Bachelorarbeiten

Die Zwei-Fluid-Technik ist ein im Zuge der Miniaturisierung entstandenes High Throughput Kultivierungsverfahren, welches eine serielle Anordnung kleinster Bioreaktorsysteme (Kompartimente) im geschlossenen Schlauchsystem ermöglicht. Im sogenannten segmentierten Fluss wurden mit Hilfe der Zwei-Fluid-Sonde Kompartimente im Nanoliter-Maßstab erzeugt und die Hefekultur Saccharomyces cerevisiae innerhalb dieser Reaktionsräume kultiviert. Die Kultivierung erfolgte im segmentierten Fluss sowohl mit farblosem Tetradekan als auch mit Sudanrot gefärbtem Tetradekan als Trägermedium. Vergleichend dazu wurden die Hefen in einer konventionellen Schüttelkultur im Erlenmeyerkolben kultiviert. Anhand von Zellzählungen in den ausgeschleusten und zusammengeführten Kompartimenten konnten analoge Zelldichten wie bei herkömmlichen Schüttelkulturen nachgewiesen werden. Im segmentierten Fluss wurde sowohl für farbloses als auch für Sudanrot gefärbtes Tetradekan ein vergleichbares Wachstumsverhalten festgestellt. Ein Einfluss der Färbung des Trägermediums auf das Wachstum der Hefekultur konnte dementsprechend ausgeschlossen werden. Des Weiteren wurde ein automatisiertes optisches Analytik-System getestet, welches die für Analysezwecke wichtigen Abschnitte des segmentierten Flusses erfassen und die auszuwertende Datenmenge auf ein Minimum reduzieren soll. Das System besteht aus einem optischen Aufbau zur Gewinnung von Triggersignalen aus dem segmentierten Fluss und aus einer Kamera am inversen Mikroskop, welche mit Hilfe der Triggersignale angesteuert wird. Das Analytik-System wurde während der Bachelorarbeit soweit adaptiert, dass ca. 27% der mit Hilfe des Systems erstellten mikroskopischen Aufnahmen der Kompartimente für eine Auswertung herangezogen werden konnten. Die Auswertung der mikroskopischen Kameraaufnahmen erfolgte mittels einer Grauwertmessung innerhalb einer zuvor definierten Region of Interest. Hieraus konnte ein linearer Zusammenhang zwischen Hefezellzahlen und ermittelten Grauwerten der mikroskopischen Bilder nachgewiesen werden. Obwohl ein Wachstumsnachweis von Saccharomyces cerevisiae im segmentierten Fluss mit Hilfe des Analytik-Systems möglich war, konnte kein exakter Wachstumsverlauf verfolgt werden. Während des Hefewachstums bildeten sich Zellaggregate, die die Auswertung mittels des hier getesteten Analytik-Systems scheinbar beeinflussen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Temperierung von Mikrosystemen, um ein BioMEMS mit einem konstanten Wärmestrom zu versorgen. BioMEMS sind zum Beispiel kleine Systeme, die für die Zellkultivierung eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird zunächst die Wärmeleitung und die Wärmkapazität näher betrachtet. In verschiedenen Versuchsreihen werden mehrere Heizer hinsichtlich ihrer regelungstechnischen und elektrischen Parameter untersucht. Über eine serielle Schnittstelle werden die Temperaturdaten in einen Computer eingelesen und ausgewertet. Dafür werden der Aufbau und die Realisierung der Auswertung erläutert. Eine erste Dimensionierung eines Heizers wird mit Berechnungen eines einfachen Models überprüft.

In dieser Bachelorarbeit wurde durch Vergleichsmessungen an einer hinreichend großen Gruppe von 20 gesunden Probanden ein Messgerät zur quantitativen Erfassung muskulärer Ermüdung hinsichtlich der Berechnung und Ausgabe der Messwerte betrachtet. Dabei waren die großen Rumpfmuskeln (Mm. erector spinae, obliquii, rectus abdominis, latissimus dorsi) zu betrachten und durch Erfassung der elektromyographischen Signale die muskuläre Aktivität zu beurteilen. Für die Betrachtung der muskulären Aktivität wurde mit allen Probanden ein Maximalkrafttest und anschließend Ermüdungstests in zwei verschiedenen Trainingsgeräten durchgeführt. Dabei waren mögliche Umverteilungen der muskulären Aktivität im Verlaufe des Ermüdungstests zu berücksichtigen. Im Ergebnis der Untersuchungen wurden Aussagen zu den Einsatzmöglichkeiten des Diagnosegerätes im Bereich der Rumpfmuskulatur und den dabei zu beachtenden Rahmenbedingungen dargestellt.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines mechatronischen Unterdruck-Haftmoduls, das in ein Kletterroboter-System integriert werden soll. Jenes modularisierte Kletterroboter-System entstammt aus einem studentischen Projekt des FG Biomechatronik und trägt auf Grund seines bionisch inspirierten Vorbildes den Namen "Raupi". - Die Haftmodule des Kletterroboters waren bisher nur für den Einsatz an rohrförmigen Substraten konzipiert und wurden bereits durch Magnet-Module auf glatte, ebene und ferromagnetische Substrate ausgeweitet. Um nun den Einsatzort des Roboters auf glatte, ebene, nichtmagnetische Oberflächen zu erweitern, wird in dieser Arbeit ein Unterdruck-Haftmodul konzipiert. Es soll "Raupi" auch festen Halt auf Oberflächen wie Glas gewähren. - Nach dem Erarbeiten der physikalischen Grundlagen der Unterdruckerzeugung ergaben sich sechs mögliche technische Varianten, die mit dem derzeitigen Stand der Technik verglichen wurden. Aus der Analyse des Gesamtsystems "Raupi" ergaben sich die Anforderungen an das Saugmodul. Mit diesem Wissen wurde ein Prinzip mit vier aktiven/offenen Saugnäpfen, einer Miniatur-Membranpumpe zur Unterdruckerzeugung und 2 Ventilen zur "Greif" - Zustandssteuerung gewählt. - Um die "Greifzustände" - ansaugen, halten und lösen - automatisieren zu können, sind ein Differenzdrucksensor, am Schlauchsystem angebracht, und pro Saugnapf ein spezieller Berührungssensor vorgesehen. Das Saugmodul wurde konstruiert und ein erster Prototyp wurde gebaut. Die am Prototypen durchgeführten Funktionstests bestätigen die Einsatzfähigkeit des Saugmoduls für "Raupi".

Das Cochlea-Implantat (CI) ist eine Hörprothese, die es gehörlosen Menschen mit intaktem Hörnerv erlaubt, wieder einen Höreindruck zu gewinnen. Das CI wird operativ in die Hörschnecke eingesetzt. Bei Patienten mit hochgradiger Schwerhörigkeit kommen diese Implantate nur selten zum Einsatz, da es während des invasiven Eingriffs zum Verlust des Resthörvermögens kommen kann. Um hochgradig schwerhörigen Patienten vor der Implantation die Sicherheit des Erhalts ihres Resthörvermögens geben zu können, ist eine verlässliche, verletzungsarme Insertionsstrategie notwendig. Aus diesem Grund wurden Simulationen zum Insertionsverhalten von Nucleus® 24 Contour AdvanceTM Elektroden durchgeführt. Diese vorgeformt gefertigten Elektroden, mit einer daraus resultierenden passiven Krümmung während des Insertionsvorgangs, sind entwickelt worden, um eine Endlage des Implantates nahe des Modiolus zu ermöglichen. Eine Berücksichtigung der spiralförmigen Geometrie der Cochlea während des gesamten Insertionsverlaufs für eine atraumatische Implantation ist dabei bisher nicht vorgesehen. Deshalb wurde in dieser Arbeit sowohl die heute etablierte Advance-Off-Stylet Insertionstechnik, die das Krümmungsverhalten der Elektrode während der Insertion nicht berücksichtigt, als auch zwei Insertionsstrategien, die das Krümmungsverhalten der Elektrode während der Insertion berücksichtigen, simuliert. Es hat sich gezeigt, dass unter Berücksichtigung des Krümmungsverhaltens der Elektrode eine wesentlich geringere Konturverletzung auftrat. Dies lässt den Schluss zu, dass bei Berücksichtigung des Krümmungsverhaltens wesentlich geringere Insertionskräfte auftreten und somit die Schädigung wichtiger anatomischer Strukturen verhindert werden kann.