Transport magnetischer Partikel durch maßgeschneiderte magnetische Feldlandschaften zur Anwendung in mikrofluidischen Mischprozessen

Die Miniaturisierung von konventioneller Labor- und Analysetechnik nimmt eine zentrale Rolle im Bereich der allgemeinen Lebenswissenschaften und medizinischen Diagnostik ein. Neuartige und preiswerte Technologieplattformen wie Lab-on-a-Chip (LOC) oder Mikrototalanalysesysteme (µTAS) versprechen insbesondere im Bereich der Individualmedizin einen hohen gesellschaftlichen Nutzen zur frühzeitigen und nichtinvasiven Diagnose krankheitsspezifischer Indikatoren. Durch den patientennahen Einsatz preiswerter und verlässlicher Mikrochips auf Basis hoher Qualitätsstandards entfallen kostspielige und zeitintensive Zentrallaboranalysen, was gleichzeitig Chancen für den globalen Einsatz - speziell in Schwellen- und Entwicklungsländern - bietet. Die technischen Herausforderungen bei der Realisierung moderner LOC-Systeme sind in der kontrollierten und verlässlichen Handhabung kleinster Flüssigkeitsmengen sowie deren diagnostischem Nachweis begründet. In diesem Kontext wird der erfolgreichen Integration eines fernsteuerbaren Transports von biokompatiblen, magnetischen Mikro- und Nanopartikeln eine Schlüsselrolle zugesprochen. Die Ursache hierfür liegt in der vielfältigen Einsetzbarkeit, die durch die einzigartigen Materialeigenschaften begründet sind. Diese reichen von der beschleunigten, aktiven Durchmischung mikrofluidischer Substanzvolumina über die Steigerung der molekularen Interaktionsrate in Biosensoren bis hin zur Isolation und Aufreinigung von krankheitsspezifischen Indikatoren. In der Literatur beschriebene Ansätze basieren auf der dynamischen Transformation eines makroskopischen, zeitabhängigen externen Magnetfelds in eine mikroskopisch veränderliche potentielle Energielandschaft oberhalb magnetisch strukturierter Substrate, woraus eine gerichtete und fernsteuerbare Partikelbewegung resultiert. Zentrale Kriterien, wie die theoretische Modellierung und experimentelle Charakterisierung der magnetischen Feldlandschaft in räumlicher Nähe zur Oberfläche der strukturierten Substrate sowie die theoretische Beschreibung der Durchmischungseffekte, wurden jedoch bislang nicht näher beleuchtet, obwohl diese essentiell für ein detailliertes Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen und folglich für einen Markteintritt zukünftiger Geräte sind. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde daher ein neuartiger Ansatz zur erfolgreichen Integration eines Konzepts zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel zur Anwendung in modernen LOC-Systemen unter Verwendung von magnetisch strukturierten Exchange-Bias (EB) Dünnschichtsystemen verfolgt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Verfahren der ionenbe-schussinduzierten magnetischen Strukturierung (IBMP) von EB-Systemen zur Herstellung von maßgeschneiderten magnetischen Feldlandschaften (MFL) oberhalb der Substratoberfläche, deren Stärke und räumlicher Verlauf auf Nano- und Mikrometerlängenskalen gezielt über die Veränderung der Materialparameter des EB-Systems via IBMP eingestellt werden kann, eignet. Im Zuge dessen wurden erstmals moderne, experimentelle Verfahrenstechniken (Raster-Hall-Sonden-Mikroskopie und rastermagnetoresistive Mikroskopie) in Kombination mit einem eigens entwickelten theoretischen Modell eingesetzt, um eine Abbildung der MFL in unterschiedlichen Abstandsbereichen zur Substratoberfläche zu realisieren. Basierend auf der quantitativen Kenntnis der MFL wurde ein neuartiges Konzept zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel entwickelt, bei dem Partikelgeschwindigkeiten im Bereich von 100 µm/s unter Verwendung von externen Magnetfeldstärken im Bereich weniger Millitesla erzielt werden können, ohne den magnetischen Zustand des Substrats zu modifizieren. Wie aus den Untersuchungen hervorgeht, können zudem die Stärke des externen Magnetfelds, die Stärke und der Gradient der MFL, das magnetfeldinduzierte magnetische Moment der Partikel sowie die Größe und der künstlich veränderliche Abstand der Partikel zur Substratoberfläche als zentrale Einflussgrößen zur quantitativen Modifikation der Partikelgeschwindigkeit genutzt werden. Abschließend wurde erfolgreich ein numerisches Simulationsmodell entwickelt, das die quantitative Studie der aktiven Durchmischung auf Basis des vorgestellten Partikeltransportkonzepts von theoretischer Seite ermöglicht, um so gezielt die geometrischen Gegebenheiten der mikrofluidischen Kanalstrukturen auf einem LOC-System für spezifische Anwendungen anzupassen.

Modeling the Transport Sector: The Role of Existing Fuel Taxes in Climate Policy

Existing fuel taxes play a major role in determining the welfare effects of exempting the transportation sector from measures to control greenhouse gases. To study this phenomenon we modify the MIT Emissions Prediction and Policy Analysis (EPPA) model to disaggregate the household transportation sector. This improvement requires an extension of the GTAP data set that underlies the model. The revised and extended facility is then used to compare economic costs of cap-and-trade systems differentiated by sector, focusing on two regions: the USA where the fuel taxes are low, and Europe where the fuel taxes are high. We find that the interplay between carbon policies and pre-existing taxes leads to different results in these regions: in the USA exemption of transport from such a system would increase the welfare cost of achieving a national emissions target, while in Europe such exemptions will correct pre-existing distortions and reduce the cost.

Transport of Sub-micron Aerosols in Bifurcations

The convective-diffusive transport of sub-micron aerosols in an oscillatory laminar flow within a 2-D single bifurcation is studied, using order-of-magnitude analysis and numerical simulation using a commercial software (FEMLAB®). Based on the similarity between momentum and mass transfer equations, various transient mass transport regimes are classified and scaled according to Strouhal and beta numbers. Results show that the mass transfer rate is highest at the carinal ridge and there is a phase-shift in diffusive transport time if the beta number is greater than one. It is also shown that diffusive mass transfer becomes independent of the oscillating outer flow if the Strouhal number is greater than one.

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de vehicles pesants de transport de passatgers

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de les carrosseries de vehicles pesants de cara a reduir el consum de combustible en autocars de llarg trajecte. L’estudi es basa en tres aspectes: validació del programa de simulació, estudi aerodinàmic de diferents carrosseries d’autocar de mercat i estudi aerodinàmic de diferents complements

Estudi de la influència del vent en l’estabilitat de vehicles pesants de transport de viatgers.

Investigacions recents revelen com l’acció del vent lateral és un efecte molt important en bona part dels accidents ocorreguts en vehicles pesants de transport per carretera. És per això que el perfil aerodinàmic del vehicle esdevé determinant en l’avaluació de les forces laterals que hi actuen. El present projecte té per objecte determinar les forces laterals que s’exerceixen en vehicles pesants de transport de passatgers degut a l’acció del vent i investigar-ne la seva perillositat. Per fer-ho s’utilitzen models numèrics de dinàmica de fluids i, per diferents velocitats del vehicle, es simulen vents amb diferent intensitat i direcció. D’aquí es determinen unes condicions de perillositat en funció, entre d’altres variables, de l’angle d’incidència del vent i de la seva velocitat

Estudi de la mobilitat en diferents xarxes de transport públic

Aquest projecte es centra en la realització d’un estudi de la mobilitat en diferents xarxes de transport públic. En particular, aquest estudi pretén ser una anàlisi comparativa de conceptes relacionats amb la topologia i navegabilitat de xarxes de metro de diferents països des d’un punt de vista innovador, tot realitzant una aproximació interdisciplinària a l’anàlisi de les xarxes. Es tracta d’un estudi centrat sobretot en conceptes i mètodes desenvolupats últimament en el camps de les Xarxes Complexes i de la Teoria de la Informació. Això ens ha permès focalitzar les nostres conclusions en les mesures de navegabilitat de les diferents xarxes així com en els paràmetres topològics que ens les defineixen, sense basar-nos en dades geogràfiques ni operatives. Els sistemes de metro estudiats en el present treball són els de Barcelona, Moscou, París i Nova York. Són sistemes que s’han desenvolupat en ambients històrics i culturals molt diversos fet que pot donar lloc a veure si aquesta circumstància és causant de diferències estructurals i de funcionament entre ells o bési pel contrari segueixen uns patrons de comportament semblants

Entorn de simulació per a xarxes òptiques de transport

Aquest projecte final de carrera pretén investigar i experimentar una nova línia de desenvolupament d’algorismes dinàmics. A partir de l’algorisme AntNet-QoS [2] s’ incorporen noves mesures a l’algorisme (mesura de l’amplada de banda disponible i jitter), les quals combinant amb la mesura de retard ja feta servir, permet adaptar-se millor a les condicions actuals del trànsit en la xarxa i als requeriments específics de qualitat (QoS) per part del trànsit

Integració d’un sistema de visió per computador a una cèl·lula flexible de transport

L’objectiu d’aquest projecte final de carrera és millorar les prestacions de la cel·la de fabricació actual duent a terme les següents fites: integració d’un sistema de visió artificial a la plataforma. Aquest sistema ha de permetre la detecció i anàlisi dels objectes transportats, augmentant les seves possibilitats de manipulació i classificació. Es pretén eliminar la restricció actual que obliga a col•locar les peces en una posició fixa de la safata de transport; control centralitzat del procés a través d’un ordinador. El procés serà operat a través d’un computador industrial, el qual controlarà els diferents sistemes que componen la cel·la per tal que duguin a terme les seves funcions de forma coordinada; disseny i implementació d’una API del sistema. Es desenvoluparà la llibreria de control del sistema per tal de facilitar la programació del procés

An improved method for discovering link criticality in transport networks

Quantitatively assessing the importance or criticality of each link in a network is of practical value to operators, as that can help them to increase the network's resilience, provide more efficient services, or improve some other aspect of the service. Betweenness is a graph-theoretical measure of centrality that can be applied to communication networks to evaluate link importance. However, as we illustrate in this paper, the basic definition of betweenness centrality produces inaccurate estimations as it does not take into account some aspects relevant to networking, such as the heterogeneity in link capacity or the difference between node-pairs in their contribution to the total traffic. A new algorithm for discovering link centrality in transport networks is proposed in this paper. It requires only static or semi-static network and topology attributes, and yet produces estimations of good accuracy, as verified through extensive simulations. Its potential value is demonstrated by an example application. In the example, the simple shortest-path routing algorithm is improved in such a way that it outperforms other more advanced algorithms in terms of blocking ratio

Transport impact of in urban planning: the case of Transmilenio in Bogota

The growth and expansion of cities during the last century can’t be seen without taking into account the important role they have assumed in the transport infrastructure. In Bogota have passed trough streetcar, buses and automóviles was deciding for the city, because all this periods marked a drastic change in growth morphology. This article studies the planning of Mass Transit System –MTS– Transmilenio and its interaction with the urban structure, in light of the current city planning framework. It also specifies the behavior of land use in the construction of the system first phase. One of the most important findings of this study is that there is no articulation between land and transport use system, despite the decisions taken in the ordering model. Similarly, local and intermediate planning exhibits Peak articulation.The existing infrastructure of the MTS reiterates the tendency to concentrate the accessibility in one place: the center has the largest accessibility whereas periphery fails to overcome its limitations of accessibility. While the city continued with this trend the existence of a coordinated planning system for Bogota and the ability to meet expectations of planning model is questionable, however it is something that depends not only on MTS.

Controlling regional monopolies in the natural gas industry: the role of transport capacity

This paper analyzes some optimal fiscal, pricing, and capacity investment policies for controlling regional monopoly power in the natural gas industry. By letting the set of control instruments available to the social planner vary, we provide a characterization of the technological and demand conditions under which “excess” capacity in the transport network arises in response to the loss of the two other control instruments, namely, transfers and pricing. Hence, the analysis yields some insights on an economy’s incentives to invest in infrastructures for the purpose of integrating geographically isolated markets.

Investment in transport capacity and regulation of regional monopolies in natural gas commodity markets

This paper develops a model of the regulator-regulated firm relationship in a regional natural gas commodity market which can be linked to a competitive market by a pipeline. We characterize normative policies under which the regulator, in addition to setting the level of the capacity of the pipeline, regulates the price of gas, under asymmetric information on the firm’s technology, and may (or may not) operate (two-way) transfers between consumers and the firm. We then focus on capacity and investigate how its level responds to the regulator’s taking account of the firm’s incentive compatibility constraints. The analysis yields some insights on the role that transport capacity investments may play as an instrument to improve the efficiency of geographically isolated markets.

Elasticity of Substitution in the U.S. Market with Endogenous Transport Costs: a Sectoral Approach.

En este artículo se presentan estimaciones de la elasticidad de sustitución de bienes importados al mercado de los EEUU en el periodo 1990 - 2003, siguiendo a Anderson y Wincoop (2004). Estas estimaciones aprovechan la disponibilidad de la información sobre costos de transporte de bienes publicada por la Oficina del Censo de los Estados Unidos, desagregándola a seis digitos. Se obtienen dos estimaciones diferentes de la elasticidad de sustitución: una a nivel agregado promedio y otra a nivel sectorial. Como puede esperarse, las estimaciones que tienen en cuenta la endogeneidad de los costos de transporte son estadisticamente diferentes en un punto porcentual a los resultados obtenidos cuando no se contempla la estructura de los costos de transporte. Esta diferencia es incluso superior cuando comparamos los resultados obtenidos utilizando la clasificacion sectorial a nivel de dos digitos de la clasificacion ISIC revisión 2.

Bilateral Transport Cost, Infrastructure, Common Bilateral Ties and Political Stability.

Los costos de transporte son una de las más importantes fuentes de barreras al comercio. Inspirados por este aspecto, utilizamos un modelo empírico ad-hoc con el fin de examinar los posibles determinantes de los costos de transporte. Utilizando una base de datos de costos de transporte bilaterales para el año 1990, replicamos el trabajo de Limao y Venables (2001) y encontramos que el efecto de su ´índice de infraestructura sobre los costos de transporte no es robusto. Siguiendo a Micco (2004) y Micco y Serebrinzky (2005) calculamos dos ´índices alternativos de infraestructura. Utilizando estos ´índices encontramos que aparte de la distancia, la infraestructura, la estabilidad política, las relaciones bilaterales comunes y los acuerdos de cielos abiertos son otros importantes canales mediante los cuales los costos de transporte pueden reducirse.

El vaixell, vehicle de transport. 'El barco, vehículo de transporte'.

Material educativo sobre 'El barco como medio de transporte', nombre de la visita guiada vinculada a este material. Encuadrado en el área de Conocimiento del medio social y cultural, pretende destacar la importancia de los transportes marítimos y rutas comerciales en la Historia. Se compone de cuatro grandes apartados cronológicos: los primeros transportes, la época de los grandes veleros, la época de los transatlánticos y actuales barcos de transporte. En ellos se analizan, desde los medios de transporte y los tipos y caracterísicas de los barcos, hasta las causas que motivan los viajes o la evolución de la navegación.