Geräte


Stereo System zur optischen Dehnungsmessung Dantec/LIMESS Q-400-3D 3D-DIC

Das System misst Verformungen auf Oberflächen im Raum mittels digitaler Bildkorrelation (DIC, digital image correlation). Dazu zeichnen zwei digitale Kameras den Verformungsvorgang auf. Die Bilder werden mittels subpixelgenauer Bildkorrelationsalgorithmen (Grauwertkorrelation) ausgewertet. An jedem Oberflächenpunkt (Kamerapixel) des Bauteils werden die 3D Koordinate, Verschiebung und die Dehnung gemessen. Die Objektoberfläche muss ein stochastisches (natürliches oder präpariertes) Muster ("Specklemuster") besitzen. Starrkörperbewegungen werden erfasst und bei der Dehnungsberechnung berücksichtigt.

Technische Daten:

- Messfeldgröße: 10mm² bis 100m²

- Genauigkeit für 3D-Bewegung: 0,01 Pixel

- Genauigkeit für Dehnung: 0.02%

- Bildaufnahmerate: bis zu 25Hz - 2448 x 2050 Pixel


Biaxialer Materialprüfstand mit optischer Dehnungsmessung BiAX

Orthotrope oder allgemeiner anisotrope Werkstoffe wie textiles oder biologisches Gewebe lassen sich im einachsigen Zugversuch nicht ausreichend charakterisieren. Daher muss für diese Werkstoffe ein zweiachsiges Prüfverfahren angewendet werden. Dafür wurde im Labor Biomechanik der Versuchsstand BiAX entwickelt, getestet und programmiert. Eine entscheidende Neuerung ist eine leicht handhabbare Probeneinspannung ohne Behinderung der Querkontraktionen der Probe bei Belastung. Die Probe wird ohne weitere Vorbereitung in einem Schritt in die Einspannung gehoben. Die Deformation wird optisch mit digitaler Bildkorrelation (DIC) gemessen.

Technische Spezifikationen:

- Probengröße: 40 x 40mm (bisher)

- Schrittmotorauflösung: ca. 15 750 Schritte/mm

- Messbereich: maximal 225N

- Datenaufnahmerate: 100Hz bei 7 Messkanälen

- Bildaufnahmerate: bis zu 25Hz - 2448 x 2050 Pixel

- Schnittstellen für Ergebnisdaten: avi, tiff, excel und ascii


Digitales Mikroskop (KEYENCE VHX-600, Gen II)

Mit dem digitalen Mikroskop können stark vergrößerte Oberflächen- und Querschliffaufnahmen in 3D oder in gewöhnlichen Darstellungen erzeugt werden. Damit lassen sich hochwertige Originalbilder mit großer Funktionsvielfalt erstellen.

Technische Daten:

- Auflösung: bis zu 54 Mio. Pixel 3-fach CCD-Element

- Vergrößerung: 20 bis 200-fach (andere Optiken möglich)

- Bildverarbeitung: 16-Bit

- Optionen: schnelle 3D-Topologie, Tiefenzusammensetzung, Interferenzkontrast, Hell/Dunkelfeld, Reflexionsunterdrückung, kalibrierte Vermessungsfunktionen, hochauflösendes RZ-Objektiv


Dynamic Vessel Analyzer (DVAlight, IMEDOS, Jena): Klinische Messung mit digitaler Videoerfassung; digitale Nachmessung, mobiler Einsatz.

Die Netzhaut, ist eine der wenigen Stellen im menschli­chen Körper, die einen unverzerrten optischen Einblick in unsere Gefäße ermöglicht. Mit modernen bildgebenden Verfahren lassen sich anhand der optischen Verfilmung ver­schiedene Aspekte der retinalen Mikrozirkulation untersuchen.

Das Gerät ist mit einem eingebauten Flicker-Stimulationsmodul ausgerüstet. Aufgrund der neovaskulärer Kopplung reagieren gesunde retinale Gefäße mit einer schnellen Dilatation auf eine Stimulation mit flackerndem Licht (Flickerlicht). Dieses Gefäßverhalten ist unterschiedlich bei Gesunden und bei Patienten mit verschiedenen Erkrankungen vaskuläre Genese, wie arterielle Hypertonie, Diabetes Mellitus, metabolisches Syndrom, grüner Star, altersbedingte Makuladegeneration, usw. Anhand der Videos lassen sich verschiedene Aspekte der retinalen Mikrozirkulation untersuchen, vor allem die Regelung des metabolischen Bedarfs über unterschiedliche neuronale Schaltkreise der Netzhaut.

Die DVAlight-Version ermöglicht einen bequemen mobilen Einsatz.

Technische Daten:

- Messbereich: Gefäßdurchmesser > 80µm;

- Zeitliche Auflösung: 40µs (25 Messungen./s/pixel);

- Messgenauigkeit: < 1µm für Gefäßdurchmesser-Erfassung; ~12,5µm entlang des Gefäßes;

- Gleichzeitig gemessene Gefäßabschnitte: > 10;

- Flickerstimulation: monochromatische rechteckige (optoelektronischer Chatter), 12,5 Hz, 530-600 nm,
  anpassbare Flickerdauer.


Retinal Vessel Analyzer (RVA, IMEDOS, Jena): Version mit einer luminant-chromatischen Flickerstimulation

Die an der FH Aachen modifizierte Version des Retinal Vessel Analyzers ermöglicht eine Erforschung optimaler physiologische Parameter der Flicker-Stimulation (siehe DVAlight): Flickerdauer, Flickerfrequenz, aber auch chromatische Komponenten der Stimulation. Letzteres erfolgt durch das Auswechseln des Farbfilters. Die Flickerlichtstimulation wird in dem Gerät über ein Drehrad mit Löchern (s.g. Chopper) realisiert. Der Stimulationsgang ist somit sinusoidal. Das farbige rote oder blaue Licht wird dabei zu dem grünen Messlicht addiert. Die Untersuchung wird auf einem Video aufgenommen und kann mit dem Gerät, aber auch mit einem modernen Off-line-DVA-Gerät (siehe DVA / RVA) ausgewertet werden.

Technische Daten:

- Messbereich: Gefäßdurchmesser > 80µm;

- Zeitliche Auflösung: 40µs (25 Messungen/s);

- Messgenauigkeit: ~1µm für Gefäßdurchmesser-Erfassung; ~12,5µm entlang des Gefäßes;

- Gleichzeitig gemessene Gefäßabschnitte: 1;

- Flickerstimulation: luminant-chromatische sinusoidale, Messlicht: 530-570 nm, anpassbare
  Flickerfrequenz   und –dauer, sowie chromatische Komponente: blauer Filter (430 - 520 nm), roter
  Filter (600 - 720 nm).


Off-line Version des Dynamic Vessel Analyzer (DVA / RVA, IMEDOS, Jena): Nachmessung, universale Videoerfassung/Konvertierung/Analyse

Bei der klinischen nicht-invasiven Messung mit einem Dynamic Vessel Analyzer (siehe DVAlight und RVA) wird u.A. eine Videoaufnahme des retinalen Gefäßgebiet erfasst und auf einem Datenträger gespeichert. Damit lässt sich das Verhalten retinaler Gefäße mit dem aktuellen universellen Off-line-Gerät nachmessen und analysieren. Darüber hinaus können Videos in einem kompatiblen Format für die weiteren mathematischen Analyse (siehe bspw. DVA / SVA) gespeichert werden.


Off-line Version vom Retinal Vessel Analyzer (DVA (dynamisch) und SVA (statisch), IMEDOS, Jena): Nachmessung, digitale Videoerfassung und Bildanalyse: 3 Arbeitsplätze

Rechner mit der entsprechenden Software ermöglichen die Erfassung und primäre Auswertung der digital gespeicherten klinischen Daten aus der statischen (SVA, Fundusbilder) und dynamischen (DVA, Videoaufnahmen) retinalen Gefäßanalyse. Diese Rohdaten werden aus eigenen Studien und den Studien der Projektpartner in der Form digitaler Datenbanken gewonnen und im Labor mathematisch analysiert. Daraus wird u.A. folgende Information ermittelt:

- Parameter der statischen retinalen Gefäßanalyse (CRAE, CRVE, AVR)

- Parameter der Flicker-Reaktion retinaler Gefäße (maximale Reaktionen, Latenzzeiten, AUC)

- Parameter der unstimulierten dynamischen Gefäßverhalten, Charakteristiken der Vasomotionen und
  Pulsationen

- Spektrale Parameter der Gefäßlängsschnittsprofile

- Retinale Pulswellengeschwindigkeiten

Ggf. wird für diese Analyse eine Vorauswertung/Digitalisierung von Videodaten mit einem Off-line Videoerfassungs-RVA (siehe DVA / RVA) notwendig.


CellDrum

Viele Krankheitsbilder wie Hernien oder Leistenbrüche sind direkt auf den Verlust biomechanischer Eigenschaften von weichem Gewebe zu führen. Nicht nur die angeführten Beispiele sondern auch Fehlfunktionen des kardiovaskulären Systems, wie Bluthochdruck oder kardiale Hypertrophie werden ausgelöst durch mechanische Änderungen auf zellulärer Ebene.

Die CellDrum bietet die Möglichkeit zur Messung biomechanischer Eigenschaften von adhärenten Zellen in 2D über lange Zeit unter kontrollierten mechanischen Bedingungen, von Zell-Monolayern bis zu dünnen Gewebsschichten. Neben der Messung von zellulären Grundspannungen ist die CellDrum auch ein Messverfahren, welches die Kontraktionsstärke zusammen mit der Kontraktionsfrequenz messen kann.

Mit den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten, bietet die CellDrum Technologie eine besonders einfach zu handhabende Methode zu pharmakologischen Testung und Entwicklung pharmazeutischer Substanzen.

Technische Daten:

- Wells: 6 Wells, Ø16 mm, Boden 3 μm Silikonmembran


Vielwinkellichtstreugerät (Wyatt DAWN EOS)

Der DAWN EOS von Wyatt ist ein Detektor der neuesten Generation für Polymer-, Biopolymer-, Protein- und Partikelcharakterisierung. Die Integration von MALS (Multi Angle Light Scattering / Mehrwinkellichtstreuung) und QELS (quasielastische Lichtstreuung) in einem einzigen Gerät ermöglicht die Bestimmung von Molekülgewichten sowie Molekül-, bzw. Partikelgrößen und deren Verteilung. Dabei kann ein großes Spektrum von Probenkonzentrationen vermessen werden. Mit dem Dawn EOS können Messungen vollständig automatisiert werden. Durch Integration eines luftgekühlten Peltier-Moduls zum Regulieren der Probentemperatur ist das Verfahren für Temperaturen zwischen 0°C und 150°C geeignet.

Technische Daten:

- Analyt: Polymere: synthetische und natürliche Polymere in verdünnten oder konzentrierten Lösungen

- Wellenlänge des Lasers: 632,8 nm

- Genauigkeit: 0,5%

- Messungen: Gewichtsmittel der Molmasse MW, Zahlenmittel des Trägheitsradius RG,
  Strukturuntersuchungen an Polymeren, Bestimmung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen,
  Untersuchung von Assoziations- und Aggregationsvorgänge


Weitere Geräte:

- Spektrofluorometer Jasco FP-8500
- IR-Spektrometer Bruker IFS 66v
- Zentrifuge Hettich Rotofix 32A, Heraeus Biofuge Primo
- Zugprüfmaschinen Zwick/Roell Z010, Z0.5
- FRANK Rückprallelastizität
- Shore Durometer
- Spannungsoptik, DMS (Dehnungsmessstreifen), Kraftmessdosen
- Tekscan Druck-Messfolien

Rechner

- 2 Workstation Dell (2 Xeon 6 Core 64 GB Memory und 2 Xeon 8 Core, 32 GB Memory)

- Diverse PC (Windows und Linux)

Laborsysteme

- Klimakammer zur Pflanzenkultivierung
- Zellkulturtechnik
- Optische Kohärenztomografie

Software

- Finite-Elemente-Programm (FEM): Code_Aster (open source, EDF Frankreich)
- Finite-Volumen-Methode Programm (CFD): Code_Saturne (open source, EDF Frankreich)
- Vernetzung, Pre-, Postprozessoren: SALOME, GID, MeshLab
- Mehrkörpersimulation (MKS): Anybody (Anybody Technology Dänemark), OpenSim (Stanford USA)
- 2D, 3D digitale Bildkorrelation (DIC): ISTRA4D (Dantec Dynamics, Ulm)
- 3D Visualisierung, Segmentierung, Design und Modellierung: Amira
- CAD-Programme: IDEAS, AutoCAD/Inventor, Rhinoceros
- Mathematik-Programme: MAPLE, MatLAB, SciLab
- Messdatenverarbeitung: LabVIEW, DIADEM, BEAM

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