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Automatically generated list of publications based on the database of the library of the Ilmenau University of Technology.

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Erstellt: Tue, 27 Oct 2020 23:06:41 +0100 in 0.0626 sec


Videobasierte Stresserkennung mittels Gesichtsausdruck und Herzaktivität. - Ilmenau. - 150 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Psychischer Stress wirkt sich sowohl kurzfristig als auch langfristig negativ auf die menschliche Gesundheit aus. Um Stress frühzeitig zu erkennen, müssen Benutzer jedoch in der Regel Fragebögen ausfüllen oder andere zeitaufwändige Maßnahmen ergreifen. In dieser Arbeit wird deshalb ein System entwickelt zur automatischen und berührungslosen Erfassung des Stresslevels in Echtzeit unter Verwendung von Herzaktivität und Gesichtsausdrücken extrahiert aus einem RGB Videostream. Bei einem Stressdatensatz mit 20 Stress und Nicht-Stress Messungen, der für die Bewertung dieses Systems aufgezeichnet wurde, erreichen Ensembles von Extremely Randomized Trees eine Accuracy von 85% bei der Stressklassifizierung. Zusammenfassend erfüllt das implementierte System die Anforderung, Stress berührungslos, automatisch und in Echtzeit zu erkennen, und bietet den Benutzern somit ein praktisches Warnsystem, um negative Auswirkungen von Stress auf ihre Gesundheit zu verhindern.



Entwurf eines Testprogramms zur Verwaltung von Parametern und Ergebnissen aus Bildsensorinformationen. - Ilmenau. - 53 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Bei der Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH wird im Rahmen des Forschungsprojekts "3D-Kosyma" ein automatisierter optischer Prüfplatz entwickelt, der zur Untersuchung von Prüfobjekten mittels technischer Erkennungsverfahren dient. Ziel ist es, Oberflächenfehler des Produkts zu detektieren, wie z.B. Kratzer und Dellen, um festzustellen, ob das Produkt den Qualitätsanforderungen entspricht. Diese Arbeit befasst sich mit dem Verständnis der Verwaltung großer dynamischer Parametersätze, die zur Erkennung der o.g. Defekte durch die Prüfsysteme benutzt werden. Dazu wird das Prüfsystem "Qualileo" entwickelt. Darauf erfolgt der Entwurf einer Datenbank zur Speicherung der erforderlichen Informationen für die Prüfobjekte und Parameter sowie die Ergebnisse des Prüfprozesses. Damit diese Daten effizient verwaltet werden und auch auf die Datenbank zurückgegriffen werden kann, wird ein Testprogramm erstellt, mit dem der Benutzer die Durchführung des Prüfprozesses simulieren und die erforderlichen Kriterien dafür festlegen kann. Da sich diese Arbeit hauptsächlich auf den Entwurf des Testprogramms für das o.g. Bildverarbeitung und Fehlererkennungssystem konzentriert, werden zunächst allgemeine Konzepte zum Entwurf von Datenbanken und zu deren Erstellung mit SQL bereitgestellt. Diese Arbeit beinhaltet dann eine detaillierte Beschreibung des Entwurfs der Datenbank und ihre Integration in die Programmierumgebung im .Net-Framework. Abschließend werden die Ergebnisse nach dem Testen auf dem Prüfsystem dargestellt.



Götz, Isabel;
Entwicklung und Test eines Zentrifugationsverfahrens zur Variation der Größenverteilung magnetischer Nanopartikel mit Biomolekülcorona. - Ilmenau. - 127 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Magnetische Nanopartikel (MNP) sind interessante Tools für eine Vielzahl biomedizinischer Anwendungen, wie der Hyperthermie, dem Drug Targeting oder dem Magnetic Particle Imaging (MPI). Die Verabreichung der Nanopartikel in Blut geht mit der Bildung einer Biomolekülcorona auf der Partikeloberfläche einher. Dies kann zu ungewünschten Effekten, wie z.B. einer Immunantwort oder Agglomeration der Partikel, führen. Zur Verbesserung der Einbettung der MNP in die biologische Matrix ist eine kontrollierte Herstellung der Partikel mit Biomolekülcorona außerhalb des Körpers sinnvoll. Eine enge Größenverteilung der resultierenden Biomolekül-MNP-Komplexe bei möglichst hoher Konzentration ist dabei wünschenswert. Um dies umzusetzen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Zentrifugationsverfahren entwickelt und getestet. Insgesamt erfolgte dies für drei Partikeltypen, wobei es sich um mit unterschiedlichen Hüllstoffen in wässriger Phase stabilisierte Multicore-Eisenoxid-Nanopartikel (MCNP) handelte. Zur Bildung der Biomolekülcorona wurden die Partikel in fetalem Kälberserum (FCS) inkubiert. Insgesamt wurden neun unterschiedliche Zentrifugationsregime (3 Zentrifugalkraftstufen zu je 3 Zentrifugationszeiten) getestet. Die aufgestellten Kriterien für geeignete Partikel waren ein Polydispersitätsindex (PDI) ≤ 0,1, welcher einer engen Größenverteilung entspricht, bei einer Partikelkonzentration von ≥ 1,0 mg/ml. Die Größenverteilungen wurden mittels Dynamischer Lichtstreuung (DLS) und die Konzentrationen mittels Vibrating Sample Magnetometry (VSM) bestimmt. Insgesamt konnten für alle drei Partikeltypen geeignete Regime ermittelt werden. Anhand der Ergebnisse war es möglich die Protokolle zur Herstellung der drei Partikeltypen dahingehend zu optimieren, sodass nun auch eine Herstellung der Partikel mit Biomolekülcorona in enger Größenverteilung möglich ist. Dazu wurden die Protokolle um Lookup-Tabellen erweitert, die zur Entscheidungsfindung hinsichtlich der Wahl eines der ermittelten Zentrifugationsregime zur eng bzw. annähernd eng verteilten Herstellung des entsprechenden Partikeltyps herangezogen werden können. Aus den Tabellen kann außerdem entnommen werden, inwiefern die mittleren hydrodynamischen Durchmesser und Konzentrationen der einzelnen Partikeltypen anhand der geeigneten Zentrifugationsregime variiert werden können. Des Weiteren konnten durch Messung des Zeta-Potentials (ZP), welches ein wichtiges Kriterium für die Stabilität der Partikel gegenüber einer Agglomeration darstellt, Veränderungen der Oberflächenladungen vor und nach der Inkubation oder Fraktionierung nachgewiesen werden. Zudem konnten mittels Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamidgel-Elektrophorese (SDS-PAGE) Unterschiede in den Biomolekülcoronas in Verbindung mit den drei MCNP-Hüllstoffen veranschaulicht werden. Mittels der Bradford-Methode, die zur Bestimmung der Proteinmengen in den Überständen nach den vier magnetischen Waschschritten nach der Inkubation herangezogen wurde, zeigte sich, dass eine Reduktion der Anzahl der Waschschritte auf zwei in Betracht gezogen werden kann. Um die Wiederholbarkeit der Herstellung der eng verteilten Partikel beurteilen zu können, wurden zudem eine gewisse Anzahl an Replikaten hergestellt.



Wahler, Marco;
Verlagerung von Brennfleckaufnahmen an zwei Röntgenröhrentypen von einer Entwicklungsanlage auf eine Fertigungsanlage. - Ilmenau. - 73 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Am Standort Rudolstadt werden analoge Brennfleckaufnahmen von medizintechnischen Röntgenröhren im Rahmen der Röhrenendprüfung gemäß der Norm DIN EN 60336 angefertigt. Dieser Prozess soll von einer Entwicklungsanlage auf eine Fertigungsanlage übertragen werden, um die Prozesslaufzeiten zu optimieren. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die zur Verfügung stehende Programme in Bezug auf ihre Leistungsparameter und die resultierende Filmschwärzung vor Anfertigung einer Aufnahme bewertet. Nachfolgend wird eine Anzahl an Programmen ausgewählt, welche den Anforderungen der Norm in Bezug auf diese Parameter gerecht wird. Die Messwerte der resultierenden Schwärzung liegen zwar innerhalb der Toleranz, ihre Streuung erlaubt allerdings keine Prozessfähigkeit. Die Ursache hierfür wird in der Filmentwicklung gefunden und eine Verbesserung vorgeschlagen. Die Abmessungen der Länge der Brennfleckaufnahmen genügen den Anforderungen der Norm, Messwerte der Breite allerdings nicht. Als Ursache wird die Verzerrung der Brennfleckaufnahmen ausfindig gemacht und weitere Schritte empfohlen.



Stein, René; Friedrich, Bernhard; Mühlberger, Marina; Cebulla, Nadine; Schreiber, Eveline; Tietze, Rainer; Cicha, Iwona; Alexiou, Christoph; Dutz, Silvio; Boccaccini, Aldo R.; Unterweger, Harald;
Synthesis and characterization of citrate-stabilized gold-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications. - In: Molecules : a journal of synthetic chemistry and natural product chemistry.. - Basel : MDPI, ISSN 1420-3049, Volume 25 (2020), issue 19, 4425, Seite 1-23

Surface-functionalized gold-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (Au-SPIONs) may be a useful tool in various biomedical applications. To obtain Au-SPIONs, gold salt was precipitated onto citrate-stabilized SPIONs (Cit-SPIONs) using a simple, aqueous one-pot technique inspired by the Turkevich method of gold nanoparticle synthesis. By the further stabilization of the Au-SPION surface with additional citrate (Cit-Au-SPIONs), controllable and reproducible Z-averages enhanced long-term dispersion stability and moderate dispersion pH values were achieved. The citrate concentration of the reaction solution and the gold/iron ratio was found to have a major influence on the particle characteristics. While the gold-coating reduced the saturation magnetization to 40.7% in comparison to pure Cit-SPIONs, the superparamagnetic behavior of Cit-Au-SPIONs was maintained. The formation of nanosized gold on the SPION surface was confirmed by X-ray diffraction measurements. Cit-Au-SPION concentrations of up to 100 [my]g Fe/mL for 48 h had no cytotoxic effect on Jurkat cells. At a particle concentration of 100 [my]g Fe/mL, Jurkat cells were found to take up Cit-Au-SPIONs after 24 h of incubation. A significantly higher attachment of thiol-containing L-cysteine to the particle surface was observed for Cit-Au-SPIONs (53%) in comparison to pure Cit-SPIONs (7%).



https://doi.org/10.3390/molecules25194425
Jauch, Philine; Weidner, Andreas; Riedel, Stefanie; Wilharm, Nils; Dutz, Silvio; Mayr, Stefan G.;
Collagen-iron oxide nanoparticle based ferrogel: large reversible magnetostrains with potential for bioactuation. - In: Multifunctional materials. - Bristol : IOP Publishing Ltd., ISSN 2399-7532, Volume 3 (2020), number 3, 035001, Seite 1-10

Smart materials such as stimuli responsive polymeric hydrogels offer unique possibilities for tissue engineering and regenerative medicine. As, however, most synthetic polymer systems and their degradation products lack complete biocompatibility and biodegradability, this study aims to synthesize a highly magnetic responsive hydrogel, based on the abundant natural biopolymer collagen. As the main component of vertebratal extracellular matrix, it reveals excellent biocompatibility. In combination with incorporated magnetic iron oxide nanoparticles, a novel smart nano-bio-ferrogel can be designed. While retaining its basic biophysical properties and interaction with living cells, this collagen-nanoparticle hydrogel can be compressed to 38% of its original size and recovers to 95% in suitable magnetic fields. Besides the phenomenology of this scenario, the underlying physical scenarios are also discussed within the framework of network models. The observed reversible peak strains as large as 150% open up possibilities for the fields of biomedical actuation, soft robotics and beyond.



https://doi.org/10.1088/2399-7532/abaa2d
Jaufenthaler, Aaron; Schultze, Volkmar; Scholtes, Theo; Schmidt, Christian B.; Handler, Michael; Stolz, Ronny; Baumgarten, Daniel;
OPM magnetorelaxometry in the presence of a DC bias field. - In: EPJ Quantum Technology. - Berlin : Springer Open, ISSN 2196-0763, Bd. 7 (2020), 12, S. 1-14

Spatial quantitative information about magnetic nanoparticle (MNP) distributions is a prerequisite for biomedical applications like magnetic hyperthermia and magnetic drug targeting. This information can be gathered by means of magnetorelaxometry (MRX) imaging, where the relaxation of previously aligned MNP's magnetic moments is measured by sensitive magnetometers and an inverse problem is solved. To remove or minimize the magnetic shielding in which MRX imaging is carried out today, the knowledge of the influence of background magnetic fields on the MNP's relaxation is a prerequisite. We show MRX measurements using an intensity-modulated optically pumped magnetometer (OPM) in background magnetic fields of up to 100 [my]T. We show that the relaxation parameters alter or may be intentionally altered significantly by applying static fields parallel or antiparallel to the MNPs alignment direction. Further, not only the relaxation process of the MNP's magnetic moments could be measured with OPM, but also their alignment due to the MRX excitation field.



https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-020-00087-3
Ghasemian-Shirvan, Ensiyeh; Farnad, Leila; Mosayebi-Samani, Mohsen; Verstraelen, Stefanie; Meesen, Raf L. J.; Kuo, Min-Fang; Nitsche, Michael;
Age-related differences of motor cortex plasticity in adults: a transcranial direct current stimulation study. - In: Brain stimulation : basic, translational, and clinical research in neuromodulation.. - New York, NY [u.a.] : Elsevier, ISSN 1876-4754, Bd. 13 (2020), 6, S. 1588-1599

Background - Cognitive, and motor performance are reduced in aging, especially with respect to acquisition of new knowledge, which is associated with a neural plasticity decline. Animal models show a reduction of long-term potentiation, but not long-term depression, in higher age. Findings in humans are more heterogeneous, with some studies showing respective deficits, but others not, or mixed results, for plasticity induced by non-invasive brain stimulation. One reason for these heterogeneous results might be the inclusion of different age ranges in these studies. In addition, a systematic detailed comparison of the age-dependency of neural plasticity in humans is lacking so far. - Objective - We aimed to explore age-dependent plasticity alterations in adults systematically by discerning between younger and older participants in our study. - Methods - We recruited three different age groups (Young: 18-30, Pre-Elderly: 50-65, and Elderly: 66-80 years). Anodal, cathodal, or sham transcranial direct current stimulation (tDCS) was applied over the primary motor cortex with 1 mA for 15 min to induce neuroplasticity. Cortical excitability was monitored by single-pulse transcranial magnetic stimulation as an index of plasticity. - Results - For anodal tDCS, the results show a significant excitability enhancement, as compared to sham stimulation, for both, Young and the Pre-Elderly groups, while no LTP-like plasticity was obtained in the Elderly group by the applied stimulation protocol. Cathodal tDCS induced significant excitability-diminishing plasticity in all age groups. - Conclusion - Our study provides further insight in age-related differences of plasticity in healthy humans, which are similar to those obtained in animal models. The decline of LTP-like plasticity in higher age could contribute to cognitive deficits observed in aging.



https://doi.org/10.1016/j.brs.2020.09.004
Zahn, Diana; Klein, Katja; Radon, Patricia; Berkov, Dmitry; Erokhin, Sergey; Nagel, Edgar; Eichhorn, Michael; Wiekhorst, Frank; Dutz, Silvio;
Investigation of magnetically driven passage of magnetic nanoparticles through eye tissues for magnetic drug targeting. - In: Nanotechnology. - Bristol : IOP Publ., ISSN 1361-6528, Volume 31 (2020), number 49, 495101, Seite 1-12

This paper elucidates the feasibility of magnetic drug targeting to the eye by using magnetic nanoparticles (MNPs) to which pharmaceutical drugs can be linked. Numerical simulations revealed that a magnetic field gradient of 20 T m^-1 seems to be promising for dragging magnetic multicore nanoparticles of about 50 nm into the eye. Thus, a targeting magnet system made of superconducting magnets with a magnetic field gradient at the eye of about 20 T m^-1 was simulated. For the proof-of-concept tissue experiments presented here the required magnetic field gradient of 20 T m^-1 was realized by a permanent magnet array. MNPs with an optimized multicore structure were selected for this application by evaluating their stability against agglomeration of MNPs with different coatings in water for injections, physiological sodium chloride solution and biological media such as artificial tear fluid. From these investigations, starch turned out to be the most promising coating material because of its stability in saline fluids due to its steric stabilization mechanism. To evaluate the passage of MNPs through the sclera and cornea of the eye tissues of domestic pigs (Sus scrofa domesticus), a three-dimensionally printed setup consisting of two chambers (reservoir and target chamber) separated by the eye tissue was developed. With the permanent magnet array emulating the magnetic field gradient of the superconducting setup, experiments on magnetically driven transport of the MNPs from the reservoir chamber into the target chamber via the tissue were performed. The resulting concentration of MNPs in the target chamber was determined by means of quantitative magnetic particle spectroscopy. It was found that none of the tested particles passed the cornea, but starch-coated particles could pass the sclera at a rate of about 5 ng mm^-2 within 24 h. These results open the door for future magnetic drug targeting to the eye.



https://doi.org/10.1088/1361-6528/abb0b4
Böttrich, Marcel; Laqua, Daniel; Husar, Peter;
Estimating the shape of the fetal pulse curve for transabdominal pulse oximetry using synchronous averaging. - In: IEEE Xplore digital library. - New York, NY : IEEE, ISSN 2473-2001, (2020), S. 1-4

https://doi.org/10.1109/EMBC44109.2020.9176692

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