Untersuchung und Entwicklung von Algorithmen zur Stereobildauswertung für die Erfassung von Objekten im Umfeld von Fahrzeugen und Realisierung einer Hindernisdetektion in Echtzeit mittels einer Hardwareimplementierung auf einem FPGA

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2009von Michael Torno

Multispektral-bildgestütztes Sortieren von Biopartikeln

Bioparticles surround us in many areas of daily life. They are used, for example, in plant cultivation, the food industry or for environmental applications. The characterization of these particles is a challenge due to their small size. The present work therefore deals with the development and investigation of novel multispectral imaging techniques for the characterization and sorting of bioparticles in microfluidic flow. For this purpose, innovative microfluidic structures were tested to place particles in the focal plane of the optical system by controlled fluid rotation. These structures build the basis for optical characterization and image-based sorting at the single particle level. Microalgae of the type Haematococcus pluvialis (HP) were used as model organism for the investigations as well as for the subsequent image-based sorting. These microalgae are cultivated in a two-step process, where they change their morphological as well as their spectral properties if they are exposed to external stress factors. Such characteristics make them interesting for multispectral imaging analysis. During the development and optimization of biotechnological cultivation processes, continuous monitoring of the spectral and morphological properties of the cells is an important quality pa-rameter. Due to the large number of cells analyzed at the single cell level per measurement, pre-cise information about the physiological state of the cells as well as the composition of the entire population is possible. With the novel universally applicable multispectral imaging platform, several thousand particles per minute could be captured and classified. By implementing real-time classification, the entire analysis process could be significantly accelerated and automated. The measured values of the multispectral imaging correlate with the measured values of the chemically extracted dyes in the particles

Qualitätsgetriebene Datenproduktionssteuerung in Echtzeit-Data-Warehouse-Systemen

Wurden früher Data-Warehouse-Systeme meist nur zur Datenanalyse für die Entscheidungsunterstützung des Managements eingesetzt, haben sie sich nunmehr zur zentralen Plattform für die integrierte Informationsversorgung eines Unternehmens entwickelt. Dies schließt vor allem auch die Einbindung des Data-Warehouses in operative Prozesse mit ein, für die zum einen sehr aktuelle Daten benötigt werden und zum anderen eine schnelle Anfrageverarbeitung gefordert wird. Daneben existieren jedoch weiterhin klassische Data-Warehouse-Anwendungen, welche hochqualitative und verfeinerte Daten benötigen. Die Anwender eines Data-Warehouse-Systems haben somit verschiedene und zum Teil konfligierende Anforderungen bezüglich der Datenaktualität, der Anfragelatenz und der Datenstabilität. In der vorliegenden Dissertation wurden Methoden und Techniken entwickelt, die diesen Konflikt adressieren und lösen. Die umfassende Zielstellung bestand darin, eine Echtzeit-Data-Warehouse-Architektur zu entwickeln, welche die Informationsversorgung in seiner ganzen Breite -- von historischen bis hin zu aktuellen Daten -- abdecken kann. Zunächst wurde ein Verfahren zur Ablaufplanung kontinuierlicher Aktualisierungsströme erarbeitet. Dieses berücksichtigt die widerstreitenden Anforderungen der Nutzer des Data-Warehouse-Systems und erzeugt bewiesenermaßen optimale Ablaufpläne. Im nächsten Schritt wurde die Ablaufplanung im Kontext mehrstufiger Datenproduktionsprozesse untersucht. Gegenstand der Analyse war insbesondere, unter welchen Bedingungen eine Ablaufplanung in Datenproduktionsprozessen gewinnbringend anwendbar ist. Zur Unterstützung der Analyse komplexer Data-Warehouse-Prozesse wurde eine Visualisierung der Entwicklung der Datenzustände, über die Produktionsprozesse hinweg, vorgeschlagen. Mit dieser steht ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem explorativ Datenproduktionsprozesse auf ihr Optimierungspotenzial hin untersucht werden können. Das den operativen Datenänderungen unterworfene Echtzeit-Data-Warehouse-System führt in der Berichtsproduktion zu Inkonsistenzen. Daher wurde eine entkoppelte und für die Anwendung der Berichtsproduktion optimierte Datenschicht erarbeitet. Es wurde weiterhin ein Aggregationskonzept zur Beschleunigung der Anfrageverarbeitung entwickelt. Die Vollständigkeit der Berichtsanfragen wird durch spezielle Anfragetechniken garantiert. Es wurden zwei Data-Warehouse-Fallstudien großer Unternehmen vorgestellt sowie deren spezifische Herausforderungen analysiert. Die in dieser Dissertation entwickelten Konzepte wurden auf ihren Nutzen und ihre Anwendbarkeit in den Praxisszenarien hin überprüft.:1 Einleitung 1 2 Fallstudien 7 2.1 Fallstudie A: UBS AG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.1 Unternehmen und Anwendungsdomäne . . . . . . . . . . . . 8 2.1.2 Systemarchitektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.3 Besonderheiten und Herausforderungen . . . . . . . . . . . . 13 2.2 Fallstudie B: GfK Retail and Technology . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2.1 Unternehmen und Anwendungsdomäne . . . . . . . . . . . . 15 2.2.2 Systemarchitektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.3 Besonderheiten und Herausforderungen . . . . . . . . . . . . 20 3 Evolution der Data-Warehouse- Systeme und Anforderungsanalyse 23 3.1 Der Data-Warehouse-Begriff und Referenzarchitektur . . . . . . . . . 23 3.1.1 Definition des klassischen Data-Warehouse-Begriffs . . . . . . 23 3.1.2 Referenzarchitektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 Situative Datenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.2.1 Interaktion zwischen IT und Fachbereich . . . . . . . . . . . 31 3.2.2 Spreadmart-Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2.3 Analytische Mashups und dienstorientierte Architekturen . . 35 3.2.4 Werkzeuge und Methoden im Kostenvergleich . . . . . . . . . 40 3.3 Evolution der Data-Warehouse-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.1 Nutzung von Data-Warehouse-Systemen . . . . . . . . . . . . 41 3.3.2 Entwicklungsprozess der Hardware- und DBMS-Architekturen 46 3.4 Architektur eines Echtzeit-Data-Warehouse . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4.1 Der Echtzeit-Begriff im Data-Warehouse-Umfeld . . . . . . . 50 3.4.2 Architektur eines Echtzeit-Data-Warehouses . . . . . . . . . . 51 3.4.3 Systemmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.5 Anforderungen an ein Echtzeit-Data-Warehouse . . . . . . . . . . . . 55 3.5.1 Maximierung der Datenaktualität . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5.2 Minimierung der Anfragelatenz . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5.3 Erhalt der Datenstabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4 Datenproduktionssteuerung in einstufigen Systemen 59 4.1 Qualitätskriterien und Systemmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.1.1 Dienstqualitätskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.1.2 Datenqualitätskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1.3 Multikriterielle Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.1.4 Workload- und Systemmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2 Multikriterielle Ablaufplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.1 Pareto-effiziente Ablaufpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.2 Abbildung auf das Rucksackproblem . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2.3 Lösung mittels dynamischer Programmierung . . . . . . . . . 74 4.3 Dynamische Ablaufplanung zur Laufzeit . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.4 Selektionsbasierte Ausnahmebehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.5 Evaluierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.5.1 Experimentierumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.5.2 Leistungsvergleich und Adaptivität . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.5.3 Laufzeit- und Speicherkomplexität . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.5.4 Änderungsstabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5 Bewertung von Ladestrategien in mehrstufigen Datenproduktionsprozessen 5.1 Ablaufplanung in mehrstufigen Datenproduktionsprozessen . . . . . 96 5.1.1 Ladestrategien und Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . 97 5.1.2 Evaluierung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.2 Visualisierung der Datenqualität in mehrstufigen Datenproduktionsprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.2.1 Erfassung und Speicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.2.2 Visualisierung der Datenqualität . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.2.3 Prototypische Umsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 6 Konsistente Datenanalyse in operativen Datenproduktionsprozessen 119 6.1 Der Reporting-Layer als Basis einer stabilen Berichtsproduktion . . 120 6.1.1 Stabilität durch Entkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.1.2 Vorberechnung von Basisaggregaten . . . . . . . . . . . . . . 121 6.1.3 Vollständigkeitsbestimmung und Nullwertsemantik . . . . . . 125 6.1.4 Datenhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.1.5 Prozess der Anfrageverarbeitung mit Vollständigkeitsbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.1.6 Verwandte Arbeiten und Techniken . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.1.7 Evaluierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 6.2 Nullwertkomprimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.2.1 Einleitendes Beispiel und Vorbetrachtungen . . . . . . . . . . 134 6.2.2 Nullwertkomprimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 6.2.3 Anfrageverarbeitung auf nullwertkomprimierten Daten . . . . 143 6.2.4 Verwandte Arbeiten und Techniken . . . . . . . . . . . . . . . 146 6.2.5 Evaluierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7 Zusammenfassung und Ausblick 157 Literaturverzeichnis 161 Online-Quellenverzeichnis 169 Abbildungsverzeichnis 17

Identifizierung und Validierung von Referenzgenen zur relativen Quantifizierung der mRNA-Expression in neonatalem murinem Lungengewebe mittels RT-qPCR

Die quantitative Echtzeit-PCR (real time quantitative polymerase chain reaction, abgekürzt qPCR) ist eine moderne Technik für die Genexpressionsanalyse und ist in diversen Forschungsbereichen etabliert. Sie weist zahlreiche markante Vorteile auf, wie hohe Sensitivität und Spezifität, zuverlässige Reproduzierbarkeit sowie großer dynamischer Bereich mit der Fähigkeit, auch geringste Mengen an Genaktivität in Form von mRNA-Expression zuverlässig nachzuweisen. Für die Interpretation der gewonnenen Rohdaten wird die sog. relative Quantifizierung bevorzugt eingesetzt, weil mit dieser leicht durchführbaren Methode die experimentell bedingten, unspezifischen Variationen in der Genexpression effektiv behoben werden können und dadurch nur echte Variationen der Genexpression, die das zu untersuchende, biologische Phänomen erklärt, detektiert werden können. Bei der relativen Quantifizierung wird die Expression der Zielgene zu der der Referenzgene "relativ" quantifiziert. Um zuverlässig als Referenzgene zu dienen, muss eine vernachlässigbar niedrige Expressionsvariabilität der Referenzgene vorausgesetzt werden, und zwar idealerweise unabhängig von biologischen, technischen und experimentellen Bedingungen. Bei humanen Lungenerkrankungen werden oft Signalwege der Embryonalentwicklung reaktiviert. Daher bietet sich ein neonatales Mausmodell zur Untersuchung dieser Signalwege in murinem Lungengewebe an. Dabei ist die Auswahl geeigneter Referenzgene besonders herausfordernd, weil während des Reifungsprozesses der Lunge komplexe transkriptionelle und epigenetische Regulation diverser Gene stattfindet. Trotzdem liegen bisher nur begrenzt Daten über zuverlässige Referenzgene für Mauslungen während der neonatalen Entwicklungsphase und bei experimentell induzierter Lungenschädigung (z.B. durch Hyperoxie-Exposition) vor. Im vorliegenden Projekt haben wir konventionell verwendete Referenzgene sowie neue Referenzgenkandidaten hinsichtlich ihrer Expressionsvariabilität in neonatalen Lungen von C57BL/6-Mäuse evaluiert, wobei biologische, technische und experimentelle Effekte berücksichtigt wurden. Im ersten Schritt wurden dafür Referenzgenkandidaten aus Fachartikeln zu Mauslungenstudien bzw. zu Evaluierungsstudien, die die Zuverlässigkeit von Referenzgenen untersucht haben, zusammengetragen. Außerdem wurden mittels der Analysesoftware Genevestigator bereits publizierte Microarray-Daten auf mögliche Referenzgenkandidaten hin analysiert. Daraus ergaben sich insgesamt 122 Referenzgenkandidaten. Davon wurde anschließend eine Reihe von Genen ausgeschlossen, die einerseits unsere vordefinierten Kriterien nicht erfüllten oder andererseits eine hohe Expressionsvariabilität in unseren eigenen Microarray-Daten bzw. in Genevestigator aufwiesen. Aus dieser Vorauswahl ergaben sich 24 Referenzgenkandidaten, die in RT-qPCR-Experimenten in Lungenproben von C57BL/6-Mäusen validiert wurden. Dabei wurden biologische (Entwicklungsstadium, Geschlecht), technische 6 (RNA-Qualität) sowie experimentelle (Hyperoxie-Exposition) Variablen berücksichtigt. Die gewonnenen Expressionsdaten, repräsentiert als unbearbeitete Cq-Werte, wurden mit Hilfe von zwei gängigen Analysealgorithmen (GeNorm und Normfinder) zur Identifizierung zuverlässiger Referenzgene analysiert. Die Expression der Referenzgenkandidaten in diversen pulmonalen Zelltypen wurde in Zusammenarbeit mit unserem Projektpartner Prof. Sucre (Vanderbilt University Medical Center, Nashville, USA) mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung bestimmt. Kein einziger Referenzgenkandidat zeigte stabile Expression bei allen untersuchten Exprimentalbedingungen, so dass kein einzelnes Gen als ubiquitär verwendbares und damit ideales Referenzgen eingesetzt werden könnte. Vielmehr erwiesen sich unterschiedliche Referenzgenkandidaten abhängig von den untersuchten biologischen, technischen und experimentellen Bedingungen und vom jeweiligen Algorithmus als am stabilsten exprimiert (siehe Abb. 5-1 Zusammenfassung der zuverlässigen Referenzgene in der Diskussion). Die im Rahmen des vorliegenden Projektes identifizierten, stabil exprimierten Referenzgene werden zur akkuraten Interpretation zukünftiger RT-qPCR-Experimente in neonatalen Mäusen beitragen.RT-qPCR is the established, state-of-the-art method for gene expression analysis in a variety of research areas. The technology has distinct advantages such as high sensitivity and specificity, reliable reproducibility and high dynamic range so as to detect transcripts at low copy numbers. A so-called relative quantification is preferably applied for the interpretation of raw RT-qPCR data because the experiment-derived, unspecific variations of gene expression can be effectively removed through this easily applicable analysis method and the true variations of gene expression underlying the biologic phenomenon under investigation can be fully revealed. In the relative quantification, the expression of the gene of interest is "relatively" quantified to that of so-called reference genes. For a reliable performance, the reference genes need to possess negligible expression variability which should not be influenced by biological, technical and experimental conditions. In human pulmonary diseases, the signal pathways of embryonic development are often activated and thus, the neonatal murine model provides various possibilities for investigating these signal pathways underlying human diseases. In the developing lungs of mice, the selection of appropriate reference genes is particularly challenging since complex transcriptional and epigenetic regulations of diverse genes occur. Despite the plethora of studies with neonatal lungs, there is only limited data available addressing reference gene expression for the developing lungs with experimentally induced lung injury, e.g., by hyperoxia exposure. 7 In the present study, commonly used and novel software-predicted reference gene candidates were evaluated for their expression variability in the lung of neonatal C57BL/6 mice while considering the effect of biologic, technical and experimental variables. In a first step, published studies for commonly used reference genes or evaluation studies for reliable reference genes were reviewd. In addition, publicly available microarray datasets were screened using the Genevestigator software, resulting in an initial selection of 122 candidates. A series of candidate genes was then excluded from further processing, if they were not matching pre-defined criteria or showed high expression variability in own microarray data derived from neonatal lung and data from Genevestigator. The 24 final reference gene candidates from this pre-selection step were evaluated by RT-qPCR in lung tissue samples of C57BL/6 mice under consideration of critical biological variables (developmental stage, sex) and technical conditions (RNA quality) as well as an experimental challenge (hyperoxia exposure). The obtained expression data were analyzed using GeNorm and Normfinder algorithms to identify reliable reference genes from the candidate gene set. In cooperation with Dr. Sucre (Vanderbilt University Medical Center, Nashville, USA), the cell-specific expression of the final reference gene candidates was analyzed using single- cell RNA-sequencing in the developing mouse lung. None of the reference gene candidates showed stable gene expression throughout all investigated experimental conditions so that there was no ubiquitous ideal reference gene from our candidate genes, but rather, several different reference gene candidates were shown to be reliable reference genes depending on the investigated, biological, technical and exprimental conditions and each analysis algorithm (see Abb. 5-1 summarized reliable reference genes in the discussion section). The identified reliable reference genes will provide valuable resource for accurate interpretation of future RT-qPCR experiments investigating neonatal mouse lung tissue

Etablierung einer in vitro Screeningplattform für individualisiertes Immuntargeting (SPIIT) solider Tumoren

Krebserkrankungen stellen in Deutschland, nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die zweithäufigste Todesursache dar. Das bedeutet, dass für eine große Anzahl an Patienten weitere therapeutische Optionen fehlen. Das Mammakarzinom stellt einen relevanten Vertreter für solide Tumoren dar und dient in dieser Arbeit als Modell. Eine CAR-T-Zell Therapie ist in Deutschland bisher nur für B-Zell Malignome eine zugelassene Behandlungsoption. Der Grund hierfür ist 1. der Mangel an bekannten, exklusiven Ziel-AG, sodass es zu einem „on Target, off Tumor Effekt“ kommen kann. Dieser kann tödlich sein, wenn die Ziel-AG auf lebensnotwendigen Geweben exprimiert werden und die CAR-T-Zell Funktion nicht steuerbar ist. Letzteres kann 2. zu einer Erschöpfung der CAR-T Zellen durch die tonische Aktivierung führen. Wird nur ein AG angezielt droht 3. der Verlust der AG-Expression auf den Tumorzellen. Bei den in dieser Arbeit verwendeten AdCAR-T-Zellen wurde die AG Erkennung und die T-Zell Aktivierung durch ein Adaptersystem auf zwei Untereinheiten aufgeteilt. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass nur durch Zugabe eines passenden AM eine AdCAR-T-Zell Aktivierung erfolgt und das Anzielen verschiedener AG möglich ist. Dies ist ein Lösungsansatz bei Auftreten eines 1. „on Tumor, off Target Effekt“ und anderer Nebenwirkungen, 2. bei einer Erschöpfung der Effektoren durch eine tonische Aktivierung. Durch den Wechsel des AM kann auf (3.) einen Ziel-AG Verlust reagiert werden. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde eine Screeningplattform für individualisiertes Immunotargeting (SPIIT) etabliert. Die semiquantitative, durchflusszytometrische Immunphänotypisierung eignete sich für das AG Screening der fünf kommerziellen und einer patientengenerierten Brustkrebszelllinie auf 12 AG. Anschließend konnte in vitro eine spezifische und steuerbare Lyse der Tumorzellen, durch eine Kombination von AdCAR-T-Zellen und passenden AM, für alle AG gezeigt werden. Bei fehlender AG Expression oder Abwesenheit eines passenden AM, konnte keine AdCAR vermittelte Tumorzelllyse beobachtet werden. Die Effektivität der Tumorzelllyse durch die AdCAR-Zellen korrelierte mit dem Ausmaß der gemessenen AG Expression

Durchflusszytometrische Zählungen von CD3-, CD4- und CD8-positiven Lymphozyten nach einer Aufbereitung ohne Erythrozytenlyse:Vergleich der Ergebnisse eines mobilen und Standard-Labors

Die Bestimmung von Leukozytensubpopulationen nach den no-lyse Verfahren gewinnt an Bedeutung. Verglichen mit den Standardverfahren geht die Methode mit geringeren Zellverlusten einher, ist zeitsparender und kostengünstig. Das HIV-Problem mit der Zunahme an Neuinfektionen besonders in den Entwicklungsländern erfordert eine Möglichkeit zur Therapieüberwachung, die wirtschaftlich und in infrastrukturell unterentwickelten Regionen durchführbar ist. Es wurden die Leukozytensubpopulationen CD3 und CD8 erstmals ohne Erythrozytenlyse mit einem transportablen Durchflusszytometer (CyFlowCounter®) volumetrisch bestimmt. Im zweiten Schritt wurde ein mobiles Labor einem standardisierten Labor zur Quantifizierung dieser und der CD4-positiven Lymphozytensubpopulationen gegenübergestellt.Die Kombination eines mobilen Labors und die CD3-, CD4-, CD8- Zellzählung mit dem CyFlowCounter® stellen einen Lösungsansatz für eine flächendeckende und medizinisch verantwortliche HIV-Therapie dar

Untersuchung von Verarbeitungsalgorithmen zur automatischen Auswertung neuronaler Signale aus Multielektroden-Arrays

Mit Hilfe von Multielektroden-Arrays (MEAs) können viele Zellen gleichzeitig kontaktiert und deren elektrische Aktivität abgeleitet werden. Für die weitere Analyse müssen die abgeleiteten Signale in ihre Einzelbestandteile zerlegt werden. Dieser Vorgang wird als Spike Sorting bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit werden Ansätze für ein vollständig automatisiertes Spike Sorting vorgestellt und untersucht. Dabei werden Verfahren aufgezeigt, die mit Hilfe von adaptiven Verfahren die abgeleiteten Zellsignale optimal filtern und automatisch in deren Einzelkomponenten zerlegen

Feldversuchsbasierte Analyse und ökonomischer Vergleich von elektrifizierten und nicht elektrifizierten Großkehrmaschinen bei der Stadtreinigung Hamburg

Der Klimawandel und die Verknappung der endlichen Ressource Erdöl sind tragfähige Motive und führen zu notwendigen Veränderungen. Lösungsansätze dafür sind eine Effizienzsteigerung bestehender Technologien sowie die Entwicklung neuer Antriebskonzepte. Gleichzeitig muss es das Ziel sein, einen ganzheitlichen Ansatz in der Mobilität zu verfolgen. Die Nutzung regenerativer Energien wird hierbei eine entscheidende Rolle spielen. Im Fokus dieses Praxisprojektes steht der Einsatz von Elektromobilität in der Entsorgungswirtschaft, und zwar sowohl hinsichtlich der Fakten als auch der Wahrnehmung. Das Thema Elektromobilität ist aktueller als je zuvor. Verschiedene Marktanalysen und die Ergebnisse meiner vorangegangenen Masterthesis haben gezeigt, dass die Elektromobilität ein zentraler Motor für die ökonomische und gesellschaftliche Entwicklung moderner Industrie- und Dienstleistungsgesellschaften ist. Im Hinblick darauf und in Anbetracht der politischen und wirtschaftlichen Ziele sind die Fahrzeug-, Aufbau- und Batteriehersteller gefordert, die Fahrzeug- und Batterietechnologie sicherer, leistungsfähiger und zuverlässiger zu gestalten. Bei der Gesamtbetrachtung der Elektromobilität in der Entsorgungswirtschaft sind heute mehr Schwächen als Stärken zu registrieren, jedoch bestehen aus heutiger Sicht auch mehr Chancen als Risiken, wenn es gilt, die Ziele zu erreichen. Hohe Investitionen und ein starkes Umdenken der jeweiligen Beteiligten sind ab jetzt entscheidend. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, inwieweit sich unterschiedliche vorhandene kommunale elektrische Fahrzeuge als Baustein der Energiewende eignen und welche grundlegenden Voraussetzungen für den Aufbau der notwendigen Ladeinfrastruktur zu beachten sind. Das Praxisprojekt wird anhand eines Pilotprojektes in der Hamburger Stadtreinigung durchgeführt. Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchung auf den Kriterien Energieverbrauch, Reichweite, Lärm-Emissionen, Arbeitsautonomie, Ladedauer der Fahrzeuge und Ladestrombereitstellung. Zur Beantwortung der Fragen kommen neben empirischen Methoden technische Messmethoden zum Einsatz, deren Vergleich untereinander es erlaubt, die Eignung der verschiedenen eingesetzten Technologien für die Integration von Elektrofahrzeugen zu beurteilen und Handlungsempfehlungen abzuleiten.Climate change and the shortage of the exhaustible resource crude oil are reliable motives and lead to essential changes. An increase in the efficiency of existing technologies and the development of new drive concepts are corresponding approaches. At the same time, the aim must be to pursue a holistic approach of mobility. The use of renewable energy will play a decisive role. The focus of this practical project is the use of electromobility in the waste management industry, both in terms of facts and perception. The subject of electromobility is more present than ever before. Different market analysis as well as my previous master’s thesis have shown that electromobility is a central engine for the economic and social development of modern industrialized and service societies. With regard to this and in consideration of the political and economic aims, the vehicle, body and battery manufacturers are challenged to make vehicle and battery technology safer, more efficient and more reliable. When considering electromobility as a whole in the waste management industry, today more weaknesses than strengths are to be registered, but from today’s perspective there are also more opportunities than risks to achieve the aims. From now on, high investments and a strong rethinking of those involved are crucial. Within the scope of this thesis, the question will be investigated how far different existing municipal electric vehicles are suitable as a component of the energy transition and which basic prerequisites for the installation of the necessary charging infrastructure have to be considered. The practical project is carried out on the basis of a pilot project of the Hamburg city cleaning service. The focus of the investigation is on the criteria of energy consumption, range, noise emissions, work autonomy, charging duration of the vehicles and provision of charging current. In addition to empirical methods, technical measurement methods are used to answer the questions, and the comparison with each other allows to assess the suitability of the various technologies used for the integration of electric vehicles and to derive recommendations for action

Ganzheitliche Überwachung eines CHO-K1 Zellkulturprozesses mit multimodalen spektroskopischen Methoden

Die moderne biopharmazeutische Industrie beschäftigt sich mit der Herstellung von Wirkstoffen, die in Bioprozessen produziert werden. Ein breites Anwendungsgebiet haben Biopharmaka, zu denen Impfstoffe, therapeutische Proteine und biologische Moleküle gehören. Säugetierzellen bilden eine wichtige Gruppe der Wirtszellen in der Bioproduktion. Der Zellkultivierungsprozess der Säugetierzellen ist komplexer als andere Grundoperationen (Engl. unit operations), daher sind hierbei umfangreiche Prozessüberwachung und -kontrolle notwendig, um eine hohe Qualität und Sicherheit der Biopharmaka zu gewährleisten. Im Rahmen der PAT-Initiative (Engl. Process Analytical Technology) setzen sich die biopharmazeutische Industrie und die regulatorischen Behörden dafür ein, dass der Bioprozess genauer überwacht und verstanden wird. Auf Basis von Multivariate Datenanalyse (MVDA) und Sensorik mit modernen Prozessanalysetechniken, zwei PAT-Elemente, stellt die Methode der Spektroskopie zur Bioprozessüberwachung als geeignet dar. Die Arbeit behandelt die Evaluierung der MIR-, 2DF- und UV/VIS-Spektroskopie zur Überwachung eines Zellkultivierungsprozesses mit CHO-Zellen. Methoden aus der MVDA wurden stets verwendet. In erstem Teil der Arbeit wurde mit Hilfe der MIR- und 2DF- Spektroskopie fünf CPPs (Engl. critical process parameters) untersucht: Glucose-, Laktat- und Glutamin-Konzentrationen, sowie Gesamtzellzahl und Lebendzellzahl. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden spektroskopischen Methoden parallel zu einander verschiedene Zielanalyten simultan detektieren können. In zweitem Teil der Arbeit wurde eine Methode zur gezielten Induktion von Apoptose in CHO-Zellen entwickelt. Es konnten mit der Methode Zellkulturen mit verschiedenem Anteil apoptotischer Zellen generiert werden. Die induzierte Apoptose wurde als ein neuer Prozessparameter im letzten Teil der Arbeit eingeführt. Die 2DF- und UV/VIS-Spektroskopie diente hierbei erfolgreich der Überwachung, um den Anteil apoptotischer Zellen sowie die Gesamtzellzahl im Bioreaktor zu detektieren