119 research outputs found
Protective activity of aromatic amines and imines against oxidative nerve cell death
No full textOxidative stress is a widespread phenomenon in the pathology of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and amyotrophic lateral sclerosis. Neuronal cell death due to oxidative stress may causally contribute to the pathogeneses of these diseases. Therefore, neuroprotective antioxidants are considered to be a promising approach to slow down disease progression. We have investigated different aromatic amine and imine compounds for neuroprotective antioxidant functions in cell culture, and found that these compounds possess excellent cytoprotective potential in diverse paradigms of oxidative neuronal cell death, including clonal cell lines, primary cerebellar neurons, and organotypic hippocampal slice cultures. Aromatic amines and imines are effective against oxidative glutamate toxicity, glutathione depletion, and hydrogen peroxide toxicity. Their mode of action as direct antioxidants; was experimentally confirmed by electron spin resonance spectroscopy, cell-free brain lipid peroxidation assays, and intracellular peroxide measurements. With half-maximal effective concentrations of 20-75 nm in different neuroprotection experiments, the aromatic imines phenothiazine, phenoxazine, and iminostilbene proved to be about two orders of magnitude more effective than common phenolic antioxidants. This remarkable efficacy could be directly correlated to calculated properties of the compounds by means of a novel, quantitative structure-activity relationship model. We conclude that bridged bisarylimines with a single free NH-bond, such as iminostilbene, are superior neuroprotective antioxidants, and may be promising lead structures for rational drug development
Multilokale, regionale Messung der Sauerstoffsättigung bei Fontan-Patienten mit und ohne Eiweißverlustenteropathie in Ruhe und unter Belastung
No full textBACKGROUND: Protein-losing enteropathy (PLE) is a severe complication of Fontan circulation with increased risk of end-organ dysfunction. We evaluated tissue oxygenation via near-infrared spectroscopy (NIRS) at different exercise levels in Fontan patients. METHODS: Assessment of multisite NIRS during cycle ergometer exercise and daily activities in three groups: Fontan patients with PLE; without PLE; patients with dextro-transposition of the great arteries (d-TGA); comparing univentricular with biventricular circulation and Fontan with/without PLE. Renal threshold analysis (<65%;<55%;<45%) of regional oxygen saturation (rSO2) was performed.
RESULTS: Fontan patients showed reduced rSO2 (p < 0.05) in their quadriceps femoris muscle compared with biventricular d-TGA patients at all time points. rSO2 in renal tissue was reduced at baseline (p = 0.002), exercise (p = 0.0062), and daily activities (p = 0.03) in Fontan patients with PLE. Renal threshold analysis identified critically low renal rSO2 (rSO2 < 65%) in Fontan patients with PLE during exercise (95% of monitoring time below threshold) and daily activities (83.7% time below threshold).
CONCLUSION: Fontan circulation is associated with decreased rSO2 values in skeletal muscle and hypoxemia of renal tissue solely in patients with PLE. Reduced rSO2 already during activities of daily life, might contribute to comorbidities in patients with Fontan circulation, including PLE and renal failure.Einleitung:
Im Rahmen dieser klinischen Studie wurde die Sauerstoffsättigung und ihre Dynamik im Zusammenhang mit körperlicher Belastung auf dem Ergometer bei Fontan-Patienten mit und ohne PLE (protein losing enteropathy), sowie d-TGA- Patienten (dextro transposition of the great arteries) mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) untersucht.
Trotz größter Bemühungen in der Behandlung und Nachsorge von Fontan- Patienten ist das Risiko für verschiedene Komplikationen im Rahmen der Fontan- Zirkulation im Vergleich zur physiologischen Zirkulation deutlich erhöht. Entsprechend war ein Ziel dieser Studie weitere Einblicke in Physiologie und Pathophysiologie der Fontan-Zirkulation und im Speziellen der damit assoziierten PLE zu gewinnen.
Material und Methoden:
Die Rekrutierung der Fontan-Patienten erfolgte durch eine Datenbankabfrage aller ambulanten Patienten der Kinderkardiologie des Universitätsklinikums Erlangen im Zeitraum von Juni 2013 bis Juni 2014. Patienten mit Infektionen oder chirurgischen Eingriffen innerhalb der vorangegangenen 6 Monate wurden von der Studie ausgeschlossen. Eine Körpergröße von mindestens 130cm musste für die Durchführung der Ergometrie-Testung erfüllt werden.
Diese single-center Kohorte beinhaltete n=38 Patienten. Davon n=22 Fontan ohne PLE, n=7 Fontan mit PLE, sowie n=9 d-TGA.
d-TGA-Patienten wurden als Kontrollgruppe gewählt, da sie ebenfalls im Neugeborenenalter eine offene herzchirurgische Intervention (arterial switch operation) durchlaufen, durch die sie anschließend, im Gegensatz zu Fontan- Patienten, über eine physiologische, biventrikuläre Zirkulation verfügen.
Für diese Studie wurde die PLE, der aktuellen Literatur folgend, als Kombination aus Diarrhöen, Ascites, Ödemen, Pleuraergüssen, erhöhtem Alpha-1- Antitrypsion im Stuhl (>400μg), vermindertem Gesamteiweiß im Serum (<50g/L), Hypoalbuminämie (<30g/L), Hyponatriämie (<135mmol/L) und Hypogammaglobulinämie (<4g/L) definiert.
Die Studienteilnehmer durchliefen eine ergometrische Testung mit steigender Belastung bis zur individuellen oder symptom-limitierten Belastungsgrenze.
Es wurden 12-Kanal EKG, nicht invasive Blutdruckmessungen, Pulsoxymetrie sowie NIRS Monitoring während der Belastungszeit registriert. Das Studienprotokoll umfasste eine 5-minütige Vorbereitungszeit zur Bestimmung der individuellen NIRS-Baseline, die individuelle Belastungszeit, eine Erholungszeit von 5 Minuten, sowie eine anschließende ca. einstündige Phase mit alltäglicher Belastung (z.B. einem Parkspaziergang) unter portablem NIRS Monitoring.
Die NIRS-Aufzeichnung erfolgte an 4 Messpunkten (frontaler Kortex, M. triceps brachii links, Niere rechts (nach sonographischer Kontrolle), M. quadriceps femoris rechts) mittels Nonin Sensmart X-100. Die rSO2-Werte wurden alle 4 Sekunden aufgezeichnet (=15/min) und als arithmetisches Mittel zu je einer Minute zusammengefasst.
Ergebnisse:
Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen in Bezug auf Körpergröße, -gewicht und Alter zum Studienzeitpunkt gefunden. Ebenso wenig konnte durch Analyse vorliegender MRT-Daten ein signifikanter Unterschied der kardialen Auswurfleistung der beiden Fontan-Kohorten festgestellt werden. Bei Patienten jünger als 18 Jahren zeigte sich im Rahmen der Auswertung der Perzentilen, dass PLE-Patienten signifikant leichter und kleiner als Fontan- Patienten ohne PLE waren.
PLE-Patienten wiesen eine signifikant kürzere Belastungszeit auf und konnten signifikant weniger W/kg (Watt/Kilogramm Körpergewicht) leisten als Fontan- Patienten ohne PLE und d-TGA-Patienten.
Fontan-Patienten ohne PLE erreichten ebenfalls weniger W/kg verglichen mit den biventrikulären Kontrollen.
In den NIRS-Messungen im Bereich des frontalen Kortexes sowie des M. triceps brachii konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den untersuchten Gruppen festgestellt werden.
Die Messungen im Bereich des M. quadriceps femoris zeigten im Vergleich zwischen Fontan mit und ohne PLE ebenfalls keine signifikanten Unterschiede. Der jeweilige Vergleich der univentrikulären Kohorten mit der biventrikulären Kontrollgruppe zeigte signifikant geringere Sättigungswerte in den Fontan- Gruppen.
Die gemessene NIRS Baseline für PLE-Patienten war signifikant niedriger als die Baseline der Fontan-Patienten ohne PLE und die Baseline der d-TGA-Patienten. In allen Zeitabschnitten waren die gemessenen Werte für PLE-Patienten signifikant niedriger als d-TGA-Patienten. Im Vergleich zu den Fontan-Patienten ohne PLE waren die Werte der PLE-Patienten zwar niedriger, jedoch erreichten sie keine statistische Signifikanz.
In der Schwellenwert-Analyse der renalen NIRS Messungen konnte gezeigt werden, dass die PLE-Patienten zu 95% der Messzeitpunkte unterhalb des rSO2-Schwellenwertes von 65% (kritisch) lagen. 48% der Messungen waren unter 55% (gefährlich) und 33,3% unter 45% (akute Gefahr eines akuten Nierenversagens). Der rSO2-Schwellenwert von 55% wurde bereits bei 40% der Zeitpunkte der täglichen Aktivitäten von den PLE-Patienten unterschritten.
Der Schwellenwert von 45% (kritisch) für die cerebrale NIRS-Messung wurde von PLE-Patienten zu 14% der Messzeitpunkte während der körperlichen Belastung unterschritten, während er von Fontan-Patienten ohne PLE nur zu 6% und von d-TGA-Patienten zu keinem Zeitpunkt unterschritten wurde.
Diskussion:
Univentrikuläre Patienten wiesen eine signifikant kürzere Belastbarkeit auf. Dies wird in der Literatur u.a. als Folge einer eingeschränkten Zirkulation angesehen, die letztlich in einem verminderten kardialen Auswurf mündet.
Der Effekt einer Entsättigung im aktivierten Muskelgewebe bei Belastung als physiologischer Prozess wurde bereits in unterschiedlichen Studien beschrieben. Wir konnten ähnliche Ergebnisse in Patienten mit uni- und biventrikulärer Zirkulation feststellen. Bereits vor dem eigentlichen Belastungszeitraum jedoch zeigten sich bei univentrikulären Patienten mit und ohne PLE signifikant geringere Sättigungswerte im Skelettmuskel verglichen mit biventrikulären Kontrollen. Unter körperlicher Belastung verstärkten sich diese Unterschiede signifikant.
Insbesondere die renalen Sättigungswerte fielen bei PLE-Patienten jedoch stellenweise unter Schwellenwerte, die in der Literatur als ein akutes Risiko für ein akutes Nierenversagen angesehen werden. Ein Nierenversagen, wie auch weitere Endorganschäden, sind mit einem schlechten Outcome assoziiert. Aufgrund der in dieser Studie erhobenen Daten ist zu diskutieren ob eine (chronische) Hypoxie möglicherweise mit der Entwicklung eines Nierenversagens oder auch einer PLE bei Fontan-Patienten assoziiert ist.
Schlussfolgerung:
Die univentrikuläre Fontan-Zirkulation ist mit verminderter Sauerstoffsättigung im Skelettmuskel, insbesondere der unteren Extremität, verbunden. Darüber hinaus zeigte sich eine renale Hypoxie in Fontan-Patienten mit PLE. Diese Unterschiede zeigten sich in alltäglichen Situationen und aggravierten im Rahmen körperlicher Belastung noch weiter. Die Möglichkeit von Endorganschäden wie einem Nierenversagen als Folge einer Hypoxie oder eine mögliche Assoziation zwischen chronischer Hypoxie und der PLE sollte durch weitere Studien untersucht werden
Conditional immortalization of human B cells by CD40 ligation
No full textIt is generally assumed that human differentiated cells have a limited life-span and proliferation capacity in vivo, and that genetic modifications are a prerequisite for their immortalization in vitro. Here we readdress this issue, studying the long-term proliferation potential of human B cells. It was shown earlier that human B cells from peripheral blood of healthy donors can be efficiently induced to proliferate for up to ten weeks in vitro by stimulating their receptor CD40 in the presence of interleukin-4. When we applied the same stimuli under conditions of modified cell number and culture size, we were surprised to find that our treatment induced B cells to proliferate throughout an observation period of presently up to 1650 days, representing more than 370 population doublings, which suggested that these B cells were immortalized in vitro. Long-term CD40-stimulated B cell cultures could be established from most healthy adult human donors. These B cells had a constant phenotype, were free from Epstein-Barr virus, and remained dependent on CD40 ligation. They had constitutive telomerase activity and stabilized telomere length. Moreover, they were susceptible to activation by Toll-like receptor 9 ligands, and could be used to expand antigen-specific cytotoxic T cells in vitro. Our results indicate that human somatic cells can evade senescence and be conditionally immortalized by external stimulation only, without a requirement for genetic manipulation or oncoviral infection. Conditionally immortalized human B cells are a new tool for immunotherapy and studies of B cell oncogenesis, activation, and function
Perioperative LiMAx Test Analysis: Impact of Portal Vein Embolisation, Chemotherapy and Major Liver Resection
No full textBackground: Postoperative liver failure (PLF) is a severe complication after major liver resection (MLR). To increase the safety of patients, clinical bedside tests are of great importance. However, limitations of their applicability and validity impair their value. Methods: Preoperative measurements of the liver maximum capacity (LiMAx) were performed in n = 40 patients, who underwent MLR (≥3 segments). Matched postoperative LiMAx was measured in n = 21 patients. Liver function was compared between pretreated patients (n = 11 with portal vein embolisation (PVE) and n = 19 patients with preoperative chemotherapy) and therapy naïve patients. The LiMAx values were compared with liver-specific blood parameters and volumetric analysis. Results: In total, n = 40 patients were enrolled in this study. The majority of patients (n = 33; 82.5%) had high preoperative LiMAx values (>315 µg/kg/h), while only seven patients (17.5%) had medium values (140–315 µg/kg/h), and none of the patients had low values (p > 0.05). The preoperative LiMAx values were significantly higher than the matched postoperative values on postoperative day 1 (p n = 12) showed a continuous increase until 14 days after surgery. In the patients with postoperative complications, a decrease in the LiMAx was associated with a prolonged recovery. Conclusions: For patients undergoing MLR within the 0.5% rule, which is the clinical gold standard, the LiMAx values do not offer any additional information. Additionally, the LiMAx may have reflected liver function, but it did not deliver additional information regarding postoperative liver recovery. The clinical use of LiMAx might be relevant in selected patients beyond the 0.5% rule
Ethische Auseinandersetzung mit Tiermedizin und Antibiotikaeinsatz
No full textDas internationale Projekt «Roadmap» befasste sich mit dem Antibiotikaeinsatz in der Nutztierhaltung. Zum Projektabschluss Ende Mai organisierte das beteiligte FiBL eine Diskussion zu ethischen Fragen rund um die Nutztierhaltung und -behandlung mit dem Philosophen Dr. Christian Dürnberger von der Veterinärmedizinischen Universität Wien. Die rund 40 Teilnehmenden aus Forschung und Praxis brachten ihre vielfältigen eigenen Erfahrungen in die Diskussionen mit ein
Antioxidant structural functions of tyrosine and tryptophan in membrane proteins and peptide hormones
No full text0\. Titelseite und Inhaltsverzeichnis
1\. Einführung 6
2\. Material und Methoden 13
3\. Ergebnisse 27
4\. Diskussion und Perspektive 52
5\. Referenzen 68
6\. Abkürzungsverzeichnis 82
7\. Danksagung 84
8\. Publikationen des Autors 85
9\. Zusammenfassung 87
10\. Summary 89Die Transmembrandomänen integraler Membranproteine zeigen eine
außergewöhnliche Anreicherung mit den Aminosäuren Tyrosin und Tryptophan,
besonders ausgeprägt in der Region, die dem Bereich der höchsten Dichte in der
Lipidmembran entspricht. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß diese
beiden Aminosäuren essentielle antioxidative Funktionen in der Lipidmembran
ausüben und die Zelle vor oxidativer Zerstörung schützen. Tyrosin und
Tryptophan enthaltende Peptide mit Sequenzen, wie sie in den
Transmembrandomänen verschiedener integraler Membranproteine auftauchen,
verhindern die Disintegration der Zellmembran und den Zelltod neuronaler
Zellen unter oxidativem Streß. Langkettig acylierte Tyrosin- und
Tryptophanderivate, nicht jedoch Derivate des Phenylalanins, anderer
Aminosäuren, und auch nicht nur kurzkettig acylierte Derivate, sind effektive
Inhibitoren der zellulären Peroxidakkumulation, der Lipidperoxidation sowie
des oxidativen Zelltods. Die antioxidative Funktion von intramembranärem
Tyrosin und Tryptophan liefert eine spezifische Erklärung für ihr distinktes
Verteilungsmuster in Transmembranproteinen sowie möglicherweise auch für die
hohe Vulnerabilität der sich durch einen sehr niedrigen Membranproteingehalt
auszeichnenden neuronalen Membranen gegenüber oxidativem Streß. Diese hohe
Vulnerabilität wird bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen
beobachtet, und langkettig acylierte Tyrosin- und Tryptophanderivate könnten
Dank ihrer potentiellen Blut-Hirn-Schrankengängigkeit interessante
Leitstrukturen für die pharmazeutische Entwicklung neuroprotektiver Agentien
sein. Peptidhormone sind eine zweite, in dieser Arbeit neu beschriebene Klasse
endogener, antioxidativ wirksamer Strukturen, deren radikalmodulatorische
Effekte auf ihren Tyrosin-und Tryptophangehalt zurückzuführen sind. Die
kurzkettigen sekretorischen Peptide LHRH, Enkephalin, Angiotensin und Oxytocin
wirken als biochemische Antioxidantien in wäßrigen Systemen. Sie reagieren
direkt mit freien Peroxylradikalen, verhindern die Oxidation von LDL, und sie
hemmen die Peroxidation von Hirnmembranen. Außerdem sättigen sie reaktive
Stickstoffspezies wie Stickstoffmonoxid und Peroxynitrit ab und wirken als
direkte Spinquencher, wobei ihre antioxidativen Eigenschaften auf dem
Vorhandensein frei zugänglicher Tyrosin- und Tryptophanreste beruhen. Als
Produkte aus der Reaktion von Peptidhormonen mit freien Radikalen lassen sich
verschiedene Peptid-Radikal-Addukte sowie auch modifizierte Peptiddimere
nachweisen. Signifikante antioxidative Effekte werden in nanomolaren
Konzentrationen beobachtet. Vermutlich stellen sekretorische Peptidhormone
somit einen wichtigen Teil des endogenen antioxidativen Verteidigungssystems
dar, und die direkte chemische Wechselwirkung zwischen radikalischen
Signalmolekülen wie Peroxynitrit und Peptidhormonen könnte ein ungewöhnlicher
Typus des Crosstalks zwischen biologischen Signalen sein. Das Potential der
beschriebenen Antioxidantien für die Entwicklung neuer Pharmaka für den
Einsatz bei degenerativen Erkrankungen des Menschen wird diskutiert.
Schließlich werden die gefundenen, generellen antioxidativen Eigenschaften
Tyrosin- und Tryptophan-tragender Strukturen mit einigen bislang nicht in
diesem Zusammenhang diskutierten biochemischen Erkenntnissen in Beziehung
gesetzt, und es wird die Hypothese aufgestellt, daß Tyrosin und Tryptophan
evolutiv sehr junge Aminosäuren sind, die erst nach dem Auftreten von
Sauerstoff in der Biosphäre vor 2,5 Milliarden Jahren zu den anderen codierten
Aminosäuren hinzugekommen sind.The transmembrane domains of integral membrane proteins show an astounding
accumulation of tyrosine and tryptophan residues, especially in the membrane
region with the highest lipid density. It is shown that these residues perform
vital antioxidant functions inside lipid bilayers and protect cells from
oxidative destruction. First, tyrosine- and tryptophan-containing peptides
representing stretches from the transmembrane domains of different integral
membrane proteins prevent oxidative lysis in neuronal cells. Second, long-
chain acylated tyrosine and tryptophan, but not phenylalanine, other amino
acids, or short-chain acylated derivatives, are potent inhibitors of
intracellular peroxide accumulation, lipid peroxidation, and oxidative cell
death of clonal cells, primary neurons and organotypic slice cultures. The
antioxidant functions of tyrosine and tryptophan provide a specific
explanation for (i) their unique transmembrane distribution pattern and (ii)
the high vulnerabiliy of low-protein neuronal membranes to oxidative stress,
which is a characteristic phenomenon observed in neurodegenerative disorders.
Due to their high antioxidant efficacy and their presumed active passage
through the blood-brain barrier, long-chain acylated tyrosine and tryptophan
derivatives might be very promising lead structures for neuroprotective drug
design. A second novel class of endogenous antioxidant structures whose
radical-modulatory effects are based on tyrosine and tryptophan residues, are
peptide hormones. The short-chain secretory peptides luteinizing hormone
releasing hormone (LHRH), enkephalin, angiotensin, and oxytocin, are
biochemical antioxidants in aqueous medium. They directly scavenge free
peroxyl radicals, they prevent the oxidation of low-density lipoprotein, and
they inhibit lipid peroxidation in brain membranes. Their capacity to directly
suppress free radical-mediated reactions is demonstrated by electron spin
resonance spectroscopy. Electrospray ionisation mass spectrometry analysis of
the free radical-quenching reaction reveals distinct oxidation products,
including peptide dimers. Moreover, secretory peptide hormones can scavenge
reactive nitrogen species derived from nitric oxide and peroxynitrite. A
structure-activity relationship analysis indicates that their antioxidant
activity is based on the occurrence of solvent-exposed tyrosine and tryptophan
residues, which is consistent with the mass spectrometry results. Significant
effects in vitro can be observed at nanomolar concentrations, which makes
these peptides comparable in potency to classical low molecular mass
antioxidants. It is concluded that (i) secretory peptide hormones may
constitute an important part of the endogenous antioxidant defence system, and
that (ii) the immediate chemical interaction between radical signalling
molecules and peptide hormones might represent a special type of direct cross-
talk between biological signals. The potential of the described novel
antioxidant molecules with respect to drug design and pharmacological use in
human disease is discussed. Finally, the elucidated general antioxidant
properties of tyrosine- and tryptophan-based cellular structures are combined
with biochemical knowledge from other disciplines leading to the hypothesis
that tyrosine and tryptophan may be two young amino acids from an evolutionary
point of view, whose advent might have been triggered by the appearance of
molecular oxygen in the biosphere 2.5 billion years ago
ParaMOR - Modellordnungsreduktion parametrisierter MEMS Anwendungen
No full textMEMS are becoming ubiquitous in nearly every domain of our life, with a constantly growingmarket share in consumer electronics. However, the efficient design of MEMS devices remains a challenging task. Due to the small size of MEMS we encounter physical phenomena on the micrometer scale that often appear counter-intuitively. Coupling issues have to be taken into account, that are irrelevant to our everyday life.
Manufacturing prototypes is expensive. And, moreover, once a prototype is finished it is not possible to get hands-on experience, as it is simply too small to handle manually. This is the reasons why modeling and simulation is common in MEMS research and development. Mostly simulation is the only viable way to get information of how a device will react to an excitation.
The relevant physical phenomena are describedwell by partial differential equations (PDE). To solve these PDEs effectively, simulation techniques like the Control Volume Method for fluid flows and the Finite Element Method for solid material behaviour can be applied. Both methods approximate the geometry with a computational mesh and discretize the underlying partial differential equation based on this mesh. The result of this discretisation is a system of ordinary differential equations (ODEs) of usually several thousands to several hundred thousands or even millions of degrees of freedom for a single device component. This high complexity makes computation time consuming and effectively inhibits coupling the different components present in a system like, e.g., a transducer and the electronics needed for control and measurement.
Several steps are presently undertaken to reduce the aforementioned complexity, among which the concept of Model Order Reduction (MOR), is one of the most promising. The basic idea ofMOR is the approximation of a high dimensional computational model with a much smaller and less complex one. Several methods exist, that promise to automatically find such an approximation without sacrificing too much accuracy.
Independently of the specific method applied, the simulation procedure is always divided into three basic steps:
1. The system is put into a model.
2. The model is implemented in an algorithm.
3. The simulation results are evaluated.
Only after the afore mentioned procedures are performed, the evaluated simulation results are applied to improve the system. To overcome this time gap between model setup and evaluation this thesis presents two main tasks:
I. Finding a way to generate ODE systems that overcome the shortcomings mentioned above. To this end the systems must inherently include a way to influence their behaviour based on modifications that would be applied to the basic device – they must contain parameters. We solve this task with an automatic numerical scheme to generate parametric forms of ODE systems based on sets of non-parametric ODEs generated using different parameter values. We show that it can be applied effectively and accurately to a wide range of different types of parameters.
II. Model Order Reduction of these parametric systems, the parameterized applications, without losing their parametric nature. For this purpose a semi-automatic moment matching process is described that can effectively deal with the reduction of parametric systems.
The MEMS applications used to test the parametrisation and the parametric model reduction (ParaMOR)are:
– a thermal flowmeter,
– a gyroscope,
– an RF-resonator.
It will be shown that the method is more accurate and flexible than present parametric model reduction techniques. Up to six parameters were separated in the parametrisation process and all models could be reduced to less than 100 degrees of freedom. Using this technique we could reduce the computational effort of the models with typical factors of about 20 to 80.MEMS Bauelemente gewinnen in fast jedem Bereich unseres Lebens an Bedeutung, mit konstant wachsendem Marktanteil insbesondere in der Unterhaltungselektronik. Dennoch bleibt das erfolgreiche Design von MEMS Komponenten eine Herausforderung. Aufgrund ihrer Größe wirken physikalische Effekte oft entgegen der Intuition und es treten Kopplungseffekte auf, die in unserer normalen Begriffswelt keine Rolle spielen.
Die Herstellung von MEMS Prototypen ist aufwändig, und, was das Problem noch verschärft, die Funktionsweise der Prototypen ist schwer nachzuvollziehen, da die Bauelemente einfach zu klein sind um sie in die Hand zu nehmen. Aus diesem Grund spielt die Modellierung und Simulation eine große Rolle in der Entwicklung und Forschung im MEMS Bereich. Schließlich ist die Simulation oftmals der einzig gangbare Weg um die Reaktion eines Bauelementes auf eine Anregung herauszufinden.
Partielle Differentialgleichungen (PDGs) sind oft das Mittel der Wahl zur Beschreibung physikalischer Effekte. Ihre Lösung setzt aber üblicherweise den Einsatz von Diskretisierungsverfahren, die die Partielle Differentialgleichung in ein System gewöhnlicher Differentialgleichungen überführen, voraus. Diese Systeme gewöhnlicher Differentialgleichungen können bis zu einigenMillionen von Freiheitsgraden benötigen, um ein einziges Bauteil zu beschreiben. Diese große Komplexität führt zu langen Berechnungszeiten und verhindert meist eine Kopplung verschiedener Komponenten.
Derzeit werden verschiedene Ansätze zur Reduktion dieser Komplexität angewendet, wobei der Ansatz der Modellordnungsreduktion am vielversprechendsten scheint. Die Grundidee hierbei ist das Berechnungsmodell hoher Ordnung durch ein sehr viel kleineres Modell zu approximieren.
Unabhängig aber von der Diskretisierungs- und Lösungsmethode die angewendet wird, besteht die Simulation immer aus drei grundlegenden Schritten:
1. Das System wird in ein Model überführt.
2. DasModell wird als Algorithmus implementiert.
3. Die Simulationsergebnisse werden ausgewertet.
Erst nachdem diese Schritte durchgeführt wurden können die Simulationsergebnisse zur Verbesserung des Systemes angewandt werden. Um diesen Zeitversatz zwischen Modellierung und Auswertung zu überwinden zeigt die vorliegende Dissertation zwei Ansätze:
I. Die grundsätzlichen Einschränkungen der GDGs müssen überwunden werden. Hierzu müssen diese Gleichungssysteme in ihrem Verhalten beeinflussbar sein. Diese Beeinflussung muss auf Änderungen am zugrundeliegenden Bauteil basieren; das Gleichungssystem muss also Parameter beinhalten. Der gezeigte Ansatz hierzu ist ein automatisches nummerisches Verfahren, das parametrische GDG Systeme generiert. Diese basieren auf einem Set von nicht-parametrischen GDGs, die mit unterschiedlichen Parameterwerten erzeugt wurden. Diese Methode lässt sich mit hoher Genauigkeit auf unterschiedliche Parametertypen anwenden.
II. Diese parametrischen Systeme, d.h. die parametrisierten Anwendungen werden unter Berücksichtigung ihrer parametrischen Form reduziert. Hierzu wird ein halb-automatisches Momentenanpassungsverfahren vorgestellt, das auf diese parametrischen Systeme angewandt werden kann.
Die MEMS Beispiele an denen die Parametrisierung und Modellordnungsreduktion (ParaMOR) gezeigt wird sind:
– ein thermischer Strömungssensor,
– ein Gyroskop,
– ein RF-Resonator.
Es wird gezeigt, dass die neu entwickelte Methode genauer und flexibler als bestehene Methoden zur parametrischen Modellordnungsreduktion ist. Modelle mit bis zu sechs Parameter konnten so parametrisiert werden. Alle parametrisierten Modelle wurden auf Modelle mit weniger als 100 Freiheitsgraden reduziert. Mit diesen Methoden wurde der Berechnungsaufwand der Modelle um typische Faktoren zwischen 20 und 80 reduziert
Antioxidant neuroprotection in Alzheimer’s disease as preventive and therapeutic approach2 2This article is part of a series of reviews on “Causes and Consequences of Oxidative Stress in Alzheimer’s Disease.” The full list of papers may be found on the homepage of the journal.
No full text- …
