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Die Detektion von Schadstoffen repräsentiert in der Umweltanalytik eine wichtige Aufgabenstellung. Gerade die Abwasser- bzw. Brauchwasseranalytik sowie die Prozesskontrolle haben einen hohen Stellenwert. Siliziumbasierte Dünnschichtsensoren bieten eine kostengünstige Möglichkeit, „online“-Messungen bzw. Vor-Ort-Messungen zeitnah durchzuführen. In dieser Arbeit wird ein potentiometrisches Sensorarray auf der Basis von Chalkogenidgläsern zur Detektion von Schwermetallen in wässrigen Medien vorgestellt.
Nah- versus Nachtoderfahrungen
Nahtoderfahrungen (NTE) sind ein Phänomen aus der Kategorie „außergewöhnliche Bewusstseinserfahrungen“. Sie treten in unmittelbarer Nähe des eigenen Todes auf. Oft, aber nicht immer, handelt es sich dabei um Erfahrungen von Personen, die durch ärztliche Maßnahmen wiederbelebt wurden und später davon berichten (NTE-ler). Jedoch kommen solche Phänomene auch bei Menschen vor, die während einer schweren Erkrankung eine lebensbedrohliche Krise haben, hiervon aber spontan genesen.
Den NTE ähnlich sind auch sogenannte Nachtod-erfahrungen sowie spontane Erlebnisse, die im Rahmen anderer außergewöhnlicher Stresssituationen auftreten. Von Nachtoderfahrungen spricht man, wenn die Betroffenen anlässlich des Todes von geliebten Angehörigen oder Freunden Erlebnisse haben, die inhaltlich ebenfalls, zumindest aber teilweise, denen von NTE entsprechen.
Nachtoderfahrungen sowie spontane NTE-ähnliche Erlebnisse unterscheiden sich jedoch von den echten NTE zumeist sowohl quantitativ als auch qualitativ. Unter einem quantitativen Unterschied versteht man in diesem Zusammenhang eine in der Regel geringer ausgeprägte Komplexität, als sie sehr vielen NTE zu eigen ist. Da sich aber auch viele NTE selbst bezüglich ihrer Komplexität unterscheiden, ist der Hauptunterschied qualitativer Natur: Echte NTE besitzen gegenüber den anderen hier erwähnten Phänomenen eine größere inhaltliche und emotionale Tiefe. Sie begleiten die Betroffenen anschließend ein Leben lang – zumeist mit positiven, in Einzelfällen aber auch mit negativen Folgen, die bis zu einem späteren Suizid reichen können.
Die genannten außergewöhnlichen Bewusstseinsphänomene lassen sich in ihrer Gesamtheit bei rund 5 % der Bevölkerung finden. NTE im Speziellen haben hiervon einen durchaus bedeutenden Anteil. Je nach Studie geben zwischen 18 % und 40 % aller Personen, die reanimiert wurden, an, währenddessen eine NTE erlebt zu haben. Dass nicht alle eine solche Erfahrung machen, wird von Kritikern gern dahingehend interpretiert, NTE seien rein physiologischer und keineswegs spiritueller Natur. Jedoch sollte man bedenken, dass im Fall einer rein neurophysiologischen Grundlage von NTE dann bei jedem ein solches Phänomen zu erwarten wäre, so wie beispielsweise auch die Symptome einer Hypoglykämie im Wesentlichen immer dieselben sind.
"Biologie trifft Mikroelektronik", das Motto des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB) an der FH Aachen, unterstreicht die zunehmende Bedeutung interdisziplinär geprägter Forschungsaktivitäten. Der thematische Zusammenschluss grundständiger Disziplinen, wie die Physik, Elektrotechnik, Chemie, Biologie sowie die Materialwissenschaften, lässt neue Forschungsgebiete entstehen, ein herausragendes Beispiel hierfür ist die Nanotechnologie: Hier werden neue Werkstoffe und Materialien entwickelt, einzelne Nanopartikel oder Moleküle und deren Wechselwirkung untersucht oder Schichtstrukturen im Nanometerbereich aufgebaut, die neue und vorher nicht bekannte Eigenschaften hervorbringen.
Vor diesem Hintergrund bündelt das im Jahre 2006 gegründete INB die an der FH Aachen vorhandenen Kompetenzen von derzeit insgesamt sieben Laboratorien auf den Gebieten der Halbleitertechnik und Nanoelektronik, Nanostrukturen und DNA-Sensorik, der Chemo- und Biosensorik, der Enzymtechnologie, der Mikrobiologie und Pflanzenbiotechnologie, der Zellkulturtechnik, sowie der Roten Biotechnologie synergetisch. In der Nano- und Biotechnologie steckt außergewöhnliches Potenzial! Nicht zuletzt deshalb stellen sich die Forscher der Herausforderung, in diesem Bereich gemeinsam zu forschen und Schnittstellen zu nutzen, um so bei der Gestaltung neuartiger Ideen und Produkte mitzuwirken, die zukünftig unser alltägliches Leben verändern werden.
Im Folgenden werden die verschiedenen Forschungsbereiche kurz zusammenfassend vorgestellt und vorhandene Interaktionen anhand von exemplarisch ausgewählten, aktuellen Forschungsprojekten skizziert.
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.
Einschränkung von Taluskippung und -vorschub durch Sprunggelenkorthesen nach fibularer Bandruptur
(2013)
Die fibulare Bandruptur zählt zu einer der am häufigsten auftretenden Verletzungen des
Bewegungsapparats. In den meisten Fällen wird heute die konservativ frühfunktionelle Therapie mit Sprunggelenkorthesen allgemein bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden 14 verschiedene Sprunggelenkorthesen im Hinblick auf ihre Einschränkung von Taluskippung und Talusvorschub
untersucht. Zur Simulation einer fibularen Bandruptur wurde ein Unterschenkelmodell aus Holz mit Fußteil, mit angelegten Orthesen in einen Scheuba-Halteapparat eingespannt und mit 150 N seitlich sowie anterior-posterior belastet. Anhand der erstellten "gehaltenen" Röntgenaufnahmen konnten Taluskippung und Talusvorschub jeder einzelnen Orthese eindeutig bestimmt werden. Die meisten Orthesen erreichten zufriedenstellende Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass vor allem eine eng anliegende, im Gelenkbereich anatomisch angepasste Form vorteilhaft zu sein scheint.
A 2-dimensional detector system for high resolution thyroid I-131 scintigraphy was developed. It has a sensitive area of 4 cm×4 cm and consists of a lead-collimator and an array of 10×10 EGO crystals combined with a position sensitive photomultiplier. The spatial resolution and the sensitivity of the detector has been measured and compared to two commercially available gamma-cameras. Furthermore first patient measurements have been carried out
Ein 34-jähriger männlicher Patient stellte sich zur Abklärung einer seit dem 9. Lebensjahr bestehenden und im letzten Jahr rasch progredienten Visusminderung beider Augen bei uns vor. Er beschrieb eine subjektiv zunehmende, im Spiegel für ihn selbst sichtbare, weißliche Trübung in der Pupille beidseits und eine starke Blendempfindlichkeit. Nebenbefundlich gab er rezidivierende Konjunktivitiden und morgens verklebte Lider an. Eine Allergie auf Gräserpollen und eine Unverträglichkeit auf Alkohol sowie mehrere Lebensmittel seien ebenfalls bekannt.
Zusätzlich leidet der Patient an stark ausgeprägtem atopischem Ekzem. Dieses wurde nie systemisch, sondern nur bei Bedarf mit kortisonhaltiger Salbe therapiert.
Bilaterale stromale Hornhauttrübungen sind für den Augenarzt eine differenzialdiagnostische Herausforderung. Im folgenden Beitrag werden 2 Patieninnen (30 und 36 Jahre) mit unterschiedlich stark ausgeprägter stromaler diffuser Hornhauttrübung vorgestellt. Patientin 1 war kleinwüchsig (114 cm) und Patientin 2 normal groß (172 cm). Beide Patientinnen wiesen veränderte Gelenkstrukturen an Hand und Fußgelenken sowie diffuse stromale Hornhauttrübungen auf. Des Weiteren lagen eine Mitral- und Aorteninsuffizienz (Patientin 1) bzw. eine Aorteninsuffizienz (Patientin 2) vor. Die stromalen diffusen Hornhauttrübungen ließen im Zusammenhang mit den Gelenkveränderungen ein Scheie-Syndrom vermuten. Therapeutisch ist bei Patienten mit Visusminderung eine (lamelläre) Keratoplastik sinnvoll.
Im Beitrag wird zunächst das Verfahren eines dynamischen elektro-geometrischen Modells vorgestellt. Dieses arbeitet im Gegensatz zum klassischen Blitzkugel-Verfahren nicht mit konstanten Radien; vielmehr wird der Radius der Blitzkugel variiert. Dabei werden ausschließlich vorhandene und in internationalen Normen anerkannte Ergebnisse, blitzphysikalische Grundlagen und Untersuchungen verwendet, und auf deren Grundlage ein numerisches Verfahren erarbeitet. Mit dem dynamischen elektro-geometrischen Modell werden dann einige Beispiele des Schutzes mit Fangstangen, die gemäß dem klassischen Blitzkugel-Verfahren nach DIN EN 62305-3 für die Schutzklassen I – II – III – IV geplant sind, untersucht. Es wird gezeigt, dass die Einfangwirksamkeiten wesentlich höher sind als in der Normenreihe DIN EN 62305 selbst angegeben. Grund dafür ist die Tatsache, dass das Blitzkugel-Verfahren sehr konservativ aufgebaut ist und dem Planer von Blitzschutzsystemen nur die möglichen Stellen für einen Einschlag aufzeigt, ohne eine Bewertung der Einschlagshäufigkeit zu liefern. Andererseits bedeutet dies jedoch, dass man mit dem klassischen Blitzkugel-Verfahren stets auf der „sicheren Seite“ liegt.
Es wurde ein automatisiertes, computerunterstütztes Testsystem für die Funktionsprüfung und Charakterisierung von (bio-)chemischen Sensoren auf Waferebene entwickelt und in einen konventionellen Spitzenmessplatz integriert. Das System ermöglicht die Charakterisierung und Identifizierung „funktionstauglicher“ Sensoren bereits auf Waferebene zwischen den einzelnen Herstellungsschritten, wodurch weitere, bisher übliche Verarbeitungsschritte wie das Fixieren, Bonden und Verkapseln für die defekten oder nicht funktionstauglichen Sensorstrukturen entfällt. Außerdem bietet eine speziell entworfene miniaturisierte Durchflussmesszelle die Möglichkeit, bereits auf Waferlevel die Sensitivität, Drift, Hysterese und Ansprechzeit der (bio-)chemischen Sensoren zu charakterisieren. Das System wurde exemplarisch mit kapazitiven, pH-sensitiven EIS- (Elektrolyt-Isolator-Silizium) Strukturen und ISFET- (ionensensitiver Feldeffekttransistor) Strukturen mit verschiedenen Geometrien und Gate-Layouts getestet.
In aseptischen Abfüllsystemen wird Wasserstoffperoxid in der Gasphase aufgrund der stark oxidativen Wirkung zur Packstoffentkeimung eingesetzt. Dabei wird die Effizienz der Entkeimung im Wesentlichen von der vorliegenden H2O2-Konzentration im Packstoff bestimmt. Zur Inline-Überwachung der H2O2-Konzentration wurde ein kalorimetrischer Gassensor auf Basis einer flexiblen Polyimidfolie aus temperatursensitiven Dünnschicht-Widerständen und Mangan(IV)-oxid als katalytische Transducerschicht realisiert. Der Sensor weist ein lineares Ansprechverhalten mit einer Sensitivität von 7,15 °C/Vol.-% in einem H2O2-Konzentrationsbereich von 0 bis 8 Vol.-% auf. Weiterhin wurde zur Auslesung des Sensorsignals eine RFID-Elektronik, bestehend aus einem Sensor-Tag und einer Sende-/Empfangseinheit ausgelegt, sowie eine Abfolge des Messzyklus aufgestellt. Im weiteren Verlauf soll der kalorimetrische Gassensor mit der RFID-Elektronik gekoppelt und in eine Testverpackung zur Inline-Überwachung der H2O2-Konzentration in aseptischen Abfüllsystemen implementiert werden.
Ein lichtadressierbarer potentiometrischer Sensor (LAPS) kann die Konzentration eines oder mehrerer Analyten ortsaufgelöst auf der Sensoroberfläche nachweisen. Dazu wird mit einer modulierten Lichtquelle die Halbleiterstruktur des zu untersuchenden Bereiches angeregt und ein entsprechender Photostrom ausgelesen. Durch gleichzeitige Anregung mehrere Bereiche durch Lichtquellen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen können diese auch zeitgleich ausgelesen werden. Mit der neuen, hier vorgestellten Ansteuerungselektronik integriert in einem "Field Programmable Gate Array" (FPGA) ist es möglich, mehrere Leuchtquellen gleichzeitig mit unterschiedlichen, während der Laufzeit festlegbaren Frequenzen, Phasen und Lichtintensitäten zu betreiben. Somit kann das Frequenzverhalten des Sensors untersucht und die Konzentration des Analyten über das Oberflächenpotential mit Hilfe von Strom/Spannungs-Kurven und Phase/Spannungs-Kurven bestimmt werden.
In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Entwicklung eines modularen festkörperbasierten Sensorsystems für die Überwachung von Zellkulturfermentationen präsentiert. Zur Messung der Elektrolytleitfähigkeit wurde das Layout von Interdigitalelektroden angepasst, um in vergleichsweise gut leitenden Elektrolyten zu messen. Durch Quervernetzung von Glucose-Oxidase mit Glutaraldehyd und Immobilisierung auf einer Platinelektrode wurde ein amperometrischer Glucosesensor mit einem linearen Messbereich von bis zu 2 mM und einer Sensitivität von 168 nA/mM realisiert.
Über die Äquivalenz zweier Transmissionsrandwertprobleme aus der elektromagnetischen Streutheorie
(1994)
Bestimmung der metabolischen Aktivität von Mikroorganismen während des Biogasbildungsprozesses
(2009)
Der Mensch als Läufer
(1999)
Markierungsfreie DNA-Detektion mit Silizium-Feldeffekt-Sensoren – Messeffekte oder Artefakte?
(2007)
Für die Approximation stetiger, 2π-periodischer Funktionen auf der reellen Achse durch trigonometrische Polynome wurde ein direkter Satz von D. Jackson 1911 [8] und die Umkehrung von S. N. Bernstein 1912 [1] bewiesen und die Ergebnisse von A. Zygmund [25] 1945 verallgemeinert. 1949 stellte M. Zamansky [25] eine Beziehung zwischen der Approximationsordnung und dem Wachstum bezϋglich n der Ableitungen der Approximationspolynome her; auf die Approximationsordnung für die Ableitungen der Funktion schloβ S. B. Steckin 1951.
Die Umkehrung des Ergebnisses von M. Zamansky bewies G. Sunouchi 1968 [21,22], womit die Aquivalenz aller Aussagen gezeigt ist.
Die Übertragung der Ergebnisse auf Approximationsoperatoren in Banachräumen stammt von K. Scherer und P. L. Butzer [3, 4], wobei gewisse Voraussetzungen an die Operatorfolge (eine verallgemeinerte Bernsteinsche Ungleichung und eine sogenannte Jacksonsche Ungleichung) gestellt werden. An die Stelle der strukturellen Eigenschaften der Funktion, die durch das Verhalten des Stetigkeitsmoduls der Funktion charakterisiert werden, treten in allgemeinen Banachräumen Eigenschaften des von J. Peetre [17] eingefϋhrten K-Funktionals.
In dieser Arbeit wird die Approximation von Funktionen, die auf der Einheitskugel Sᵏ im Rᵏ definiert sind, durch Linearkombinationen von Kugelfunktionen untersucht. Es wird für diesen Fall eine Bernstein-Ungleichung und die Jackson-Ungleichung bewiesen, wenn man die Ableitung durch den Laplace-Operator auf Sᵏ ersetzt. Damit ist der oben zitierte allgemeine Satz von Butzer-Scherer anwendbar. Weiter kann man hier an Stelle des K-Funktionals einen verallgemeinerten Stetigkeitsmodul setzen. Anschlieβend wird der Spezialfall der zonalen Funktionen und ihre Approximation durch algebraische Polynome untersucht.