Master- und Diplomarbeiten

Diese Arbeit befasst sich mit monomolekularen Beschichtungen hergestellt aus Tetraetherlipiden (TEL). Diese Beschichtungen wurden mittels Kontaktwinkelmessungen, Zetapotentialmessungen, Weißlichtinterferometeraufnahmen und CLSM-Aufnahmen analysiert. Die erzeugten Schichten wurden mittels Langmuir-Blodgett-Technik als nicht kovalente Bindung an ein Modellsubstrat, durch Spreitung von vorher erzeugten Liposomen und kovalente Anbindung über Cyanurchlorid an ein Modellsubstrat realisiert. Die Lipide wurden anhand von mittels der Filmwaage aufgenommenen Isothermen charakterisiert. Die erzeugten Liposomen wurden durch DLS-Messungen analysiert. Aus den untersuchten Lipiden wurde mit zwei unterschiedlichen Verfahren Liposomen erzeugt. Eine Variante war die Filmtechnik und die zweite ein Eintropfverfahren. Die Messung der dynamischen Lichtstreuung der Liposomendispersionen ergab, dass durch Diether-Verunreinigungen kleinere Liposomen gebildet werden konnten. Durch den Einbau von Diethern ergaben sich wiederum für die daraus erzeugten Schichten andere Oberflächeneigenschaften. Deutlich hydrophobere Oberflächen waren wegen der eingebrachten Diether gegenüber reiner Schichten aus Tetraethern zu messen. Das Weißlichtinterferometer diente zur Bestimmung der Schichtdicke, die bei der kovalente-gebundenen Schicht bei allen TEL-Proben ähnlich ausfiel und auf einen möglichen Monolayer hindeutete. In dieser Arbeit konnten membrananaloge Beschichtungen von vier verschiedenen TEL und einer konventionellen Lipidmischung analysiert und miteinander verglichen werden. Ebenso konnten Thesen zur Beschichtung mit Liposomen, zur Liposomenherstellung, dem Einfluss des Reinheitsgrads der Lipidproben, sowie zu mittels Ultraschall homogenisierten Liposomendispersionen bearbeitet werden. Für diese ergab sich folgendes Fazit: Das Eintropfverfahren erfüllte die Anforderungen zur Liposomenherstellung besser als die Filmtechnik. Der Einsatz von Liposomendispersionen ergab dichtere Schichten für die weniger Lipid verbraucht wurde als mit Lipidlösungen. Der Reinheitsgrad und mögliche Verunreinigungen durch Diether hatten deutlichen Einfluss auf die Bildung der Liposomen sowie die Eigenschaften der daraus erzeugten Schichten. Zur Homogenisierung von Liposomendispersionen eignete sich Ultraschall und auch dies führte wiederum zur Verbesserung der daraus erzeugten Schichten.

Der Schutz des Gehörsinns gewinnt immer mehr an Bedeutung. Nicht nur Menschen, die berufsbedingt schädigendem Lärm ausgesetzt sind, müssen ihren Gehörsinn schützen, sondern auch Menschen in urbanen Gebieten, in denen immer stärkere Lärmpegel auftreten und zugelassen sind. Zur Untersuchung des Einflusses des Gehörganges auf die individuelle Schallübertragung zum Trommelfell und zur Unterstützung der Entwicklung neuer Gehörschutzsysteme wurde am Fachgebiet Biomechatronik ein Versuchsstand entwickelt. Dieser soll die Nachteile von Messungen am Probanden oder mittels Kunstkopf umgehen und zusätzlich helfen am Fachgebiet Biomechatronik erstellte Finite-Elemente-Modelle (FE-Modelle) zu validieren. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte eine Analyse des bisherigen Versuchsstandes im Hinblick auf Signalerzeugung und -aufnahme sowie hinsichtlich der konstruktiven Umsetzung - speziell des Modells des Außenohres. Ausgehend von dieser Analyse wurden anschließend ausgewählte Punkte hinsichtlich ihrer Handhabbarkeit, Vorbildtreue und Vergleichbarkeit zu dem FE-Modellen optimiert. Der Nachweis der Verbesserung wurde mittels geeigneter Experimente durchgeführt. Im Kern der Arbeit stand die Fertigung neuer Modelle des Außenohres für den Versuchsstand mittels Fused Deposition Modeling (FDM). Dabei wurden die in den FE-Modellen verwendet Geometrien genutzt und sowohl verschiedene Ausführungen des Außenohrmodells als auch verschiedene Materialien für den 3D-Druck getestet. Die Modelle wurden in monolithischer (Ohrmuschel und Gehörgang fest zusammen) und modularer Ausführung (Ohrmuschel und Gehörgang getrennt) gefertigt. Durch den Vergleich der Messungen beider Modelle, konnte beurteilt werden, wie schalldicht die Verbindung zwischen Gehörgang und Pinna beim modularen Modell ist. Anschließend wurde mit den Modellen sowohl der Einfluss der Geometrie des Gehörganges sowie der Steifigkeit des Außenohres auf die Schallübertragung zum Trommelfell untersucht. Die gewonnenen Messergebnisse wurden mit den Ergebnissen der Simulationen verglichen. Durch die getrennte Messung des Gehörgangs und der Ohrmuschel, konnte festgestellt werden, welche Resonanzen durch welchen Bestandteil des Außenohres hervorgerufen wurden. Durch die Verwendung verschiedene Materialien konnte untersucht werden inwiefern die Elastizität der Ohrmuschel positiv zur Übertragung des Schalls beiträgt. Weiterhin konnte durch den Austausch des verwendeten Lautsprechers der Signal-Rausch-Abstand bei der Messung verbessert werden. Durch den Einsatz eines geeigneten Adapters konnte die Nutzung des vorhandenen Messmikrofons für Windows-PCs ermöglicht werden. Darüber hinaus wurde die Signalauswertung mittels Audacity® auf MATLAB® übertragen und erweitert.

Diese Masterarbeit wurde in Kooperation mit dem Fraunhofer IWMS in Halle angefertigt. Die Zielstellung umfasst die Untersuchung von Through-Silicon Vias (TSV) mittels Ultraschallmikroskopie im GHz-Bereich und die Auswertung der entstehenden Kontrasterscheinungen. Dabei wurden TSVs mit verschiedenen Durchmessern und Fehlertypen untersucht. Darüber hinaus wird eine Voruntersuchung an Modellproben, als Ersatz für Faserknorpelgewebe am Sehnen-Knochen-Ansatz, mit dem Ziel der Bestimmung elastischer Eigenschaften, durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass Fehler unter der Probenoberfläche nicht direkt auf den akustischen Aufnahmen identifiziert werden können, da die Eindringtiefe des Schalls auf wenige Mikrometer begrenzt ist. Nach oben geöffnete Randdelaminationen, die bis zu 40 m tief an den TSV-Grenzen verlaufen, waren zweifelsfrei erkennbar. Darüber hinaus zeigte unterhalb der Delamination das gewohnte symmetrische Bild eines intakten TSVs. Eine Erklärung dafür sind Rayleighwellen, welche entlang der TSV-Grenzen verlaufen können und so tiefer eindringen als reine Kompressionswellen. Weiter konnte gezeigt werden, dass die Rayleighwellen besser in den TSV-Rand eingekoppelt werden, wenn die Delamination zur Oberfläche offen ist. Zudem konnten kreisförmige Erscheinungen um die TSVs mit der Interferenz von Oberflächen- und Kompressionswellen erklärt werden.

Während der Explantation von Hüftgelenk-Endoprothesen kommt es heutzutage immer noch größtenteils auf die Erfahrung des durchführenden Chirurgen an. Das ist insbesondere im Falle einer "zementierten" Verbindung zwischen Implantat und Femur der Fall, wobei durch Geometrie und Restfestigkeit eine hohe Varianz entsteht. Dabei ist eine Vielzahl von individuellen Vorge-hensweisen notwendig, welche nur von erfahrenen Operateuren beherrscht werden. Es gibt die Hypothese, dass bestimmte und sich wiederholende Schlagmuster zu einem idealen Verlauf der Operation beitragen können. Eine Identifikation dieser Muster und eine spätere mechanische Reproduktion sollen für Patienten und Operateure in Zukunft einen schonenderen und effizienteren Ablauf der Explantation ermöglichen. In der vorliegenden Masterarbeit wird ein Beitrag zur Identifikation dieser Schlagmuster geleistet. Dazu wurde ein Messaufbau entwickelt. Dieser nimmt eine erste Erfassung der wirkenden mechanischen Reaktionen während der Operation vor. Hierzu wurde die Vorgehensweise während einer solchen Explantation und die für den Messaufbau möglichen Messprinzipien näher betrachtet. Nach der Festlegung der Anforderungen wurden unterschiedliche Konzepte für die wichtigsten Elemente des Aufbaus aufgestellt und miteinander verglichen. Mit der entworfenen Messvorrichtung können mechanische Reaktionen während der Explantation von Hüftgelenk-Endoprothesen aufgenommen werden. Diese Messvorrichtung ist so ausgelegt, dass eine In-vitro-Studie mit sogenannten "Schafmodellen" durchgeführt werden kann. Infolge-dessen erfolgt eine Bestimmung der mechanischen Reaktionen während einer Explantation, unter Verwendung von Femora von Schafen mit implantierten Prothesen im Aufbau. Für weiterführende Untersuchungen sollte die Messvorrichtung als technische Grundlage Berücksichtigung finden. Die Ermittlung der mechanischen Reaktionen z.B. im Hinblick auf verschiedenen Formen von Prothesen und Befestigungsarten im Femur würde neue Erkenntnisse bringen.

In der vorliegenden Arbeit wird eine miniaturisierte und berührbare Plasmaquelle entwickelt, welche bei Atmosphärendruck und Umgebungsluft zündet. Des Weiteren handelt es sich um ein Niedertemperatur-Plasma, dass an biologische Labor Bedingungen angepasst ist. Zum Betrieb sind einige Hilfsmittel, wie Spannungsquellen und Schnittstellen zwischen Spannungs- und Plasmaquelle notwendig. Es wurden verfügbare Spannungsquellen genutzt, verglichen und Verbesserungspotential eingelegt. Sichere und leicht handhabbare Schnittstellen wurden entworfen und konstruiert. Die Durabilität der Plasmaquelle wurde untersucht. Die Behandlung von L929 und EA.hy926 Zelllinien mit Plasma und isolierten Bestandteilen eines Plasmas wurden durchgeführt und der Metabolismus der Zellen gemessen. Diese Versuche zeigen auf, dass der Metabolismus stark beeinträchtigt wird. Mit dem entwickelten und konstruierten Gesamtsystem ist eine Fortführung der Arbeit möglich.