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Concept development of ultra-light overhead conveyor systems and their evaluation for logistics applications
No full textIn der aktuellen konjunkturellen Situation beabsichtigen viele Logistikunternehmen, ihre Innovationsfähigkeit zu optimieren, um im Wettbewerb bestehen zu können. Diese Haltung geht aus der Erkenntnis hervor, dass Innovation dazu beiträgt, neue Konzepte zu erstellen und zu entwickeln, die wiederum höhere Gewinne generieren können. In dieser Arbeit wird ein innovativer Ansatz für den industriellen Transport leichter Waren untersucht, basierend auf dem Konzept einer Elektrohängebahn einschließlich deren Konstruktionsmerkmale, ihrer Betriebsspezifikation und der hierfür erforderlichen Software. Simulationsergebnisse hinsichtlich mechanischer und logistischer Eigenschaften werden dabei im Detail gezeigt.
Als ultraleichte Elektrohängebahnsysteme werden in dieser Arbeit seilbasierte Systeme mit einzeln angetriebenen Laufkatzen bezeichnet. Deren Laufkatzen fahren automatisch auf dem Seil, angetrieben durch unabhängig eingebaute Energiequellen, wobei sich deren Lauf nach Signalen und Funktionen des Systems richtet.
Fünf verschiedene Konzepte von ultraleichten Elektrohängebahnsystemen werden in dieser Arbeit visualisiert und ihre Komponenten erläutert. Diese Konzepte basieren auf den technischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten.
Mit Hilfe von CAD-Software werden die Konzepte visualisiert. Nach dem Konzeptvergleich wird ein optimales System ausgewählt und ausführlich beschrieben. Im Anschluss werden erforderliche Finite-Elemente-Methode-Analysen für das ausgewählte Konzept ausgeführt. Diese Analysen helfen dabei, die kritische Spannung und die Verschiebungsgrenzen von Konstruktionen unter Kraftbelastung zu berechnen.
Danach wird der Prozess eines ultraleichten Elektrohängebahnsystems unter notwendigen Prämissen analysiert. Die Analyse besteht dabei aus drei Szenarien, welche darauf basieren, dass die Geschwindigkeiten der Laufkatzen bei Einzelproben schrittweise erhöht werden. Hierbei wird der Zusammenhang zwischen der Laufkatzen-Geschwindigkeit und dem Systemdurchsatz ermittelt. Ein Abstrakt-Event-Simulationsmodell eines ultraleichten Elektrohängebahnsystems wird unter Einsatz der DOSIMIS-3-Software simuliert, um die drei Szenarien umzusetzen.
Ziel dieser Arbeit ist es, die logistische Anwendung des ausgewählten Konzepts zu veranschaulichen. Das ausgewählte Konzept repräsentiert jedoch kein endgültiges Design, das bereits in einer dieser Formen auch in der Praxis in Betrieb wäre. Dieses Konzept ist lediglich konstruiert, um einen Überblick zu kürzlich eingeführten Ansätzen für zukünftige Forschung zu geben. Die branchenspezifisch angepasste Umsetzung solcher Konzepte könnte zur Realisierung niedrigerer Entwicklungskosten erheblich beitragen, sodass eine schnellere Marktreife möglich würde. Entsprechend des ausgewählten Konzepts werden notwendige Änderungen vorgenommen, damit eine neue Konzeption in der Praxis umgesetzt werden kann.Nowadays, all logistics firms aim to optimize their ability of innovation in order to survive in a competitive market. Innovation contributes to their development through the generation of new concepts, which in turn generate higher profits. This thesis project discusses and demonstrates in detail an innovative approach for the industrial transportation of lightweight goods based on developed overhead conveyor model concepts including their design features, operational specifications and software simulation results regarding both mechanical and logistical properties.
Ultra-light overhead conveyor systems are rope-based systems with individually driven vehicles. The vehicles can move automatically on the rope as this system works through independently built-in energy sources and signals.
Five different conceptual models of ultra-light overhead conveyor systems are represented and their components are explained in this study. These models are created based on the technical characteristics of the individual components. Through the CAD Software, models are visualized. After comparing these models, the best one is then selected and described in detail. Necessary Finite Element Method analyses for the selected model are then executed. These analyses help with the calculation of critical stress and displacement limits of structures under force load.
The process of an ultra-light overhead conveyor system is then analyzed using necessary assumptions. The analysis consists of three scenarios. These scenarios are based on increasing the vehicle speeds with equal increments in each case. The correlation between vehicle speed and system throughput is investigated. A discrete event simulation model of the system is constructed using the DOSIMIS-3-software to translate these three scenarios.
The objective of this work is to illustrate the logistical implementation of the selected model. This model does not represent a final design operating in a real life scenario. This model is solely designed to give an overview of this new approach for future research which would definitely help companies attain lower development costs as well as quicker market maturity. According to the selected model necessary revisions will be made and a new model will eventually be applied in real life scenarios
Organozink–Chelatkomplexe für die Lactidpolymerisation
No full textDas Ziel der Arbeit bestand in der Entwicklung neuer hochaktiver und leicht zugänglicher Zinkkatalysatoren für die ringöffnende Polymerisation von rac–Lactid bei niedrigen Reaktionstemperaturen (25 °C). Der basenfreie kationische Zinkkomplex [L1Zn][Al(OC(CF3)3)4] (1) mit einem schwach–koordinierenden Anion wurde durch Reaktion von [L1ZnCl] mit M[Al(OC(CF3)3)4] (M = Li, Ag) hergestellt. Die Reaktionen von [L1/2ZnMe] mit Ph3C[X] (X = [Al(OC(CF3)3)4] oder [B(C6F5)4]) bilden in Gegenwart von zwei Äquivalenten einer Lewis–Base die kationischen basenstabilisierten Komplexe [L1Zn(dmap)2][Al(OC(CF3)3)4] (2), [L2Zn(t–BuPy)2][Al(OC(CF3)3)4] (3), [L2Zn(dmap)2][B(C6F5)4] (4) und [L2Zn(t–BuPy)2][B(C6F5)4] (5), welche vollständig mittels Röntgenstrukturanalyse charakterisiert wurden. Der kationische Komplex [L1Zn][Al(OC(CF3)3)4] (1) ist ein aktiver Polymerisationskatalysator, der 200 Äquivalente rac–Lactid bei 160 °C innerhalb von 8 min vollständig zu Polylactid polymerisiert. Die basenstabilisierten kationischen Komplexe (2–5) weisen bei Raumtemperatur gelöst in CH2Cl2 niedrige Aktivitäten auf, die vermutlich durch die starke Koordination der Lewis–Basen zum kationischen Zinkatom entstehen. Neutrale β–Diketiminat–Zinkkomplexe [L1ZnMe] (6) sowie basenstabilisierte Komplexe des Typs [Base–ZnL1/2X] (Base = dmap, t–BuPy; X = Me, Cl) (7–9) zeigten ebenfalls wenig Aktivität.
β–Diimin–Zinkdihalogenidkomplexe [HL1ZnCl2] (10a) und [HL2ZnCl2] (10b) wurden durch die Reaktion der freien Liganden L1/2H mit ZnCl2 hergestellt und vollständig mittels Röntgenstrukturanalyse charakterisiert. β–Ketiminate, die zum Teil mit einem hemilabilen Donorseitenarm L3/4/5H (L3 = C3H6NMe2, L4 = C2H4NMe2 or L5 = Dipp) funktionalisiert wurden, reagieren mit ZnMe2 oder ZnEt2 unter Alkaneliminierung zu den entsprechenden Zinkalkylkomplexen [L3/4ZnMe] (11,15) und [L3/4/5ZnEt] (12,16,20). Reaktionen mit t–BuLi oder AlMe3 führen entsprechend zu den Lithium– oder Aluminiumkomplexen [L3/4Li] (21–22) und [L3/4AlMe2] (23–24). [L4ZnEt] (16) bildet in Gegenwart von 4–Dimethylaminopyridin (dmap) den basenstabilisierten Komplex [L4ZnEt(dmap)] (17), während die Reaktionen der Komplexe [L3/4ZnMe] (11,15) und [L3/4ZnEt] (12,16) mit einem Äquivalent etherischer HCl die entsprechenden Zinkchloridkomplexe [L3/4ZnCl] (13,18) in hohe Ausbeuten liefern. Festkörperstrukturanalysen und Pulsed–Gradient–Spin–Echo (PGSE)–Messungen in Lösung zeigen, dass die Zinkkomplexe mit dem kürzeren Ethyl–Donorseitenarm vorwiedend dimer und die Zinkkomplexe mit dem längeren Propyl–Donorseitenarm monomer vorliegen. Mono– und binukleare Zinkmethylkomplexe [L2/4ZnMe] (15) und [L6(ZnMe)2] (27) reagieren darüber hinaus mit Benzoesäure unter Alkaneliminierung zu dimeren Zinkcarboxylatkomplexen [(L2/4ZnO2CPh)2] (25–26) sowie dem Bis–ß–Diketiminat–Zinkcarboxylatkomplex [L6(ZnO2CPh)2] (28). Kationische Zinkkomplexe [L3/4Zn][Al(OC(CF3)3)4] (14,19) sind über die Reaktion der Zinkchloridkomplexe [L3/4ZnCl] (13,18) mit Li[Al(OC(CF3)3)4] zugänglich.
Die meisten Komplexe sind aktive Katalysatoren für die Polymerisation von rac–Lactid, der i. d. R. über einen leicht modifizierten aktivierten Monomer–Mechanismus (AMM) verläuft. Der hemilabile Donorseitenarm spielt die Schüsselrolle für die hohe Polymerisationsaktivität der Metallkomplexe, die im Falle der durch Zugabe von starken Lewis–Basen zu den Zink– und Lithiumkomplexen erhöht werden kann. Das Zusammenspiel der starken Lewis–Base und den Metallkomplexen führt zu hochaktiven Polymerisationskatalysatoren. Eine Mischung aus [L4ZnEt] (16) und DBU setzt bei Raumtemperatur in CH2Cl2 200 Äquivalente rac–Lactid innerhalb von 1.5 min zu Polylactid um. Die Polymerisationsaktivität, Molekulargewichte und Polydispersitäten der erhaltenen Polymere hängen stark von den sterischen und elektronischen Eigenschaften des Metallkomplexes, insbesondere +I–Effekt und Länge des hemilabil donierenden Seitenarms, ab. ß–Ketiminat–Zinkalkoxidkomplexe [L3/4ZnOR] (30–31; R = 2,6–dimethylphenyl) werden durch die Reaktion des Zinkalkylkomplexes [L3/4ZnEt] (12,16) mit 2,6–Xylenol dargestellt. Der Zinkalkoxidkomplex mit dem längeren Donorseitenarm [L3ZnOR] (30) liegt im Festkörper und in Lösung erwartungsgemäß monomer, der Zinkalkoxidkomplex mit der kürzeren Donorseitenkette (31) dimer vor.
Die katalytischen Polymerisationsstudien der ß–Ketiminat–Zinkalkoxidkomplexe [L3/4ZnOR] (30–31) zeigten sehr hohe Aktivitäten, wobei 200 Äquivalente rac–Lactide bei Raumtemperatur im Lösungsmittel CH2Cl2 in 1 min zu Polylactid umgesetzt wurden. Der kürzere Ethyl–Spacer in der Donorseitenkette des ß–Ketiminat–Zinkalkoxidkomplexes [L4ZnOR] (31) polymerisiert bevorzugt über den aktivierten Monomer–Mechanismus (AMM), wogegen der Propyl–Spacer des ß–Ketiminat–Zinkalkoxidkomplexes [L3ZnOR] (30) einen Koordinations–Insertions Mechanismus (CIM) begünstigt.
Das Lactidmonomer koordiniert in beiden Mechanismen (AMM und CIM) im ersten Schritt zum elektrophilen Zinkatom. Beim AMM greift der neutrale Donorseitenarms das elektrophile Kohlenstoffatom vom gebundenen Lactid an und OH/OH Endgruppen werden durch die Hydrolyse des donierenden Seitenarms gebildet, während beim CIM das Lactidmonomer in die Zinkalkoxidbindung insertiert und Alkoxid/OH Endgruppen des Polylactids erhalten werden, die über MALDI–TOF–MS–Analysen der erhaltenen Polymere nachgewiesen wurden.
In der vorliegenden Arbeit wurden zahlreiche neue Metallkomplexe entwickelt, die zum Teil sehr hohe Aktivitäten bei Raumtemperatur in der ROP von rac–Lactid zeigen. Die Wahl des Donorseitenarms bei den ß–Ketiminat–Zinkalkoxidkomplexen [L3/4ZnOR] (30,31) beeinflusst den Polymerisationsmechanismus und –aktivität entscheidend.The aim of this work was the development of new highly active and easily accessible zinc catalysts for the ring–opening polymerization of rac–lactide at low reaction temperatures (25 °C). The base–free cationic zinc complex [L1Zn][Al(OC(CF3)3)4] (1), which contains a weakly coordination anion, was obtained from reactions of [L1ZnCl] with M[Al(OC(CF3)3)4] (M = Li, Ag). In contrast, reactions of [L1/2ZnMe] with Ph3C[X] (X = [Al(OC(CF3)3)4] or [B(C6F5)4]) in the presence of two equivalents of a Lewis base yielded base–stabilized complexes [L1Zn(dmap)2][Al(OC(CF3)3)4] (2), [L2Zn(t–BuPy)2][Al(OC(CF3)3)4] (3), [L2Zn(dmap)2][B(C6F5)4] (4) and [L2Zn(t–BuPy)2][B(C6F5)4] (5) respectively, which were fully characterized including single–crystal X–ray analyses. Cationic complex [L1Zn][Al(OC(CF3)3)4] (1) is an active lactide polymerization catalyst in its bulk form at 160 °C and converted 200 equivalents of rac–lactid within 8 min. The cationic base–stabilized complexes in ROP of lactide are not as active at room temperature, probably through their strong coordination to the zinc cation. Neutral β–diketiminate zinc complexes [L1ZnMe] (6) as well as base–stabilized complexes of the type [base–ZnL1/2X] (base = dmap, t–BuPy; X = Me, Cl) (7–9) showed low activity.
β–diimin zinc dichloride complexes [HL1ZnCl2] (10a) and [HL2ZnCl2] (10b) were obtained from the reactions of ZnCl2 with the corresponding β–iminoamines L1/2H and characterized by single crystal X–ray diffraction. β–ketimines, which in part contain a hemilabile pendant donor sidearm L3/4/5H (L3 = C3H6NMe2, L4 = C2H4NMe2 or L5 = Dipp), react with ZnMe2 and ZnEt2 with alkane elimination and subsequent formation of [L3/4ZnMe] (11,15) and [L3/4/5ZnEt] (12,16,20). Reaction with t–BuLi or AlMe3 yielded the corresponding Li and Al complexes [L3/4Li] (21–22) and [L3/4AlMe2] (23–24). Addition of 4–dimethylaminopyridine (dmap) to [L4ZnEt] (16) gave the base–stabilized complex [L4ZnEt(dmap)] (17), whereas treatment of [L3/4ZnMe] (11,15) and [L3/4ZnEt] (12,16) with one equivalent of ethereal HCl gave in the corresponding zinc chloride complexes [L3/4ZnCl] (13,18) in high yields. Solid state structures and Pulsed–Gradient–Spin–Echo (PGSE) mesurements proved that the complexes containing the shorter ethyl donor sidearm tend to dimerizes, whereas the longer propyl sidearm complexes prefers the formation of monomeric structures. Mono– and dinuclear zinc methyl complexes [L2/4ZnMe] (15) and [L6(ZnMe)2] (27) react with benzoic acid with alkane elimination and subsequent formation of the dimeric zinc carboxylate complexes [(L2/4ZnO2CPh)2] (25–26) and the bis–ß–diketiminate zinc carboxylate [L6(ZnO2CPh)2] (28). Cationic zinc complexes [L3/4Zn][Al(OC(CF3)3)4] (14,19) were accessible by reactions of the zinc chloride complexes [L3/4ZnCl] (13,18) with Li[Al(OC(CF3)3)4].
Most complexes are active rac–lactide polymerization catalysts by a slightly modified activated monomer mechanism (AMM). The hemilabile pendant donorarm plays a key role for the polymerization activity, which was also found to increase with addition of strong Lewis bases to the zinc and lithium complexes. The interplay of strong Lewis bases and the complexes leads to very active polymerization catalysts. A mixture of [L4ZnEt] (16) + DBU was found to convert 200 equivalents of rac–lactide into polylactide at ambient temperature in CH2Cl2 within only 1.5 min. The polymerization activity, molecular weight and polydispersity index clearly depend on the steric and electronic properties, e.g. +I–Effects or the lengths of the hemilabil pendant donor arm, of the metal complexes. ß–ketiminat zinc alkoxides [L3/4ZnOR] (30–31; R = 2,6–dimethylphenyl) were prepared by reaction of [L3/4ZnEt] (12,16) with 2,6–Xylenol. The zinc alkoxide complex with the larger hemilabil donor sidearm [L3ZnOR] (30) is monomeric in the solid state and in solution, whereas the zinc alkoxide complex with the shorter hemilabil donor sidearm [L4ZnOR] (31) is dimeric in the solid state and in solution.
Further studies on the catalytic activity of all corresponding ß–ketiminato zinc alkoxides [L3/4ZnOR] (30–31) yielded very high polymerization activities. The complexes were found to convert 200 equivalents of rac–lactide into polylactide at ambient temperature in CH2Cl2 within only 1 min. The ß–ketiminato zinc alkoxide complex [L4ZnOR] (31) containing the short ethylspacer polymerized via an activated monomer mechanism (AMM) whereas the analogous complex [L3ZnOR] (30) with the larger propylspacer polymerized via insertion/polymerization mechanism (CIM). In the first step the lactide monomer coordinates in both mechanisms (AMM and CIM) to the electrophilic zinc atom. In the AMM the neutral donor sidearm attacks the electrophilic carbon atom of the coordinated lactide and OH/OH end groups were formed by the hydrolysis of donating sidearm while in the CIM the lactide monomer inserted into the zinc alkoxide and alkoxide/OH end groups were build as was shown by MALDI–TOF–MS analysis of the resulting polymer.
In summary, many new chelating metal complexes have been developed, which partly show very high activities in the ROP of rac–lactide. The variation of the sidearm lenghts of the ß–ketiminat zinc alkoxides [L3/4ZnOR] (30–31) affects the polymerization mechanism and activity crucial
Investigation of the metabolism and pharmacokinetics of the novel triazene TriN2755 in a phase I clinical trial
No full textBei TriN2755 handelt es sich um ein neues Triazen. Wie andere Vertreter dieser Substanzklasse ist es in der Lage einzelne DNA-Basen zu methylieren und über diesen Weg Apoptose zu induzieren. Da bisher noch keine Daten über die Verabreichung an menschlichen Patienten existierten, wurde zur Untersuchung der Sicherheit und Verträglichkeit eine Phase-I-Studie mit 38 Patienten durchgeführt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es die Pharmakokinetik von TriN2755 zu beschreiben und den aufgrund der präklinischen Untersuchungen erwarteten Metabolismus, von dem bereits TriN2755 und neun weitere Verbindungen bekannt waren, zu verifizieren. Zu diesem Zweck wurde eine Methode zur Aufreinigung der Plasma- und Urinproben und eine sich daran anschließende HPLC-Analytik entwickelt und validiert. Die Detektion erfolgte simultan mit einem Photo-Dioden-Array und einem Massenspektrometer, das die Quantifizierung im einstelligen Nanogrammbereich ermöglichte. Bei einer initialen in vitro Inkubation von humanen Leukozyten eines gesunden Spenders mit TriN2755 wurden entstehende DNA-Addukte nach thermischer Hydrolyse ebenfalls per HPLC getrennt und fluorimetrisch detektiert. Außer einem mit der Zeit zunehmenden N7-Methylguaninanteil, konnten keine weiteren Addukte nachgewiesen werden. Die Untersuchung der dabei entstandenen Metaboliten lieferte vor allem Comp5 und Imp7 und deutete gleichzeitig auf die langsame Umsetzung der Triazene zu ihren inaktiven Abbauprodukten hin, da auch am Ende der Inkubation noch große Mengen TriN2755 vorhanden waren.
Die an der Studie teilnehmenden Patienten erhielten TriN2755 als vierstündige Dauerinfusion. Die absolute Dosis wurde im Verlauf der Studie von 25mg auf 6000mg TriN2755 angehoben. Über einen Zeitraum von 26 Stunden nach Infusionsstart wurden pro Patient 14 Plasmaproben und alle in dieser Zeit anfallenden Urinproben gesammelt. Im Rahmen der durchgeführten Studie wurden so insgesamt 514 Plasmaproben sowie 352 Urinproben analysiert. Als Hauptmetaboliten des Phase-I-Metabolismus wurden Comp5 und Comp4 identifiziert. Aus den Messdaten wurden für TriN2755, Comp5 und Comp4 alle zugänglichen pharmakokinetischen Parameter berechnet. Ein statistischer Zusammenhang zwischen dem Geschlecht der Patienten und den berechneten Maximalkonzentrationen sowie den Flächen unter den Kurven konnte nicht bestätigt werden. Bei der Verabreichung von mehr als 800mg TriN2755 konnte ein Wechsel von linearer zu nicht-linearer Pharmakokinetik gezeigt werden.
Im Zuge der Auswertung wurden über den Vergleich von unbekannten Absorptions- und Massenspektren mit denen der Referenzsubstanzen weitere Metaboliten identifiziert. Das bereits bekannte Schema zum Metabolismus von TriN2755 konnte so von 10 auf insgesamt 26 Verbindungen erweitert werden. Insbesondere wurden viele Phase-II-Metaboliten entdeckt, bei denen es sich um teils N-acetylierte Sulfate und Glucuronide der bereits bekannten Metaboliten Imp2 und Imp10, handelte. Der Metabolismus sowie die Pharmakokinetik von TriN2755 sind damit weit komplexer als ursprünglich vermutet. Einige der Metaboliten verfügen noch immer über die Triazenfunktion, unterliegen aber insgesamt sehr viel weniger metabolischen Umwandlungen als TriN2755 selbst. In weiteren Untersuchungen sollte daher geklärt werden, ob es sich bei diesen Substanzen um potenzielle klinische Kandiaten handelt, die in ihren pharmakokinetischen Eigenschaften TriN2755 sogar überlegen sind.TriN2755 is a novel triazene. Like other agents of this substance class it has the ability to methylate DNA bases which leads to apoptosis. Since there was no data concencering the administration to human subjects, a Phase I clinical trial with 38 subjects was conducted which should assess safety and tolerance to TriN2755.
The aim of this present work was to investigate the pharmacokinetics of TriN2755. Based on results of the preclinical research, a flow chart for TriN2755 and its already known metabolites was created which had to be verified. For this purpose a method to clean up plasma and urine samples was established. Subsequent HPLC analytics using both photodiode array and mass spectrometric detection with sensivity in the range of nanograms was set up and validated. A preceding in vitro incubation of human leukocytes from a healthy donor with TriN2755 was performed to analyse formed DNA adducts. Following thermal hydrolysis DNA adducts were analysed using HPLC with fluorometric detection. Continuous incubation led to rising N7-methylguanine levels but no other adduct could be detected. Analysis of metabolites that were formed during incubation yielded primarily Comp5 and Imp7 and implied slow conversion of triazenes to their inactive decomposition products as high concentrations of TriN2755 remained at the end of incubation period.
Throughout the trial, the absolute dose of TriN2755 was increased from 25mg to 6000mg. Following the start of infusion 14 plasma samples and every urine sample were collected in a 26 hour time window. 514 plasma samples and 352 urine samples were collected and analysed this way. Comp5 and Comp4 were identified to be the primary metabolites during Phase I metabolism. Measured data was then used to calculate all accessible pharmacokinetic parameters. No statistical connection between the subjects’ gender and calculated maximum concentrations or areas under the curve could be found. After administration of more than 800mg TriN2755 a change in pharmacokinetics from linear to non-linear was shown.
New metabolites were identified by comparing absorption and mass spectra of unidentified peaks with reference data. The original flow chart that covered TriN2755 and 9 of its metabolites was expanded to 26 compounds in total. Notably a lot of Phase II metabolites which turned out to be derivatives of Imp10 and Imp2 were found. These were either sulfate or glucuronide conjugates that additionally could be N-acetylated. Metabolism and pharmacokinetics of TriN2755 seemed to be far more complex than expected. Some of these metabolites still bear a triazene moiety but were not metabolized that excessiv. Further investigations should therefore examine if one of these metabolites can also become a clinical candidate which might be even superior to TriN2755
Encounter, counseling and education for families in city quarters – an exemplary-empiric investigation
No full textDie aktuellen Entwicklungen in der Gesellschaft lassen sich auf der Grundlage von sogenannten ‚Megatrends’ des gesellschaftlichen Wandels beschreiben. Dies umfasst unter anderem die zunehmende Globalisierung, den demographischen Wandel, Veränderungen der Familien- und Haushaltsformen sowie die Individualisierung und Veränderungen in den Arbeitsabläufen (vgl. Jurczyk/Klinkhardt 2014, Schiersmann 2007, BMBF 2003, Bildungsbericht 2008, Tippelt 2006, Heitkötter u.a. 2008). Heitkötter u.a. (2008) greifen das Bild eines afrikanischen Sprichwortes auf, „demzufolge man zur Erziehung eines Kindes ein ganzes Dorf benötige“ (Heitkötter u.a. 2008:9). Aufgrund der angedeuteten gesellschaftlichen Wandlungsprozesse sind die verschiedenen Anregungsmöglichkeiten eines Dorfes nicht mehr per se gegeben. Dies führt einerseits zu Anforderungen hinsichtlich der Unterstützung der Erziehungskompetenz der Eltern und andererseits zu der Notwendigkeit, Eltern Druck zu nehmen und sie zu entlasten, alles „‘richtig‘ machen zu müssen“ (Jurczyk/Klinkhardt 2014:198). Im siebten Familienbericht wird unter dem Stichwort ‚Zukunftsszenarien‘ eine nachhaltige Familienpolitik beschrieben, die unter anderem die Unterstützung der Integration von Familie, Erwerbsarbeit, Nachbarschaft und Gemeinde vorsieht (BMFSFJ 2006:261). Demnach sollen nicht primär neue Angebote geschaffen werden, sondern die Kooperation bereits existierender Angebote unterstützt werden
Die Dissertation umfasst eine explorative empirische Analyse der konzeptionell-strukturellen und methodischen Gestaltung von vier sogenannt institutionalisierten Familienzentren und des Nutzens dieser für die Adressat_innen. Das methodische Handeln der professionellen Akteure wird fokussiert, da hierzu kaum Erkenntnisse vorliegen, die den praktischen Arbeitsalltag beschreiben, fachkonzeptionell systematisieren und theoretisch fundieren (Rietmann/Hensen 2009). Unter zusammenführenden Einbezug der Perspektiven der Akteur_innen im Jugendamt, der handelnden Akteur_innen vor Ort und der Nutzer_innen werden entsprechend eines triangulativen Ansatzes (Flick 2004:12) die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Familienzentren deskriptiv dargestellt und in ein grundlegendes, verallgemeinerbares Modell von Arbeitsprinzipien, zusammen geführt
The importance of hypoxia-inducible factor -1α (HIF-1α) in tumor cells for the radiotherapy of solid tumors
No full textDie Überexpression des Hypoxie-induzierbaren Transkriptionsfaktors-1α (HIF-1α) stellt ein zentrales Merkmal vieler solider Tumoren dar. Dabei kommt HIF-1α eine funktionelle Bedeutung für die Progression, Metastasierung und Vermittlung von Strahlen- und Chemoresistenz vieler Tumorentitäten zu. Der Transkriptionsfaktor HIF-1α scheint insbesondere auch an der Regulation verschiedener DNA-Reparaturmechanismen beteiligt zu sein, wobei die zugrunde liegenden Mechanismen noch weitgehend unklar sind. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Bedeutung des Transkriptionsfaktors HIF-1α für die Vermittlung von Strahlenresistenz in vitro und in vivo zu charakterisieren und potentielle Wirkmechanismen zu identifizieren. Für diese Untersuchungen wurde eine funktionelle Inaktivierung der regulatorischen α-Untereinheit von HIF-1 (HIF-1α), in der HIF-2α-defizienten murinen Zelllinie LLC mittels shRNA-Interferenz etabliert. Die in vitro-Analysen verschiedener tumorrelevanter Parameter bestätigten die resistenzvermittelnde Wirkung von HIF-1α: Die Inhibition von HIF-1α vor der Bestrahlung führte zur einer signifikanten Senkung der Proliferationsrate und besonders des klonogenen Potentials von LLC-Tumorzellen. Dieser Effekt konnte mit einem erhöhten G2/M Arrest und HIF-1α-vermittelter signifikanter Verzögerung in der Reparatur von strahlungsinduzierten Doppelstrangbrüchen in Verbindung gebracht werden. HIF-1α scheint mit vielen wichtigen Komponenten des „DNA damage response“ (DDR)-Signaltransduktionswegs funktionell zu interagieren. Zusätzlich konnte auch in einem Allograft-Tumormodell bei intaktem Immunsystem die signifikante Sensitivierung gegenüber ionisierender Strahlung von HIF-1α-inhibierten Tumoren erreicht werden. Zusammengefasst zeigten funktionelle Untersuchungen der vorliegenden Arbeit, dass HIF-1α die Therapiesensitivität von soliden Malignomen maßgeblich beeinflussen kann. In Anbetracht dieser Ergebnisse würde daher die Kombination aus spezifischen HIF-1α-Inhibitoren und Inhibitoren des DNA-Reparatursignaltransduktionswegs die Effizienz der Strahlentherapie signifikant steigern und die Patientenprognosen wesentlich verbessern.Overexpression of the hypoxia-inducible transcription factor 1α (HIF-1α) is a common characteristic trait of almost all solid tumors. HIF-1α has been identified as a driving force for tumor progression, metastatic spread and the occurrence of therapy resistance in a variety of tumors. HIF-1α appears to play a central role in the regulation of several DNA-repair pathways; however, the underlying molecular mechanisms are not fully understood so far. Therefore, the aim of the present study was the in vitro and in vivo characterization of HIF-1α’s role in mediating radioresistance as well as the identification of potential underlying mechanisms. For this purpose, a functional inactivation of the regulatory α-subunit of HIF-1 (HIF-1α) in the HIF-2α deficient murine LLC cell line was established via lentiviral transduction with shRNA vectors. The assumed radioresistance promoting function of HIF-1α was supported by the analysis of different tumor-relevant aspects in vitro: the inactivation of HIF-1α significantly reduced proliferation, and eliminated most of the clonogenic potential of LLC cells. This effect was mainly due to a marked cell cycle arrest in G2/M after irradiation and a significantly impaired repair ability of DNA double strand breaks. In line with this, HIF-1α seems to functionally interact with several components of the DNA damage response pathway. Furthermore, the specific inactivation of HIF-1α significantly postponed tumor regrowth after irradiation in an allograft tumor model with a functional immune system. Taken together, the present study revealed that HIF-1α holds the potential of a therapeutic target since it influences therapy sensitivity of solid tumors. In consideration of these results, HIF-1α-inhibiting treatment strategies in combination with DNA-repair pathway inhibitors may significantly increase treatment efficiency and improve patients’ prognosis
Optimization of highly stressed joints in uneven mechanisms by using a toggle clamping unit as reference
No full textUngleichmäßig übersetzende Mechanismen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, in denen die Umsetzung von bewegungs- oder kraftübertragenden Aufgaben erforderlich ist. Ein häufiger Anwendungsbereich von Mechanismen mit hoher nicht-linearer Übersetzung zwischen der antreibenden und angetriebenen Komponente sind Kniehebelschließeinheiten in Kunststoffspritzgießmaschinen. Die hochdynamischen Verfahrbewegungen und die hohen Kraftwirkungen stehen bei Kniehebelmechanismen in einem direkten funktionellen Zusammenhang. Das Wirkprinzip zur Kraftvervielfältigung dieser Mechanismen zeigt besonders beim Übergang in der Strecklage gegenüber anderen Mechanismen deutliche Vorteile. Jedoch resultieren aus dem nicht-linearen Übersetzungsverhalten hohe Belastungen auf die Gelenke der Kniehebelmechanismen. Die Gelenke unterliegen während der dynamischen Verfahrbewegungen der beweglichen Werkzeugaufspannplatte einer Schwenkbewegung mit variierenden Radialkraftvektoren, welche durch die Trägheit der bewegten Massen beeinflusst werden. Während der Phase des Schließkraftaufbaus resultieren die Radialkräfte ausschließlich aus der Schließkraft und variieren in geringen Winkelbeträgen. Dadurch entstehen hohe Beanspruchungen in den Kontaktbereichen der Bolzengelenke, sodass Beschädigungen der Kontaktflächen und ein frühzeitiger Ausfall der Gelenke möglich sind.
An der in dieser Arbeit ausgewählten 5-Punkt-Doppel-Kniehebelschließeinheit wurden grundlegende Optimierungsansätze für eine beanspruchungsgerechte Gelenkgestaltung identifiziert. Um die Beanspruchungen umfassend zu beschreiben, werden sowohl die dynamischen (z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung) als auch die strukturmechanischen Eigenschaften (z.B. Vergleichs- und Kontaktspannungen) durch den Einsatz numerischer Analyseverfahren untersucht. Der Fokus liegt auf einem effizienten Einsatz der Simulationsmethoden. Es sollte ein Maximum an Informationen zu den Beanspruchungen in der dynamischen Phase und der Phase des Schließkraftaufbaus durch den gezielten Softwareeinsatz ermittelt werden. Die Ergebnisse der MKS, EMKS und DFEM zeigen in Bezug auf die Verschiebungen und Geschwindigkeiten keine Unterschiede. Eine Abweichung der Beschleunigung ist lediglich bei der DFEM zu beobachten. Eine mögliche Ursache ist die hohe Anzahl der Freiheitsgrade, welche in der Simulation zu berücksichtigen sind. Durch die Berücksichtigung der Elastizität in den Simulationen konnten die Untersuchungen um die Vergleichsspannungen nach v. Mises durch die EMKS und DFEM erweitert werden. Eine Gegenüberstellung der Ergebnisse zeigte, dass die in der EMKS ermittelten v. Mises-Spannungen bei gleichen Randbedingungen in den Modellen größer sind. Durch statische FEM-Analysen konnten jedoch die Beträge der Spannungen des DFEM-Modells verifiziert werden. Weiterhin konnte aus den Ergebnissen der DFEM abgeleitet werden, dass die Kontaktspannungen während des Schließkraftaufbaus signifikant ansteigen, sodass die Gelenkbeanspruchungen während der dynamischen Phase vernachlässigt werden. Die geringe Schwenkbewegung der Hebel führt zu einer Relativbewegung zwischen den Bolzen und den Gelenkbohrungen. Zudem zeigten die Kontaktanalysen hohe und lokale Spannungsgradienten in den Bereichen der Bohrungskanten (Kantenpressung). Eine Verifikation dieser Ergebnisse durch statische FEM-Analysen ermöglichte auch die Identifikation von Spielpassungen als primären Einflussfaktor auf die Spannungsbeträge. Eine Kombination der Relativbewegungen und der hohen lokalen Spannungsgradienten führt zu hohen tribologischen Beanspruchungen. Zusammenfassend können durch den Einsatz der DFEM in Bezug auf die Kontaktstellen die Beanspruchungen umfassend beschrieben werden, jedoch resultieren lange Simulationszeiten.
Zur Reduzierung der Kontaktspannungen und der Relativbewegungen wurde eine Gelenkgeometrie entwickelt, die sowohl die Anforderungen an die dynamische Phase als auch für die Phase des Schließkraftaufbaus erfüllt. Diese Gelenkgeometrie ist als Festkörpergelenk ausgeführt und ermöglicht durch den Einsatz von zusätzlichen Kontaktflächen die mechanische Unterteilung des gesamten Schließprozesses in die dynamische Phase und die Schließkraftaufbauphase. Ein Wechsel dieser Phasen wird durch die Blockierung der Bolzenrotation an den zusätzlichen Kontaktflächen realisiert. Unter dem Aspekt der Gelenkintegration in die Struktur der Referenz-Kniehebelschließeinheit müssen die konstruktiven Abmessungen berücksichtigt werden. Daher wurde zur Entwicklung einer beanspruchungsgerechten Gelenkgeometrie die rechnergestützte Topologieoptimierung verwendet. Aus der Verfahrbewegung des Kreuzkopfes resultiert die Biegung des Festkörpergelenks und ermöglicht somit den elastischen Schließkraftaufbau. Der elastische Kraftaufbau führte zu hohen Spannungen in den Komponenten der Schließeinheit. Entsprechende Modifikationen des Simulationsmodells ermöglichten die Definition eines Untersuchungsraums zur Optimierung der geometriebeschreibenden Parameter und zur Ableitung der finalen Gelenkgeometrie. Eine Fertigung der Gelenkgeometrie ermöglicht die experimentelle Untersuchung der Wirkmechanismen.
Weitere Optimierungsansätze konzentrieren sich auf die hohen lokalen Spannungsgradienten an den Bolzen in den Bereichen der Kantenpressung. Speziell in diesen Bereichen wurde die Bolzenkontur durch Geometrieparameter beschrieben, sodass durch eine rechnergestützte Parameteroptimierung eine beanspruchungsgerechte Bolzengeometrie entwickelt wurde. Ein Vergleich der optimierten und der zylinderförmigen Bolzen zeigte eine erhebliche Verbesserung in Bezug auf die Kontaktspannungen. Die lokalen Verringerungen der Bolzendurchmesser führen jedoch zu einer größeren Durchbiegung und somit zu einer Erhöhung der Vergleichsspannungen nach v. Mises.
Zur experimentellen Überprüfung der Wirkmechanismen an dem Festkörpergelenk wurde eine Prüfvorrichtung entwickelt. Durch einen servohydraulischen Linearzylinder wird eine definierte Kraft auf ein Kniehebelsystem eingeleitet. Die Übersetzung des Kniehebelsystems ermöglicht zum einen die Realisierung hoher Prüfkräfte und zum anderen die erforderliche Schwenkbewegung zur Biegung des Festkörpergelenks. Eine messtechnische Überwachung der Spannungen am Prüfkörper wurde mithilfe von DMS ermöglicht. Es konnte in den Auswertungen der gemessenen Spannungen gezeigt werden, dass die Ausrichtung des Prüfkörpers zur Hauptkraftfluss-richtung die Realisierung der Prüfkräfte beeinflusst. Dies ist mit der hohen Nachgiebigkeit in Biegerichtung und der hohen Drucksteifigkeit zu begründen. Es konnte aus den Versuchsauswertungen abgeleitet werden, dass die Wirkmechanismen des Festkörpergelenks prinzipiell zur Realisierung der Schließkräfte in der Referenz-Kniehebelschließeinheit geeignet sind. Bei der Integration der Festkörpergelenke in eine bestehende Kniehebelschließeinheit müssen jedoch durch den Antrieb größere Kräfte bereitgestellt und die Elastizität der mit dem Gelenk verbundenen Komponenten berücksichtigt werden.
Um die Kontaktspannungen an den Bolzengelenken in einer Schließeinheit während der Schließkraftaufbauphase zu reduzieren, wurde ein neues Konzept für eine Schließeinheit entwickelt. Das Ziel war die Verwendung von Festkörpergelenken für den elastischen Schließkraftaufbau unter Berücksichtigung geringer Beanspruchungen in den Komponenten der Schließeinheit. Dazu wurden parametrische Modelle von zwei Festkörpergelenken entwickelt. Mithilfe von Parameteroptimierungen wurden die Festkörpergelenke hinsichtlich des Schließkraftaufbaus und minimaler Spannungen optimiert. Unter Berücksichtigung der Einbausituation an einer Schließeinheit wurden mit einer FEM-Analyse die Beanspruchungen des Festkörpergelenks ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass die Bolzen weiterhin hohen lokalen Spannungsgradienten in den Bereichen der Kantenpressung unterliegen. Aus diesen Ergebnissen wurde eine konstruktive Entwicklung einer formschlüssigen Anbindung ohne die Verwendung von Bolzen an die Struktur der Schließeinheit realisiert. Eine abschließende FEM-Analyse zeigte, dass die formschlüssige Anbindung den elastischen Schließkraftaufbau mit reduzierten Beanspruchungen in den Kontaktbereichen und in den Bereichen der Festkörpergelenke ermöglicht.Uneven mechanisms are used in a plurality of applications in which the transmission of motion or force is required. For instance, a common application of such a mechanism with a high non-linear transmission between the driving and driven component is a toggle-clamping unit of injec-tion molding machines. Toggle lever mechanism possess a direct functional correlation between the high dynamic movements during the closing procedure and the high force effect. In comparison with other mechanisms the operating principle for the force reproduction of these mechanisms is especially occur during the transition in the stretched position. However, highly dynamic motions and mass inertia of the movable platen lead to high loads and an oscillating movement of toggle joints having differential (variable) radial force vectors. In contrast to that, during the build-up phase of the clamping force generation radial forces are solely caused by the clamping force and vary by small angle values. As a result, the magnitude of these radial forces induce high stresses in the contact area of the bolt joints as well as exhibit the capability of contact surfaces damage. As one probable consequence, functionality and service life of joints are reduced.
Based on a 5-point double-toggle clamping unit as a reference the fundamental optimization approaches for the load-conformable design were identified. In order to describe the stresses basically, the dynamic properties (e.g. velocity, acceleration) as well as the structural properties (von Mises stresses and contact pressure) are investigated by the use of numerical simulation methods. The focus is on the efficient use of simulation methods. A maximum of information to the stresses of the dynamic phase and the build-up phase of the clamping force shall be investigated by using specific software applications. The results from the multi-body simulation (MBS), flexible multi-body simulation (FMBS) and the dynamic finite-element-method (DFEM) show in reference to the velocity and displacement no differences. A deviation of acceleration is observed in the results of the DFEM. A possible reason is the high number of degrees of freedom which have to be considered in the simulation. By considering the elasticity in the simulations the investigations could be extended to the von Mises stresses by using the FMBS and DFEM. A comparison of the results under same boundary condition showed that the value of the von Mises stresses in the FMBS is higher. The verification of the stress values could be verified for the DFEM by static FEM-analysis. Furthermore, the results of the DFEM show that the contact pressure increases significantly during the build-up phase of the clamping force. Therefore, the dynamic phase of the closing procedure is not taken into account in the optimization approaches. The small pivoting movement of the toggle results in a relative movement between the bolt and joint bores. In addition, the contact analysis showed high and local stresses in the areas of the bore edge (edge pressure). A verification of the results of the FEM-analysis enabled the identification of clearance fits as a primary factor on the stress values. The combination of relative movements and high local stress gradients lead to high tribological stresses. By using the DFEM, the stresses in the contact areas can be described comprehensively but significantly longer simulation times are the result.
For the reduction of the contact pressure and the relative movement, a joint geometry has been developed which consider the requirements for the kinematic phase as well as the build-up phase of the clamping force. This joint geometry is designed as a flexure hinge and enable the mechanical separation of the closing procedure into the dynamic phase and the build-up phase of the clamping force by using additional contact surfaces. The change of these phases is realized by blocking the bolt rotation to the additional contact surfaces. An integration of the new joint geometry in the structure of the reference toggle clamping unit does not require any additional adaption of the design dimensions. Therefore, a computer-aided topology optimization was used to develop a load-conformable joint geometry. The bending of the flexure hinge allows the elastic build-up phase of the clamping force by the movement of the crosshead. High stresses in the components of the toggle mechanism are the result of the elastic build-up phase of the clamping force. Modifications of the simulation model allowed the definition of an investigation area for the optimization of the parameters which describe the geometry and finally to determine joint design. The manufacture of the joint geometry enable the experimental evaluation of the effect mechanisms.
Further optimization approaches focus on high and local stress gradients on the bolts in areas of edge pressure. Especially in these areas the bolt contour are described by geometric parameters. A load-conformable bolt design has been developed by using the computer-aided parameter optimization. Regarding the contact pressure, a comparison of the optimized and the cylindrical bolt geometry showed a significant effect of improvement. However, a higher bending of the bolts and thus an increase of the von Mises stresses are the result of the local reduction of the bolt diameter.
For the experimental verification of the effect mechanisms of the flexure hinge, a testing device was developed. By a servo-hydraulic linear cylinder a defined force is applied to a toggle system. The high test loads and the required oscillating movement to bend the flexure hinge are realized by the transmission of the toggle system. The monitoring of the stresses on the test specimen was done based on measurement by using strain gauges. An influence on the realization of the test loads has the orientation of the specimen to the main force direction. This was confirm by the analysis of the measurement data. The reason is the high resilience in the bending direc-tion and compressive stiffness. In principle, the effect mechanisms of the flexure hinges are suitable for the realization of the clamping forces in the reference toggle clamping unit. This is shown by the experimental evaluation. However, under consideration of the integration in the reference toggle clamping unit a higher force must be realized by the crosshead and the elasticity of the connected components have to be considered.
In order to reduce the contact pressure on the bolt joints in a clamping unit during the build-up phase of the clamping force, a new concept for a clamping unit was developed. The aim was to use flexure hinges for the elastic build-up phase of the clamping force taking into account low stress levels in the components of the clamping unit. For that purpose, two parametric models of flexure hinges were developed. By using the parameter optimization, the flexure hinges were optimized regarding the build-up phase of the clamping force and low stress levels. Under consideration of the installation situation in a clamping unit, the stresses in the flexure hinges were determined by the FEM-analysis. It was shown in the analysis results that the bolts remain subjected to high local stress gradients in the areas of edge pressure. Based on this results a positive-locking connection without the use of bolts in clamping units was realized by structural development. A final FEM-analysis showed that the connection enabled the elastic build-up phase exhibiting a lower stress level in the contact areas and in the areas of the flexure hinges
Large area CMOS photosensors for time-resolved measurements
No full textViele Industrieanwendungen benötigen lineare Photosensoren, die eine hohe Empfindlichkeit besitzen und geringes Rauschen verursachen. Die Atom-Emissionsspektroskopie ist eine dieser Anwendungen. Dieses spektroskopische Verfahren ergibt Informationen über die qualitative und quantitative Zusammensetzung eines Analyten.
Seit 1960 sind Photoelektronenverfielfacher (photomultiplier tubes, PMT) als Standarddetektoren im Bereich der Spektrometrie im Einsatz, da sie eine kurze Reaktionszeit und niedrigen Dunkelstrom aufweisen. In der jüngeren Zeit sind Feststoffliniensensoren als vielversprechende Alternative zu den Photoelektronenverfielfachern ins Augenmerk gerückt. Neuerdings auch in hybriden Emissionspektrometern im Einsatz, sind CCD-Liniensensoren in der Lage, im Ultraviolett gelegene (für Wellenlängen über ca. 250 nm), sichtbare und nah-infrarote Spektralbereiche zu registrieren, die von einem Lichtgitter mit geringer Bandbreite an diese gesendet werden. Jedoch gibt es mit der CCD-Technologie keine Möglichkeit, zufällige Pixel zu adressieren, nichtlöschend auszulesen und Daten nach der Zeit aufgelöst erfassen, was zur Notwendigkeit führt, den gesamten Sensor mehrere Male auszulesen, um die erforderliche Ladungssammelzeit einzustellen, welche dafür benötigt wird, um zwischen benachbarten Zeilen im Spektrographen zu unterscheiden. Das braucht sehr viel Messzeit, fügt überdies Reset-Rauschen hinzu und vermindert das Signal-Rausch-Verhältnis.
Der Einsatz von CMOS kann eine gute Alternative zu CCD darstellen. Ein in dieser Arbeit entwickelter und optimierter, auf einem Lateral Drift-Field Photodetector (LDPD) basierender CMOS-Zeilensensor eröffnet die Möglichkeit eines sogenannten Time-Gating und die Besonderheit eines nichtlöschenden Auslesens und einer Ladungssammlung über mehrere Zyklen, ohne, dass dabei eine Reset-Phase vonnöten ist.
Große fotoaktive Bereiche von bis zu 1 mm sind, gleich wie schneller Ladungstransfer und niedriger Dunkelstrom, entscheidende Anforderungen an Sensoren, die in der optischen Emissionspektroskopie eingesetzt werden. Dies sind damit auch die Hauptziele, die mit den in dieser Arbeit eingebrachten Strukturen zu erreichen sein müssten.
Der Transfer der Pixelladung vom fotoaktiven Bereich in den Sensorknoten wird in dieser Arbeit im Detail analysiert. Es werden verschiedene Mechanismen des Ladungstransports studiert. Der Dunkelstrom im LDPD-Pixel wird durch die Verwendung verschiedener Pixelstrukturen analysiert. Außerdem wird ein neuartiges Pixeldesign präsentiert, durch welches der Tranfer von Pixelladungen effizienter erfolgt.
Es werden verschiedene Pixeltypen vorgeschlagen und eingehend charakterisiert. Schließlich wird die am besten geeignete Pixelstruktur herangezogen, um den Prototypen eines Zeilensensors herzustellen, dessen Arbeitscharakteristika ebenso im Detail untersucht werden.Many industrial applications require linear photosensors, which exhibit high sensitivity and low noise. The atomic emission spectroscopy is one of such applications. This spectroscopic method delivers the information about the qualitative and quantitative composition of an analyte.
Since 1960 photomultiplier tubes (PMT) were used as standard detectors in the field of spectrometry due to their high speed of response and low dark current. Recently, solid-state line sensors have established themselves as a promising alternative to the photomultiplier tubes. Newly used in hybrid emission spectrometers, CCD line sensors are able to detect the part of the spectra in the ultra-violet (for wavelengths longer than some 250 nm), visible, and near infra-red ranges sent to them by a narrow bandwidth optical grid. However, CCD technology does not have the ability of random pixel addressing, non-destructive readout and time-resolved measurements, which causes the necessity of reading out the complete sensor several times to adjust the necessary charge collection period required to be able to distinguish between neighbouring lines in the spectrograph. This consumes a lot of measuring time and also adds additional reset noise and diminishes the signal-to-noise ratio after each readout.
A CMOS approach can be a good alternative to CCD. Developed and optimized in this thesis, a lateral drift-field photodetector (LDPD) based CMOS line sensor offers the possibility for the so called time-gating together with the feature of non-destructive readout and charge accumulation over several cycles without the need for the reset phase.
Large photoactive areas of up to 1 mm as well as fast charge transfer and low dark currents are all dominant requirements for the sensors used in optical emission spectroscopy. These are the main goals that should be achievable with the structures proposed in this thesis.
Pixel charge transfer from the photoactive area into the sense node is examined in detail in this work. Different mechanisms of the charge transport are studied. Dark current in the LDPD pixel is analysed on using varied pixel structures. A novel pixel design to enhance the charge transfer efficiency is presented.
Different pixel types are proposed and thoroughly characterized. Finally, the best pixel structure is used to fabricate a prototype line sensor, the operating characteristics of which are also examined in detail
Kündigungsrechte in Privatkundendarlehen - Bewertung und Einbindung in die Geschäftsfeldsteuerung -
No full textFür Kreditinstitute ist es bei der Vergabe von Darlehen von großer Bedeutung, das Risiko aus der Gewährung von vertraglichen oder aus gesetzlichen Kündigungsrechten möglichst genau quantifizieren zu können, um dies in der Preisgestaltung zu berücksichtigen oder um sich gegen diese Risiken absichern zu können. Zur Bewertung von Kündigungsrechten werden meist Optionspreismodelle eingesetzt; für zinstragende Finanzprodukte sind dies oft sogenannte Zinsstrukturmodelle.
Allen gängigen Optionspreismodellen liegt allerdings stets die Annahme zugrunde, dass für alle Marktteilnehmer gleiche Zinssätze gelten. Ein Privatanleger wird bei der Entscheidung zur Ausübung seines Kündigungsrechts allerdings diejenigen Zinssätze zugrunde legen, die für ihn individuell gelten. Neben den Geldaufnahmebedingungen des Privatkunden sind auch dessen Geldanlagemöglichkeiten zu berücksichtigen, da eine Darlehensablösung häufig auch als Geldanlagesubstitut interpretiert werden kann. Eine entsprechende Berücksichtigung des Ausübungsverhaltens im Privatkundenkreditgeschäft ist daher für eine korrekte Bewertung der Kündigungsrechte unerlässlich.
Für eine Quantifizierung des Risikos einer Kündigung in der Zukunft sind zudem Annahmen über die zukünftige Zinsentwicklung zu treffen, dies geschieht über Forward-Rates. Diese signalisierten in der Vergangenheit aber fast immer steigende Zinssätze, was den tatsächlichen Verlauf der Kapitalmarktzinsen in den vergangenen 40 Jahren in keiner Weise widerspiegelt. Optionspreismodelle haben daher die Risiken aus Kündigungsrechten in diesem Zeitraum massiv unterschätzt, weshalb deren Absicherung eine entscheidende Bedeutung zukommt.
Für die Zwecke einer Geschäftsfeldsteuerung sind zudem die Ergebniseffekte aus Darlehenskündigung im Rahmen einer innerbetrieblichen Leistungsverrechnung angemessen zu berücksichtigen. Hierbei kommt es darauf an, durch eine verursachungsgerechte Ergebniszuweisung auf die Geschäftsfelder die richtigen Steuerungsimpulse zu geben
Entwicklung eines autokontraktilen Herzmuskelmodells zur funktionalen Medikamenten- und Toxinforschung
No full textBis dato ist die pharmakologische Forschung bei der Quantifizierung der inotropen Wirkungen von Substanzen auf Tierexperimente angewiesen. Da der Einsatz von Tierexperimenten zunehmend auf Widerstand in der Gesellschaft stößt, wird seit den 1980'er Jahren intensiv an in-vitro-Verfahren zur Messung von Kraft und Spannung von Geweben geforscht. Die bisher entwickelten Verfahren sind entweder indirekte Messverfahren oder benötigen komplexe Messaufbauten, die eine standardisierte Anwendung in der Pharmaforschung verhindern. Darüber hinaus sind diese Verfahren noch immer auf den Einsatz von Geweben oder Teilen davon angewiesen, sodass auch sie nicht ohne den Einsatz von Versuchstieren auskommen.
Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines autokontraktilen Herzmuskelmodells auf der Basis des CellDrum-Systems unter Einsatz von humanen Stammzell-abgeleiteten Kardiomyozyten. Während das CellDrum-System eine standardisierte mechanische Charakterisierung von Zell-Monolayern und dünnen Gewebekonstrukten ermöglicht, kann durch den Einsatz von hiPS-abgeleiteten Kardiomyozyten auf den Einsatz von Versuchstieren verzichtet werden.
Ein kritischer Punkt der Arbeit war die Langzeit-Kultur der Muskelzellen auf den PDMS-Membranen. Im Gegensatz zu anderen im Vorfeld untersuchten Zelltypen wie Endothelzellen oder Fibroblasten stellte die Kultur von Kardiomyozyten über einen längeren Zeitraum ein Problem dar, da diese Zellen sich durch ihre mechanische Aktivität von den Membranen ablösten. Aufgrund dieser Tatsache wurde eine Oberflächenmodifikation der CellDrum-Membranen etabliert. Diese Modifikation wurde charakterisiert um sicherzustellen, dass sie keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Systems hat. Die Modifikation der Oberfläche wurde im Hinblick auf die Biokompatibilität und die Adhäsionskinetik der Zellen hin untersucht.
Es wurde eine Software zur Aufnahme der Messsignale und zur Steuerung des Tissue-Tension-Analyzers entwickelt, die auf die Spezifikationen für Signale von autokontraktilen Kardiomyozyten zugeschnitten ist. Darüber hinaus wurde eine Software zur Prozessierung der Messsignale entwickelt. Diese umfasste die auf die kardio-spezifischen Signale angepasste Signalverarbeitung und Analyse.
Es wurden sowohl Monokulturen von hiPS-abgeleiteten Kardiomyozyten als auch Ko-Kulturen mit kardialen Fibroblasten auf die Wirkungen von Pharmaka hin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das System in hohem Maße prädiktiv ist und die Wirkungen der Substanzen weitgehend mit den Literaturdaten aus Tierexperimenten übereinstimmen.To date, the mechanical properties of cardiac myocytes are exclusively quantifiable by animal-based models. Due to the fact that the application of animal experiments is increasingly subjected to ethical concerns, a number of in-vitro methods for the measurement of contractile force and tension has been developed in the past 30 years. These methods share the restrictions of indirect quantification or complex experimental setups. This impedes their routine application in pharmacological research. Additionally, due to the lack of human myocardial material, they rely on the examination of animal tissue.
The aim of this study was the development of an auto-contractile heart tissue model based on the CellDrum system by application of human stem cell-derived cardiac myocytes. The CellDrum system enables a standardised and scalable mechanical characterisation of cellular monolayers and thin tissue constructs, while the use of hiPS-derived cardiac myocytes avoids test animal sacrifice.
A critical point of this study was the long-term culture of myocytes on the PDMS membranes of the CellDrum system. In contrast to previously examined cell types like endothelial cells and fibroblasts, a myocyte culture on PDMS was impaired by their mechanical activity. As a consequence, a long term culture without chemical modification of the PDMS surface was not possible. In order to overcome this issue, a surface modification method was established. In order to ensure that the modification does not alter the mechanical properties of the PDMS membranes, the modification was analyzed. Subsequently, the biocompatibility was investigated and the adhesion kinetics were recorded.
A data-acquisition software including process control for the Tissue-Tension-Analyser was developed with respect to the specific properties of auto-contractile cardiac myocytes. Additionally, a software package for processing and analysis of the acquired signals was developed.
Pharmacological characterisations were performed on monocultures of cardiac myocytes as well as on co-cultures with cardiac fibroblasts. It could be demonstrated that the system showed a high degree of predictability and that the results compare to animal experiements to a considerable extent
Experiments on sublimation and contact forces of water ice particles and their application on planet formation
No full textExperimente zur Sublimation und Kontaktkräfte von Wassereispartikeln und ihre Anwendung auf Planetenentstehung
Das bis heute am meisten akzeptiertes Modell der Planetenentstehung ist die so genannte “Nebular Hypothese”. Diese nimmt an, dass Planeten in einer nebeligen Region, die einen neu enstandenen Sterne umkreist, gebildet werden. Diese Sterne haben die Hauptreihenphase noch nicht erreicht. Der Nebel besteht aus Gas und Staub, und wird wegen seines flachen und symmetrischer Form “Protoplanetarische Scheibe” (PPD auf Englisch) genannt. Die Aggregation Sub-mikrometer Partikeln ist der Hauptwachstumsmechanismus w ̈ahrend der ersten Phase der Planetenbildung in der Scheibe. Kontaktkräfte zwischen den Bestandteilen der festen Aggregate, bestimmen das Ergebnis der Kollisionsereignisse, die in der Scheibe auftreten. Eispartikel
sind sehr zahlreich in Regionen vorhanden, in denen Wasser in festen Zustand kondensiert (Regionen jenseits die so genannte ”Schneelinie”). Es impliziert, dass Wassereis ein Grundbestandteil während des Planetesimalbildungsprozess ist.
In dieser Arbeit werden Experimente zu Eis Koagulation, Sublimation und Fragmentierung durchgeführt, und die erhaltenen Ergebnisse mit den bestehenden Theorien verglichen. Die Sublimation von relativ großen Eisaggregaten (∼ 1 Meter) in der
Nähe der Schneelinie, führen zu ihrer Fragmentation und die anschließende Konzentration der Feststoffe in dieser Region. Das erhöht die Bildung von Planetesimalen.
Durch die Nutzung eines Temperatur-Gradient-Kraft-Mikroskop (Thermal Gradient Force Microscope -TGFM- auf Englisch) werden kritische Kräfte zwischen Wassereisteilchen bestimmt. Dieser Aufbau ermöglicht die Obergrenze von Variablen im Zusammenhang mit Kontaktphysik wie die Rollbewegungs- und das Twistens Drehmomente herzustellen. Wenn der Radius der Kontaktfläche zwischen zwei Eispartikeln ≲ 1 nm ist, sind die Theorien nicht in der Lage, die experimentellen Beobachtungen
vorherzusagen. Die Variation der Oberflächenenergie des Wassereis, könnte die Differenzrate zwischen experimentellen Ergebnisse und theoretischen Vorhersagen verringern. Jedoch, die Entwicklung eines neues Modell bei so kleinen Skalen könnte helfen die - sich in dieser Dissertation zeigenden - Probleme zu lösen.To date, the most accepted planet formation’s model is the so called “Nebular Hypothesis”. It proposes that planets are formed in a nebular region which remains orbiting around stars before they enter in the main sequence stage. This nebula, made of gas and dust, is called “Protoplanetary Disc” (PPD) due to its flat and symmetrical shape. Sub-micrometre particles’ aggregation is the main growth mechanism during the first planet formation phase in the disc. Contact forces between the constituents of solid aggregates determine the outcome of collisional events which occur in the disc. Icy grains are very abundant in regions where water condensates into solid state (regions situated beyond the so called “Snowline”). It implies that water ice is a fundamental ingredient during the planetesimal formation process.
In this thesis, experiments on ice coagulation, sublimation and fragmentation are carried out in order to compare the obtained results with the existing theories. It is shown that sublimation of relatively large icy aggregates (∼ 1 metre) close to the snowline cause their fragmentation and the subsequent concentration of solids inthis region, boosting planetesimal formation.
Making use of a “Temperature Gradient Force Microscope” (TGFM), critical forces between water ice particles are determined. This setup allows to establish an upper limit of variables related to contact physics like rolling and twisting torques. When the radius of the contact surface formed between two ice grains is ≲ 1 nm, actual theories are not able to predict the experimental observations. The variation of water ice’s surface energy may cause a reduction of the difference rate between experimental results and theoretical predictions. However, the development of a new model at such small scales may solve the issues presented in this thesis