Materials Science Innovations

Mikro-RNAs (miRNAs) sind kleine, nicht-kodierende RNA-Moleküle, die eine entscheidende Rolle in der post-transkriptionalen Regulation der Genexpression spielen. Sie wirken, indem sie an die mRNA (Messenger-RNA) binden und deren Translation in Proteine hemmen oder deren Abbau fördern. Die Expression von miRNAs variiert je nach Zelltyp, Entwicklungsstadium und äußeren Einflüssen. Diese Variabilität ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Homöostase in Zellen und Organismen. Störungen in der miRNA-Expression können zu verschiedenen Krankheiten führen, einschließlich Krebs und Stoffwechselstörungen. Die Untersuchung der miRNA-Expression bietet daher wertvolle Einblicke in biologische Prozesse und potenzielle therapeutische Ansätze.

Pid Auto-Tune ist ein Verfahren zur automatischen Anpassung von PID-Reglern (Proportional-Integral-Derivative). Diese Regler sind in der Regelungstechnik weit verbreitet und dienen dazu, ein System auf einen gewünschten Sollwert zu bringen, indem sie die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert minimieren. Der Auto-Tuning-Prozess nutzt Algorithmen, um die optimalen Einstellungen für die Parameter Kp (Proportionalfaktor), Ki (Integralzeit) und Kd (Differentialzeit) zu ermitteln.

Das Ziel der automatischen Abstimmung ist es, die Systemreaktion zu optimieren, indem Über- und Untersteuerung minimiert und die Reaktionszeit verkürzt wird. Oft wird dabei ein iterativer Prozess verwendet, der die Systemantwort auf bestimmte Eingangsänderungen analysiert und die PID-Parameter entsprechend anpasst. Dies geschieht häufig durch die Verwendung von Methoden wie dem Ziegler-Nichols-Verfahren oder dem Cohen-Coon-Verfahren, die auf empirischen Tests basieren.

Die Black-Scholes-Formel ist ein fundamentales Modell zur Bewertung von Optionen, das auf bestimmten Annahmen über die Preisbewegungen von Aktien basiert. Die Ableitung beginnt mit der Annahme, dass die Preise von Aktien einem geometrischen Brownians Prozess folgen, was bedeutet, dass die logarithmischen Renditen normalverteilt sind. Der Preis einer europäischen Call-Option kann dann durch die Risiko-Neutralität und die Martingal-Theorie abgeleitet werden.

Um die Option zu bewerten, wird zunächst ein Portfolio aus der Option und der zugrunde liegenden Aktie erstellt, das risikofrei ist. Mithilfe der Itô-Kalkül wird die zeitliche Veränderung des Portfoliowertes betrachtet, was zu einer partiellen differentialgleichung führt. Schließlich ergibt sich die Black-Scholes-Formel, die für eine europäische Call-Option wie folgt aussieht:

Hierbei sind $N(d_1)$ und $N(d_2)$ die Werte der kumulativen Normalverteilung, $S$ der aktuelle Aktienkurs, $K$ der Ausübungspreis, $r$ der risikofreie Zinssatz und $ T-t

Der Pigou Effect beschreibt den Zusammenhang zwischen dem realen Geldangebot und dem Konsumverhalten der Haushalte in einer Volkswirtschaft. Wenn die Preise sinken, erhöht sich der reale Wert des Geldes, das die Haushalte besitzen; das heißt, ihre Kaufkraft steigt. Dies führt dazu, dass die Konsumenten mehr konsumieren, weil sie sich wohlhabender fühlen. Ein Rückgang des Preisniveaus kann also eine Erhöhung der gesamtwirtschaftlichen Nachfrage bewirken, was in der Regel zu einem Anstieg des Bruttoinlandsprodukts (BIP) führt. Der Pigou Effect ist besonders relevant in Zeiten der Deflation oder wirtschaftlichen Rezession, wo eine Verbesserung der realen Wohlstandsverhältnisse durch sinkende Preise die wirtschaftliche Aktivität ankurbeln kann.

Histone Modification Mapping ist eine Methode zur Analyse von chemischen Veränderungen an Histonproteinen, die eine zentrale Rolle in der Regulierung der Genexpression spielen. Histone, die die DNA in den eukaryotischen Zellen verpacken, können durch verschiedene chemische Gruppen modifiziert werden, wie z.B. Methyl-, Acetyl- oder Phosphatgruppen. Diese Modifikationen beeinflussen die Struktur des Chromatins und somit die Zugänglichkeit der DNA für Transkriptionsfaktoren und andere regulatorische Proteine.

Die Identifizierung und Kartierung dieser Modifikationen erfolgt häufig durch Techniken wie ChIP-seq (Chromatin Immunoprecipitation sequencing), bei der spezifische Antikörper verwendet werden, um modifizierte Histone zu isolieren und deren Bindungsstellen im Genom zu bestimmen. Diese Daten ermöglichen es Forschern, molekulare Mechanismen zu verstehen, die der Genregulation zugrunde liegen, und die Auswirkungen von Umwelteinflüssen oder Krankheiten auf die Genexpression zu untersuchen.

Thermoelektrische Materialien sind spezielle Materialien, die in der Lage sind, Temperaturunterschiede in elektrische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Dieses Phänomen basiert auf dem sogenannten Seebeck-Effekt, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Enden eines Materials eine elektrische Spannung erzeugt. Umgekehrt kann durch den Peltier-Effekt eine elektrische Spannung verwendet werden, um einen Temperaturunterschied zu erzeugen, was diese Materialien für Kühl- und Heizanwendungen nützlich macht.

Die Effizienz von thermoelectric materials wird durch den Dimensionless figure of merit $ZT$ charakterisiert, wobei $Z$ die thermische Leitfähigkeit, $T$ die absolute Temperatur und $\sigma$ die elektrische Leitfähigkeit ist. Ein höherer $ZT$-Wert deutet auf eine bessere Effizienz hin und ist entscheidend für Anwendungen in der Abwärmenutzung und der energieeffizienten Kühlung. Zu den typischen Materialien gehören Halbleiter wie Bismut-Telurid und Silizium-Germanium-Legierungen, die in verschiedenen Bereichen von der Raumfahrt bis zur Automobilindustrie eingesetzt werden.