Energieversorgung von aktiven Implantaten am Beispiel eines ruminalen pH-Monitoringsystems. - 76 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Zurzeit werden aktive Implantate, beispielsweise Herzschrittmacher, mit Primärzellen (Batterien) versorgt. Diese Primärzellen werden verbraucht und müssen nach einer bestimmten Zeit ersetzt werden. Das bedeutet oft eine Operation für den Implantatträger. Durch die Nutzung der vom Körper bereitgestellten Energieformen könnte das aktive Implantat länger arbeiten. Dieses Prinzip nennt sich Energy Harvesting. Ziel dieser Arbeit war es eine Pansensonde (ruminales pH-Monitoringsystem) mittels der vom Rind bereitgestellten Energie zu versorgen. Das ruminale pH-Monitoringsystem hat dabei die Aufgabe frühzeitig fütterungsbedingte Krankheiten zu erkennen. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst die verschiedenen Energieformen im Reticulorumen abgeschätzt und ein geeignetes Wandlungsprinzip mittels eines Anforderungskatalogs bestimmt. Die Wahl fiel dabei auf die Nutzung der thermischen Energie, mittels der Wandlung über Thermogeneratoren. Anschließend wurde ein Demonstrator entworfen und dimensioniert, der in verschiedenen In-Vitro-Versuchen die thermische Energie in elektrische Energie gewandelt hat. Dabei wurden Spitzenleistungen von ca. 160 [my]W erreicht. Darauf folgend wurde eine Pansensonde entworfen, die einem Versuchtier am fzmb Bad Langensalza über eine Fistel appliziert wurde. In diesem In-Vivo-Versuch wurden Spitzenleistungen von ca. 35 [my]W erzielt.
Kombinierte Anbindung und Freisetzung von Biomolekülen über das Layer-by-Layer- Beschichtungsverfahren. - 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die Layer-by-Layer-Deposition ist eine bereits etablierte Methode zur Herstellung von Polyelektrolyt-Multischichten für die Anwendung als Wirkstofffreisetzungssysteme in der vaskulären Intervention. Neben einer optimierten Steuerbarkeit der Freisetzung von Wirkstoffen ist vor allem eine Biofunktionalisierung der Oberfläche eines solchen Schichtaufbaus interessant, um unerwünschte Fremdkörperreaktionen zu vermeiden. Gegenstand dieser Arbeit ist die Biofunktionalisierung des grundlegenden Schichtaufbaus auf Basis des biodegradierbaren Scaffoldmaterials Poly(L-lactid) (PLLA) mit den Polyelektrolyten Chitosan (Chit) und Polyacrylsäure (PAA) sowie dem Modellwirkstoff Avidin-FITC bzw. dem Wachstumsfaktor VEGF. Dabei stellt der alternierte Schichtaufbau PLLA+5x (Polykation|Polyanion|Biomolekül|Polyanion) die Grundlage für die Biofunktionalisierung dar. Diese erfolgt in zwei Schritten: In einem ersten Modifikationsschritt wird das Biomolekül Streptavidin mit Hilfe eines Crosslinker-Systems an der Oberfläche des beschichteten Scaffoldmaterials immobilisiert. Im Anschluss wird die hohe Affinität der Biomoleküle Streptavidin und Biotin genutzt, um das Vitamin Biotin mit gebundener RGD-Sequenz anzubinden. Ziel der Entwicklung dieses Systems ist die Freisetzung des inkorporierten endothel-spezifischen Wirkstoffs VEGF in Kombination mit einer stabilen Biofunktionalisierung mit Zelladhäsionsmolekülen (RGD). Zum einen soll damit ein Anbinden von Endo-thelzellen an die RGD-Sequenz erreicht werden und zum anderen bewirkt der Wachstumsfaktor mit proliferationsfördernder Wirkung ein Einwachsen des Im-plantatmaterials mit körpereigenen Endothelzellen. Neben der Herstellung eines solchen Systems wurde der Einfluss der Biofunktionalisierung im Hinblick auf die Benetzbarkeit, Morphologie, Proteinverteilung und Schichtdicke untersucht. Zudem wurde innerhalb von in-vitro Studien das diffusionsgesteuerte Freisetzungsverhalten des Modellwirkstoffs und des Wirkstoffs analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Biofunktionalisierung sowie eine deutliche Abhängigkeit der modifizierten Proben in Bezug auf die Freisetzungsstudien. Zusammenfassend ist das LbL-Verfahren sehr gut geeignet für die Biofunktionalisierung der Tetralayer. Durch die vielseitige Kombination von Polyelektrolyten und Wirkstoffen ergeben sich viele Möglichkeiten. Allerdings bedarf diese Methode für einen in-vivo-Einsatz noch einiger Optimierungen.
Influence of geometry parameters of coronary stents on the mechanics of their deformation. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die Prävention von Restenose im Herzen, dem erneuten Verschluss eines vorher operativ geweiteten Herzkranzgefäßes [1], ist das Ziel jeder Forschung , die sich mit Coronarstents auseinandersetzt. Laut der European Society of Cardiology waren 2012 die Herzkrankheiten mit 47 % die häufigste Todesursache in Europa [2]. Diese Arbeit hat sich das Ziel gesetzt, dieser Zahl entgegenzuwirken. Das Institut Material Science and Engineering der Budapest University of Technology and Economics bekam die Erlaubnis, aus menschlichen Herzkranzgefäßen explantierte, deformierte und gebrochene Stents zu untersuchen. Im Zentrum dieser Bachelorarbeit steht einer dieser Stents. Dieses Exemplar wies 3 Tage nach der Operation über 10 Brüche auf. Um Gründe für das Problem dieses Falls (insbesondere der Bruchstellen) zu erhalten, wurde die Arbeit in folgende 3 Teile gegliedert. Der erste beschäftigt sich mit Literaturrecherche. Dieser soll klären, wie im Allgemeinen Brüche dieser Art bei Stents untersucht werden und wie ein sehr einflussreicher Faktor, das Stentdesign, zur Prävention beitragen kann. Der 2. Schritt umfasst die Analyse des genannten speziellen Falles. Dieser wird zunächst mit der Hilfe von Röntgenbildern des gebrochenen Stents genauer beleuchtet. Anschließend wird die Finite-Elemente-Methode zum Einsatz gebracht, um die im Stent herrschenden mechanischen Spannungen während des im Blutgefäß abgelaufenen Verformungsprozesses und letztendlich des Bruches zu simulieren. Der letzte Teil verbindet alle behandelten Fakten und zieht zum Zwecke der Optimierung Schlüsse aus den Erkenntnissen. Diese Arbeit soll die Bedeutung der Erforschung von Ursachen für Brüche der Stentstruktur unterstreichen und als Ergänzung der bereits bekannten Ergebnisse verstanden werden, bzw. zu guter Letzt zur Verbesserung der Lebensqualität der Patienten beitragen.
Konzeption, Aufbau und Funktionstest eines Messgerätes zur Bestimmung der Flimmerverschmelzungsfrequenz. - 55 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Im Grundlagenteil der vorliegenden Arbeit wurden die Ursache sowie einige Einflussfaktoren der Flimmerverschmelzungsfrequenz hinterleuchtet und verschiedene Möglichkeiten zur Messung dieser Frequenz dargestellt. Eine Marktübersicht und die Analyse des Vorgängersystems führten zur Einteilung des geplanten Messsystems in mehrere Funktionsgruppen. Es wurden jeweils verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten diskutiert und darauf basierend eine Wahl getroffen. Die anschließende Konstruktion des Messgerätes wurden dokumentiert und die Funktionsweise der einzelnen Komponenten beschrieben.
Systematisierung von gestenbasierten Eingabeaktionen in Mensch-Maschine-Schnittstellen : Evaluation eines Konzepts alltagsgerechter, intuitiver Eingabegesten mittels ausgewählter Nutzertests. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Das Ziel der Mensch-Computer-Interaktion ist es die Interaktion zwischen Mensch und Computer zu verbessern. Immer mehr Forschungsgruppen interessieren sich für eine berührungslose Kommunikation zwischen Mensch und Computer. Dabei greifen sie für die Interaktion auf natürliche Fähigkeiten des Menschen zurück. Sie verwenden Gesten zur berührungslosen Kommunikation. Doch welche Gesten eignen sich dafür? Dieses Thema wird in der nachfolgenden Arbeit dargestellt. Es werden Gesten aus verschiedenen Bereichen ausgewählt und für technische Prozesse systematisiert. Die ausgewählten Gesten werden nach Aspekten der Alltagstauglichkeit, Verständlichkeit, intuitiven Nutzbarkeit und Ausführbarkeit, auch durch Personen mit funktionellen Einschränkungen, untersucht. Anschließend wird ein praktischer Test, in Form einer Befragung von Probanden, durchgeführt. Hierbei wird festgestellt, wie die Probanden die Gesten verstehen und ob sie diese selbst ausführen würden. Abschließend werden die Ergebnisse des Test diskutiert und wenn möglich eine Empfehlung von Gesten für berührungslose Kommunikation zwischen Mensch und Computer gegeben.
Prinzipien der Beißkraftmessung bei Säugetieren. - 73 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Diese Recherchearbeit präsentiert und bewertet die gängigsten Methoden der Beißkraftmessung. Als Modellsystem dient hier stellvertretend für alle anderen Säugetiere (inklusive des Menschen) der Hund. Die Beißkraft liefert entscheidende Erkenntnisse hinsichtlich des Zusammenhangs mit dem Kieferdesign. Sie wird durch individuelle Aspekte und die Messmethode an sich beeinflusst. Eines der ersten in vivo Beißkraftmessgeräte für Tiere basiert auf dem Prinzip einer Beißgabel. Mit dem Biss kommt es zu Dehnungen am Gerät, welche durch in einer Wheatstone Brücke verschalteten DMS erfasst werden. Eine Erweiterung dieser Methode ist die Muskel-Elektrostimulation bei betäubten Tieren, wobei jedoch die unnatürliche Muskelstärke gemessen wird. Man unterscheidet zwischen zwei Hauptmethoden der indirekten Beißkraftmessung. Die Dry Skull-Methode schätzt die Beißkraft mittels Modellvorstellungen ab, wenn in vivo Messungen an lebendigen Tieren nicht durchführbar sind. Diese Methode bietet gute Ansätze, jedoch ist eine Validierung mit mehr empirischen Daten nötig. Eine andere indirekte Möglichkeit bieten EMG-Messungen. Da keine der bis zu diesem Zeitpunkt angewandten Messmethoden alle Einflussfaktoren berücksichtigen, wird ein Anforderungskatalog an das Kraftmessgerät der Zukunft erarbeitet. Gleichzeitig werden Verbesserungen oder Lösungsvorschläge unterbreitet. Eventuell sollte öfter mit der Größe des Beißdrucks gearbeitet werden, da dieser als ein besser geeigneter Indikator erscheint. Auch sollte das Design des Beißkörpers überdacht werden. Bisher stützten sich die meisten in vivo Beißkraftmessungen auf die Konstruktion der ursprünglichen Beißgabel. Es ist sehr schwierig, die zahlreichen Messmethoden vom Menschen auf ein Tier zu übertragen. Eine seriöse Messung der Beißkraft ist bis jetzt nur beim Menschen möglich, bei Tieren lässt sich das Zubeißen auf eine Messeinrichtung nicht gezielt unter gleichen Bedingungen erzeugen. Es gibt zahlreiche Studien, die sich mit der Beißkraft von Säugetieren beschäftigen, doch bis zu diesem Zeitpunkt wurden nach aktuellem Kenntnisstand erst bei wenigen Säugetierarten direkte Messungen durchgeführt. Das Gebiet der Beißkraftmessung bei Säugetieren birgt noch großes Forschungspotential. Falls es gelingt, die in vivo Beißkraftmessung zu verbessern und zu vereinheitlichen, würde ein genaueres Verständnis der Beißkraft geschaffen werden.
Elektrische Analogien des Stapediusreflexes bei der Schallleitung im Mittelohr. - 67 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In dieser Arbeit werden bereits bestehende elektrische Analogmodelle für das Mittelohr aufgegriffen und auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Der Einfluss des Stapediusreflexes auf die Schallübertragung wurde an zwei Modellen untersucht. Elektromechanische und -akustische Analogien werden benutzt, um die Umwandlung in elektrische Analogmodelle zu erklären. Mit Hilfe von LTspice® werden die Schaltungen im Frequenzbereich simuliert und deren Ergebnisse nach Microsoft Excel exportiert, um die verschiedenen Modelle vergleichen zu können. Von dieser Arbeit unabhängige Untersuchungen wurden zum Vergleich herangezogen, um die Simulationsergebnisse bewerten zu können. Mit Hilfe der Modelle kann man Rückschlüsse von leicht zugänglichen Größen (z.B. Trommelfellimpedanz) auf schlecht zugängliche Größen (z.B. Verhältnis von Stapesschnelle zu Eingangsdruck) ziehen. Tendenziell folgt der Einfluss des Stapediusreflexes auf die Übertragungsfunktion des Mittelohrs den bereits im Tierversuch von Møller (Silman, 1984) vorgestellten Ergebnissen. Demnach vermindert der Stapediusreflex die Schallübertragung bis ca. 1 kHz und verstärkt sie darüber hinaus etwas. Somit sollte die allgemein verbreitete Schutzfunktion des Stapediusreflexes neu diskutiert werden.
Mechanische Optimierung der Aktorik am Kletterroboter CREST. - 53 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Optimierung der Bewegungsmodule des an der TU Ilmenau entwickelten modularen Kletterrobotersystems CREST. Die Bewegungsmodule des vorigen Systems waren mit einem handelsüblichen Robotikservomotor versehen, der gleichzeitig als Antrieb diente. Befestigt war der Servomotor über zwei Verbindungsteile aus Aluminium. Das Problem des alten Moduls war es, dass durch die Befestigung des Servomotors und durch den direkten Abtrieb Verkippungen auftraten. Um die Verkippungen zu reduzieren, wurden im neuen Modul ein Parallelkurbelgetriebe und eine Abtriebsachse mit doppeltem Abtrieb verbaut. Bei anschließenden Experimenten mit den neuen Modulen stellte es sich heraus, dass die bislang genutzten Motoren nicht das in den Datenblättern angegebene Spitzenmoment aufweisen. Daher wurde ein Redesign der bestehenden Baugruppen durchgeführt, die für das reduzierte Moment ausgelegt sind. Alle Versionen der Module wurden unter Nutzung biologisch Inspirierten Konstruktion in Leichtbauweise gefertigt. Durch den doppelseitigen Abtrieb hat das neue System keine seitlichen Verkippungen mehr. Das System kletterte am Ende der Arbeit ein senkrechtes Substrat mit einer Geschwindigkeit von 1,79 mm s-1 hinauf.
Farbortbestimmung für glasige - kristalline Materialien anhand spektralphotometrischer Messungen. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die Farbbestimmung hat insbesondere zur Produktion ästhetisch anspruchsvoller Produkte der Biomedizinischen Technik einen sehr hohen Stellenwert. Wegen der Phänomene der Metamerie ist aber leider nie eine vollständige Farbgleichheit zu schaffen. Daher ist eine akribische und sorgfältige Farbbestimmung sehr wichtig. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde versucht die ursprüngliche Farbe von transluzenten Materialien zu bestimmen. Die Farbe eines Objekts ergibt sich aus der persönlichen Empfindung des Betrachters und ist abhängig von dem reflektierten und absorbierten Wellenlängenbereich des Lichtes sowie von der spektralen Zusammensetzung der Lichtquelle. Im Bereich glasig-kristalliner Materialien kommt dabei die Besonderheit zum Tragen, dass Farbwirkung sowohl aus dem stark reflektierenden Effekt von Oberflächen als auch dem speziellen Transmission-/Absorptionsverhalten entsteht. Um eine einheitliche Aussage über die Farbe zu treffen, ist die Einsetzung der durch spektralphotometrische Messprinzipien bestimmten optischen Kennwerte in verschiedene Standardfarbmesssysteme notwendig. Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, auf Basis von spektralphotometrischen Messungen an verschiedenen Glaskeramikproben in einem UV-VIS-NIR Spektralphotometer die charakteristischen optischen Kennwerte zu ermitteln, um daraus in ausgewählten Farbmesssystemen die Farbwirkung zu quantifizieren. Im Laufe dieser Arbeit werden erst die Standardfarbmesssysteme vorgestellt, die Vor- und Nachteile sowie Anwendungsbereiche der Systeme betrachtet. Es folgen die durch Spektralphotometer ermittelten charakteristischen optischen Kennwerte und die Eintragung in verschiedene Farbmesssysteme.
Entwicklung eines Konzeptes eines integrierten 3D-Kraftmesssystem. - 45 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung eines Konzeptes für die Neukonstruktion einer elektromechanischen Koppeleinheit, welche einen Roboterarm mit einer Einheit zum Steuern der Funktionen eines medizinischen Instrumentes verbindet. In diese elektromechanische Koppeleinheit ist ein 3D-Kraftmesssystem zu integrieren. Es wird gemäß den Richtlinien der VDI 2221 und der VDI 2206 vorgegangen. Dabei werden unterschiedliche Arten von Sensoren miteinander verglichen und nach festgelegten Kriterien bewertet. Das dabei ausgewählte Prinzip wird im späteren Verlauf der Arbeit verfeinert und über mehrere Iterationsstufen wird am Ende der Arbeit ein CAD-dokumentiertes Konzept dargestellt, welches die Forderungen aus Aufgabenstellung und Lastenheft erfüllt.