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Successful bone sawing requires a high level of skill and experience, which could be gained by the use of Virtual Reality-based simulators. A key aspect of these medical simulators is realistic force feedback. The aim of this paper is to model the bone sawing process in order to develop a valid training simulator for the bilateral sagittal split osteotomy, the most often applied corrective surgery in case of a malposition of the mandible. Bone samples from a human cadaveric mandible were tested using a designed experimental system. Image processing and statistical analysis were used for the selection of four models for the bone sawing process. The results revealed a polynomial dependency between the material removal rate and the applied force. Differences between the three segments of the osteotomy line and between the cortical and cancellous bone were highlighted.
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 solar polar mission is presented. The study uses novel analytical methods to quantify the mission design space including the required sail performance to achieve a given solar polar observation angle within a given timeframe and thus to derive mass allocations for the remaining spacecraft sub-systems, that is excluding the solar sail sub-system. A parametric, bottom-up, system mass budget analysis is then used to establish the required sail technology to deliver a range of science payloads, and to establish where such payloads can be delivered to within a given timeframe. It is found that a solar polar mission requires a solar sail of side-length 100–125 m to deliver a ‘sufficient value’ minimum science payload, and that a 2.5 μm sail film substrate is typically required, however the design is much less sensitive to the boom specific mass.
Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)
(2014)
Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft.
In diesem Beitrag wird die NIR- und MIR-Spektrometrie in Kombination mit multivariaten Kalibrationsmodellen zur Analyse von Monosacchariden und Cellulose aus Biomasse etabliert. Spektrengemischter Standardlösungen mit definierten Glucose- und Xylosekonzentrationen in Wasser werden im NIR-(Lambda 750, Perkin Elmer, USA) und MIR-Bereich (Spektrum 100, PerkinElmer) in Gegenwart von entweder Carboxymethylcellulose oder Grasfasern aufgenommen. Darauf basierend werden Kalibrationsmodelle (Unscrambler®, CAMO-Software AS, Norwegen) entwickelt und zur Vorhersage der Zuckerkonzentration in den Hydrolyseproben und der Celluloseanteile angewendet. Darüber hinaus wird die Partikelgröße der Rohstoffe bestimmt. Die Messergebnisse bilden die experimentelle Basis für die numerische Modellierung der Reaktionskinetik der enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose. Das Modell kombiniert die Bilanzierung der Partikelgrößenverteilungen mit der Multienzymkinetik. Dabei werden neben der Partikelgrößenverteilung und der Substratkonzentration die Zusammensetzung der Rohstoffe nach Vorbehandlung sowie die Produktinhibierung und mehrere enzymatische Aktivitäten berücksichtigt. Das Modell ermöglicht es, die Partikelgrößenverteilungen und die Konzentrationen der Substrate und Produkte während der Hydrolyse vorherzusagen und die kinetischen Parameter im Batch- sowie im Fed-Batch-Reaktor zu bestimmen.