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Hospital nursing productivity measurement with routine data - a two stage Data Envelopment Analysis
No full textDer Einsatz betriebswirtschaftlicher Verfahren in einem medizinisch-pflegerischen Umfeld kann stets kontrovers diskutiert werden. Bisherige Instrumente zur Produktivitätsmessung liefern nur eine verkürzte Sichtweise und können somit zu fehlerhaften Schlussfolgerungen führen. Insbesondere vor dem Hintergrund der zukünftigen Herausforderungen in der Krankenhauspflege, sind daher umfassendere Produktivitätsmaße zu definieren und zu messen.
In der vorliegenden Arbeit konnte mit Hilfe der Data Envelopment Analysis (DEA) ein solches Instrument zur Produktivitäts- bzw. Effizienzmessung in der Krankenhauspflege präsentiert und in einer Stichprobe von 61 internistischen und chirurgischen Fachabteilungen angewendet werden. Die Untersuchung geht aufgrund der Berücksichtigung von Indikatoren zur Erfassung der pflegerischen Leistungsqualität und der Analyse von Mikro-Level-Informationen der teilnehmenden Fachabteilungen über bisherige (inter-)nationale Forschungsarbeiten hinaus. Aus der Perspektive der Entscheidungsträger in der Krankenhauspflege sind die zentralen Ergebnisse der Untersuchung, dass weniger die klassischen Management-Stellschrauben (z.B. Personalzahlen) die pflegerische Effizienz determinieren, sondern vielmehr die untersuchten Output-Größen (v.a. die Patientenzufriedenheit). Darüber hinaus zeigt sich, dass der Einsatz von pflegerischem Assistenz- und Hilfspersonal unter Produktivitätsgesichtspunkten kritisch zu betrachten ist, da die Fachabteilungen, die ausschließlich examinierte Pflegekräfte einsetzen, im Durchschnitt besser abschneiden.
Relevante Beobachtungen wurden auch im Rahmen der Einflussgrößenanalyse identifiziert. So ist auffällig, dass Fachabteilungen mit einem hohen Durchschnittsalter des Pflegepersonals unterdurchschnittlich schlecht abschneiden. Genauso zeigt sich, dass sowohl externe als auch interne organisationale Einflussgrößen (z.B. die Krankenhausgröße oder die technische Ausstattung der Fachabteilungen) eine erklärende Rolle für die ermittelten Effizienzwerte spielen.
Die Untersuchungsergebnisse unterliegen verschiedenen Limitationen. Werden diese berücksichtigt, kann die DEA für die Entscheidungsträger der Krankenhauspflege ein wichtiges Werkzeug darstellen, um Prozesse in der Pflege zu verbessern, strukturelle und organisatorische Rahmenbedingungen unter Produktivitätsaspekten zu gestalten und die Leistungsfähigkeit der Pflege mess- und somit nachweisbar zu machen.Productivity of hospital nursing is usually determined by simplified measures, like the number of patient discharges per nurse. However, this key figure of productivity does neither reflect impact on quality of care nor on working conditions. Objective of this study was to analyze the productivity of hospital nursing departments by use of the Data Envelopment Analysis (DEA). Based on this productivity measurement, factors enhancing productivity were deduced and recommendations for nursing practice were derived.
On the basis of comprehensive literature research, study concept, DEA-model specification and model components were determined. Inputs of the productivity analysis were the number of beds and nurses (differenced by skill level). Outputs were adjusted patient days, the rate of pressure-ulcers and patient satisfaction with nursing services. The empirical sample comprises 61 nursing departments of 29 German hospitals. An input-oriented DEA assuming variable returns to scale (BCC-I model) was calculated. In a subsequent step various factors were tested for their impact on hospital nursing productivity.
33 of the 61 nursing departments are DEA-efficient, with an average score of 0.87 i.e. a mathematical productivity enhancement of 13 percent would be possible. Additionally it was possible to reveal the importance of various factors determining productivity, like patient satisfaction with nursing services, skill and age mix of nursing personnel or the technical equipment of nursing departments.
The conceptualized DEA model is an adequate framework for empirical research in the field of nursing productivity. It was possible to identify concrete recommendations for productivity improvement. Reflecting the methodological and study specific limitations DEA is a well-functioning instrument for productivity analysis in the sense of a "learn from the best"
Glia und Epilepsie: Experimentelle Untersuchung klinisch relevanter Antiepileptika an einem in vitro Astrozyten/Mikroglia Entzündungs-Zellkulturmodell
No full textHintergrund: Die Beteiligung von Gliazellen, wie Astrozyten und Mikroglia, in der Pathophysiologie der Epilepsie, wird zunehmend anerkannt. Gliazellen spielen eine wichtige Rolle bei der Initiation und Aufrechterhaltung der zerebralen Immunantwort sowie der metabolischen und trophischen Versorgung der Nervenzellen. Diverse klinische als auch experimentelle Studien berichten von einem Zusammenhang zwischen epileptischer Aktivität und einer Inflammation des zentralen Nervensystems (ZNS). Andauernde inflammatorische Bedingungen im Gehirn sind gekennzeichnet durch eine Ansammlung, Aktivierung sowie Proliferation von Mikroglia und Astrozyten.
In dieser Arbeit soll der Einfluss alltäglich verwendeter antiepileptischer Substanzen auf die gliale Viabilität, Expression des Gap Junction Proteins Connexin 43, In-/ Aktivierung von Mikroglia sowie Zytokin Expression an einem in-vitro Astrozyten/Mikroglia Ko-Kultur Modell, untersucht werden.
Methoden: Eine Astrozyten Kultur (postnatal P0-P2 aus Rattenhirn) wurde mit einem physiologischen (5%) und einem pathologischen (30%) Anteil Mikroglia, kultiviert. Die Ko-Kulturen wurden für 24 Stunden mit den Antiepileptika Valproat (VPA), Carbamazepin (CBZ), Phenytoin (PHE) und Gabapentin (GBT), inkubiert. Die Viabilität und Proliferation wurde mittels Tetrazolium (MTT) Assay, untersucht. Die Mikroglia-Phänotypen wurden mittels immunocytochemischer Färbungen, bestimmt. Die astrogliale Connexin 43 (Cx43) Expression wurde quantitativ mittels Western-Blot und die TGF-beta1 und TNF- α Zytokin Expression mittels Sandwich-ELISA, ausgewertet.
Ergebnisse: Die dosisabhängige Inkubation der M5 Ko-Kulturen mit PHE und CBZ führt zu einer signifikant verringerten Viabilität der Zellen. Die Inkubation mit VPA führt zu einer signifikanten Aktivierung der Mikroglia und die anti-inflammatorische TGF-β1 Zytokinkonzentration war signifikant erhöht nach der Inkubation mit höheren Konzentrationen von GBT und PHE, in den M5 Ko-Kulturen. Bei den M30 Ko-Kulturen führt die dosisabhängige Inkubation mit PHE zu einer signifikant verringerten Viabilität der Zellen sowie einer erhöhten TGF-β1 und TNF-α Expression. Die Inkubation mit CBZ führt zu einer signifikant verringerten Anzahl aktivierter Mikroglia und gleichzeitig erhöhten Anzahl inaktivierter Mikroglia, sowie einer verringerten Viabilität der Zellen, bei den M30 Ko-Kulturen.
Schlussfolgerung: Inflammatorische Zustände des ZNS sind charakterisiert durch eine Beeinträchtigung glialer Zellfunktionen. Die Aktivierung von Mikroglia ist ein typisches Merkmal inflammatorischer Zustände und wurde ebenfalls durch die Inkubation mit VPA, in den M5 als auch M30 Ko-Kulturen, induziert. Im aktiven Zustand können Mikroglia in unterschiedlichen Status (M1 oder M2) vorliegen und je nach Status eine unterschiedliche Wirkung (pro- oder antiinflammatorisch) auf ihre Zirkumferenz ausüben. Eine proinflammatorische Wirkung könnte im Falle einer inflammatorisch bedingten Epilepsie möglicherweise die inflammatorisch bedingte Grunderkrankung bei Patienten verschlimmern. Hingegen führt die Inkubation mit CBZ zu einer signifikanten mikroglialen Inaktivierung in den M30 Ko-Kulturen. Hinsichtlich der entzündlichen Grunderkrankung, welche zu einer Epilepsie führt, sind Antiepileptika mit einem entzündungs-hemmenden glialen Potential für Patienten vorteilhaft
Photovoltaics with Silicon Nanoparticles
No full textPhotovoltaik mit Siliziumnanopartikeln
Bislang besteht der Lichtabsorber nahezu aller installierter photovoltaischer (PV) Module aus ein- oder multikristallinem Silicium (c-Si oder mc-Si). Wegen ihrer geringeren Kosten pro installierter Leistung existiert jedoch seit einigen Jahren ein Trend hin zu Dünnschichtzellen. Das Fernziel der dieser Arbeit zugrundeliegenden Untersuchungen besteht deswegen darin, druckbare PV Zellen zu realisieren, deren Dünnfilm-Absorberschicht aus Si Nanopartikeln (NP) hergestellt wird. Si bietet sich an, da es ungiftig ist und eine nahezu unbegrenzt verfügbare Ressource darstellt. Die Partikelform wurde gewählt, weil NP dispergiert und somit materialeffizient verdruckt werden können.
In einem ersten Schritt wurden in dieser Arbeit c-Si Substrate mit hoch dotierten Si NP beschichtet und mittels Laser-Temperns eine dotierte Substratschicht erzeugt. Für das Tempern standen ein infraroter (IR, Wellenlänge λ = 808nm) Dauerstrahllaser und ein gepulster, ultravioletter (UV, λ = 248nm) Laser zur Verfügung. Für beide Laser konnte durch elektrische (Vierpunkt-Leitfähigkeit) und analytische (SIMS / ECV) Messungen nachgewiesen werden, dass Dopanden in das Substrat eingebracht werden. Während der IR-Laser Dotiertiefen von ca. 100µm erzeugte, betrugen sie für den UV-Laser lediglich ca. 200nm.
Durch Anwenden dieser Technik auf dotierte Substrate mit komplementär dotierten NP, konnten pn-Übergange geschaffen werden, die einen PV Effekt zeigen. Die dünnere Emitterschicht (≈Dotiertiefe) ist ein wichtiger Grund dafür, dass die maximalen Konversionseffizienzen η der UV-Laser behandelten Proben (η ≈ 6%) deutlich über denen der IR-Laser behandelten Proben (η ≈ 2%) liegen. Als Hauptgrund für die für c-Si PV vglw. niedrigen Konversionseffizienzen werden chemische und strukturelle Defekte vermutet. Ihre Reduktion lässt eine deutliche Effizienzsteigerung erwarten. Wegen der zu großen Dotiertiefe wurde der IR-Laser für weitere Experimente ausgeschlossen.
Für die Produktion von PV Zellen kann die UV-Laser NP Dotiermethode weiterhin interessant sein, um das Aluminium (Al) aus dem Standardrückseitendotierprozess zu verdrängen: Bei einer Reduktion der Substratdicke zukünftiger Generationen von PV Zellen würde das Al wegen des von Si abweichenden, temperaturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten zu einer Substratverbiegung führen. Mit der präsentierten Technik konnte eine Rückseitendotierung von mc-Si Solarzell-Halbzeugen realisiert werden; bislang ist aber nicht klar, ob die Technik wirklich zu einer ähnlichen oder sogar höheren Effizienz als der Standardprozess führen kann. Diese Methode könnte bereits heute für die PV-Industrie interessant sein, weil sie eine Verbiegung verhindern sollte und ein unabhängiges Bearbeiten von Vorder- und Rückseite ermöglicht.
Nachdem es möglich war, Si Substrate umzudotieren, wurden in einem zweiten Schritt grundlegende Versuche durchgeführt, um pn-Übergänge nur aus Si NP herzustellen. So wurden pn-Proben einerseits durch Spark-Plasma-Sintern (SPS) von p- auf n-typ NP-Schüttungen und andererseits durch sukzessive Schleuderbeschichtung von p- auf n-typ Dispersionen und deren Lasertemperung hergestellt. Während die SPS-Versuche primär das Ziel verfolgten, einen direkteren Einblick in den nur aus NPn erzeugten pn-Übergang zu ermöglichen, stellt die Schleuderbeschichtungsmethode eine deutlich anwendungsnahere Methode dar. In beiden Fällen wurde eine elektromotorische Kraft gemessen, wobei nicht abschließend geklärt werden konnte, ob deren Ursprung die PV ist. Dass es aber gelang, leitfähige Schichten auf isolierenden Substraten zu realisieren, stellt einen ersten Schritt in Richtung druckbarer Si PV aus NP dar.Today, the light absorber of almost all installed photovoltaic (PV) modules is made of single or multi crystalline silicon (c-Si or mc-Si). However, due to the reduced costs per installed power, a trend exists towards thin film cells since a few years. Thus, the future's aim of this work's investigations is to realize printable PV cells with a thin film absorber made from Si nanoparticles (NP) solely. Si is chosen, because it is non-toxic and an abundant resource. The particle form is selected, because NP can be dispersed, thus making them printable, resulting in a high material-efficiency for the future application.
As a first step, in this work c-Si substrates were coated with highly doped Si NP and via laser annealing, a doped substrate layer was created. For the annealing, a continuous wave, infra red (IR, wave length λ = 808nm) and a pulsed, ultra violet (UV, λ = 248nm) laser were available. For both lasers, electrical (four point conductance) and analytical (SIMS / ECV) measurements proved a successful incorporation of dopants into the substrate. While the IR laser created doping depths of approx. 100µm, for the UV laser they were determined to be approx. 200nm.
By applying this method on doped substrates and complementary doped NP, pn-junctions could be realized that exhibit a PV effect. The thin emitter layer (≈doping depth) is one important reason for the higher maximum conversion efficiencies η of the UV laser annealed samples (η ≈ 6%) when compared to the IR laser annealed ones (η ≈ 2%). Chemical and structural defects are supposed to be the major reason for the low conversion efficiencies when compared with c-Si PV. By reducing them, a considerable efficiency increase is expected. Due to the too big doping depth, the IR laser was excluded from further experiments.
For the production of PV cells, the UV laser NP doping method may also be interesting to replace the aluminium (Al) from the standard back surface doping process: A reduction of the substrate thickness of future PV generations, would lead to a bending of the substrate due to the different thermal expansion coefficients of Si and Al. Using the presented technique, a back surface doping could be realized on semi-finished mc-Si PV cells; however, so far it is not certain, whether this technique can really create similar or even higher efficiencies as the standard process. Nevertheless, this method can be interesting for the PV industry already today, because a substrate bending should be prevented and an independent handling of the front and the back side is possible.
After the feasibility of Si substrates doping, fundamental experiments were conducted to create pn-junctions form Si NP solely, in a second step. Thus, pn-samples were created by spark-plasma sintering (SPS) of p- on n-type NP material on the one hand and by successive spin coating of p- and n-type dispersions and their laser annealing on the other hand. While the SPS experiments primary aimed to get a directer insight of the pn-junction created only from NP, the spin coating method represents a much more application oriented way. In both cases, an electromotive force was measured, whereas it is not finally clarified, whether its origin really is PV. However, the success to realize conductive layers on insulating substrates is interpreted as a first step towards the future's aim of printable Si PV from NP
Quantum size effects in Mg epilayers on Si(111): Enhancement of photoelectron yield and oxidation rate
No full textThe subject of this thesis are non-adiabatic e ects during the oxidation of di erent magnesium and silicon surfaces. In the chemicurrent setup different Schottky diodes served as high-pass filters to detect highly energetic electron-hole pair excitations as a current through the device. This detection of the current allowed monitoring of the reaction kinetics.
Crystalline Mg films, with a thickness of only a few monolayers (ML), were grown on the p-doped Si(111) 7x7 reconstruction, forming thin film Schottky diodes. Quantum size effects as a result of
the confinement of the electron system in the z-direction lead to a thickness dependent increase in the oxidation rate of the Mg surface. Valence band photoemission spectroscopy (UPS) measurements indicate that the electronic density of states at the Fermi edge, which oscillates due to the existence of Quantum well states, is the driving force behind this change in reactivity. X-ray photoemission spectroscopy (XPS) reveals that for these highly reactive films, not only the first but also the second atomic layer reacts to MgO. The low sample temperature of 110 K hinders bulk oxidation for samples that do not show quantum size effects.
Thin Mg films that were deposited on Ag/p-Si(111) diodes showed current intensities, upon exposure to molecular oxygen, that depend on the Ag film thickness. A maximum in the detected current is found for an Ag layer with a thickness of 45 nm. It was possible to attribute this phenomenon to the effect of surface plasmon coupled chemiluminescence (SPCC). MgO formation emits chemiluminescence photons, which excite surface plasmons in the silver film. These decay radiatively at the Ag/Si interface and are detected as a current. Simulations of this interface in the attenuated total reflection (ATR) geometry reveal a maximum of absorption of the silver film at a thickness of 46 nm.
Oxidation of the hydrogen passivated p-Si(111) surface and the depassivated p-Si(111) surface do not show a detectable chemicurrent. XPS measurements reveal that, while the former does not react with oxygen, the latter does show oxygen uptake. However, as the surface has virtually no electronic surface conductivity, no current can be measured. The p-Si(111) 7x7 reconstruction, which does react with oxygen, has a large enough surface conductivity to allow detection of a chemicurrent. The chemicurrent trace can be interpreted to be a displacement current.
Strong Lyman α emission from the UV-source is found when it is operated with Ar, Ne or He. Combined with the regular noble gas photon lines, this allows the measurement of the total photoyield
for thin, crystalline Mg films and investigation of the thickness dependence of the photoemission cross-section. The Lyman α emission can be explained by a resonant energy transfer process between noble gas excimers and hydrogen molecules.Quantengrößeneffekt bei kristallinen Mg Schichten auf Si(111): Erhöhung der Photoelektronenausbaute und der Oxidationsrate
In dieser Arbeit wurden nicht-adiabatische Effekte bei der Oxidation verschiedener Magnesium- und Siliziumoberflächen untersucht. Dünnschicht-Schottkydioden ermöglichen die Detektion von den, von der Reaktion chemisch angeregten, Elektron-Loch Paaren als Chemoströme und erlauben so die Aufzeichnung der Reaktionskinetik.
Kristalline Mg-Filme von nur wenigen Monolagen (ML) Dicke wurden auf die p-dotierte Si(111) 7x7 Rekonstruktion aufgedampft. Die Beschränkung des Elektronensystems auf wenige ML führt zu einer Oszillation der elektronischen Zustandsdichte an der Fermienergie (DOS (EF)). Diese wurde mit Valenzbandspektroskopie (UPS) gemessen. Hohe Zustandsdichten führen zu einem Anstieg der
Reaktionsrate und zu einer Oxidation der zweiten atomaren Lage des Mg, wie mittels Röntgenphotoemissionsspektroskopie (XPS) gezeigt werden konnte. Die niedrige Probentemperatur von 110 K verhindert, bei Proben ohne erhöhte DOS (EF), eine Tiefenoxidation über die erste Lage hinaus.
Mg-Schichten, die auf Ag/p-Si(111) Schottkydioden aufgedampft wurden, zeigen eine starke Abhängigkeit des detektierten Stroms von der Dicke des Silberfilms. Für eine Schichtdicke von 45 nm wird ein Maximum des Stroms detektiert. Dies kann mit dem Effekt der Oberflächenplasmonen gekoppelten Chemoluminiszenz (SPCC) erklärt werden. Die Reaktion von Mg mit O 2 emittiert Photonen, die Oberflächenplasmonen im Silberfilm anregen. Diese zerfallen radiativ an der Ag/Si Grenzfläche und werden im Silizium als Strom detektiert. Eine Simulation der Ag/Si Grenzfläche in der abgeschwächten Totalreflexion Geometrie (ATR) ergibt ein Absorptionsmaximum für die emittierte Strahlung für eine Silberschichtdicke von 46 nm.
Drei verschiedene Siliziumoberflächen wurden elektrisch kontaktiert und dann O2 ausgesetzt. Die Wasserstoff-passivierte p-Si(111) Oberfläche zeigte keine Sauerstoffaufnahme und daher auch keinen
Chemostrom durch die Diode. Die reine p-Si(111) Oberfläche zeigt hingegen eine Sauerstoffaufnahme. Da jedoch an dieser Oberfläche keine elektrische Leitfähigkeit existiert, kann kein Strom detektiert werden. Da hingegen die Oberfläche der p-Si(111) 7x7 Rekonstruktion sowohl elektrisch leitfähig als auch chemisch sehr reaktiv ist, ist für diese Oberfläche ein Strom und Sauerstoffaufnahme nachweisbar. Es kann gezeigt werden, dass dieser Strom ein Verschiebungsstrom ist.
Während der UPS Messungen an kristallinen Mg-Schichten wurde eine starke Lyman α Emissionaus der UV-Quelle gefunden, obwohl reines Neon-, Argon- oder Heliumgas verwendet wurden. Diese Lyman α Linie wurden verwendet, um die anregungsenergieabhängigkeit der Photoelektronenemission des Magnesiumfilms zu untersuchen. Die Erzeugung der Wasserstoffinien kann durch einen quasi-resonanten Energietransfer zwischen den Wasserstoffmolekülen und Edelgasexzimeren erklärt werden
PModel-based Quality Control by an Adaptive, Pressure Regulated Process Control in Injection Molding
No full textAktuelle Maschinentechnik beim Spritzgießen erfüllt die Anforderung höchster Reproduzierbarkeit bei den Achsenbewegungen und der Wiederholgenauigkeit eingestellter Prozessparameter. Um allerdings die Qualitätsanforderungen aktueller Produktionen und Anwendungen zu erfüllen, reicht eine Reproduzierung der Einstellparameter nicht aus. Durch Schwankungen in den Systemeingängen und Einflüssen aus der Maschinenfähigkeit entstehen Variationen in der resultierenden Prozessführung mit negativen Einflüssen auf die Qualitätskriterien. Aus diesem Grund ist eine Weiterentwicklung der Prozesstechnik hin zu adaptiven Regelkonzepten unter Berücksichtigung der aktuellen Material- und Prozesssituation notwendig. Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zum einen zur Entwicklung einer adaptiven, druckgeregelten Prozessführung und darüber hinaus zum umfassenden Verständnis des Materialverhaltens und prozessrelevanten Einflüssen auf dieses.
Als Zielgröße und damit Qualitätskriterium werden spezifische Oberflächeneigenschaften herangezogen, die in der industriellen Anwendung zunehmend an Bedeutung gewinnen. Beispiele hierfür sind Hochglanzoberflächen oder bestimmte Oberflächentopographien zur anschließenden Veredelung durch Galvanisierung oder Lackierung der Kunststoffbauteile. Weitere Kriterien, wie das Bauteilgewicht und damit korrelierende Eigenschaften, werden ebenfalls in den Untersuchungen berücksichtigt. Als Einflussfaktoren auf die Qualitätskriterien werden variierende Materialeigenschaften betrachtet, wobei ein Schwerpunkt auf die rheologischen Eigenschaften gelegt wird. Diese können durch unterschiedliche Materialkonditionierung, z.B. Restfeuchtegehalt und zeit- sowie temperaturabhängige Alterung, oder Chargenschwankungen variieren und beeinflussen bei aktueller Prozessführung direkt die Qualitätskriterien.
Zur Beschreibung der Einflüsse auf das Materialverhalten durch die Konditionierung und Chargenunterschiede werden in einer Laboranalyse die Fließeigenschaften untersucht. Am Beispiel von Polyamid 6, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol und Polybutylenterephthalat werden die Variationen der Materialeigenschaften durch diese zusätzlichen Einflussfaktoren dargestellt. Hierzu werden zum einen Messungen an einem Rotationsrheometer herangezogen und zum anderen durch Untersuchungen an einem Hochdruck-Kapillar-Viskosimeter ergänzt. Die Analyse berücksichtigt prozessrelevante Alterungseinflüsse im Bereich der Materialkonditionierung, beschrieben durch den Restfeuchtegehalt des Materials, sowie temperaturabhängiger Zeiteinflüsse. Beide Bereiche und deren Einflussstärke werden isoliert voneinander bezogen auf die Materialviskosität betrachtet, eine Beeinflussung der zeitabhängigen Reaktionen durch den Restfeuchteanteil wird ebenfalls überprüft. Dabei zeigt sich, dass materialabhängig von einer starken Variation der Viskosität durch Alterungseinflüsse ausgegangen werden muss. Dies führt materialspezifisch sowohl zu einer Reduzierung als auch zu einer Erhöhung der Viskosität, die auf eine Veränderung der Polymerstruktur zurückzuführen ist.
Die auftretenden Phänomene werden einerseits in chemische und andererseits in physikalische Strukturänderungen unterteilt. Die chemischen Strukturänderungen beschreiben die temperatur- und zeitabhängige Änderung des Kettenaufbaus der Polymere. Durch Nachkondensation wird eine Viskositätszunahme beschrieben, Umesterungsreaktionen und Kettenspaltungen bei Polykondensaten führen wiederum zu einer Reduzierung der Kettenlänge und damit geringeren Viskosität. Die chemische Strukturänderung ist als irreversibler Prozess einzustufen. Die physikalische Strukturänderung wird auf die Einlagerung von H2O-Molekülen im freien Volumen zwischen den Polymerketten zurückgeführt. Hierdurch wird die Ketteninteraktion sowie die innerstrukturellen Bindungskräfte über Wasserstoffbrücken- und Dipolbindungen zwischen den Polymerketten beeinflusst. Durch die Einlagerung der H2O-Moleküle wird der Abstand der Polymerketten vergrößert, was zu einer Reduzierung der Bindungskräfte und damit Reduzierung der Viskosität führt. Dies wird als physikalische Strukturänderung beschrieben und ist als reversibler Prozess einzustufen.
Auf Basis der Analyse wird eine Erweiterung des Carreau-Ansatzes zur Integration der Konditionierungseinflüsse in ein Materialmodell vorgestellt. Zur Beschreibung der chemischen Strukturänderung wird auf das auf dem Arrhenius-Ansatz basierende Modell des chemischen Strukturänderungsfaktors zurückgegriffen. Für die Beschreibung der physikalischen Einflüsse auf die Viskosität wird ein neuer Modellansatz vorgestellt, der den physikalischen Strukturänderungsfaktor in den Carreau-Ansatz implementiert. Durch den neu vorgestellten Modellansatz ist eine vollständige Beschreibung des Fließverhaltens von Polymeren unter Alterungs- und Konditionierungseinflüssen möglich. Dabei ist mit einer Einflussstärke der jeweiligen Strukturänderung im zweistelligen Prozentbereich unter prozessrelevanten Bedingungen zu rechnen. In Ergänzung zu der Materialcharakterisierung unter alterungsbedingten Einflüssen werden Chargenschwankungen beispielhaft diskutiert, deren Einflussstärke auf die Viskosität in einem ähnlichen Bereich anzusiedeln ist.
Das Verständnis und die erweiterte Modellbildung erlaubt eine Simulation des Spritzgießprozesses unter Berücksichtigung der beschriebenen Einflussfaktoren. Eine Darstellung der Variation qualitätsrelevanter Prozessdaten ist somit möglich. Hierfür werden die Viskositätsdaten der jeweiligen Materialien durch eine Analyse des thermodynamischen Verhaltens ergänzt. Bei der Prozesscharakterisierung in der Spritzgießsimulation wird ein Fokus auf die Betrachtung des Massedruckes sowie der Massetemperatur gelegt. Beide Prozessgrößen beschreiben den Materialzustand innerhalb der Ausbildung qualitätsrelevanter Kriterien beginnend bei dem Bauteilgewicht, den geometrischen Abmaßen und der Ausbildung der Bauteilmorphologie. Durch Variation der Materialviskosität, bedingt durch Alterungseinflüsse, Konditionierung oder Chargenschwankungen, werden die Bedingungen bei der Ausbildung der Qualitätskriterien massiv beeinflusst. So führt eine Reduzierung der Viskosität bei konventioneller Prozessführung zu einer Reduzierung des resultierenden Massedruckes beim Einspritzvorgang sowie einer Reduzierung der Massetemperatur. Eine Zunahme der Viskosität, beispielsweise durch Nachkondensationsreaktionen, führt dem entsprechend zu einer Zunahme des resultierenden Druck- und Temperaturniveaus, was insbesondere bei thermisch sensiblen Materialien als kritisch zu betrachten ist. Ein weiterer Einflussfaktor auf die Prozessqualität ergibt sich aus den Bedingungen am Umschaltpunkt. Eine Diskussion der Umschaltkriterien zeigt die Unterschiede im Füllgrad der Kavität und den pvT-Bedingungen im Übergang zur Nachdruckphase in Abhängigkeit von der Prozessführung und der Variation der Materialviskosität. Die bereits bekannten Einflüsse von Restfeuchte auf das Bauteilgewicht können in der Simulation insbesondere durch die Massenzunahme in der Nachdruckphase abgebildet werden. Durch den entwickelten Ansatz zur Beschreibung des Materialverhaltens ist eine Simulation der Einflüsse durch physikalische und chemische Strukturänderungen mit sehr guter Korrelation zum Spritzgießprozess möglich. Ausgehend von den Einflüssen der Viskositätsschwankungen auf die qualitätsrelevanten Parameter der Massetemperatur und des Massedruckes wird eine neue Strategie zur Qualitätsregelung entwickelt. Basierend auf einem Referenzbetriebspunkt und einer druckgeregelten Prozessführung in der Einspritzphase ist es möglich, die qualitätsrelevanten Prozessparameter in einem engen Toleranzband konstant zu halten. Dies bildet die Grundlage der Implementierung einer neuen Qualitätsregelung beim Spritzgießen.
In Korrelation mit einer Prozesscharakterisierung an einer Spritzgießanlage werden die Einflüsse auf den Prozess und die Simulationsergebnisse validiert. Außerdem wird der Bezug zu spezifischen Qualitätskriterien hergestellt. Der aktuelle Stand der Maschinentechnik und verfügbaren messtechnischen Anbindung ermöglicht eine detaillierte Prozesscharakterisierung. Am Beispiel von Viskositätsschwankungen durch variierende Restfeuchteanteile werden die Einflüsse auf den Prozess und mögliche Prozesskennzahlen zur Detektion von Prozessschwankungen dargestellt. Diese reichen von energetischen Kennzahlen in der Plastifizierphase bis hin zu charakteristischen Druckverläufen in der Einspritzphase. Anhand der Ergebnisse aus der Prozesscharakterisierung und Simulation von Kompensationsstrategien wird eine neuartige, adaptive Prozessregelung implementiert. Die Qualitätsanforderungen eines konstanten Bauteilgewichtes sowie eines konstanten Massetemperatur- und Massedruckprofiles können aus der Simulation übertragen werden und werden durch Oberflächeneigenschaften ergänzt. Insbesondere ausgasende Restfeuchte in Korrelation zu einer reduzierten Viskosität und eines reduzierten Druckniveaus in der Einspritzphase hat einen massiven Einfluss auf die Oberflächenqualität und führt zu Defekten durch Feuchtigkeitsschlieren und Verfärbungen.
Die Prozessregelung umfasst das Konzept einer adaptiven, druckgeregelten Prozessführung in der Einspritzphase sowie die Kompensation von Effekten durch Unterschiede im Schließverhalten der Rückstromsperre. Vervollständigt wird die Regelung durch eine modellbasierte Adaption der Nachdruckparameter. Aufbauend auf einem Referenzprozess, erkennt die Spritzgießmaschine Veränderungen im Materialverhalten und adaptiert entsprechend autonom die Prozessführung, um eine konstante Bauteilqualität zu gewährleisten. Hierdurch ist es möglich, Einflüsse variierender Materialkonditionierung oder Chargenschwankungen auf die Bauteilqualität zu kompensieren. Die durch den Referenzbetriebspunkt und das Regelkonzept hinterlegte Intelligenz führen zu einer konstanten Prozess- und Produktqualität.
In der Einspritzphase wird über einen vorgesteuerten PID-Regler ein referenziertes Massedruckprofil als Führungsgröße reproduziert. Damit ist das, im Gegensatz zur konventionellen Prozessführung konstante, Schneckenvorschubgeschwindigkeitsprofil als Stellgröße direkt abhängig von der aktuellen Viskosität und damit dem Schmelzezustand des Materials. Bei einem referenzierten Massedruckprofil und einer Variation der Materialviskosität wird die Schneckenvorschubgeschwindigkeit adaptiv an die veränderten Bedingungen angepasst. Dabei wird insbesondere über eine adaptive Vorsteuergeschwindigkeit den hohen Beschleunigungsvorgängen zu Beginn der Einspritzphase Rechnung getragen. Als prozessadaptive Größe ergibt sich aus der mittleren Schneckenvorschubgeschwindigkeit eine neue Kennzahl zur Prozesscharakterisierung. Diese wird in einem modellbasierten Ansatz zur adaptiven Nachführung des Nachdruckniveaus genutzt. Hierdurch wird die Prozessregelung in der Einspritzphase direkt zur Charakterisierung der aktuellen Prozessbedingungen genutzt und mit der Schwindungskompensation zu einer umfassenden Qualitätsregelung verknüpft. Um auch im Übergangsverhalten zwischen der Einspritz- und Nachdruckphase konstante Bedingungen in Bezug auf das pvT-Verhalten und den Füllgrad der Kavität zu gewährleisten, wird der Umschaltpunkt adaptiv an die Prozessbedingungen und das Schließverhalten der Rückströmsperre angepasst.
Die Qualitätsregelung ist für die Kompensation von Einflüssen unterschiedlicher Materialkonditionierung auf die Oberflächengüte, thermische Materialbelastung sowie das Bauteilgewicht validiert. Insbesondere Oberflächendefekte durch ausgasende Restfeuchteanteile können durch das konstante Massedruckprofil in einem erweiterten Verarbeitungsbereich kompensiert werden. Des Weiteren ist die Betrachtung von Einflüssen auf den morphologischen Aufbau von Spritzgießteile möglich. Hier sind insbesondere durch die Konstanz in den Druck- und Temperaturbedingungen bei der Ausbildung der morphologischen Struktur in der Einspritzphase ein positiver Einfluss und eine Kompensation von viskositätsbedingten Qualitätseinflüssen zu erwarten.
Zusammenfassend wird durch diese Arbeit ein neuer Stand der Technik in der Modellbildung, Materialcharakterisierung sowie Qualitätsregelung beim Spritzgießen definiert. Die dargestellten Verfahren zur Materialcharakterisierung ermöglichen eine detaillierte Analyse der Einflüsse auf das Materialverhalten und eine Beschreibung des Materialverhaltens durch die erweiterten Modellansätze. Dies kann insbesondere zur Prozesssimulation und Bestimmung von qualitätsrelevanten Variationen von Prozesskennzahlen genutzt werden. Eine Kompensation von Viskositätsschwankungen und Einflüssen auf die Prozess- und Produktqualität ist durch die vorgestellte, adaptive Qualitätsregelung möglich. Weiterführende Untersuchungen sind hier insbesondere im Bereich der Bauteilmorphologie an der Oberfläche, dem morphologischen Schichtaufbau und laminaren Zusammenhalt sowie mechanischen Eigenschaften, auch unter Berücksichtigung von Restfeuchteanteilen im Material, zielführend.Today’s machine capability in injection molding matches the demands of high reproducibility for the axil movement and the setup of process parameters. To fulfill the demands of actual production and quality criterial, the reproduction of the process parameters is no more sufficient. Varying material properties and conditions influence the production next to the closing behavior of the non-return valve, quality defects occur. The necessary development in processing technology is reacting on the varying system inputs by an adaptive process control. This thesis supports the requirements of actual injection molding productions by the development of an adaptive, pressure controlled process management in correlation with an analysis of possible influences on the material behavior and the description of process relevant influences by an extended model approach.
In this thesis the focus is set on injection molding and the processing of technical polymers. As objective criteria and quality requirements specific surface properties are investigated with respect to their increasing relevance in today´s applications. Examples are mirror polished surfaces or specific topographic requirements for further processing steps. The part weight and correlating properties are also included in the investigations. Influential factors on the quality criteria are varying material conditions, with focus on the rheological properties. By different material conditions (residual moisture, time and temperature dependent aging) or charge influences the material properties vary and influence the resulting process and product quality criteria.
The varying material properties influenced by the different conditions are described by a laboratory analysis of the flow properties. The influence range is shown exemplary by investigating polyamide 6, polycarbonate, polybutylene terephthalate and acrylonitrile-butadiene-styrene. The investigations are made at an oscillatory rheometer and supplemented by high-pressure-capillary-viscometer measurements. The analysis considers process relevant aging and material conditioning influences, described by the residual moisture content in addition to temperature and time dependent reactions. Both influences on the material viscosity are investigated separately with respect to crosslinking reactions. The investigations show a material specific influence on the viscosity and therefore high variation ratios by the described aging influences. Material specific an increased as well as a reduced viscosity has to be expected by aging dependent changes in the physical or chemical polymer structure.
According to the results of the material analysis the structural change of the polymers are divided in physical and chemical influences. The chemical influence on the polymer structure is described by the time and temperature dependent reactions that result in changing polymer chain length. By post-condensation effects an increased viscosity has to be expected. Ester rearrangements and chain scission leads on the other hand to a reduced viscosity by the reduction of the chain length. These influences on the chemical structure of polymers is irreversible. The physical structural change is based on bounded residual moisture molecules within the free space between the polymer chains. The chain interaction and linkage energy of the polymer matrix by hydrogen bridge linkage and dipoles is reduced by the bounded H2O-molecules. The increased distance between the polymer chains reduces the linkage energy and therefore affects the material viscosity. This reversible influence is described by physical structural change.
The analysis enables an extension of the Carreau-approach to integrate the material condition and aging influences into a material behavior describing model approach. As the occurring phenomena are divided into physical and chemical structural changes they are described in separated approaches. The chemical reactions are integrated by a model approach based on the Arrhenius equation. The structural change factor describes the time and temperature dependent influences on the material viscosity. For the physical influences a new extension to the Carreau-approach is presented. The physical structural change factor integrates the residual moisture influence into the viscosity model for polymer flow behavior. Combining both structural change factors and the Carreau-approach, a complete description of aging influences and conditioning effects on the material behavior of polymers is possible. The influence strength for the physical as well as the chemical reactions has to be considered in double-digit ranges. In addition to these influences, variations of the viscosity by charge variations are discussed exemplary. The recorded influences have to be considered in a comparable range.
The understanding of the polymer behavior and the extended model approach enable a detailed process simulation of the injection molding process with respect to the material condition. A description of quality relevant process parameter is possible. Therefore the calibrated viscosity models are supplemented by an analysis of the thermodynamic behavior of the polymers. The process characterization by the simulation of the injection molding process is focused on the mass temperature and pressure development during the processing. Both process parameters describe the material behavior during the processing with direct correlation to quality relevant criteria. The criteria are for example the part weight, geometrical properties and the morphological properties. By varying material viscosities influenced by the material charge, material condition and aging reactions, die processing conditions and quality related parameters are directly affected. Hence a reduction of the viscosity leads during conventional processing control to a decreased resulting pressure and mass temperature profile. If the viscosity is increased for example by post-condensation reactions, this leads to increased mass temperature and pressure profiles during the processing. Especially for thermal sensitive materials this is a critical source for quality defects. Additional influences on the process quality are linked to the conditions at the switch-over point. A discussion of different switch-over criteria shows the variations of the filling ratio and the pvT-conditions of the material during the switch-over to the packing phase. These variations depend on the materials viscosity and the process control. The known influences by residual moisture on the part weight in injection molding can be displayed by the process simulation and the new material behavior describing model. The simulation of chemical and physical influences on the polymer structure and the injection molding process is possible with a very good correlation to real processing conditions. Based on the influences of varying material viscosities on quality relevant parameters like the mass temperature and the pressure conditions during the filling and packing a new strategy for quality control is developed. A pressure controlled injection molding process is setup referenced to a good quality production point. With varying viscosities a pressure controlled injection phase enables constant processing conditions related to the quality relevant parameters. The simulation results of this new strategy are the basics for an implementation into a complete process control.
In correlation with a process characterization at an injection molding machine the simulation results and process reaction by the material condition influences are validated. The transfer of the results to specific quality criteria is possible. State of the art machine technology and the available measurement setup enable a very precise process characterization. Viscosity variations and their influence on the processing are discussed by the example of varying residual moisture content of the material. Possible process parameters for a detection model are presented, like energetic key figures during the plasticizing and characteristic pressure profiles during the injection phase. By the combined results of simulation and real process characterization compensatory strategies and a new process control is developed. Related to the process characterization and the simulation results a pressure referenced, adaptive process control is implemented. The quality criteria of a constant part weight and constant mass temperature and pressure profile can be transferred from the simulation to the real processing. These criteria are supplemented by surface property requirements. Especially outgassing residual moisture in correlation with a reduced viscosity resulting in a reduced pressu
Der Einfluss institutioneller Rahmenbedingungen auf die Bankenbewertung in China: eine empirische Analyse systematischer Kapitalmarktreaktionen auf fiskal- und geldpolitische Maßnahmen
No full textWenngleich der chinesische Bankensektor im Verlauf des Transformationsprozesses in China seit dem Jahr 1978 zu dem viertgrößten weltweit angewachsen ist und sich hinsichtlich der Qualität seiner Vermögenswerte sowie seiner Solvenz generell verbessert hat, ist dieser auch gegenwärtig durch zu Industrieländern differierende, spezielle konstituierende Merkmale gekennzeichnet. Genannte systemimmanente Merkmale haben signifikante Auswirkungen auf die allokative, aber auch auf die operative Effizienz chinesischer Banken. Demzufolge bedarf der spezielle institutionelle Rahmen in China einer besonderen Analyse im Zuge der Bewertung einer chinesischen Bank. Um eine Einschätzung darüber zu geben, welche Bewertungsverfahren speziell für eine chinesische Bank unter Berücksichtigung der institutionellen Besonderheiten des chinesischen Finanzsektors am besten geeignet erscheinen, wurden theoretische und empirische Analyseschritte vollzogen. So wurde in einem ersten, theoretischen Analyseschritt der Einfluss der zu Industrieländern differierenden institutionellen Merkmale des chinesischen Finanzsektors auf die Anwendung von generell für die Bankenbewertung eingesetzten Verfahren theoretisch erörtert. In einem zweiten, empirischen Analyseschritt wurden alsdann anhand von Kursimplikationen infolge der Veränderungen von für Banken (fundamentalen) Informationen, erstens, die Informationseffizienz des chinesischen Kapitalmarktes als auch, zweitens, dessen internationale Integration mit denjenigen in den USA und der EU (implizit) empirisch überprüft. Beide Aspekte determinieren wiederum die Eignung generell für die Bankenbewertung verwendeter Verfahren speziell für die Bewertung einer chinesischen Bank. Zum Zweck der Durchführung des vorab genannten empirischen Analyseschrittes wurde eine Ereignisstudie durchgeführt, deren verwendeter Datensatz umfangreich eigens erfasst wurde. Den theoretischen Ergebnissen zufolge führen die Berücksichtigung sowohl der speziellen konstituierenden Charakteristika des chinesischen Bankensektors als auch der makroökonomischen Dynamik des Landes zu erheblichen Anwendungsschwierigkeiten der generell für die Bankenbewertung eingesetzten Verfahren im Rahmen einer Bankenbewertung in China. Mittels der eigenen empirischen Untersuchung konnte die schwache Form der Informationseffizienz des chinesischen Kapitalmarktes nicht falsifiziert werden. Die gewonnenen Ergebnisse indizieren zudem die partielle internationale Integration des Kapitalmarktes in China mit jenen in den USA und der EU. In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, dass der chinesische Kapitalmarkt mit dem US-amerikanischen Kapitalmarkt stärker integriert zu sein scheint als mit dem europäischen Kapitalmarkt, wobei in China durchgeführte fiskal- und geldpolitische Maßnahmen insbesondere Kursimplikationen in den USA auslösten, dies umgekehrt jedoch nicht festgestellt werden konnte. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass im Kontext einer konkreten Bewertungssituation einer chinesischen Bank sowohl cashflow- als auch marktpreisorientierte Bewertungsverfahren empfohlen werden können. Aufgrund der hohen Wertrelevanz der Auswahl CAPM-basierter Modellvarianten für die Ableitung der Eigenkapitalkosten in Schwellenländern wird angeraten, mittels unterschiedlicher hybrider CAPM-basierter Modelle Eigenkapitalkosten abzuleiten und hierüber eine Bandbreite genannter Kapitalkosten und damit des Unternehmenswertes für eine Bank in China herzuleiten
All-inorganic heterostructure light-emitting devices based on ZnO nanoparticles
No full textAll-inorganic ZnO nanoparticle LEDs provide an interesting alternative to traditional OLEDs and epitaxial LEDs. Inorganic materials are typically more stable than organic materials, ZnO shows tunable luminescence from the near UV to the low energetic end of the visible spectral range and a nanoparticle material allows the application of advanced concepts, e.g. LEDs from ink-jet printing and flexible LEDs. Nevertheless, all-inorganic ZnO LED concepts are suffering from low external quantum efficiencies. To discuss the reason behind this, the external quantum efficiency can be divided into three major components: the out-coupling efficiency, the injection efficiency and the luminescent quantum yield of the active material. The out-coupling efficiency describes the share of generated photons inside the device that actually leave it to light the surrounding. Because concepts to enhance the out-coupling efficiency can be transferred from other LED types, the focus of this work is set on the injection efficiency and the luminescent quantum yield, which bear ZnO specific challenges.
The injection efficiency describes the share of charge carriers that form an electron-hole pair from those that flow through the device in total. While electrons are easily transferred into ZnO, e.g. from an aluminum electrode, injecting holes is assumed to be much more difficult. The reason behind this is the very low valence band level of ZnO at -7.5 eV, which has even led to application of ZnO as hole blocking layer in solar cell concepts. Different hole injection layers, NiO, WO3 and GaN, are studied to reduce the injection barrier holes are facing at the anode interface of the ZnO layer. Apart from the valence band level, the studied hole injection layers differed in significant other properties like whether being n- or p-conducting and providing an electron barrier or not, giving an indication of their influence. It is demonstrated, that the injection efficiency could be enhanced from 0.01% for a bare ITO substrate up to 31% for a p-GaN:Mg injection layer.
The luminescent quantum yield of the active materials describes the share of electron-hole pairs inside the active material that recombine radiatively. While band gap luminescence of ZnO nanoparticles is typically very inefficient (< 1%), efficient blue, green and yellow emitting ZnO nanoparticles have been presented. These particles, however, have been made by wet-processing sol-gel methods and have to be capped with insulating ligands for stabilization, and are therefore disadvantageous for use in electrical devices. Here, a method to produce highly luminescent, green emitting ZnO quantum dots from the gas phase and without ligands from a nonthermal plasma is presented. Exceptional high quantum yields of up to 60% have been recorded for the smallest ZnO quantum dots after exposure to ambient air for one day, which is the highest reported value for any compound semiconductor nanoparticle material from the gas phase. Systematic studies reveal the influence of the surrounding atmosphere on the luminescence properties and are used to understand the mechanism of the efficient green emission.Komplett anorganische ZnO Nanopartikel LEDs bieten eine interessante Alternative zu herkömmlichen OLEDs und epitaktischen LEDs. Anorganische Materialien sind typischerweise stabiler als Organische, ZnO zeigt Lumineszenz vom UV bis zum niederenergetischen Ende des sichtbaren Spektrums und ein Nanopartikel Material erlaubt die Anwendung in fortgeschrittenen Konzepten, beispielsweise die LED Herstellung durch Inkjet-Drucken und die Realisierung von flexiblen LEDs. Die wesentliche Schwierigkeit bei der Entwicklung von anorganischen ZnO Nanopartikel LEDs für praktische Anwendungen liegt in ihrer sehr niedrigen externen Quanteneffizienz begründet. Zur Diskussion der Ursachen kann die externe Quanteneffizienz in drei Hauptbestandteile unterteilt werden: die Auskoppelungseffizienz, die Injektionseffizient und die strahlende Quanteneffizienz des aktiven Materials. Die Auskoppelungseffizienz beschreibt den Anteil der im Bauelement generierten Photonen, die das Bauelement anschließend tatsächlich verlassen und die Umgebung beleuchten. Da Konzepte zur Auskoppelung von anderen LED Typen übernommen werden können, wird der Fokus dieser Arbeit auf die Injektionseffizienz und strahlende Quanteneffizienz gelegt, die ZnO spezifische Herausforderungen bergen.
Die Injektionseffizienz beschreibt den Anteil der Ladungsträger, die ein Elektron-Loch Paar bilden, an denen, die insgesamt durch das Bauteil fließen. Während Elektronen recht einfach in ZnO injiziert werden können, beispielsweise mit einer Aluminium Elektrode, sind Löcher nur schwer zu injizieren. Der Grund hierfür liegt im sehr niedrigen Valenzbandniveau von ZnO bei -7.5 eV, eine Eigenschaft, die sogar zur Anwendung von ZnO als Lochblockierschicht in Solarzellen geführt hat. Hier werden verschiedene Lochinjektionsschichten, NiO, WO3 und GaN, untersucht, mit dem Ziel, die Injektionsbarriere zu reduzieren, der Löcher an der Grenzschicht zu ZnO auf Anodenseite gegenüberstehen. Außer im Valenzbandniveau unterscheiden sich die untersuchten Lochinjektoren in wesentlichen anderen Eigenschaften, ob sie p- oder n-leitend sind und ob sie eine Elektronenbarriere bereitstellen oder nicht. Damit geben sie Hinweise auf den Einfluss dieser weiteren Eigenschaften Lochinjektors für ZnO. Es wird gezeigt, dass sich die Injektionseffzienz von 0.01% mit einem unbeschichtetes ITO Substrat als Injektor auf 31% mit einer p-GaN:Mg Injektionsschicht steigern lässt.
Die strahlende Quanteneffizienz des aktiven Materials beschreibt den Anteil der Elektron-Loch Paare im aktiven Material die strahlend rekombinieren. Während die Bandlückenlumineszenz von ZnO typischerweise sehr ineffizient ist (<1%), wurde effiziente blaue, grüne und gelbe Emission von ZnO Nanopartikeln bereits nachgewiesen. Diese Partikel wurden jedoch in der Flüssigphase mit Hilfe von Sol-Gel Methoden hergestellt und mussten zur Stabilisierung mit isolierenden Liganden versehen werden, wodurch sich Nachteile für die Verwendung in elektrischen Bauelementen ergeben. Hier wird eine Methode entwickelt, mit der sich intensiv grün leuchtende ZnO Quantenpunkte aus der Gasphase mit einem nicht-thermischen Plasma herstellen lassen. Außergewöhnlich hohe Quanteneffizienzen von bis zu 60% wurden für die kleinsten ZnO Quantenpunkte nach Exposition an Luft für einen Tag festgestellt, was den höchsten Wert für Nanopartikel aus einem Verbindungshalbleiter darstellt, die in der Gasphase hergestellt wurden. Systematische Studien zeigen den Einfluss der Atmosphäre auf die Lumineszenzeigenschaften und werden genutzt, um den Mechanismus der effizienten grünen Rekombination zu verstehen
Association of long-term exposure to air pollution with arterial blood pressure and hypertension
No full textBluthochdruck ist der wichtigste Risikofaktor für Mortalität und Morbidität weltweit. Daher besitzen Faktoren, die den Blutdruck erhöhen und auf große Teile der Bevölkerung einwirken, eine hohe Relevanz bei der Erforschung von kardiovaskulären Erkrankungen. Es gibt erste Hinweise darauf, dass Luftverschmutzung ein solcher Faktor ist.
Der Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und kardiovaskulärer Morbidität und Mortalität ist in den letzten zwei Jahrzehnten eingehend untersucht und nachgewiesen worden. Einige Studien haben gezeigt, dass eine kurzfristige Erhöhung der Konzentration der Luftschadstoffe zu einer akuten Steigerung des Blutdrucks führen kann. Es wird vermutet, dass Langzeitexpositionen gegenüber Luftverschmutzung stärkere Auswirkungen auf den Blutdruck haben könnten. Außerdem könnte chronisch erhöhter Blutdruck als Teil des pathologischen Wirkungspfads verstanden werden, wie Luftverschmutzung zu Herz-Kreislauf Erkrankungen und Mortalität führen könnte.
Bislang ist die Evidenz für den Zusammenhang zwischen langfristiger Belastung gegenüber Luftverschmutzung und arteriellem Blutdruck nicht ausreichend. Es ist außerdem nicht klar, welche Partikel, Gase und andere Komponenten der Luftverschmutzung für eine Erhöhung des Blutdrucks verantwortlich sein könnten. Auch der biologische Wirkungspfad der Luftverschmutzung auf den Blutdruck ist noch nicht etabliert beschrieben worden.
Ziel dieser Studie war es, sowohl die Assoziation zwischen der langfristigen Luftschadstoffexposition und dem arteriellen Blutdruck, als auch mögliche zugrundeliegende Wirkungspfade, zu untersuchen. Die Forschungsfragen wurden mithilfe zweier methodischer Ansätze beantwortet: (1) Auswertung von Daten einer großen bevölkerungsbasierten Kohortenstudie und (2) Messung und statistische Auswertung von Daten aus einem Tierexperiment.
Für den ersten methodischen Ansatz wurden Daten aus der Heinz Nixdorf Recall Studie, einer prospektiven Kohorte im Ruhrgebiet, ausgewertet. Langzeitkonzentrationen verschiedener Komponenten der Luftverschmutzung aus urbanem Hintergrund wurden mit einem Dispersions- und Chemie-Transport Modell geschätzt und den Wohnadressen der Studienteilnehmer zugewiesen. Blutdruckmessungen, Laboruntersuchungen, anthropometrische Messungen sowie Befragungen zum Lebensstil, zur Bildung, zu Vorerkrankungen und anderen Risikofaktoren wurden von geschulten Mitarbeitern anhand standardisierter Vorgaben durchgeführt und erfasst. Außerdem wurden Informationen über Verkehrslärm und der sozioökonomische Status der Nachbarschaft erhoben. Der Zusammenhang zwischen Langzeitbelastung gegenüber Luftschadstoffen mit dem gemessenen Blutdruck und einer Hypertonie wurden mit multiplen Regressionsmodellen analysiert, welche für relevante Kovariablen und die Einnahme von antihypertensiven Medikationen adjustiert wurden. Multi-Pollutant Modelle (Einbeziehung mehrerer Luftverschmutzungskomponenten) wurden berechnet, um die verantwortlichen Komponenten für eine Blutdrucksteigerung zu identifizieren. Die Analysen wurden sowohl im Querschnitt (Blutdruck, Prävalenz der Hypertonie) als auch im Längsschnitt (Inzidenz einer Hypertonie) durchgeführt.
Die Analysen zeigten eine positive Assoziation zwischen der langfristigen Exposition gegenüber Feinstaub aus dem städtischen Hintergrund und einer Erhöhung des Blutdrucks. Dieser Zusammenhang war unabhängig von Expositionen gegenüber gasförmigen Luftschadstoffen (mit der Ausnahme von Ammoniak). Die Assoziation war linear, ohne Schwellenwert. Verkehrslärm, der sozioökonomische Status der Nachbarschaft und andere relevante Störfaktoren hatten auf diesen Befund keinen Einfluss. Zusätzlich weisen die Ergebnisse auf einen positiven Zusammenhang von langfristigen Ammoniak-Expositionen am Wohnort und Blutdruckwerten hin, welcher in weiteren Studien Bestätigung finden sollten. Assoziationen mit arterieller Hypertonie wurden nicht beobachtet.
Im experimentellen Tierversuch wurde die 13-wöchige Exposition gegenüber Dieselabgasen und Stickstoffoxiden untersucht. Die Expression von Genen, die auf dem Wirkungspfad zwischen Luftverschmutzung und höheren Blutdruckwerten beteiligt sein können, wurde mithilfe quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion in Mäuselungen gemessen. Die Exposition gegenüber Dieselabgasen und Stickoxide wirkte sich auf die Aktivität von fünf Genen aus: CYP1A1, NQO1, iCAM, iNOS und TNF. Die Produkte dieser Gene sind in den Fremdstoffmetabolismus, in Entzündungsprozesse, oxidativen Stress und Gefäßtonus-Regelung eingebunden.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich positive Assoziationen zwischen der langfristigen Exposition gegenüber Luftverschmutzung mit erhöhtem Blutdruck in einer bevölkerungsbasierten Kohorte zeigten. Erkenntnisse des experimentellen Teils dieser Studie deuten drauf hin, dass verkehrsbezogene Luftverschmutzungspartikel zu Entzündungen, oxidativem Stress und Gefäßreaktionen führen können, was wiederum den Bluthochdruck beeinflussen könnte.
Blutdruck ist einer der wichtigsten modifizierbaren Risikofaktoren für Morbidität und Mortalität weltweit. Die Zahl der Hypertoniker in der Bevölkerung steigt stetig an. Eine relativ geringe Erhöhung des Blutdrucks aufgrund der Einwirkung von Luftverschmutzung könnte, auf Bevölkerungsebene, zu einer wesentlich höheren Belastung der Bevölkerung führen. Die Ergebnisse dieser Studie liefern Hinweise dafür, dass weitere Maßnahmen zur Verringerung der Luftverschmutzung zu erheblichen gesundheitlichen Vorteilen für die Bevölkerung führen könnten.High blood pressure is a major determinant for mortality and disability in the developed world. Therefore, factors which increase blood pressure and which affect large populations have a high priority in cardiovascular health research. One of such factors may be ambient air pollution.
The link between air pollution and cardiovascular morbidity and mortality has been established in the last two decades. There are studies showing that short-term elevations in air pollution can lead to increased blood pressure within hours or days. It has been suggested that long-term exposure to air pollution would have an even stronger effect on blood pressure. Moreover, chronically elevated blood pressure could be a part of the pathophysiologic mechanism on how exposure to air pollution can lead to cardiac events and mortality.
So far, only few studies have investigated the effect of long-term exposure to air pollution on blood pressure, with mixed results. Multiple questions remain unanswered yet. Which pollutant (or pollutants) in the air pollution mixture could be responsible for blood pressure elevation? Is the association of air pollution with blood pressure confounded by the influence of concurrent residential exposures, such as road traffic noise and neighborhood deprivation? Finally, it is not clear through which biologic pathways air pollution could chronically increase blood pressure and lead to hypertension. It is likely that inflammation and oxidative stress, triggered by inhaled pollutants, play a central role in this process. Oxidative damage, autonomic nervous system imbalance, and vascular endothelial dysfunction could be some of the mechanisms involved in chronic blood pressure elevation following long-term air pollution exposure.
The aim of this study was to investigate the effect of long-term air pollution and its specific components on blood pressure and hypertension and to investigate possible underlying pathophysiologic mechanisms. In the research part of this study, I applied two methodologies: (1) observational, including statistical analyses of the data from a prospective cohort study, and (2) experimental, using a controlled-exposure animal study.
I conducted the observational part of this study using a population-based cohort, the Heinz Nixdorf Recall Study in the highly urbanized Ruhr area of Germany. Long-term concentra-tions of urban background air pollution (particulate and gaseous pollutants) at participants’ residences were modeled with dispersion and chemistry transport model. Related residential exposures (road traffic noise, area-level socio-economic status) were also assessed. Blood pressure was measured at baseline and after five years of follow-up with a standardized procedure. Information on cardiovascular risk factors, co-morbidities, lifestyle and socio-economic factors was collected. Cross-sectional and longitudinal multiple regression analyses were performed, taking into account relevant confounders, and the intake of blood pressure lowering medication. I also employed multi-pollutant models to identify the responsible compounds.
I found a positive association of long-term exposure to fine particulate matter with blood pressure. This association was independent of gaseous pollutants (except ammonia), traffic noise, other co-exposures, and relevant confounders. The association of air pollution with blood pressure was linear and without a threshold. I also found a positive association of long-term ammonia exposure at residence with blood pressure, which should be confirmed in further studies. I observed no associations with prevalent or incident hypertension.
In the experimental part of this study, I measured and compared gene expression in mice lungs after controlled 13-week exposure to diesel engine exhaust and nitrogen oxides. I found changes in the activity of the following genes: CYP1A1, NQO1, iCAM, iNOS, and TNFα. These genes are involved in xenobiotic metabolism, inflammation, oxidative stress and vascular tone regulation.
In summary, I found a positive association of long-term exposure to air pollution with elevated blood pressure in a population-based cohort. This association is likely attributable to fine particulate matter and independent from co-exposure to most gases in the air pollution mixture, to road traffic noise, to residential deprivation, or from relevant confounders. My findings from the experimental part of this study provide supportive evidence that traffic-related air pollution can induce inflammation, oxidative stress and vascular reactions, which might favor hypertension in the long run
Verbreitung bentischer Wirbelloser in Fließgewässern
No full textThe explanation of distributional patterns of riverine macroinvertebrates remains one of the major challenges in aquatic ecology. In addition to natural drivers such as geology, geomorphology and ecoregion influencing river characteristics and the composition of their communities, freshwaters are nowadays heavily impacted by various anthropogenic stressors operating on different spatial scales. The aquatic environment has been severely altered by i.a. point and diffuse sources of pollution habitat degradation and hydrological alterations. More specifically, environmental conditions have been impaired by changes in water chemistry due to nutrient enrichment and organic and/or toxic pollution, increased fine sediment input caused by changes in land use and lack of riparian vegetation as well as by changing flow velocities and substratum availability due to channel straightening. Beside these changes of the physical habitat also metapopulation dynamics have been strongly subjected to anthropogenic alterations. Recolonization processes have been made more difficult due to an increased construction of instream-barriers such as dams or weirs modified land use within the riverine environment, and persistent urbanization all of which promote the fragmentation of local populations. Especially habitats for sensitive species with high ecological demands are often degraded or lacking, limiting the number of source populations in the catchment. In order to reestablish near-natural habitat conditions and associated freshwater communities, the European Water Framework Directive (WFD, Directive 2000/60/EC) came into force in 2000. The directive aims at restoring degraded rivers in order to improve their ecological and chemical status, obligating river management to achieve ‘good’ ecological status until the year 2027 for all surface waters.Within this context, macroinvertebrates have long been used as indicators to assess the ecological status of a river in addition to fish and aquatic flora. The present thesis was mainly developed within the IMPACT research project and contributed to several tasks within an integrated modeling framework. The main objectives of the thesis were: (i) the characterization of species’ habitat preferences to develop a reach-scale habitat model, (ii) the development and application of a reach-scale habitat model to assess the effect of predicted abiotic changes on the macroinvertebrate community and ultimately biological assessment and (iii) the development and application of a Species Distribution Model (SDM) to identify source populations which are used as input for subsequent dispersal modeling in order to assess the (re)-colonization potential of selected species within the catchment
Intranasale Reflex-Therapie bei chronischer Rhinosinusitis
No full textAbstract
1. Einleitung
Die chronische Rhinosinusitis ist eine oft nur schwer oder unzureichend therapierbare Erkrankung der oberen Atemwege und kann wie andere chronische Volkskrankheiten (z.B. Herzinsuffizienz, Asthma und COPD) je nach Verlauf zu einer deutlichen Einschränkung der Lebensqualität führen. Die Intranasale Nasale Reflex-Therapie (INRT) ist ein altes, minimal-invasives Verfahren aus der Komplementärmedizin, bei der mittels mit Nasen-Reflex-Öl getränkten Watteträgern intranasal nacheinander drei Reflexzonen beidseits stimuliert werden. Ziel dieser randomisierten, prospektiven, klinischen Studie war es, die kurzfristige Wirksamkeit der INRT anhand der Symptome Kopfschmerzen und Nasenatmungsbehinderung bei chronischer Rhinosinusitis zu prüfen.
2. Methode
Die Studie wurde als dreiarmige, monozentrische Interventionsstudie mit drei Behandlungsterminen pro Woche über einen Behandlungszeitraum von zwei Wochen pro Studienpatient angelegt. Es gab drei Interventionsgruppen:
Interventionsgruppe I (Anwendung der INRT mit NRT-Öl),
Interventionsgruppe II (Anwendungen der INRT mit Na-Cl),
Interventionsgruppe III (intranasale Anwendung von Na-Cl-Aerosol).
3. Ergebnisse
Insgesamt wurden 66 Studienpatienten eingeschlossen, davon waren 18 männlich und 48 weiblich, die ein Durchschnittsalter von 41,8 Jahren aufwiesen und im Mittel länger als 10 Jahre unter einer chronischen Rhinosinusitis litten. Von diesem Patientenkollektiv konnten 275 komplette Datensätze erhoben werden.
3.1. Reduktion der Kopfschmerzen in Ruhe:
Die Intervention mit NRT-Öl war den Interventionen mit NRT-NaCl und NaCl-Aerosol signifikant überlegen (p = 0,039). Unter der INRT mit NRT-Öl war der Kopfschmerz in Ruhe bei 83 % der Patienten in der Interventionsgruppe I rückläufig. Bereits nach zwei Behandlungen konnte eine signifikante Reduktion der Kopfschmerzen in Ruhe erreichet werden (p = 0,011). Nach fünf Interventionen konnte der Kopfschmerz in Ruhe individuell um 75 % bis zu 100 % reduziert werden.
3.2. Reduktion der Kopfschmerzen in Kopftieflage
Die INRT mit NRT-Öl war den Interventionen INRT mit NRT-NaCl und NaCl-Aerosol signifikant überlegen (p = 0,034). Der positive Effekt zeigte sich bereits nach der zweiten Behandlung.
3.3. Reduktion der Druckschmerzhaftigkeit über den Druckpunkten Os frontale und Os maxillare beidseits
Keine der drei Interventionen war signifikant überlegen. Ein positiver Effekt zeichnete sich erst nach fünf Behandlungsterminen für die INRT mit NRT-Öl ab (p = 0,025).
3.4. Funktionsverbesserung der nasalen Ventilation
Keine der drei Interventionen zeigte einen signifikanten Einfluss auf den nasalen Flow. Objektiv konnte keine Ventilationsverbesserung nachgewiesen werden, lediglich bei der INRT mit NRT-Öl wurde eine subjektive Ventilationsverbesserung beschrieben.
4. Diskussion
Die Studienergebnisse zeigen eine kurzfristige, signifikante Reduktion der gesamten Kopfschmerzsymptomatik durch die Anwendung der INRT mit NRT-Öl bei chronischer Rhinosinusitis. Objektiv konnte keine Verbesserung des nasalen Flows nachgewiesen werden, wenngleich der Einsatz von NRT-Öl zu einer subjektiven Ventilationsverbesserung führte. Dies deckt sich mit den Studienergebnissen von Eccels aus dem Jahr 1990, der eine subjektive Ventilationsverbesserung von Menthol auf den nasalen Flow zeigte. Das NRT-Öl enthält unter anderem 11 % Eukalyptus-Öl und 3 % Minz-Öl. Es ist wahrscheinlich, dass die subjektive Ventilationsverbesserung maßgeblich darauf zurückzuführen ist. Es bleibt zu klären, wie lange der positive Effekt der INRT mit NRT-Öl anhält und welchen Anteil der mechanische Reiz hat, indem einer Vergleichskohorte das NRT-Öl als Aerosol appliziert wird. In weiterführenden Studien unter europäischen Standards sollte die bildgebende Diagnostik gemäß der AWMF-Leitlinie durchgeführt werden.
5. Zusammenfassung
Es konnte der Nachweis eines positiven Effektes auf die kurzfristige Reduktion der Kopfschmerzsymptomatik bei chronischen Rhinosinusitis unter Anwendung der INRT mit NRT-Öl in dieser Studienkohorte unter den klinischen Bedingungen der HNO-Ambulanz in der Dominikanischen Republik geführt werden