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This work describes the novel combination of the light-addressable electrode (LAE) and the light-addressable potentiometric sensor (LAPS) into a microsystem set-up. Both the LAE as well as the LAPS shares the principle of addressing the active spot by means of a light beam. This enables both systems to manipulate resp. to detect an analyte with a high spatial resolution. Hence, combining both principles into a single set-up enables the active stimulation e.g., by means of electrolysis and a simultaneous observation e.g., the response of an entrapped biological cell by detection of extracellular pH changes. The work will describe the principles of both technologies and the necessary steps to integrate them into a single set-up. Furthermore, examples of application and operation of such systems will be presented.
Upper and lower bound theorems of limit analyses have been presented in part I of the paper. Part II starts with the finite element discretization of these theorems and demonstrates how both can be combined in a primal–dual optimization problem. This recently proposed numerical method is used to guide the development of a new class of closed-form limit loads for circumferential defects, which show that only large defects contribute to plastic collapse with a rapid loss of strength with increasing crack sizes. The formulae are compared with primal–dual FEM limit analyses and with burst tests. Even closer predictions are obtained with iterative limit load solutions for the von Mises yield function and for the Tresca yield function. Pressure loading of the faces of interior cracks in thick pipes reduces the collapse load of circumferential defects more than for axial flaws. Axial defects have been treated in part I of the paper.
Glucose ist ein primäres Zwischenprodukt der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe, wie z. B. Cellulose. Die wertsteigernde Weiterverarbeitung des Monosaccharids erfolgt häufig in Form vonFermentationsprozessen, jedoch kann der Rohstoff auch für zahlreiche chemische Verarbeitungsstufen genutzt werden. Ein großtechnisch relevanter Prozess ist die Herstellung von Gluconsäure (GS), die u. a. als Nahrungsmittelzusatz (E 574) eingesetzt wird. Die Darstellung der Säure erfolgt durch Oxidation von Glucose mit magnetisierbarem Gold-Nano-Katalysator. Die Rückgewinnung des Katalysators aus der Reaktionslösung wurde unter Einwirkung eines Magnetfeldgradienten verwirklicht. Die Synthese der magnetischen Goldkatalysatoren (sowohl Trägerpartikel als auch Gold-Nanopartikel) wurde durch nass-chemische Fällungsreaktionen durchgeführt. Die Charakteristiken der neuen Materialen konnte durch Messungen des PCD-Potenzials, Laserbeugung und REM/EDX untersucht werden. So wurden u. a. Partikeldurchmesser von 25 lm und ein Goldgehaltvon 1,03 % ermittelt. Weiterhin wurden für die Goldkatalysatoren optimale Reaktionsbedingungen für die Glucoseoxidation im geregelten Rührkesselreaktor etabliert. Hierdurch konnten eine Produktselektivität von 100 % und eine Wiederverwendbarkeit der Partikel über mindestens zehn Zyklen erreicht werden.
Electron beam plasma measurement was realised by means of DIABEAM system invented by ISF RWTH Aachen. The Langmuir probe method is used for measurement. The relative simplicity of the method and the possibility of dispersion of high power on the probe allow its application for the investigation of high-power electron beams. The key element of the method is a rotating thin tungsten wire, which intersects the beam transversely on its axis and collects part of the current by itself. The signals, which are registered in the DIABEAM as a voltage, were taken in the form of amplitude. The conversion of the probe current into the distribution along the beam radius was realised using the Abel’s method. A voltage-current characteristic was built for the beam current. The local electron density as well as the electron temperature, the floating potential and the plasma potential were measured and calculated by means of this characteristic.
It is well known that the already large dielectric constants of some electrolytes like BaTiO₃ can be enhanced further by adding metallic (e.g. Ni, Cu or Ag) nanoparticles. The enhancement can be quite large, a factor of more than 1000 is possible. The consequences for the properties will be discussed in the present paper applying a brick-layer model (BLM) for calculating dc-resistivities of thin layers and a modified one (PBLM) that includes percolation for calculating dielectric properties of these materials. The PBLM results in an at least qualitative description and understanding of the physical phenomena: This model gives an explanation for the steep increase of the dielectric constant below the percolation threshold and why this increase is connected to a dramatic decrease of the breakdown voltage as well as the ability of storing electrical energy. We conclude that metallic electrolyte composites like BaTiO₃ are not appropriate for energy storage.
Two types of microvalves based on temperature-responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) and pH-responsive poly(sodium acrylate) (PSA) hydrogel films have been developed and tested. The PNIPAAm and PSA hydrogel films were prepared by means of in situ photopolymerization directly inside the fluidic channel of a microfluidic chip fabricated by combining Si and SU-8 technologies. The swelling/shrinking properties and height changes of the PNIPAAm and PSA films inside the fluidic channel were studied at temperatures of deionized water from 14 to 36 °C and different pH values (pH 3–12) of Titrisol buffer, respectively. Additionally, in separate experiments, the lower critical solution temperature (LCST) of the PNIPAAm hydrogel was investigated by means of a differential scanning calorimetry (DSC) and a surface plasmon resonance (SPR) method. Mass-flow measurements have shown the feasibility of the prepared hydrogel films to work as an on-chip integrated temperature- or pH-responsive microvalve capable to switch the flow channel on/off.
The chemical imaging sensor is a semiconductor-based chemical sensor that can visualize the two-dimensional distribution of specific ions or molecules in the solution. In this study, we developed a miniaturized chemical imaging sensor system with an OLED display panel as a light source that scans the sensor plate. In the proposed configuration, the display panel is placed directly below the sensor plate and illuminates the back surface. The measured area defined by illumination can be arbitrarily customized to fit the size and the shape of the sample to be measured. The waveform of the generated photocurrent, the current–voltage characteristics and the pH sensitivity were investigated and pH imaging with this miniaturized system was demonstrated.
Remotewords makes its mark on the picturesque "Bar Verbanella”, located in Stresa near Isola Bella on Lago Maggiore. The words CUM GRANO SALIS (with a grain of salt) by Sabine Fabo, art theorist on media contexts, were applied to its roof in collaboration with the German-Italian art organization "Lo spirito del Lago".
The highly polymorphic human cytochrome P450 2D6 enzyme is involved in the metabolism of up to 25% of all marketed drugs and accounts for significant individual differences in response to CYP2D6 substrates. Because of the differences in the multiplicity and substrate specificity of CYP2D family members among species, it is difficult to predict pathways of human CYP2D6-dependent drug metabolism on the basis of animal studies. To create animal models that reflect the human situation more closely and that allow an in vivo assessment of the consequences of differential CYP2D6 drug metabolism, we have developed a novel straightforward approach to delete the entire murine Cyp2d gene cluster and replace it with allelic variants of human CYP2D6. By using this approach, we have generated mouse lines expressing the two frequent human protein isoforms CYP2D6.1 and CYP2D6.2 and an as yet undescribed variant of this enzyme, as well as a Cyp2d cluster knockout mouse. We demonstrate that the various transgenic mouse lines cover a wide spectrum of different human CYP2D6 metabolizer phenotypes. The novel humanization strategy described here provides a robust approach for the expression of different CYP2D6 allelic variants in transgenic mice and thus can help to evaluate potential CYP2D6-dependent interindividual differences in drug response in the context of personalized medicine.
Cell-based sensors for the detection of gases have long been underrepresented, due to the cellular requirement of being cultured in a liquid environment. In this work we established a cell-based gas biosensor for the detection of toxic substances in air, by adapting a commercial sensor chip (Bionas®), previously used for the measurement of pollutants in liquids. Cells of the respiratory tract (A549, RPMI 2650, V79), which survive at a gas phase in a natural context, are used as biological receptors. The physiological cell parameters acidification, respiration and morphology are continuously monitored in parallel. Ammonia was used as a highly water-soluble model gas to test the feasibility of the sensor system. Infrared measurements confirmed the sufficiency of the medium draining method. This sensor system provides a basis for many sensor applications such as environmental monitoring, building technology and public security.
A magnetic resonance tomography (MRT) apparatus (1) for the examination of a body (14) comprises parameter acquisition devices (13) for the acquisition of cardiovascular parameters of the body (14) and a control device (15) in communication with the parameter acquisition devices (13) for synchronizing the imaging, wherein the control device (15) is adapted to analyse the data of at least two parameter acquisition devices (13) and to output a control signal based on the analysis.
Proceedings of the 2nd Humboldt Kolleg, Hammamet, Tunisia Organizer: Alexander von Humboldt Stiftung, Germany. pdf 184 p. Welcome Address Dear Participants, Welcome to the 2nd Humboldt Kolleg in “Nanoscale Science and Technology” (NS&T’12) in Tunisia, sponsored by the "Alexander von Humboldt" foundation. The NS&T’12 multidisciplinary scientific program includes seven "hot" topics dealing with "Nanoscale Science and Technology" covering basic and application-oriented research as well as industrial (market) aspects: - Molecular Biophyics, Spectroscopy Techniques, Imaging Microscopy - Nanomaterials Synthesis for Medicine and Bio-chemical Sensors - Nanostructures, Semiconductors, Photonics and Nanodevices - New Technologies in Market Industry - Environment, Electro-chemistry, Bio-polymers and Fuel Cells - Nanomaterials, Photovoltaic, Modelling, Quantum Physics - Microelectronics, Sensors Networks and Embedded Systems We are deeply indebted to all members of the Scientific Committee and General Chairs for joint Sessions and to all speakers and chairmen, who have dedicated invaluable time and efforts for the realization of this event. On behalf of the Organizing Committee, we are cordially inviting you to join the conference and hope that your stay will be fruitful, rewarding and enjoyable. Prof. Dr. Michael J. Schöning, Prof. Dr. Adnane Abdelghani
Suburethral slings as well as different meshes are widely used treating stress urinary incontinence and prolaps in women. With the development of MiniSlings and special meshes using less alloplastic material anchorage systems become more important to keep devices in place and to put some tension especially on the MiniSlings. To date, there are many different systems of MiniSlings of different companies on the market which differ in the structure of the used meshes and anchors. A new objective measurement method to compare different properties of MiniSling systems (mesh and anchor) is presented in this article. Ballistic gelatine acts as soft tissue surrogate. Significant differences in parameters like pull-out strength of anchors or shrinkage of meshes under loading conditions have been determined. The form and size of the anchors as well as the structural stability of the meshes are decisive for a proper integration. The tested anchorings sytems showed markedly different mechanical function at their respective load bearing capacity. As the stable fixation of the device in tissue is a prerequisite for a permanet reinforcement, the proposed test system permits further optimisation of anchor and mesh devices to improve the success of the surgical treatment
A variety of transition metals, e.g., copper, zinc, cadmium, lead, etc. are widely used in industry as components for wires, coatings, alloys, batteries, paints and so on. The inevitable presence of transition metals in industrial processes implies the ambition of developing a proper analytical technique for their adequate monitoring. Most of these elements, especially lead and cadmium, are acutely toxic for biological organisms. Quantitative determination of these metals at low activity levels in different environmental and industrial samples is therefore a vital task. A promising approach to achieve an at-side or on-line monitoring on a miniaturized and cost efficient way is the combination of a common potentiometric sensor array with heavy metal-sensitive thin-film materials, like chalcogenide glasses and polymeric materials, respectively.
Die fermentative Verwertung von Rohglycerin setzt je nach Herstellungsmethode und Produktionsorganismus eine Vorbehandlung des Glycerins zur Entfernung von Produktinhibitoren voraus. Durch den Einsatz von Hydrotalcit-Adsorbern können die im Rohglycerin enthaltenen Fettsäuren entfernt werden. Durch diese einfache Aufarbeitungsmethode ist ein mit reinem Glycerin vergleichbarer Umsatz von stark mit Fettsäuren verunreinigtem Rohglycerin zu 1,3-Propandiol (PDO) möglich. Die durch den Hydrotalcit gebundenen Fettsäuren lassen sich mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch eluieren. Somit kann der Adsorber regeneriert und die Fettsäuren wieder der Wertschöpfungskette zugeführt werden. Im Fed-Batch-Experiment kann mit C. diolis eine PDO-Konzentration von über 50 g L⁻¹ unter Verwendung des aufgereinigten Rohglycerins erzielt werden. In der industriellen Produktion wird PDO momentan destillativ aufgearbeitet. Ein adsorptives Aufarbeitungsverfahren kann den Energiebedarf des Herstellungsprozesses drastisch senken. Auf der Suche nach einem geeigneten Material wurde ein Adsorberscreening in Bezug auf die Bindungseigenschaften durchgeführt. Mit einem b-Zeolith der Firma Süd ChemieAG konnte bisher die höchste Beladung im Modellsystem von 120 mg PDO/gAdsorber erreicht werden.
Thin films of poly(ethyleneterephthalate) [PET]were exposed to radiation dose ranging from 10 to 30 kGy by using gamma rays in the range 12.8-177.8 MGy using swift light ions of hydrogen. There was no effect of the radiation dose on the optical behaviour of PET as a result of exposure to radiation dose up to 30 kGy brought about by gamma rays but a significant decrease in the optical band gap values was observed when PET was exposed to swift light ions of hydrogen. The data obtained are discussed in terms of optical studies carried out on PET using swift heavy ions.
Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln
(2012)
Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen führt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelsträngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, können mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur können Aptamere kleine organische Moleküle hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgeführt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu können. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltrümmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgeführt.
Im vom BMELV/FNR geförderten SynRg-Projekt wurde unter anderem Rapsschrot untersucht, um Polyphenole zu isolieren und aufzureinigen. Diese sollen anschließend als Basisbausteine für Polymere dienen und ihnen neuartige Eigenschaften verleihen. Derzeit wird an der Polyphenolextraktion gearbeitet, da bei organischen oder wässrigen Extraktionsprozessen überwiegend Sinapin, ein Cholinester der Sinapinsäure, vorliegt und dieses nicht für die Polymerbildung eingesetzt werden kann. Für die im Fokus stehende Sinapinsäure wird deshalb eine simultane Extraktion und enzymatische oder chemische Hydrolyse von Sinapin zu Sinapinsäure durchgeführt. Durch die Hydrolyse konnte die Sinapinsäureausbeute bereits um den Faktor 6,2 auf 15,8 mg g⁻¹ gegenüber einer reinwässrigen Extraktion gesteigert werden. Für die Aufreinigung des an Sinapinsäure reichen Extrakts erfolgt anschließend ein adsorptiver Aufarbeitungsschritt, bei dem Zeolithe zum Einsatz kommen. Mit diesem Material ist es möglich, die Sinapinsäure quantitativ zu adsorbieren und später mit 70 %igem Ethanol bei 60 °C zu desorbieren. Bei den Adsorbern handelt es sich um b-Zeolithe von der Süd-Chemie AG.
Generally, the quality of a weld joint is directly influenced by the welding input parameter settings. Selection of proper process parameters is important to obtain the desired weld bead profile and quality. In this research work, numerical and graphical optimization techniques of the CO2 laser beam welding of dual phase (DP600)/transformation induced plasticity (TRIP700) steel sheets were carried out using response surface methodology (RSM) based on Box–Behnken design. The procedure was established to improve the weld quality, increase the productivity and minimize the total operation cost by considering the welding parameters range of laser power (2–2.2 kW), welding speed (40–50 mm/s) and focus position (−1 to 0 mm). It was found that, RSM can be considered as a powerful tool in experimental welding optimization, even when the experimenter does not have a model for the process. Strong, efficient and low cost weld joints could be achieved using the optimum welding conditions.
In this study we observed courses of micturition symptoms and differentiated degrees of symptoms for each point in time while also considering the impact of bothersomeness. Our data show that not only significantly more patients who have undergone BT suffer from OAB than those who have undergone RP, but also that those affected show significantly higher values for severity of OAB symptoms throughout the whole observation period of 36 months. Our data analysis further shows that variability of OAB symptoms as well as fluctuation of severity of OAB symptoms vary to a significantly higher degree after BT than after RP. Looking only at mean figures at a given point in time clearly underestimates the underlying problem. This fact is not reflected in the literature.
Pandaboard, TurtleBot, Kinect und Co. : Low-Cost Hardware im Lehreinsatz für die mobile Robotik.
(2012)
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren und des Oldenbourg Industrieverlags https://www.oldenbourg-industrieverlag.de/de/9783835633223-33223 erschienen als Beitrag im Tagungsband zur AALE-Tagung 2012. 9. Fachkonferenz 4.-5. Mai 2012, Aachen, Fachhochschule. ISBN 9783835633223 S 8-1 S. 229-238 Original-Abstract des Autors: "Die mobile Robotik wird durch den Einsatz von Low-Cost Hardware einem breiten Publikum zugänglich. Bis vor kurzem basierte eine erschwingliche Hardware meist auf Mikrocontrollern mit den entsprechenden Leistungseinschränkungen z.B. im Bereich der Bildverarbeitung. Die Wahrnehmung einer 3D-Umgebung und somit die Möglichkeit zur autonomen Navigation wurde mit relativ kostenintensiver Hardware, z.B. Stereo-Vision-Systemen und Laserscannern gelöst. Die zur Auswertung der Sensorik notwendige Rechenleistung stand - entweder aufgrund des Stromverbrauchs oder der Performance meist für mobile Plattformen (lokal) - nicht zur Verfügung. Durch Einsatz von leistungsfähigen Prozessoren aus dem Bereich der Mobilgeräte (Smartphones, Tablets) und neuartigen Sensoren des Consumer-Bereichs, wie der Kinect, können mobile Roboter kostengünstig für den Einsatz in der Lehre aufgebaut werden.
Partikelmesstechnik
(2012)
Der Schutz von Produkten vor der Kontamination durch Partikel gilt als eine zentrale Aufgabe der Reinraumtechnik. Da es dabei um Kontaminationseffekte weit unterhalb der visuellen Wahrnehmbarkeit geht, braucht es leistungsfähige Verfahren, um die Messgröße „Partikelkontamination“ über den gesamten Bereich, den Anwender fordern, präzise zu bestimmen. Neben der Partikelhäufigkeit ist dabei die Größe der Partikel, die sowohl das Transportverhalten wie auch die mögliche Wirkung auf das Produkt beeinflusst, von entscheidender Bedeutung. Ferner kann es für die Ermittlung von Kontaminationsquellen von Interesse sein, die Form und die chemische Natur der Partikel zu bestimmen (z. B. textile Fasern, Metallabrieb, flüssige Tröpfchen). Die Partikelhäufigkeit wird üblicherweise als Konzentration, d. h. bezogen auf das analysierte Gasvolumen angegeben. Bei den in reinen Technologien üblichen niedrigen Konzentrationen dient als Häufigkeitsmaß die Partikelanzahlkonzentration, also die Partikelanzahl pro Volumeneinheit des Trägermediums.
Many applications in computational science and engineering require the computation of eigenvalues and vectors of dense symmetric or Hermitian matrices. For example, in DFT (density functional theory) calculations on modern supercomputers 10% to 30% of the eigenvalues and eigenvectors of huge dense matrices have to be calculated. Therefore, performance and parallel scaling of the used eigensolvers is of upmost interest. In this article different routines of the linear algebra packages ScaLAPACK and Elemental for parallel solution of the symmetric eigenvalue problem are compared concerning their performance on the BlueGene/P supercomputer. Parameters for performance optimization are adjusted for the different data distribution methods used in the two libraries. It is found that for all test cases the new library Elemental which uses a two-dimensional element by element distribution of the matrices to the processors shows better performance than the old ScaLAPACK library which uses a block-cyclic distribution.
Persistent infection with high-risk human papillomaviruses (hrHPV) can result in the formation of anogenital cancers. As hrHPV proteins E6 and E7 are required for cancer initiation and maintenance, they are ideal targets for immunotherapeutic interventions. Previously, we have described the development of DNA vaccines for the induction of HPV16 E6 and E7 specific T cell immunity. These vaccines consist of ‘gene-shuffled’ (SH) versions of HPV16 E6 and E7 that were fused to Tetanus Toxin Fragment C domain 1 (TTFC) and were named TTFC-E6SH and TTFC-E7SH. Gene-shuffling was performed to avoid the risk of inducing malignant transformation at the vaccination site. Here, we describe the preclinical safety evaluation of these candidate vaccines by analysis of their transforming capacity in vitro using established murine fibroblasts (NIH 3T3 cells) and primary human foreskin keratinocytes (HFKs). We demonstrate that neither ectopic expression of TTFC-E6SH and TTFC-E7SH alone or in combination enabled NIH 3T3 cells to form colonies in soft agar. In contrast, expression of HPV16 E6WT and E7WT alone or in combination resulted in effective transformation. Similarly, retroviral transduction of HFKs from three independent donors with both TTFC-E6SH and TTFC-E7SH alone or in combination did not show any signs of immortalization. In contrast, the combined expression of E6WT and E7WT induced immortalization in HFKs from all donors. Based on these results we consider it justified to proceed to clinical evaluation of DNA vaccines encoding TTFC-E6SH and TTFC-E7SH in patients with HPV16 associated (pre)malignancies.
Additive Manufacturing durch Aufschmelzen von Metallpulvern hat sich auf breiter Front als Herstellverfahren, auch für Endprodukte, etabliert. Besonders für die Variante des Selective Laser Melting (SLM) sind Anwendungen in der Zahntechnik bereits weit verbreitet und der Einsatz in sensitiven Branchen wie der Luftfahrt ist in greifbare Nähe gerückt. Deshalb werden auch vermehrt Anstrengungen unternommen, um bisher nicht verarbeitete Materialien zu qualifizieren. Dies sind vorzugsweise Nicht-Eisen- und Edelmetalle, die sowohl eine sehr hohe Reflektivität als auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen – beides Eigenschaften, die die Beherrschung des Laser-Schmelzprozesses erschweren und nur kleine Prozessfenster zulassen. Die Arbeitsgruppe SLM des Lehr- und Forschungsgebietes Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik hat sich unter der Randbedingung einer kleinen und mit geringer Laserleistung ausgestatteten SLM Maschine der Aufgabe gewidmet und am Beispiel von Silber die Parameterfelder für Einzelspuren und wenig komplexe Geometrien systematisch untersucht. Die Arbeiten wurden von FEM Simulationen begleitet und durch metallographische Untersuchungen verifiziert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage zur schnellen Parameterfindung bei komplexen Geometrien und bei Veränderungen der Zusammensetzung, wie sie bei zukünftigen Legierungen zu erwarten sind. Die Ergebnisse werden exemplarisch auf unterschiedliche Geometrien angewandt und entsprechende Bauteile gezeigt.