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Recently the use of microRNAs (miRNAs) as biomarkers for a multitude of diseases has gained substantial significance for clinical as well as point-of-care diagnostics. Amongst other challenges, however, it holds the central requirement that the concentration of a given miRNA must be evaluated within the context of other factors in order to unambiguously diagnose one specific disease. In terms of the development of diagnostic methods and devices, this implies an inevitable demand for multiplexing in order to be able to gauge the abundance of several components of interest in a patient’s sample in parallel. In this study, we design and implement different multiplexed versions of our electrochemical microfluidic biosensor by dividing its channel into subsections, creating four novel chip designs for the amplification-free and simultaneous quantification of up to eight miRNAs on the CRISPR-Biosensor X (‘X’ highlighting the multiplexing aspect of the device). We then use a one-step model assay followed by amperometric readout in combination with a 2-minute-stop-flow-protocol to explore the fluidic and mechanical characteristics and limitations of the different versions of the device. The sensor showing the best performance, is subsequently used for the Cas13a-powered proof-of-concept measurement of two miRNAs (miRNA-19b and miRNA-20a) from the miRNA-17∼92 cluster, which is dysregulated in the blood of pediatric medulloblastoma patients. Quantification of the latter, alongside simultaneous negative control measurements are accomplished on the same device. We thereby confirm the applicability of our platform to the challenge of amplification-free, parallel detection of multiple nucleic acids.

Mit dem Voranschreiten und der Weiterentwicklung der Informationstechnologie und Industrie 4.0 stehen Industrieunternehmen, speziell im Bereich der Fertigung und Produktion, vor der Herausforderung, ihre Prozesse zu digitalisieren und automatisieren. Durch die Digitalisierung werden Daten gesammelt, die zur Regelung der Prozesse und Unterstützung von Entscheidungen eingesetzt werden. Um die digitale Transformation erfolgreich umzusetzen und vor allem die Veränderung der Arbeitsabläufe im Unternehmen zu etablieren, braucht es gewissenhafte Vorbereitung. Es bietet sich im Vorfeld eines Projektes an, mittels Reifegradmodellen zur Digitalisierung, den aktuellen Status des Unternehmens zu erheben. Diese Masterarbeit setzt sich zum Ziel zu evaluieren, ob Reifegradmodelle geeignete Tools sind, um Hindernisse und Chancen von Digitalisierungsprojekten im Vorfeld zu erkennen und abzufangen. Um vorhandene Ressourcen zielgerichtet und verschwendungsfrei einzusetzen, müssen kritische Bereiche identifiziert werden, auf die der Fokus gelegt werden sollte. Zur Bearbeitung des Themas wurde folgende Forschungsfrage gestellt: Sind Reifegradmodelle geeignete Werkzeuge, um aktiv und präventiv Barrieren für digitale Transformationsprojekte zu identifizieren und vermeiden? Um die Forschungsfrage zu beantworten wurde eine systematische Literaturrecherche und -analyse durchgeführt. Dabei wurden bestehende Reifegradmodelle zur Digitalisierung untersucht, indem ihre Bewertungskriterien in einem Schema kategorisiert wurden. Durch die Kategorisierung wurde ersichtlich, welche Modelle für welchen Zweck einsetzbar sind, bzw. ob die wichtigen Bereiche abgedeckt werden. Ergebnis der Recherche sind sieben Reifegradmodelle, mit unterschiedlichen Herangehensweisen, die exemplarisch vorgestellt und analysiert werden.

Im Zuge der Digitalisierung und der stetigen Entwicklung neuer Technologien hat sich die Möglichkeit neuer Geschäftsmodelle eröffnet. Durch den Einsatz dieser Technologien und ihrer Nutzungspotentiale können auch bereits bestehende Geschäftsmodelle revolutioniert werden. Auch die wissensbasierte Dienstleistungsbranche ist diesem Trend ausgesetzt. Da bei der Dienstleistungserstellung keine materiellen Güter erstellt werden, eignet sich diese Branche für eine Transformation hin zu einem digitalen Geschäftsmodell. Fraglich ist, was bei der Konzeption von digitalen Geschäftsmodellen auf Basis wissensbasierter Dienstleistungen zu beachten ist und welche Erfolgsfaktoren diese prägen. Um diese Frage beantworten zu können, ist eine Literaturrecherche erforderlich. Als Ergänzung wird ein beispielhaftes Forschungsdesign zur Erhebung von Erfolgsfaktoren für digitale Geschäftsmodelle aufgezeigt. Auf den daraus resultierenden Ergebnissen bauen die Übertragung und die kritische Betrachtung auf den zu untersuchenden Gegenstandsbereich der Arbeit auf. Da die Komplexität des Themenbereichs ein Basisfachwissen voraussetzt, ist die Zielgruppe durch dieses Faktum definiert. Zu Beginn werden die Begrifflichkeiten sowie die zugehörigen Theorien diskutiert. Basierend auf der Diskussion der Begrifflichkeiten und zugehörigen Theorien werden die Konzeptionsmöglichkeiten digitaler Geschäftsmodelle sowie Besonderheiten bei der Konzeption von wissensbasierten Dienstleistungen untersucht. Zusätzlich wird die Herangehensweise in Bezug auf das Change-Management, die Methoden und die Werkzeuge genauer betrachtet. Ersichtlich wird, dass die aktive Mitarbeiterbeteiligung sowie die Zeit kritische Themen sind. Ebenfalls von besonderer Bedeutung ist der Fokus auf die Kundenakzeptanz und Kundenintegration, um weitere Funktionen in eine passende Richtung aufzubauen. Die von Krebs, Hepp und Hadwich (2017) identifizierten 30 Erfolgsfaktoren für die Integration wissensintensiver Unternehmensdienstleistungen im Rahmen des so genannten dienstleistungsorientierten Geschäftsmodells der Servicetransformation werden diskutiert und in Bezug zu digitalen Geschäftsmodellen auf Basis wissensbasierter Dienstleistungen genauer betrachtet und angepasst. Das Ergebnis sind 26 Erfolgsfaktoren, denn die Faktoren „Erfahrene Führungskraft von extern“, „Überprüfung und Anpassung der bestehenden Prozesse und Sicherstellung einer prozessbezogenen Verbindung zwischen dem neuen Geschäftsbereich und den ursprünglichen Bereichen“, „Produktbezug der Dienstleistung“ und „Neue Vertriebsstruktur und Abstimmung der Kundenansprache“ sind nicht relevant für den zu untersuchenden Gegenstandsbereich. Sie beziehen sich stark auf die Integration eines weiteren Geschäftsbereichs in ein produzierendes Unternehmen. Die folgenden fünf Erfolgsfaktoren wurden passend für den Gegenstandsbereich abgeändert: „Änderung des Führungsstils“ zu „Führungsstil mit toleranter Fehlerkultur“, „Aktive Kommunikation“ zu „Aktive Kommunikation des Servicegedankens“, „Verwendung der Kundendaten aus dem Vertrieb und der Verwendung von Produkten“ zu „Verwendung der Kundendaten aus dem Vertrieb von Dienstleistungen“, „Nutzung des Ansehens des Produktgeschäfts für das Dienstleistungsgeschäft und Steigerung des Bekanntheitsgrades durch Marketingaktivitäten“ zu „Ansehen und Bekanntheitsgrad des Dienstleistungsgeschäfts“, „Strukturen für den Austausch zwischen Produkt- und Dienstleitungsbereich“ zu „Strukturen für den Austausch zwischen den Dienstleistungsteams“ Der Fokus wird mit Hilfe der Anpassungen von der Integration eines weiteren Geschäftsbereichs auf ein eigenständiges digitales Geschäftsmodell auf Basis wissensbasierter Dienstleistungen gelenkt. Die restlichen 21 Erfolgsfaktoren wurden ohne Änderung übernommen. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden ein gutes Fundament zur weiteren Betrachtung des Untersuchungsgegenstands. Darauf aufbauend ist eine qualitative Studie in Form von weiteren Experteninterviews denkbar. Aus der Kombination der Ergebnisse aus den Interviews und dieser Arbeit wird die Erstellung eines Fragebogens für eine quantitative Umfrage möglich.

In dieser Arbeit wird ein Luft-Clathrat Energiespeicher entworfen, der die Speicherung von elektrischer Energie bei einer Speicherdauer von etwa einem Tag ermöglichen soll. Als Speichermedium dient Luft. Die Luft wird zuerst komprimiert (Einspeichern der elektrischen Energie) und anschließend bei Temperaturen oberhalb des Wasser-Gefrierpunkts (mindestens 274 K, Drücke ab etwa 170 bar) zu Luft-Clathrat synthetisiert. Gespeichert wird das Luft-Clathrat in einem offenen Tank, der aufgrund des Selbstkonservierungseffekts bei moderaten Bedingungen von 1 bar und bei einer Temperatur von 271 K gehalten werden kann. Durch das Hinzufügen von Promotern zum Luft-Clathrat, lässt sich das Luft-Clathrat bei niedrigeren Drücken (< 50 bar) und bei leicht höheren Temperaturen (ca. 280 K) synthetisieren. Bei den Druck- und Flüssigluftspeichern handelt es sich um ähnliche Speicher, da bei diesen Luft ebenfalls als Speichermedium dient. Vorteile des Luft-Clathrat Energiespeichers gegenüber den Druck- und Flüssigluftspeichern liegen darin, dass dieser bei milderen Bedingungen (Druck, Temperatur) die Luft speichert und für die Speicherung der Luft keine Kaverne benötigt, wie es bei den Druckluftspeichern der Fall ist. In der folgenden Masterarbeit werden drei Systeme des Luft-Clathrat Energiespeichers thermodynamisch modelliert. Das isotherme und isentrope System dienen als ideale Systeme, während das reale System an die Wirklichkeit angenähert wird. Für das reale System wird bei reinem Luft-Clathrat ein Zykluswirkungsgrad von ca. 17 %, eine gravimetrische Energiedichte von ca. 22 Wh/kg und eine volumetrische Energiedichte von ca. 21 kWh/m3 erreicht. Mit Promotern konnte der Zykluswirkungsgrad auf ca. 47 % bei einer gravimetrischen Energiedichte von ca. 11 Wh/kg und einer volumetrischen Energiedichte von ca. 10 kWh/m3 erhöht werden.