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The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) and scanning photo-induced impedance microscopy (SPIM) are two closely related methods to visualise the distributions of chemical species and impedance, respectively, at the interface between the sensing surface and the sample solution. They both have the same field-effect structure based on a semiconductor, which allows spatially resolved and label-free measurement of chemical species and impedance in the form of a photocurrent signal generated by a scanning light beam. In this article, the principles and various operation modes of LAPS and SPIM, functionalisation of the sensing surface for measuring various species, LAPS-based chemical imaging and high-resolution sensors based on silicon-on-sapphire substrates are described and discussed, focusing on their technical details and prospective applications.
The terms bioeconomy and biorefineries are used for a variety of processes and developments. This short introduction is intended to provide a delimitation and clarification of the terminology as well as a classification of current biorefinery concepts. The basic process diagrams of the most important biorefinery types are shown.
Highly competitive markets paired with tremendous production volumes demand particularly cost efficient products. The usage of common parts and modules across product families can potentially reduce production costs. Yet, increasing commonality typically results in overdesign of individual products. Multi domain virtual prototyping enables designers to evaluate costs and technical feasibility of different single product designs at reasonable computational effort in early design phases. However, savings by platform commonality are hard to quantify and require detailed knowledge of e.g. the production process and the supply chain. Therefore, we present and evaluate a multi-objective metamodel-based optimization algorithm which enables designers to explore the trade-off between high commonality and cost optimal design of single products.
Enzyme und Biosensorik
(2018)
Enzymbasierte Biosensoren finden seit mehr als fünf Jahrzehnten einen prosperierenden Wachstumsmarkt und werden zunehmend auch in biotechnologischen Prozessen eingesetzt. In diesem Kapitel werden, ausgehend vom Sensorbegriff und typischen Kenngrößen für Biosensoren (Abschn. 18.1), elektrochemische Enzym-Biosensoren vorgestellt und deren typischen Einsatzgebiete diskutiert (Abschn. 18.2). Ein Blick über den „Tellerrand“ hinaus zeigt alternative Transduktorprinzipien (Abschn. 18.3) und führt abschließend in aktuelle Forschungstrends ein (Abschn. 18.4).
Nutzen und Rahmenbedingungen 5 informationsgetriebener Geschäftsmodelle des Internets der Dinge
(2018)
Im Kontext der zunehmenden Digitalisierung wird das Internet der Dinge (englisch: Internet of Things, IoT) als ein technologischer Treiber angesehen, durch den komplett neue Geschäftsmodelle im Zusammenspiel unterschiedlicher Akteure entstehen können. Identifizierte Schlüsselakteure sind unter anderem traditionelle Industrieunternehmen, Kommunen und Telekommunikationsunternehmen. Letztere sorgen mit der Bereitstellung von Konnektivität dafür, dass kleine Geräte mit winzigen Batterien nahezu überall und direkt an das Internet angebunden werden können. Es sind schon viele IoT-Anwendungsfälle auf dem Markt, die eine Vereinfachung für Endkunden darstellen, wie beispielsweise Philips Hue Tap. Neben Geschäftsmodellen basierend auf Konnektivität besteht ein großes Potenzial für informationsgetriebene Geschäftsmodelle, die bestehende Geschäftsmodelle unterstützen sowie weiterentwickeln können. Ein Beispiel dafür ist der IoT-Anwendungsfall Park and Joy der Deutschen Telekom AG, bei dem Parkplätze mithilfe von Sensoren vernetzt und Autofahrer in Echtzeit über verfügbare Parkplätze informiert werden. Informationsgetriebene Geschäftsmodelle können auf Daten aufsetzen, die in IoT-Anwendungsfällen erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein Telekommunikationsunternehmen Mehrwert schöpfen, indem es aus Daten entscheidungsrelevantere Informationen – sogenannte Insights – ableitet, die zur Steigerung der Entscheidungsagilität genutzt werden. Außerdem können Insights monetarisiert werden. Die Monetarisierung von Insights kann nur nachhaltig stattfinden, wenn sorgfältig gehandelt wird und Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. In diesem Kapitel wird das Konzept informationsgetriebener Geschäftsmodelle erläutert und anhand des konkreten Anwendungsfalls Park and Joy verdeutlicht. Darüber hinaus werden Nutzen, Risiken und Rahmenbedingungen diskutiert.
Die urbane Mobilität ist im Wandel und insbesondere neue innovative Geschäftsmodelle werden einen wesentlichen Teil zur Lösung von künftigen Mobilitätsbedürfnissen beitragen. Die sogenannte „Shared Mobility“ gilt aktuell neben der Elektrifizierung des Antriebes und autonomem Fahrzeugtechnologien als einer der wichtigsten Trendthemen in der Automobilindustrie. Neue Mobilitätsdienstleistungen verlangen dabei verstärkt auch neue Fahrzeugkonzepte.
Die Batterie ist eine der absolut zentralen Komponenten des Elektrofahrzeugs. Die serielle Entwicklung und Produktion dieser Batterien und die Verbesserung der Leistungen wird entscheidend für den Erfolg der Elektromobilität sein. Die Batterie ist jedoch nicht das einzige elektrofahrzeugspezifische System, das neu entwickelt, umkonzipiert oder verbessert werden muss. So sind ebenso die Entwicklung der neuen Fahrzeugstruktur sowie des elektrifizierten Antriebsstranges Teil dieses Kapitels. Weiterhin wird ein Blick auf das bedeutende Thema des Thermomanagements geworfen.
Digitalisierung bezeichnet die Nutzung großer Datenmengen, die zu einer umfassenden Vernetzung aller Bereiche der Wirtschaft und Gesellschaft führen wird (BMWi, 2015 und ähnlich Köhler/Wollschläger, 2014: 79). Sie umfasst die Erhebung von analogen Informationen („Big Data“ in einem engen Sinne; z.B. O´Leary, 2013), ihre Speicherung in einem digitaltechnischen System (lokale Speicherung oder „Cloud Computing“ durch die Weiterentwickelung des Internets; z.B. Hashem et al., 2015: 101), die Analyse und Interpretation sowie den Transfer in andere Systeme („Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“; z.B. Ashton, 2009).
Around 60% of the paper worldwide is made from recovered paper. Especially adhesive contaminants, so called stickies, reduce paper quality. To remove stickies but at the same time keep as many valuable fibers as possible, multi-stage screening systems with several interconnected pressure screens are used. When planning such systems, suitable screens have to be selected and their interconnection as well as operational parameters have to be defined considering multiple conflicting objectives. In this contribution, we present a Mixed-Integer Nonlinear Program to optimize system layout, component selection and operation to find a suitable trade-off between output quality and yield.
The energy-efficiency of technical systems can be improved by a systematic design approach. Technical Operations Research (TOR) employs methods known from Operations Research to find a global optimal layout and operation strategy of technical systems. We show the practical usage of this approach by the systematic design of a decentralized water supply system for skyscrapers. All possible network options and operation strategies are modeled by a Mixed-Integer Nonlinear Program. We present the optimal system found by our approach and highlight the energy savings compared to a conventional system design.
Nanotubular tobacco mosaic virus (TMV) particles and RNA-free lower-order coat protein (CP) aggregates have been employed as enzyme carriers in different diagnostic layouts and compared for their influence on biosensor performance. In the following, we describe a label-free electrochemical biosensor for improved glucose detection by use of TMV adapters and the enzyme glucose oxidase (GOD). A specific and efficient immobilization of streptavidin-conjugated GOD ([SA]-GOD) complexes on biotinylated TMV nanotubes or CP aggregates was achieved via bioaffinity binding. Glucose sensors with adsorptively immobilized [SA]-GOD, and with [SA]-GOD cross-linked with glutardialdehyde, respectively, were tested in parallel on the same sensor chip. Comparison of these sensors revealed that TMV adapters enhanced the amperometric glucose detection remarkably, conveying highest sensitivity, an extended linear detection range and fastest response times. These results underline a great potential of an integration of virus/biomolecule hybrids with electronic transducers for applications in biosensorics and biochips. Here, we describe the fabrication and use of amperometric sensor chips combining an array of circular Pt electrodes, their loading with GOD-modified TMV nanotubes (and other GOD immobilization methods), and the subsequent investigations of the sensor performance.
Prozessorientierte Messung der Customer Experience am Beispiel der Telekommunikationsindustrie
(2018)
Hohe Wettbewerbsintensität und gestiegene Kundenanforderungen erfordern bei Telekommunikationsunternehmen eine aktive Gestaltung der Customer Experience (CX). Ein wichtiger Aspekt dabei ist die CX-Messung. Traditionelle Zufriedenheitsmessungen sind oft nicht ausreichend, um die Kundenerfahrung in komplexen Prozessen vollständig zu erfassen. Daher wird in diesem Kapitel eine prozessübergreifende Referenzlösung zur CX-Messung am Beispiel der Telekommunikationsindustrie vorgeschlagen. Ausgangspunkt ist ein industriespezifisches Prozessmodell, das sich an dem Referenzmodell eTOM orientiert. Dieses wird um Messpunkte erweitert, die Schwachstellen in Bezug auf die CX identifizieren. Für die erkannten Schwachstellen werden über eine Referenzmatrix mögliche Auslöser abgeleitet und anhand von typischen Geschäftsfallmengen bewertet. Somit ist eine direkte Zuordnung und Erfolgsmessung konkreter Maßnahmen zur Behebung der Schwachstellen möglich. Die so entwickelte Referenzlösung wurde im Projekt K1 bei der Deutschen Telekom erfolgreich umgesetzt. Details zur Umsetzung werden als Fallstudien dargestellt.
Cloud Computing wirft in zahlreichen Rechtsbereichen neuartige juristische Fragestellungen auf. Ziel der Darstellung der rechtlichen Rahmenbedingungen ist, die das Identitätsmanagement in der Cloud betreffenden Rechtsgrundlagen aus den unterschiedlichen Rechtsgebieten vorzustellen und einzuordnen, bevor im Rahmen des sechsten Kapitels die Darstellung der hieraus resultierenden Verpflichtungen in ihrer konkreten Form erfolgt.
Datenschutz und der 25.5.2018, wie ein Damoklesschwert scheinen beide Begriffe zurzeit im Raum zu stehe. Jeder weiß oder sollte zumindest um das Inkrafttreten der europäischen DSGVO am 25.5.2018 wissen. Viel wurde über wesentliche Neuerungen im Datenschutzrecht berichtet. Nicht zuletzt über gesteigerte organisatorische Anforderungen, Dokumentationspflichten und drohende Bußgelder. Doch was bedeuten diese Neuerungen ganz konkret für die Praxis des Steuerberaters? Anders als man vermuten könnte, werden die datenschutzrechtlichen Neuerungen nicht nur im Bereich der Kanzleiorganisation relevant. Auch im Steuerverwaltungsverfahren sieht sich der Steuerberater datenschutzrechtlichen Fragestellungen gegenüber, bspw. dann, wenn die Finanzbehörden bei der Verarbeitung der personenbezogenen Daten des Mandanten gegen die DSGVO verstoßen. Gleiches gilt in Bereichen des Beschäftigtendatenschutzes. Sowohl der Kanzleiinhaber selbst, als auch seine Arbeitgeber-Mandanten haben die Vorschriften des Beschäftigtendatenschutzes einzuhalten. Der Steuerberater benötigt datenschutzrechtliches Know How, welches unmittelbar seine tägliche Praxis betrifft. Andernfalls besteht das Risiko, dass dieser mit mehr Fragen, als Antworten zurück bleibt.
Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPS-CM) today are widely used for the investigation of normal electromechanical cardiac function, of cardiac medication and of mutations. Computational models are thus established that simulate the behavior of this kind of cells. This section first motivates the modeling of hiPS-CM and then presents and discusses several modeling approaches of microscopic and macroscopic constituents of human-induced pluripotent stem cell-derived and mature human cardiac tissue. The focus is led on the mapping of the computational results one can achieve with these models onto mature human cardiomyocyte models, the latter being the real matter of interest. Model adaptivity is the key feature that is discussed because it opens the way for modeling various biological effects like biological variability, medication, mutation and phenotypical expression. We compare the computational with experimental results with respect to normal cardiac function and with respect to inotropic and chronotropic drug effects. The section closes with a discussion on the status quo of the specificity of computational models and on what challenges have to be solved to reach patient-specificity.
Schwellenreiten
(2018)