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There is significant interest in sampling subglacial environments for geobiological studies, but they are difficult to access. Existing ice-drilling technologies make it cumbersome to maintain microbiologically clean access for sample acquisition and environmental stewardship of potentially fragile subglacial aquatic ecosystems. The IceMole is a maneuverable subsurface ice probe for clean in situ analysis and sampling of glacial ice and subglacial materials. The design is based on the novel concept of combining melting and mechanical propulsion. It can change melting direction by differential heating of the melting head and optional side-wall heaters. The first two prototypes were successfully tested between 2010 and 2012 on glaciers in Switzerland and Iceland. They demonstrated downward, horizontal and upward melting, as well as curve driving and dirt layer penetration. A more advanced probe is currently under development as part of the Enceladus Explorer (EnEx) project. It offers systems for obstacle avoidance, target detection, and navigation in ice. For the EnEx-IceMole, we will pay particular attention to clean protocols for the sampling of subglacial materials for biogeochemical analysis. We plan to use this probe for clean access into a unique subglacial aquatic environment at Blood Falls, Antarctica, with return of a subglacial brine sample.
A technology reference study for a multiple near-Earth object (NEO) rendezvous mission with solar sailcraft is currently carried out by the authors of this paper. The investigated mission builds on previous concepts, but adopts a strong micro-spacecraft philosophy based on the DLR/ESA Gossamer technology. The main scientific objective of the mission is to explore the diversity of NEOs. After direct interplanetary insertion, the solar sailcraft should—within less than 10 years—rendezvous three NEOs that are not only scientifically interesting, but also from the point of human spaceight and planetary defense. In this paper, the objectives of the study are outlined and a preliminary potential mission profile is presented.
Planar and three-dimensional (3D) interdigitated electrodes (IDE) with electrode digits separated by an insulating barrier of different heights were electrochemically characterized and compared in terms of their sensing properties. Due to the impact of the surface resistance, both types of IDE structures display a non-linear behavior in low-ionic strength solutions. The experimental data were fitted to an electrical equivalent circuit and interpreted taking into account the surface-charge-governed properties. The effect of a charged polyelectrolyte layer electrostatically assembled onto the sensor surface on the surface resistance in solutions with different KCl concentration is studied. In case of the same electrode footprint, 3D-IDEs show a larger cell constant and a higher sensitivity to molecular adsorption than that of planar IDEs. The obtained results demonstrate the potential of 3D-IDEs as a new transducer structure for a direct label-free sensing of charged molecules.
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.
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.
Geologisch-geotechnischer Planungsprozess von Tunnelbauten mit Schwerpunkt tiefliegender Tunnel
(2014)
Light-addressable potentiometric sensors (LAPS) consisting of a p-Si-SiO2 and p-Si-SiO2-Au structure, respectively, have been tested for a label-free electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) hybridization. Three different strategies for immobilizing single-stranded probe DNA (ssDNA) molecules on a LAPS surface have been studied and compared: (a) immobilization of thiol-modified ssDNA on the patterned Au surface via gold-thiol bond, (b) covalent immobilization of amino-modified ssDNA onto the SiO2 surface functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane and (c) layer-by-layer adsorption of negatively charged ssDNA on a positively charged weak polyelectrolyte layer of poly(allylamine hydrochloride).
A 3D finite element model of the female pelvic floor for the reconstruction of urinary incontinence
(2014)
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 article describes the fabrication, characterization and application of an epidermal temporary-transfer tattoo-based potentiometric sensor, coupled with a miniaturized wearable wireless transceiver, for real-time monitoring of sodium in the human perspiration. Sodium excreted during perspiration is an excellent marker for electrolyte imbalance and provides valuable information regarding an individual's physical and mental wellbeing. The realization of the new skin-worn non-invasive tattoo-like sensing device has been realized by amalgamating several state-of-the-art thick film, laser printing, solid-state potentiometry, fluidics and wireless technologies. The resulting tattoo-based potentiometric sodium sensor displays a rapid near-Nernstian response with negligible carryover effects, and good resiliency against various mechanical deformations experienced by the human epidermis. On-body testing of the tattoo sensor coupled to a wireless transceiver during exercise activity demonstrated its ability to continuously monitor sweat sodium dynamics. The real-time sweat sodium concentration was transmitted wirelessly via a body-worn transceiver from the sodium tattoo sensor to a notebook while the subjects perspired on a stationary cycle. The favorable analytical performance along with the wearable nature of the wireless transceiver makes the new epidermal potentiometric sensing system attractive for continuous monitoring the sodium dynamics in human perspiration during diverse activities relevant to the healthcare, fitness, military, healthcare and skin-care domains.
Background
True date palms (Phoenix dactylifera L.) are impressive trees and have served as an indispensable source of food for mankind in tropical and subtropical countries for centuries. The aim of this study is to differentiate date palm tree varieties by analysing leaflet cross sections with technical/optical methods and artificial neural networks (ANN).
Results
Fluorescence microscopy images of leaflet cross sections have been taken from a set of five date palm tree cultivars (Hewlat al Jouf, Khlas, Nabot Soltan, Shishi, Um Raheem). After features extraction from images, the obtained data have been fed in a multilayer perceptron ANN with backpropagation learning algorithm.
Conclusions
Overall, an accurate result in prediction and differentiation of date palm tree cultivars was achieved with average prediction in tenfold cross-validation is 89.1% and reached 100% in one of the best ANN.
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%.
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.
Persistent infection with the high-risk Human Papillomavirus type 16 (HPV 16) is the causative event for the development of cervical cancer and other malignant tumors of the anogenital tract and of the head and neck. Despite many attempts to develop therapeutic vaccines no candidate has entered late clinical trials. An interesting approach is a DNA based vaccine encompassing the nucleotide sequence of the E6 and E7 viral oncoproteins. Because both proteins are consistently expressed in HPV infected cells they represent excellent targets for immune therapy. Here we report the development of 8 DNA vaccine candidates consisting of differently rearranged HPV-16 E6 and E7 sequences within one molecule providing all naturally occurring epitopes but supposedly lacking transforming activity. The HPV sequences were fused to the J-domain and the SV40 enhancer in order to increase immune responses. We demonstrate that one out of the 8 vaccine candidates induces very strong cellular E6- and E7- specific cellular immune responses in mice and, as shown in regression experiments, efficiently controls growth of HPV 16 positive syngeneic tumors. This data demonstrates the potential of this vaccine candidate to control persistent HPV 16 infection that may lead to malignant disease. It also suggests that different sequence rearrangements influence the immunogenecity by an as yet unknown mechanism.
RGB-D sensors such as the Microsoft Kinect or the Asus Xtion are inexpensive 3D sensors. A depth image is computed by calculating the distortion of a known infrared light (IR) pattern which is projected into the scene. While these sensors are great devices they have some limitations. The distance they can measure is limited and they suffer from reflection problems on transparent, shiny, or very matte and absorbing objects. If more than one RGB-D camera is used the IR patterns interfere with each other. This results in a massive loss of depth information. In this paper, we present a simple and powerful method to overcome these problems. We propose a stereo RGB-D camera system which uses the pros of RGB-D cameras and combine them with the pros of stereo camera systems. The idea is to utilize the IR images of each two sensors as a stereo pair to generate a depth map. The IR patterns emitted by IR projectors are exploited here to enhance the dense stereo matching even if the observed objects or surfaces are texture-less or transparent. The resulting disparity map is then fused with the depth map offered by the RGB-D sensor to fill the regions and the holes that appear because of interference, or due to transparent or reflective objects. Our results show that the density of depth information is increased especially for transparent, shiny or matte objects.
Heat production in the windings of the stators of electric machines under stationary condition
(2014)
In electric machines due to high currents and resistive losses (joule heating) heat is produced. To avoid damages by overheating the design of effective cooling systems is required. Therefore the knowledge of heat sources and heat transfer processes is necessary. The purpose of this paper is to illustrate a good and effective calculation method for the temperature analysis based on homogenization techniques. These methods have been applied for the stator windings in a slot of an electric machine consisting of copper wires and resin. The key quantity here is an effective thermal conductivity, which characterizes the heterogeneous wire resin-arrangement inside the stator slot. To illustrate the applicability of the method, the analysis of a simplified, homogenized model is compared with the detailed analysis of temperature behavior inside a slot of an electric machine according to the heat generation. We considered here only the stationary situation. The achieved numerical results are accurate and show that the applied homogenization technique works in practice. Finally the results of simulations for the two cases, the original model of the slot and the homogenized model chosen for the slot (unit cell), are compared to experimental results.
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.
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.
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.
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.