from double knock-out CAR and PXR (CARᴷᴼ-PXRᴷᴼ), double humanized CAR and PXR (CARʰ-PXRʰ), and wild-type C57BL/6 mice. Wild-type and CARʰ-PXRʰ mouse livers exhibited temporally and quantitatively similar transcriptional responses during 91 days of PB exposure including the sustained induction of the xenobiotic response gene Cyp2b10, the Wnt signaling inhibitor Wisp1, and noncoding RNA biomarkers from the Dlk1-Dio3 locus. Transient induction of DNA replication (Hells, Mcm6, and Esco2) and mitotic genes (Ccnb2, Cdc20, and Cdk1) and the proliferation-related nuclear antigen Mki67 were observed with peak expression occurring between 1 and 7 days PB exposure. All these transcriptional responses were absent in CARᴷᴼ-PXRᴷᴼ mouse livers and largely reversible in wild-type and CARʰ-PXRʰ mouse livers following 91 days of PB exposure and a subsequent 4-week recovery period. Furthermore, PB-mediated upregulation of the noncoding RNA Meg3, which has recently been associated with cellular pluripotency, exhibited a similar dose response and perivenous hepatocyte-specific localization in both wild-type and CARʰ-PXRʰ mice. Thus, mouse livers coexpressing human CAR and PXR support both the xenobiotic metabolizing and the proliferative transcriptional responses following exposure to PB.
Einleitung vor § 1297
(2014)
Vorbemerkung vor § 1297
(2014)
Vorbemerkung vor § 1353
(2014)
Vor dem Hintergrund zunehmender gesellschaftlicher Veränderungen bei den Lebens- und Familienformen hat es sich die Commission on European Family Law (CEFL) seit 2001 zum Ziel gesetzt, unverbindliche Regelungsvorschläge für ein europaweit einheitliches Familienrecht zu schaffen. Die Vorstellung und Diskussion dieser auf rechtsvergleichender Basis erstellten Principles erfolgt auf den regelmäßig veranstalteten Tagungen der CEFL. Die nunmehr fünfte Konferenz zum Thema „Family Law and Culture in Europe – Developments, Challenges and Opportunities“ fand erstmals in Deutschland statt. Ausgerichtet wurde die Veranstaltung, zu der ca. 200 Teilnehmerinnen und Teilnehmern aus Wissenschaft und Praxis aus insgesamt 33 Ländern angereist waren, von Nina Dethloff (Direktorin des Instituts für Deutsches, Europäisches und Internationales Familienrecht an der Universität Bonn), Katharina Boele-Woelki (Direktorin des Utrecht Centre for European Research into Family Law und Preisträgerin des Anneliese Maier-Forschungspreises der Alexander von Humboldt-Stiftung) und Werner Gephart (Direktor des Käte Hamburger Kollegs „Recht als Kultur“).
Does stiffer electoral competition reduce political shirking? For a micro-analysis of this question, I construct a new data set spanning the years 2005 to 2012 covering biographical and political information about German Members of Parliament (MPs), including their attendance rates in voting sessions. For the parliament elected in 2009, I show that indeed opposition party MPs who expect to face a close race in their district show significantly and relevantly lower absence rates in parliament beforehand. MPs of governing parties seem not to react significantly to electoral competition. These results are confirmed by an analysis of the parliament elected in 2005, by several robustness checks, and also by employing an instrumental variable strategy exploiting convenient peculiarities of the German electoral system. The study also shows how MPs elected via party lists react to different levels of electoral competition.
This paper investigates the extent to which corporate governance affects the cost of debt and equity capital of German exchange-listed companies. I examine corporate governance along three dimensions: financial information quality, ownership structure and board structure. The results suggest that firms with high levels of financial transparency and bonus compensations face lower cost of equity. In addition, block ownership is negatively related to firms' cost of equity when the blockholders are other firms, managers or founding-family members. Consistent with the conjecture that agency costs increase with firm size, I find significant cost of debt effects only in the largest German companies. Here, the creditors demand lower cost of debt from firms with block ownerships held by corporations or banks. My findings demonstrate that a uniform set of governance attributes is unlikely to satisfy suppliers of debt and equity capital equally.
Vorbeschäftigungszeiten als Leiharbeitnehmer zählen für Kündigungsschutz grundsätzlich nicht mit
(2014)
Ab dem 1.1.2015 ist es soweit: Deutschland erhält einen flächendeckenden und weitgehend branchenunabhängigen gesetzlichen Mindestlohn. Danach haben grundsätzlich alle abhängig beschäftigten Arbeitnehmer einen Anspruch auf eine Entlohnung von wenigstens 8,50 EUR brutto je Arbeitsstunde. Die Auswirkungen dürften enorm sein. Das Bundesministerium für Arbeit und Soziales geht jedenfalls davon aus, dass aufgrund der Einführung des gesetzlichen Mindestlohns mehrere Millionen Beschäftigte einen höheren Lohn beanspruchen können. Der nachfolgende Beitrag gibt einen Überblick über die wesentlichen Inhalte des gesetzlichen Mindestlohns und Hinweise für Anwendungsprobleme in der betrieblichen Praxis.
Die Beschäftigung von Prokuristen ist gängige betriebliche Praxis. Unternehmen stehen dabei immer wieder vor der Frage, ob und welche Arbeitnehmer sie zu Prokuristen bestellen sollen. Nicht selten bleiben hierbei die arbeitsrechtlichen Konsequenzen, die mit der Bestellung eines Arbeitnehmers zum Prokuristen einhergehen können, unberücksichtigt, wie diverse Gerichtsentscheidungen zeigen. Dieser Beitrag soll einen Überblick über die arbeitsrechtlichen Folgen bei der Beschäftigung von Prokuristen geben und der betrieblichen Praxis somit gleichzeitig als Entscheidungshilfe dienen, wenn es um das Ob und Wie der möglichen Bestellung eines Arbeitnehmers zum Prokuristen geht.
Network theory provides novel concepts that promise an improved characterization of interacting dynamical systems. Within this framework, evolving networks can be considered as being composed of nodes, representing systems, and of time-varying edges, representing interactions between these systems. This approach is highly attractive to further our understanding of the physiological and pathophysiological dynamics in human brain networks. Indeed, there is growing evidence that the epileptic process can be regarded as a large-scale network phenomenon. We here review methodologies for inferring networks from empirical time series and for a characterization of these evolving networks. We summarize recent findings derived from studies that investigate human epileptic brain networks evolving on timescales ranging from few seconds to weeks. We point to possible pitfalls and open issues, and discuss future perspectives.
Gebaute Geschichte in Turin
(2014)
Access to promising radiometals as isotopes for novel molecular imaging agents requires that they are routinely available and inexpensive to obtain. Proximity to a cyclotron center outfitted with solid target hardware, or to an isotope generator for the metal of interest is necessary, both of which can introduce significant hurdles in development of less common isotopes. Herein, we describe the production of ⁴⁴Sc (t₁⸝₂ = 3.97 h, Eavg,β⁺ = 1.47 MeV, branching ratio = 94.27%) in a solution target and an automated loading system which allows a quick turn-around between different radiometallic isotopes and therefore greatly improves their availability for tracer development. Experimental yields are compared to theoretical calculations.
A platform technology for the automated reaction control in magnetizable micro-fluidic droplets
(2014)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels eines flüssigen oder mit Flüssigkeit gefüllten Körpers. Dieser besteht aus einem Träger (1) und einer damit verbundenen, in einem Winkelbereich von mehr als 0° bis maximal 90° neigbaren Ebene (8) mit einer darin ausgebildeten Abrollbahn (9) für den flüssigen oder mit Flüssigkeit gefüllten Körper. An der Ebene (8) sind mehrere Sensoren (11, 12) zur Erfassung der Rolldauer des Körpers entlang der Rollstrecke angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einstellung des Neigungswinkels der Ebene (8) über ein Winkelmessgerät (10) erfolgt, wodurch ein Abrollwinkel erfassbar ist, bei dem der Körper in Bewegung gerät. Aus der Rolldauer, der Rollstrecke und dem Abrollwinkel wird der Kontaktwinkel des Körpers ermittelt.
The development of a cost-effective hydrolysis for crude cellulose is an essential part of biorefinery developments. To establish such high solid hydrolysis, a new solid state reactor with static mixing is used. However, concentrations >10% (w/w) cause a rate and yield reduction of enzymatic hydrolysis. By optimizing the synergetic activity of cellulolytic enzymes at solid concentrations of 9%, 17% and 23% (w/w) of crude Organosolv cellulose, glucose concentrations of 57, 113 and 152 g L⁻¹ are reached. However, the glucose yield decreases from 0.81 to 0.72gg⁻¹ at 17% (w/w). Optimal conditions for hydrolysis scale-up under minimal enzyme addition are identified. As result, at 23% (w/w) crude cellulose the glucose yield increases from 0.29 to 0.49gg⁻¹. As proof of its applicability, biobutanol, succinic and itaconic acid are produced with the crude hydrolysate. The potential of the substrate is proven e.g. by a high butanol yield of 0.33gg⁻¹.
Biotechnologie und die mit ihr verbundenen technischen Prozesse prägen seit Jahrtausenden die Entwicklung der Menschheit. Ausgehend von empirischen Verfahren, insbesondere zur Herstellung von Lebensmitteln und täglichen Gebrauchsgütern, haben sich diese Disziplinen zu einem der innovativsten Zukunftsfelder entwickelt. Durch das immer detailliertere Verständnis zellulärer Vorgänge können mittlerweile Produktionsstämme gezielt optimiert werden. Im Zusammenspiel mit moderner Prozesstechnik können so eine Vielzahl von Bulk- und Feinchemikalien sowie Pharmazeutika effizient hergestellt werden. In diesem Artikel werden exemplarisch einige der aktuellen Trends vorgestellt.
Adsorptive Vorbehandlung von Rohglycerin für die 1,3-Propandiol Fermentation mit Clostridium diolis
(2014)
Bei der Gewinnung von Fettsäuren aus Pflanzenölen, z. B. zur Herstellung von Biopolymeren, oder bei der Biodiesel- und Seifenproduktion, fällt Glycerin als Nebenprodukt an. Bei der Biokonversion dieses Rohstoffes zu 1,3-Propandiol wird der Produktionsorganismus Clostridium diolis durch Verunreinigungen im Rohglycerin gehemmt. Als inhibierende Substanzen konnten freie Fettsäuren identifiziert werden. Mithilfe eines adsorptiven Aufarbeitungsverfahrens ist es gelungen, die Fettsäuren zu entfernen und die Konversionseffizienz zu 1,3-Propandiol zu erhöhen.
A major part of edible oil is subjected to bleaching procedures, primarily with minerals applied as adsorbers. Their recycling is currently done either by regaining the oil via organic solvent extraction or by using the spent bleaching earth (SBE) as additive for animal feed, etc. As a new method, the reutilization of the by-product SBE for the microbiologic formation of acetone, butanol, and ethanol (ABE) is presented as proof-of-concept. The SBE was taken from a palm oil cleaning process. The recycling concept is based on the application of lipolytic clostridia strains. Due to considerably long fermentation times, co-fermentation with Candida rugosa and enzymatic hydrolyses of the bound oil with a subsequent clostridia fermentation are shown as alternative routes. Anaerobic fermentations under comparison of different clostridia strains were performed with glycerol media, enzymatically hydrolyzed palm oil and SBE. Solutes, side product compositions and productivities were quantified via HPLC. A successful production of ABE solutes from SBE has been done with a yield of 0.15 g butanol per gram of bound glycerol. Thus, the biotechnological recycling of the waste stream is possible in principle. Inhibition of the substrate suspension has been observed. A chromatographic ion-exchange of substrates increased the biomass concentration.
High gradient magnetic separation (HGMS) has been established since the early 1970s. A more recent application of these systems is the use in bioprocesses. To integrate the HGMS in a fermentation process, it is necessary to optimize the separation matrix with regard to the magnetic separation characteristics and permeability of the non-magnetizable components of the fermentation broth. As part of the work presented here, a combined fluidic and magnetic force finite element model simulation was created using the software COMSOL Multiphysics and compared with separation experiments. Finally, as optimal lattice orientation of the separation matrix, a transversal rhombohedral arrangement was defined. The high suitability of the new filter matrix has been verified by separation experiments.
Organisation
(2014)
The impact of wake model effects is investigated for two highly
non-planar lifting systems. Dependent on the geometrical
arrangement of the configuration, the wake model shape is found
to considerably affect the estimation. Particularly at higher angles
of attack, an accurate estimation based on the common linear wake
model approaches is involved.
Purpose
To demonstrate that high quality T₂-weighted (T2w) turbo spin-echo (TSE) imaging of the complete prostate can be achieved routinely and within safety limits at 7 T, using an external transceive body array coil only.
Methods
Nine healthy volunteers and 12 prostate cancer patients were scanned on a 7 T whole-body system. Preparation consisted of B₀ and radiofrequency shimming and localized flip angle calibration. T₁ and T₂ relaxation times were measured and used to define the T2w-TSE protocol. T2w imaging was performed using a TSE sequence (pulse repetition time/echo time 3000–3640/71 ms) with prolonged excitation and refocusing pulses to reduce specific absorption rate.
Results
High quality T2w TSE imaging was performed in less than 2 min in all subjects. Tumors of patients with gold-standard tumor localization (MR-guided biopsy or prostatectomy) were well visualized on 7 T imaging (n = 3). The number of consecutive slices achievable within a 10-g averaged specific absorption rate limit of 10 W/kg was ≥28 in all subjects, sufficient for full prostate coverage with 3-mm slices in at least one direction.
Conclusion
High quality T2w TSE prostate imaging can be performed routinely and within specific absorption rate limits at 7 T with an external transceive body array.
Objectives
The aim of this study was to identify characteristics of phosphorus (³¹P) spectra of the human prostate and to investigate changes of individual phospholipid metabolites in prostate cancer through in vivo ³¹P magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) at 7 T.
Materials and Methods
In this institutional review board–approved study, 15 patients with biopsy-proven prostate cancer underwent T₂-weighted magnetic resonance imaging and 3-dimensional ³¹P MRSI at 7 T. Voxels were selected at the tumor location, in normal-appearing peripheral zone tissue, normal-appearing transition zone tissue, and in the base of the prostate close to the seminal vesicles. Phosphorus metabolite ratios were determined and compared between tissue types.
Results
Signals of phosphoethanolamine (PE) and phosphocholine (PC) were present and well resolved in most ³¹P spectra in the prostate. Glycerophosphocholine signals were observable in 43% of the voxels in malignant tissue, but in only 10% of the voxels in normal-appearing tissue away from the seminal vesicles. In many spectra, independent of tissue type, 2 peaks resonated in the chemical shift range of inorganic phosphate, possibly representing 2 separate pH compartments. The PC/PE ratio in the seminal vesicles was highly elevated compared with the prostate in 5 patients. A considerable overlap of ³¹P metabolite ratios was found between prostate cancer and normal-appearing prostate tissue, preventing direct discrimination of these tissues. The only 2 patients with high Gleason scores tumors (≥4+5) presented with high PC and glycerophosphocholine levels in their cancer lesions.
Conclusions
Phosphorus MRSI at 7 T shows distinct features of phospholipid metabolites in the prostate gland and its surrounding structures. In this exploratory study, no differences in ³¹P metabolite ratios were observed between prostate cancer and normal-appearing prostate tissue possibly because of the partial volume effects of small tumor foci in large MRSI voxels.
Vestibular effects of a 7 Tesla MRI examination compared to 1.5 T and 0 T in healthy volunteers
(2014)
Ultra-high-field MRI (7 Tesla (T) and above) elicits more temporary side-effects compared to 1.5 T and 3 T, e.g. dizziness or “postural instability” even after exiting the scanner. The current study aims to assess quantitatively vestibular performance before and after exposure to different MRI scenarios at 7 T, 1.5 T and 0 T. Sway path and body axis rotation (Unterberger's stepping test) were quantitatively recorded in a total of 46 volunteers before, 2 minutes after, and 15 minutes after different exposure scenarios: 7 T head MRI (n = 27), 7 T no RF (n = 22), 7 T only B₀ (n = 20), 7 T in & out B₀ (n = 20), 1.5 T no RF (n = 20), 0 T (n = 15). All exposure scenarios lasted 30 minutes except for brief one minute exposure in 7 T in & out B₀. Both measures were documented utilizing a 3D ultrasound system. During sway path evaluation, the experiment was repeated with eyes both open and closed. Sway paths for all long-lasting 7 T scenarios (normal, no RF, only B₀) with eyes closed were significantly prolonged 2 minutes after exiting the scanner, normalizing after 15 minutes. Brief exposure to 7 T B₀ or 30 minutes exposure to 1.5 T or 0 T did not show significant changes. End positions after Unterberger's stepping test were significantly changed counter-clockwise after all 7 T scenarios, including the brief in & out B₀ exposure. Shorter exposure resulted in a smaller alteration angle. In contrast to sway path, reversal of changes in body axis rotation was incomplete after 15 minutes. 1.5 T caused no rotational changes. The results show that exposure to the 7 Tesla static magnetic field causes only a temporary dysfunction or “over-compensation” of the vestibular system not measurable at 1.5 or 0 Tesla. Radiofrequency fields, gradient switching, and orthostatic dysregulation do not seem to play a role.
Objectives
To assess the image quality of T2-weighted (T2w) magnetic resonance imaging of the prostate and the visibility of prostate cancer at 7 Tesla (T).
Materials & methods
Seventeen prostate cancer patients underwent T2w imaging at 7T with only an external transmit/receive array coil. Three radiologists independently scored images for image quality, visibility of anatomical structures, and presence of artefacts. Krippendorff’s alpha and weighted kappa statistics were used to assess inter-observer agreement. Visibility of prostate cancer lesions was assessed by directly linking the T2w images to the confirmed location of prostate cancer on histopathology.
Results
T2w imaging at 7T was achievable with ‘satisfactory’ (3/5) to ‘good’ (4/5) quality. Visibility of anatomical structures was predominantly scored as ‘satisfactory’ (3/5) and ‘good’ (4/5). If artefacts were present, they were mostly motion artefacts and, to a lesser extent, aliasing artefacts and noise. Krippendorff’s analysis revealed an α = 0.44 between three readers for the overall image quality scores. Clinically significant cancer lesions in both peripheral zone and transition zone were visible at 7T.
Conclusion
T2w imaging with satisfactory to good quality can be routinely acquired, and cancer lesions were visible in patients with prostate cancer at 7T using only an external transmit/receive body array coil.
Thema
06 On the Road and Inside Indonesia | FH-Studentin Petra Hess schreibt ein Buch über Sulawesi
12 Von Hunden im Schafskostüm | Mit „North Orbit“ zeigt der Student Kevin Ramolla Island einmal anders Studium
16 Intelligenter als Staubsaugerroboter | Robotik an der FH Aachen
18 Wir sind Weltmeister! | Carologistics-Team gewinnt bei Roboter-WM
20 „Dein Passwort hält 28 Trilliarden Jahre lang durch!“ | Studierende schärfen Bewusstsein für Passwortsicherheit
22 Gute Ideen für echte Herausforderungen | Zukunftswerkstatt bei der Summer School Renewable Energy
24 Auf der Überholspur | Aixtreme-Racing-Team blickt auf eine gute Saison
26 Das „Momentum“ halten | Interview mit Teamchef Maximilian Philippi
28 Statt Fernseher und Fitnessstudio | Help e.V. hilft jungen Menschen, sich sozial zu engagieren
30 Nimm mein Auto! | FH-Student arbeitet im Start-up-Unternehmen „Tamyca“
32 Nominiert: PR-Bild-Award
34 Den Nerv der Zeit getroffen | Studenten gewinnen dritten Platz bei weltweitem Wettbewerb International
36 Kleiner Sprung, großer Sprung | Solange Wetzels hat sich für ein Studium an der FH entschieden
FORSCHUNG UND TRANSFER
38 Schlag auf Schlag | Pulsierende Herzzellen ebnen im Institut für Bioengineering den Weg zur personalisierten Medizin 42 Komplexe Prozesse einfach dargestellt | Gestalterteam entwirft iPad-App für „ProSense“
44 Zwei Welten vereint | Bei der Entwicklung von Sensoren verknüpft das Institut für Nano- und Biotechnologien Biologie und Mikroelektronik Personen
48 Wir machen euch zum Kaiser! | Fotoaktion bei den Newcomer Days
50 An der Schnittstelle | Dr. Nils Bausch arbeitet als Lecturer an der University of Portsmouth
55 Zwei neue Publikationen zum Aachener Dom
SERVICE
56 Meldungen
59 Kopfnuss
60 Ortswechsel | „La Batte“ in Lüttich
62 Impressum
Thema
06 Im Steinreich | Wie Dombaumeister und FH-Absolvent Helmut Maintz mit modernen Mitteln das Erbe von 1200 Jahren bewahrt
12 Ein Meer aus Purpur und Gold | Karlsfiguren als Botschafter Aachens
14 Karl ist in uns allen! | Fotoshooting auf dem Münsterplatz war ein Riesenerfolg Studium
16 Made in Goethestraße | Studierende arbeiten an der Weiterentwicklung von 3-D-Druckern
18 Wenn Träume fliegen lernen | Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik bietet Summerschool Segelfliegen an
20 Kampf um die goldene Dose | Robotikwettbewerb für Scientific-Programming-Studierende
21 Rückenschmerz war gestern | FH-Team entwickelt eine Auflage für Bürostühle
22 Auf gute Nachbarschaft | FH kooperiert mit niederländischem Studierendenverein
24 Vier Unternehmen, drei Tage und 1000 Eindrücke | Studierende des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften auf Benchmark-Reise
25 Ein Grill ist keine Lampe | Gestalter gewinnen Publikumspreis beim Young Creations Award: Upcycling 2014
26 Eine Aufgabe für die gesamte Hochschule | Halbzeitbilanz für das Projekt zur Qualitätsverbesserung in Studium und Lehre
27 Kreative Zufälle | Siebdruckkurs im Ludwig Forum
28 Meldungen/Studium International 30 Goldrausch | Zehn Studierende des Fachbereichs Bauingenieurwesen fahren auf Exkursion nach Kalifornien
32 Torbens Triple | Student des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften auf der Erfolgsspur
34 Auf einmal mittendrin | Studierende des Fachbereichs Gestaltung erleben Istanbul
36 Wenn Tiger am Tatort schwitzen | Zwei FH-Studentinnen forschen für ein paar Monate in der weiten Welt FORSCHUNG UND TRANSFER
38 Der IceMole wird erwachsen | Einschmelzsonde besteht Härtetest in der Antarktis
40 Zündkerze | Mit Mikrowellenenergie Sprit sparen
42 Eine Aufgabe für eine ganze Generation | Energiewende ist und bleibt zentrales Thema des Solar-Instituts Jülich
44 „Early Birds“ – Premiere in Belgien | Vertreter aus Wirtschaft und Wissenschaft zu Gast bei der Sterisys PGmbH
46 Eine elektronische Nase | FH-Forscher entwickelt neues Verfahren zur Überwachung von Abfüllprozessen
48 Ein Höhenflug | Motorsegler der FH Aachen überfliegt den Himalaya bis hinauf zum Gipfel des Mount Everest Personen
52 Unser Mann auf dem Himalaya | Fabian Nawrath hat schon in vielen Ländern eine Dose Cola getrunken
58 Ein Mythos lebt | FH-Alumnus Uwe Niermann und Künstler Peter Klasen bringen Rennlegende wieder auf die Strecke 62 Noch mehr Fahrspaß am Dreiländereck | FH-Student René Hamacher engagiert sich fürs Mountainbiken
63 Boonzaaijer begeistert | FH Aachen verleiht Lehrpreis an Designprofessor
64 Mein Partner mit der kalten Schnauze | Tierische Verstärkung in der Telefonzentrale der FH Aachen
68 Alles andere als langweilig | Leif Battermann ist einer von 78 Studierenden, die eine Ehrenplakette erhalten
70 Rückenwind fürs Studium | 70 Studierende erhalten ein FH-Stipendium
72 Von Kaiser Wilhelm bis Buffalo Bill | Thomas Lochner erzählt die Geschichte der Aachener Tuchindustrie
73 Personalia / Professoren
76 Neue Gleichstellungsbeauftragte | Judith Kürten löst Andrea Stühn ab
76 im Amt bestätigt | Prof. Klocke steht auch in der neuen Amtsperiode an der Spitze des Hochschulrats der FH Kiel SERVICE
78 Den Boden bereiten | Der neue Campus der FH Aachen an der Eupener Straße nimmt Gestalt an
80 Herzlich willkommen! | Fotoaktion bei den Newcomer Days
82 Neuer Hörsaal auf dem Campus Jülich | Nach nur sieben Monaten Bauzeit fertiggestellt
83 Alle Ampeln auf Grün | Schülerinnen bauen Auto mit Wasserstoffantrieb
84 Gemeinsam für den Wissenschaftsstandort | Region und Hochschulen unterzeichnen Kooperationsvertrag
86 Messen und Veranstaltungen
93 Meldungen/Service
94 Ortswechsel | Macht Kunst Schätze – die Ausstellungen zum Karlsjahr
96 Impressum
Today, the assembly of laser systems requires a large share of manual operations due to its complexity regarding the optimal alignment of optics. Although the feasibility of automated alignment of laser optics has been shown in research labs, the development effort for the automation of assembly does not meet economic requirements – especially for low-volume laser production. This paper presents a model-based and sensor-integrated assembly execution approach for flexible assembly cells consisting of a macro-positioner covering a large workspace and a compact micromanipulator with camera attached to the positioner. In order to make full use of available models from computer-aided design (CAD) and optical simulation, sensor systems at different levels of accuracy are used for matching perceived information with model data. This approach is named "chain of refined perception", and it allows for automated planning of complex assembly tasks along all major phases of assembly such as collision-free path planning, part feeding, and active and passive alignment. The focus of the paper is put on the in-process image-based metrology and information extraction used for identifying and calibrating local coordinate systems as well as the exploitation of that information for a part feeding process for micro-optics. Results will be presented regarding the processes of automated calibration of the robot camera as well as the local coordinate systems of part feeding area and robot base.
Die PIA GmbH prüft seit fast 8 Jahren die Standsicherheit von Behältern für Kleinkläranlagen. Diese bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Beton und müssen über ihre gesamte Lebensdauer den Beanspruchungen aus Handhabung, Einbau und Betrieb standhalten. Die Standsicherheit kann nach EN 12566 wahlweise durch einen rechnerischen Nachweis oder durch einen praktischen Nachweis wie die Bruchlastprüfung oder die Prüfung in der Grube erfolgen.
New coupled finite-infinite element approach for wave propagation simulation of unbounded soil media
(2014)
Because of its minor environmental impact, electricity generation using wind power is getting remarkable. The further growth of the wind industry depends on technological solutions to the challenges in production and construction of the turbines. Wind turbine tower vibrations, which limit power generation efficiency and cause fatigue problems with high maintenance costs, count as one of the main structural difficulties in the wind energy sector. To mitigate tower vibrations auxiliary measures are necessary. The effectiveness of tuned mass damper is verified by means of a numeric study on a 5 MW onshore reference wind turbine. Hereby, also seismic-induced vibrations and soil–structure interaction are considered. Acquired results show that tuned mass damper can effectively reduce resonant tower vibrations and improve the fatigue life of wind turbines. This chapter is also concerned with tuned liquid column damper and a semiactive application of it. Due to its geometric versatility and low prime costs, tuned liquid column dampers are a good alternative to other damping measures, in particular for slender structures like wind turbines.
EU-Projekt INSYSME : innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk
(2014)
Am 1. Oktober 2013 ist das auf drei Jahre angelegte EU-Forschungsprojekt INSYSME – Innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk in Stahlbetonrahmentragwerken – gestartet. Unter der Koordination der Universität Padua beteiligen sich 16 Partner aus sechs europäischen Ländern (Deutschland, Griechenland, Italien, Portugal, Rumänien, Türkei). Als deutsche Partner nehmen die Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel aus Bonn, die Universität Kassel sowie das Ingenieurbüro SDA-engineering GmbH aus Herzogenrath, teil. Ziel der deutschen Partner ist die Entwicklung von innovativen Ausfachungssystemen aus monolithischem wärmedämmenden Ziegelmauerwerk, mit denen nicht nur eine erhöhte Erdbebensicherheit, sondern auch die sichere Erfüllung der steigenden Anforderungen aus Windbeanspruchungen gewährleistet werden können. Die Forschungsergebnisse sollen vom Partner SDA-engineering GmbH in die bereits seit einigen Jahren verfügbare Softwarelösung MINEA [1] integriert werden. Weitere Informationen stehen auf den Websites des Projektes [2] zur Verfügung. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen thematischen Einführung die Ergebnisse von Tastversuchen an senkrecht zur Ebene belasteten Ausfachungswänden aus Planziegelmauerwerk vorgestellt. Im Anschluss wird das geplante Arbeitsprogramm der deutschen Partner im Projekt INSYSME beschrieben.
Die Erdbeben in Albstadt 1978 (Magnitude 5,7), Roermond 1992 (Magnitude 5,9) oder in Waldkirch 2004 (Magnitude 5,1) haben verdeutlicht, dass die erdbebensichere Auslegung von Mauerwerksbauten auch in Deutschland von großer Bedeutung ist. Bereits im Jahr 1981 wurde die DIN 4149 (1981) “Bauten in deutschen Erdbebengebieten – Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten“ eingeführt, in der aber für Mauerwerksbauten nur wenige Anforderungen gestellt wurden. Diese Norm wurde durch den NABau-Arbeitsausschuss “Erdbeben; Sonderfragen“ des Deutschen Instituts für Normung e.V. (DIN) auf Grundlage des Eurocode 8 (2004) vollständig überarbeitet und durch die DIN 4149 (2005) abgelöst, die umfangreiche Regelungen für die seismische Auslegung von Mauerwerksbauten enthält. Mittlerweile liegen die DIN EN 1998-1 (2010) und der Nationale Anhang DIN EN 1998-1/NA (2011) vor, die nach Einarbeitung der Ergebnisse der durchgeführten Anwendungserprobung bauaufsichtlich eingeführt und die DIN 4149 (2005) ersetzen werden. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über die seismische Berechnung und Bemessung von Mauerwerksbauten nach dem europäischen Regelwerk und illustriert deren Anwendung an einem baupraktischen Beispiel.