Monographs

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Mendl, Alexander;
Miniaturisierte und markierungsfreie Analyse einzelner Mikrofluidsegmente unter Einsatz der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (vii, 156 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Die Mikrofluidsegmenttechnik ermöglicht es, Reaktionen unter optimierten Strömungsverhältnissen und mit einer minimalen Substanzmenge durchzuführen. Besonders für mehrdimensionale Reaktionsscreenings, bei denen die Einflüsse mehrerer Effektoren gleichzeitig untersucht werden, eignet sich diese Technik, da die Segmente geordnet durch das System geführt werden, wodurch die Zusammensetzung jedes einzelnen Segments bekannt ist. Deshalb hat bei dieser meist sehr komplexen und technisch aufwendigen Verfahrensweise die Analyse der Segmente bzw. deren Inhaltsstoffe eine große Bedeutung. Neben der optischen Auswertung oder der Fluoreszenzmessung, bei der die Zielsubstanz mit einer fluoreszierenden Gruppe markiert werden muss, werden aktuell markierungsfreie Detektionsmethoden entwickelt. Diese Detektionsmethoden sind aber noch sehr aufwendig und sind ohne tiefgreifende Fachkenntnisse auf dem jeweiligen Gebiet nicht anzuwenden. Der Bedarf nach einer einfachen Analysemethode, mit der auch chemische Veränderungen in den Segmenten markierungsfrei detektiert werden können, ist die Grundlage für die Motivation der hier vorgestellten Arbeit. Diese beschreibt eine neue Methode für die markierungsfreie Analyse einzelner Fluidsegmente, die durch einen kompakten Aufbau und eine einfache Anbindung an beliebige Prozesse einen weitverbreiteten Einsatz der Analysetechnik ermöglicht. Die entwickelte Analysemethode beschreibt die erstmalige Kopplung der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (engl. surface enhanced Raman scattering/spectroscopy, SERS) mit einer Umsetzung der seriell erzeugten Segmente auf eine parallele Array-Struktur aus SERS-aktiven Messstellen (SERS-Array). Dieser Umsetzungsschritt entkoppelt die zeitlich kritische Messung von der schnellen Prozessierung der Segmente und ermöglicht zudem einen optimalen optischen Zugang zu den Messstellen, wodurch der Einsatz kompakter Spektrometersysteme ermöglicht wird. Zur Umsetzung des Konzepts wurde ein neuartiger SERS-aktiver Hydrogel-Film sowie ein Verfahren zum Auftragen des Films auf die Messstellen entwickelt. Bei der Entwicklung des Hydrogel-Films wurde eine Methode zur Herstellung quellbarer, SERS-aktiver Komposit-Sensorpartikel weiterentwickelt, indem die Haftung auf einem Glasträger, die Verdunstung des Lösungsmittels während der Applikation und die SERS-Verstärkung untersucht und angepasst wurden. Weiterhin wurde die Leistungsfähigkeit der entwickelten Analysemethode bestimmt, so zeigt das SERS-Array hervorragende Werte in Bezug auf die Langzeitstabilität. Das Gesamtsystem wurde im Vergleich mit anderen SERS-basierten Analysemethoden bewertet. Dabei zeigt sich, dass vergleichsweise hohe Frequenzen an Segmenten analysiert werden können und dass die Quantifizierung von Testsubstanzen in einem breiten Konzentrationsbereich, der etwas oberhalb derer der Vergleichssysteme liegt, möglich ist. Anhand einer Desaminierungsreaktion konnte gezeigt werden, dass in dieser Arbeit eine kompakte und einfach adaptierbare Methode für SERS-Messungen entwickelt wurde, die chemische Veränderungen innerhalb von Mikrofluidsegmenten detektieren kann.



https://dx.doi.org/10.22032/dbt.51925
Köhler, Michael;
Entropie-Wende. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Universitätsbibliothek/ilmedia, 2019. - 1 Online-Ressource (V, 118 Seiten)
https://doi.org/10.22032/dbt.39378
Weber, Thomas;
Development and evaluation of a process to isolate picolitre compartments of a microfluidic bioassay to search for new microbial compounds. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xii, 122 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Verglichen mit etablierten industriellen Hochdurchsatz-Anlagen entwickelten sich mikrofluidische, emulsionsbasierte Tropfensysteme in den letzten Jahren zu einer günstigen Alternative. Jedoch ist es derzeit nicht möglich, einzelne Tropfen im Pikoliter-Volumenbereich aus einer Vielzahl anderer Proben für anschließende Analysen zu isolieren. Diese Arbeit präsentiert ein Verfahren, um Tropfen mittels fluidischer Kanalstrukturen zu isolieren und über einen Brechungsindex-Sensor zu detektieren. Das erzeugte Signal ermöglicht eine automatisierte Einzelablage von Tropfen in adressierbare Kompartimente, wie beispielsweise in Petrischalen oder Mikrotiterplatten. Ergebnisse zeigen eine effektive Extraktion einzelner Tropfenfraktionen. Dennoch bedarf es einer kontinuierlichen Überwachung von Prozessparametern wie Flussrate und Tropfendurchsatz, um eine Trennung der einzelnen Tropfen zu gewährleisten. Gleichwohl bietet dieses online-Verfahren eine Möglichkeit, allgemeine Laborprotokolle und Analysetechniken mit Tropfenbasierter Mikrofluidik zu vereinen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000143
Köhler, Michael;
Mobile microspies : particles for sensing and communication. - Singapore : Pan Stanford Publishing, 2019. - xii, 183 Seiten ISBN 978-981-4800-14-3
Includes bibliographical references and index

Lenk, Claudia;
Role of coupling conditions for pattern formation in excitable media : study of atrial fibrillation mechanisms and oscillator arrays in the Belousov-Zhabotinsky reaction. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (xxii, 175 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Übergang zwischen regulären und irregulären Mustern in Reaktions-Diffusions (RD)-Systemen. Hierbei lag der Fokus der Untersuchung auf der Rolle der Kopplungsbedingungen zwischen mehreren Oszillatoren für das Auftreten des Übergangs und der Systemspezifität der zugrundeliegenden Mechanismen. Zwei RD-Systeme wurden hierfür gewählt: (i) das Herz im Vorhofflimmer(VF)-zustand und (ii) die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion (BZR). Numerische Simulationen dieser Systeme basierten auf einem Standard-RD-Modell, dem Fitzhugh-Nagumo-Modell, und verschiedenen systemspezifischen Modellen. Ergebnisse der Simulationen wurden mit selbstdurchgeführten Experimenten der BZR auf Silikatgelen sowie mit Literaturdaten zu medizinischen Studien des VF verglichen. Zwei Mechanismen für den Übergang zu irregulären Mustern wurden studiert. Der erste, von mir vorgeschlagene Mechanismus basiert auf der Wechselwirkung zweier aktiver Quellen, welche räumlich separiert sind. In Abhängigkeit des Frequenzverhältnisses der Quellen konnten verschiedene Typen von irregulären Mustern identifiziert werden: ein generischer Typ und drei weitere Typen, welche nur im allgemeinen oder den systemspezifischen Modellen auftraten. Der vorgeschlagene Mechanismus kann das episodische Auftreten von VF erklären, indem Änderungen einer Quellenfrequenz das System in den Zustand irregulärer Muster bringen. Dieser neue Mechanismus ist nicht nur für VF sondern auch für RD-Systeme (BZR, Nervenzellen) relevant. Der zweite untersuchte Mechanismus basiert auf der diffusiven Kopplung vieler Oszillatoren. In dieser Arbeit wurden irreguläre Muster im Bereich schwacher Kopplung gefunden, für welche als Ursache einerseits die reduzierte Kohärenz zwischen den gekoppelten Oszillatoren identifiziert wurde und andererseits die aufgrund der Kopplung veränderte Dynamik im Falle von anregbaren Einheiten. Ein weiterer Typ irregulärer Muster wird durch das Aufbrechen von Wellenfronten an den Oszillatoren verursacht. Der Einfluss der Größe, Form und Kopplungsstärke auf das Auftreten der irregulären Muster wurde untersucht sowie die Eigenschaften der Muster. Aufgrund der Generalität der identifizierten Mechanismen sind diese auch für andere chemische und biologische RD-Systeme wie PEM-Brennstoffzellen oder Herz-, Nerven- oder Bauchspeicheldrüsenzellen von Bedeutung.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000238
Köhler, Michael
Jahresbericht 2016 und Abschlussbericht für das Forschungsvorhaben: Neue Syntheseleistungen durch Kopplung mikroorganismischer und Metallnanopartikel-katalysierter Prozesse in der Mikroreaktionstechnik (Projekt "BactoCat") im Förderprogramm "IKT 2010 - Forschung für Innovationen" des BMBF. - Ilmenau : TU Ilmenau, Institut für Chemie und Biotechnik, Fachgebiet Physikalische Chemie/ Mikroreaktionstechnik I. - 1 Online-Ressource (42 Seiten, 2,9 MB)Förderkennzeichen BMBF 031A161A. - Verbund-Nummer 01134586

https://edocs.tib.eu/files/e01fb17/891011463.pdf
Köhler, Michael
Special issue: 8th CBM Workshop on Chemical and Biological Micro Laboratory Technologies. - Weinheim : Wiley-VCH, 2015. - Seite 1113-1153. - (Chemical engineering & technology ; volume 38, no. 7 (July 2015))Datum und Ort des Workshops: 25.-27. Februar 2014 in Elgersburg

Visaveliya, Nikunjkumar;
Microfluidic synthesis and assembly of multi-scale polymer composite particles towards sensoric and labeling applications, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 151 S., 79,17 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Polymer Nano- und Mikropartikel unterschiedlicher Größe, Form und Zusammensetzung sind in verschiedenen Bereichen wie Biomedizin und Nanotechnologie von großem Interesse. Eine der größten Herausforderungen bei der Synthese von Mehrkomponentenpartikeln sind die Reproduzierbarkeit und Monodispersität der Partikel mit gut definierten Oberflächen- und physikochemischen Eigenschaften in einer minimalen Anzahl von Prozeßschritten. Die erfolgreiche Umsetzung dieser Kriterien für Mehrskalenpolymerpartikel für sensorische und markierende Anwendungen wird in dieser Arbeit vorgestellt. Zur Erzeugung von Polymerpartikeln im Nanometerbereich wurde eine mikrofluidische T-Struktur aus Polyetheretherketon (PEEK) mit verschieden strukturierten Siliziumelementen eingesetzt. Mit diesem Aufbau wurden sphärische, elliptische, hantelförmige, kettenförmige, blumenartige und verzweigte Polymerpartikel sowie verschiedene Fluoreszenzpartikel definierter Größen hergestellt. Weiterhin wurden homogene und heterogene Nanoassemblies durch Einstellung entgegengesetzter Oberflächenladungen generiert. Für Polymerpartikel im Mikrometerbereich wurden die Siliziumelemente im mikrofluidischen Aufbau oberflächenmodifiziert, um größenkontrolliert hydrophobe und hydrophile Mikrogelpartikel für Fluoreszenzmarkierungen und SERS-Anwendungen herzustellen. Die erzeugten SERS-Sensorpartikel konnten erfolgreich in einem Mikrodurchfluss-Ramanmesssystem eingesetzt werden. Eine Mehrfachverwendung der Sensorpartikel wurde durch Waschschritte ermöglicht.Die erhaltenen Polymerpartikel wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM), dynamischer Lichtstreuung (DLS), Zetapotenzialbestimmung, Fluoreszenzmikroskopie, Fluoreszenz-Spektroskopie, oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS) sowie UV/VIS-Spektroskopie charakterisiert.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26992
Cao-Riehmer, Jialan;
Mikrofluidisches System mit integrierter Multisensorik für mehrdimensionale Screenings in der miniatorisierten Umwelttoxikologie, 2015. - Online-Ressource : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Die globale Belastung der Umwelt mit Schadstoffen stellt ein Problem sowohl für Mensch als auch für Ökosysteme dar. Schadstoffe kommen in der Umwelt selten einzeln, sondern meist in komplexen Gemischen vor. Deshalb nimmt die Diskussion über die Kombinationswirkung von Schadstoffen einen immer größeren Stellenwert ein. Die Größe des mehrdimensionalen Parameterfeldes erschwert die Anwendung toxikologischer Standardmethoden und macht die Einführungen neuer Screeningmethoden notwendig. Der Einsatz der Mikrosystemtechnik im Bereich der Biotechnologie bietet erhebliche Vorteile bezüglich Miniaturisierung und Automatisierung verglichen mit herkömmlichen Verfahren. Das Ziel des Promotionsvorhabens bestand in der Entwicklung eines kompakten, automatisierten Fluidhandling- und Messsystems mit integrierter Multisensorik unter Anwendung des Prinzips mikrosegmentierter Flüsse zur Charakterisierung hochaufgelöster Dosis-Wirkungs-Beziehungen für die Einzel- sowie Kombinationswirkung von Umweltschadstoffen.Mit den entwickelten Labor- und Kompaktsystemen konnten zwei-, drei- und fünfdimensionale Konzentrationsfelder in Mikrofluidsegmenten erzeugt werden. Die Wirkungen verschiedener Schadstoffkombinationen auf Darmbakterium Escherichia coli, Grünalge Chlorella vulgaris, Bodenbakterien Streptomyces tendae F4, Streptomyces acidiscabies E13, Psychrobacillus psychrodurans UrPLO1 und Vertebraten-Zelllinien IPC-81 wurden erfolgreich untersucht. Durch die Integration von pO2-sensitiven Nanobeads in die Mikrofluidsegmente gelang die interaktionsfreie Auslese des segmentinternen pO2-Wertes während der Zeit- sowie konzentrationsabhängigen Kultivierung der schwermetalltoleranten Bakterienstämmen Streptomyces acidiscabies E13 und Psychrobacillus psychrodurans UrPLO1 in Mikrofluidsegmenten.Mit den entwickelten Systemen konnten zahlreiche binäre- und ternäre Gemische aus verschiedenen Organismen modellhaft untersucht werden. Es konnten Datensätze zu hochaufgelösten Einzelwirkungs- und Kombinationsscreenings der Verbindungsklassen Phenole, ionische Flüssigkeiten, Schwermetalle, Antibiotika, Herbizide, Fungizide, Medikamente (ACE Hemmer und CSE Hemmer), Ernährungsbestandteile und Metallnanopartikel anhand der Endpunkte Wachstum, Autofluoreszenz sowie der Änderung der Lumineszenzintensität von pO2 sensitiven Nanobeads mittels eines 2 Kanal Mikrodurchflussfluorimeters und eines 4 Kanal Mikrodurchflussphotometers gewonnen werden. Sowohl aus hochaufgelösten Einzelwirkungsscreenings als auch aus mehrdimensionalen Screenings der Mikrofluidsegmente konnten neue Erkenntnisse gewonnen werden. Die Versuchsergebnisse demonstrieren bereits die Einsatzfähigkeit der Kompaktanordnung und das große Potential der tropfenbasierten Mikrofluidik für toxikologische Multiparameter-Screenings. Das entwickelte System bildet eine wichtige Grundlage für ein marktfähiges Kompaktgerät in der miniaturisierten Ökotoxikologie.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25986