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As one class of molecular imprinted polymers (MIPs), surface imprinted polymer (SIP)-based biosensors show great potential in direct whole-bacteria detection. Micro-contact imprinting, that involves stamping the template bacteria immobilized on a substrate into a pre-polymerized polymer matrix, is the most straightforward and prominent method to obtain SIP-based biosensors. However, the major drawbacks of the method arise from the requirement for fresh template bacteria and often non-reproducible bacteria distribution on the stamp substrate. Herein, we developed a positive master stamp containing photolithographic mimics of the template bacteria (E. coli) enabling reproducible fabrication of biomimetic SIP-based biosensors without the need for the “real” bacteria cells. By using atomic force and scanning electron microscopy imaging techniques, respectively, the E. coli-capturing ability of the SIP samples was tested, and compared with non-imprinted polymer (NIP)-based samples and control SIP samples, in which the cavity geometry does not match with E. coli cells. It was revealed that the presence of the biomimetic E. coli imprints with a specifically designed geometry increases the sensor E. coli-capturing ability by an “imprinting factor” of about 3. These findings show the importance of geometry-guided physical recognition in bacterial detection using SIP-based biosensors. In addition, this imprinting strategy was employed to interdigitated electrodes and QCM (quartz crystal microbalance) chips. E. coli detection performance of the sensors was demonstrated with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and QCM measurements with dissipation monitoring technique (QCM-D).
The deformation and damage laws of non-homogeneous irregular structural planes in rocks are the basis for studying the stability of rock engineering. To investigate the damage characteristics of rock containing non-parallel fissures, uniaxial compression tests and numerical simulations were conducted on sandstone specimens containing three non-parallel fissures inclined at 0°, 45° and 90° in this study. The characteristics of crack initiation and crack evolution of fissures with different inclinations were analyzed. A constitutive model for the discontinuous fractures of fissured sandstone was proposed. The results show that the fracture behaviors of fissured sandstone specimens are discontinuous. The stress–strain curves are non-smooth and can be divided into nonlinear crack closure stage, linear elastic stage, plastic stage and brittle failure stage, of which the plastic stage contains discontinuous stress drops. During the uniaxial compression test, the middle or ends of 0° fissures were the first to crack compared to 45° and 90° fissures. The end with small distance between 0° and 45° fissures cracked first, and the end with large distance cracked later. After the final failure, 0° fissures in all specimens were fractured, while 45° and 90° fissures were not necessarily fractured. Numerical simulation results show that the concentration of compressive stress at the tips of 0°, 45° and 90° fissures, as well as the concentration of tensile stress on both sides, decreased with the increase of the inclination angle. A constitutive model for the discontinuous fractures of fissured sandstone specimens was derived by combining the logistic model and damage mechanic theory. This model can well describe the discontinuous drops of stress and agrees well with the whole processes of the stress–strain curves of the fissured sandstone specimens.
Die Menschheit lebt über ihre Verhältnisse: Permanent übersteigt unser Verbrauch die uns jährlich zur Verfügung stehenden Ressourcen. Der Energiebedarf digitaler Anwendungen wird dabei meist unterschätzt. Wie Interaction-Designer:innen einen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Websites leisten können, ist aktuell nur durch aufwendige Recherche zu beantworten. Die Bachelorarbeit »Seeds« stellt einen Schritt im Prozess zu mehr Nachhaltigkeit dar. Sie umfasst ein Toolkit, bestehend aus einer Website und einem Plugin für gängige Designtools. Dieses bündelt alle Informationen, um das Internet barriereärmer, sozialer, ethischer und eben auch ökologisch verträglicher zu gestalten. Während die Website eine Anlaufstelle für den Wissensaufbau darstellt, unterstützt das Plugin bei der Entwicklung eigener Designs, ohne dass Gestalter:innen den Designprozess verlassen müssen.
The artificial olfactory image was proposed by Lundström et al. in 1991 as a new strategy for an electronic nose system which generated a two-dimensional mapping to be interpreted as a fingerprint of the detected gas species. The potential distribution generated by the catalytic metals integrated into a semiconductor field-effect structure was read as a photocurrent signal generated by scanning light pulses. The impact of the proposed technology spread beyond gas sensing, inspiring the development of various imaging modalities based on the light addressing of field-effect structures to obtain spatial maps of pH distribution, ions, molecules, and impedance, and these modalities have been applied in both biological and non-biological systems. These light-addressing technologies have been further developed to realize the position control of a faradaic current on the electrode surface for localized electrochemical reactions and amperometric measurements, as well as the actuation of liquids in microfluidic devices.
In this paper, the use of reinforcement learning (RL) in control systems is investigated using a rotatory inverted pendulum as an example. The control behavior of an RL controller is compared to that of traditional LQR and MPC controllers. This is done by evaluating their behavior under optimal conditions, their disturbance behavior, their robustness and their development process. All the investigated controllers are developed using MATLAB and the Simulink simulation environment and later deployed to a real pendulum model powered by a Raspberry Pi. The RL algorithm used is Proximal Policy Optimization (PPO). The LQR controller exhibits an easy development process, an average to good control behavior and average to good robustness. A linear MPC controller could show excellent results under optimal operating conditions. However, when subjected to disturbances or deviations from the equilibrium point, it showed poor performance and sometimes instable behavior. Employing a nonlinear MPC Controller in real time was not possible due to the high computational effort involved. The RL controller exhibits by far the most versatile and robust control behavior. When operated in the simulation environment, it achieved a high control accuracy. When employed in the real system, however, it only shows average accuracy and a significantly greater performance loss compared to the simulation than the traditional controllers. With MATLAB, it is not yet possible to directly post-train the RL controller on the Raspberry Pi, which is an obstacle to the practical application of RL in a prototyping or teaching setting. Nevertheless, RL in general proves to be a flexible and powerful control method, which is well suited for complex or nonlinear systems where traditional controllers struggle.
Ga-doped Li7La3Zr2O12 garnet solid electrolytes exhibit the highest Li-ion conductivities among the oxide-type garnet-structured solid electrolytes, but instabilities toward Li metal hamper their practical application. The instabilities have been assigned to direct chemical reactions between LiGaO2 coexisting phases and Li metal by several groups previously. Yet, the understanding of the role of LiGaO2 in the electrochemical cell and its electrochemical properties is still lacking. Here, we are investigating the electrochemical properties of LiGaO2 through electrochemical tests in galvanostatic cells versus Li metal and complementary ex situ studies via confocal Raman microscopy, quantitative phase analysis based on powder X-ray diffraction, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and electron energy loss spectroscopy. The results demonstrate considerable and surprising electrochemical activity, with high reversibility. A three-stage reaction mechanism is derived, including reversible electrochemical reactions that lead to the formation of highly electronically conducting products. The results have considerable implications for the use of Ga-doped Li7La3Zr2O12 electrolytes in all-solid-state Li-metal battery applications and raise the need for advanced materials engineering to realize Ga-doped Li7La3Zr2O12for practical use.
Drink me
(2024)
„Drink me“ ist ein Kurzfilm über drei Freunde auf einer Party, auf der ein mysteriöses Getränk verteilt wird, das die Partygäste in einen besonderen Rausch versetzt. Die Farben fangen an zu leuchten, die Musik wird klarer, alles fühlt sich intensiver an. Bis sich die Wahrnehmung der Protagonistin Ally plötzlich verändert: Vom bunt leuchtenden Rauschzustand zur scheinbaren Realität: Einem grauen, kalten Bunker voller abgewrackter Gestalten. Ally versucht die Party zu verlassen, doch während ihre Wahrnehmungen immer weiter verschwimmen, verliert sie gleichzeitig allmählich ihr Bewusstsein. Der Film bietet durch die Darstellung der verschiedenen Wahrnehmungszustände und das Verschwimmen derer ein visuell besonders spannendes Erlebnis.
Digitaler Marktplatz für Erzeuger:innen und Verbraucher:innen regionaler Produkte. Das Ziel dieses Projekts ist es, solidarische Landwirtschaft (SoLaWi) zu digitalisieren, um eine zeitgemäße Alternative zu den bestehenden Kauf- und Abonnementprozessen zu schaffen. Die dabei entstandene App „KoHof" ermöglicht landwirtschaftlichen Betrieben, sich online zu präsentieren, Abonnements zu verwalten und neue Mitglieder zu gewinnen. Gleichzeitig bietet die Plattform Verbraucher:innen eine unkomplizierte Möglichkeit, passende Betriebe und dazugehörige Produkte in der Region zu finden sowie ihre Mitgliedschaft zu verwalten. Insgesamt strebt das Projekt "KoHof" danach, die Solidarische Landwirtschaft digital zu transformieren und eine neue Perspektive für die regionale Erzeugung von Lebensmitteln zu eröffnen. Durch diese innovative Plattform wird die Vernetzung zwischen Erzeugerinnen und Verbraucherinnen in der SoLaWi-Bewegung auf eine neue Stufe gehoben.
RehaGlove ist ein Exoskelett, dass Menschen mit rheumatoider Arthritis oder Arthrose bei der Bewältigung des Alltags helfen soll. Die rheumatoide Arthritis zeichnet sich vorwiegend durch die chronischen Entzündungen des Gelenkapparats aus, während die Arthrose eine alters- oder belastungsinduzierte Degeneration des Gelenkgewebes darstellt. Bei beiden Erkrankungen sind die Fingergelenke besonders häufig betroffen. Es kommt zu sehr starken Schmerzen, Bewegungseinschränkungen und Kraftverlust. Da wir unsere Hände jedoch täglich brauchen, gestaltet sich der Alltag mit einer solch einschränkenden Krankheit als besonders schmerzhaft. Dabei soll RehaGlove Abhilfe schaffen. Mehrere Zug-/ Druck-Kabel unterstützen den Griff und steigern die Griffkraft. Außerdem ermöglichen sie die eigenständige Ausführung physiotehrapeutischer Aufgaben und erleichtern es die Gelenke mobil zu halten.
Das Projekt widmet sich dem Thema der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) und Aufmerksamkeitsdefizitstörung (ADS) im Kindesalter. Es setzt sich dabei mit den täglichen Herausforderungen auseinander, mit denen diese Kinder sowohl im Lernprozess als auch in der familiären Beziehungsdynamik konfrontiert sind. Der entwickelte Konzentrationsbegleiter und das dazugehörige Set basieren auf einer lerntherapeutischen Idee, die ein Gleichgewicht zwischen Konzentration und Entspannung erschafft. Das Gesamtsystem „MonKo“ bietet mit dem Konzentrationsbegleiter Unterstützung bei der Alltagsplanung, Priorisierung von Aufgaben und dem Umgang mit Reizen. Der Entspannungsteil des Sets präsentiert sich als „Schatzkiste“ mit sensorischen Spielzeugen und ist individuell von Therapeut:innen und Lehrkräften an die Bedürfnisse der Kinder anpassbar. Der Konzentrationsbegleiter in der Optik eines liebevollen Monsters soll den Kindern helfen, mit den Herausforderungen neuroatypischen Verhaltens umzugehen und erfolgreich in Schule und Alltag zu sein.
Perennial ryegrass (Lolium perenne) is an underutilized lignocellulosic biomass that has several benefits such as high availability, renewability, and biomass yield. The grass press-juice obtained from the mechanical pretreatment can be used for the bio-based production of chemicals. Lactic acid is a platform chemical that has attracted consideration due to its broad area of applications. For this reason, the more sustainable production of lactic acid is expected to increase. In this work, lactic acid was produced using complex medium at the bench- and reactor scale, and the results were compared to those obtained using an optimized press-juice medium. Bench-scale fermentations were carried out in a pH-control system and lactic acid production reached approximately 21.84 ± 0.95 g/L in complex medium, and 26.61 ± 1.2 g/L in press-juice medium. In the bioreactor, the production yield was 0.91 ± 0.07 g/g, corresponding to a 1.4-fold increase with respect to the complex medium with fructose. As a comparison to the traditional ensiling process, the ensiling of whole grass fractions of different varieties harvested in summer and autumn was performed. Ensiling showed variations in lactic acid yields, with a yield up to 15.2% dry mass for the late-harvested samples, surpassing typical silage yields of 6–10% dry mass.
PRO+SOUND ist ein tragbares Kombinationsprodukt, bestehend aus Lautsprecher und Projektor, das sowohl privat zum streamen von Filmen, Serien, Musik und Videospielen als auch professionell als Präsentationsgerät in Hörsälen und Konferenzräumen genutzt werden kann. Projektoren und Beamer sind groß, schwer, unhandlich und nicht mehr zeitgemäß. Die Bedienung der meisten Beamer ist veraltet und kaum digitalisiert. PRO+SOUND löst diese Schwachstellen in einem kompakten Produkt und macht das streamen von Inhalten mühelos und kabellos. Das geringe Gewicht und der kompakte Formfaktor macht die Mitnahme für unterwegs problemlos möglich.
Bauwirtschaft
(2024)
Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen Höhe des eingesetzten Kapitals werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche üblichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsmöglichkeiten angesprochen.
Durch das öffentliche Baurecht werden die Zulässigkeit, die Grenzen, die Ordnung und die Förderung der baulichen Nutzung des Bodens geregelt.
Die Ausschreibung und die Vergabe sind von essenzieller Bedeutung für ein Bauvorhaben und werden deshalb in der HOAI mit zwei Leistungsphasen abgebildet: nämlich mit der Leistungsphase 6 Vorbereitung der Vergabe sowie der Leistungsphase 7 Mitwirkung bei der Vergabe. Im Zuge der Ausschreibung und der Vergabe werden die für den AG anfallenden Kosten festgelegt und bilden somit die letzte größere Stellschraube für Preiseinsparungen.
Boden, Baugrube, Verbau
(2024)
Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.
Kalkulation
(2024)
Das Kapitel behandelt die Kosten- und Preisermittlung, die Kostenvorgabe und Kostenkontrolle.
Der Angebotspreis wird aufgeschlüsselt in die Einzelkosten der Teilleistungen, die Baustellengemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und einen Zuschlag für Wagnis und Gewinn. Auf der Basis der Angebotskalkulation werden die Vorgaben für die Kostenkontrolle entwickelt.
Kein Bauvorhaben sollte realisiert werden, ohne dass es auf einer vertraglichen Grundlage zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer fußt. Diese vertragliche Grundlage zu kennen ist essenziell, um dementsprechend handeln zu können. Denn nur wer seine eigenen Rechte und auch Pflichten kennt, kann sich auf diese berufen.
This article addresses the need for an innovative technique in plasma shaping, utilizing antenna structures, Maxwell’s laws, and boundary conditions within a shielded environment. The motivation lies in exploring a novel approach to efficiently generate high-energy density plasma with potential applications across various fields. Implemented in an E01 circular cavity resonator, the proposed method involves the use of an impedance and field matching device with a coaxial connector and a specially optimized monopole antenna. This setup feeds a low-loss cavity resonator, resulting in a high-energy density air plasma with a surface temperature exceeding 3500 o C, achieved with a minimal power input of 80 W. The argon plasma, resembling the shape of a simple monopole antenna with modeled complex dielectric values, offers a more energy-efficient alternative compared to traditional, power-intensive plasma shaping methods. Simulations using a commercial electromagnetic (EM) solver validate the design’s effectiveness, while experimental validation underscores the method’s feasibility and practical implementation. Analyzing various parameters in an argon atmosphere, including hot S -parameters and plasma beam images, the results demonstrate the successful application of this technique, suggesting its potential in coating, furnace technology, fusion, and spectroscopy applications.
Biomass from various types of organic waste was tested for possible use in hydrogen production. The composition consisted of lignified samples, green waste, and kitchen scraps such as fruit and vegetable peels and leftover food. For this purpose, the enzymatic pretreatment of organic waste with a combination of five different hydrolytic enzymes (cellulase, amylase, glucoamylase, pectinase and xylase) was investigated to determine its ability to produce hydrogen (H2) with the hydrolyzate produced here. In course, the anaerobic rod-shaped bacterium T. neapolitana was used for H2 production. First, the enzymes were investigated using different substrates in preliminary experiments. Subsequently, hydrolyses were carried out using different types of organic waste. In the hydrolysis carried out here for 48 h, an increase in glucose concentration of 481% was measured for waste loads containing starch, corresponding to a glucose concentration at the end of hydrolysis of 7.5 g·L−1. In the subsequent set fermentation in serum bottles, a H2 yield of 1.26 mmol H2 was obtained in the overhead space when Terrific Broth Medium with glucose and yeast extract (TBGY medium) was used. When hydrolyzed organic waste was used, even a H2 yield of 1.37 mmol could be achieved in the overhead space. In addition, a dedicated reactor system for the anaerobic fermentation of T. neapolitana to produce H2 was developed. The bioreactor developed here can ferment anaerobically with a very low loss of produced gas. Here, after 24 h, a hydrogen concentration of 83% could be measured in the overhead space.