Untersuchung der Rhodium-katalysierten Carbonylierung von Toluol mit verschiedenen Kohlenmonoxiddonoren unter Verwendung der Kernmagnetresonanzspektroskopie. - Ilmenau. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024
Untersuchung der Kinetik der lichtgetriebenen CO-Abspaltung verschiedener Kohlenmonoxiddonoren und der anschließenden Carbonylierung von Toluol mit dem Präkatalysator [RhCl(CO)(PMe3)2] mittels NMR-Spektroskopie. Die Arbeit konzentriert sich auf den Zusammenhang zwischen den unterschiedlichen Strukturen der Kohlenmonoxiddonoren und der Reaktionsgeschwindigkeit. Weiterhin wird der Einfluss der Lichtintensität und der auftretenden intermediären Katalysatorspezies untersucht.
Rhodium katalysierte Carbonylierung von CH-Bindungen. - Ilmenau. - 32 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
In dieser Bachelorarbeit geht es um die Funktionalisierung von linearen und aromatischen Kohlenwasserstoffen. Diese sollen hierbei mithilfe von Kohlenstoffmonoxid, Rhodium-Phosphan-Katalysatoren und UV-Bestrahlung in die jeweiligen Aldehyde umgewandelt werden. Dabei liegt das Augenmerk auf der Optimierung der Synthesebedingungen, wie zum Beispiel der Wahl des Katalysators, der Einstellung der Lichtintensität oder der Verwendung verschiedener Kohlenwasserstoffe. Bei den während der Forschung verwendeten Kohlenwasserstoffen handelt es sich um Benzol und Hexan, welche zu Benzaldehyd und Heptanal funktionalisiert werden sollten.
Erzeugung membrangängiger Liposomen zum Einbringen von DNA in eukaryotischen Zellen. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
In dem ersten Teil dieser Masterarbeit wurde eine Methode für die Herstellung von Liposomen, die aus Cholesterol, PEG-2000 und DSPC bestehen, entwickelt. Um die Methode zu etablieren und die beste Partikelgrößenverteilung mit der kleinsten Standardabweichung und der größten Anzahl an Liposomen zu erzeugen, wurden verschiedene Parameter wie zum Beispiel Mischungsart, -zeit, und -temperatur optimiert. Die besten Ergebnisse wurden mit Ultraschall mit einer Mischungsart von 120 min bei einer Temperatur zwischen 60 und 70 ˚C erzielt. Die Methode produziert reproduzierbare LNPs mit einem mittleren Radius von 2,2 μm und einer Standardabweichung von 0,1 μm. Die Charakterisierung der Lösungen wurde mittels Lichtmikroskopie und einer statistischen Auswertung der erhaltenen Bilder mithilfe der Software FIJI durchgeführt. Die optimierte Methode wurde verwendet, um T7-DNA als Testsystem für ein therapeutisches Mittel einzukapseln. Dafür wurde Lipofectamine 3000® als katonisches Lipid verwendet, das die Verkapselung der T7-DNA fördert. Um die Verkapselungsfähigkeit auswerten zu können, wurde eine Färbung des T7-Genoms mit PI durchgeführt und durch Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Die Verkapselung wurde mit der Beobachtung von fluoreszierenden Liposomclustern überprüft, wobei die kugelförmigen LNPs unterscheidbar sind. Zur Reinigung dieser Liposomenlösung wurde eine Methode entwickelt, die auf Zentrifugation und Redispergierung in TE-Puffer basiert. Eine optimale Reinigung der Lösung wurde mit einer Zentrifugationsgeschwindigkeit von 4000 RPM (1789 G-Force) für 5 Minuten bei 4 ˚C und 6 edispergierungsschritten in Puffer erreicht, ohne die Stabilität oder morphologischen Eigenschaften der Liposomen zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wurde als Ergebnis dieses Prozesses eine homogene Lösung erhalten. Auf der anderen Seite wurde die Schutzfähigkeit der LNPs in Bezug auf die T7-DNA anhand der Verwendung einer Endonuklease (DNase I) bewertet. Die Stabilität der Liposomen wurde durch Fluoreszenzbilder und Lichtmikroskopie untersucht, die Ergebnisse zeigen, dass die Liposomen die Fähigkeit haben, das T7-Gemon vor dem Nukleaseverdau zu schützen. Zum Schluss wurde die Infektionsfähigkeit der Liposomen mit eingekapselter T7-DNA durch einen in vitro Test an einer Zellkultur der Linie HEP-G2 ausgewertet. Die Lebensfähigkeit der Zellen wurde durch den Vergleich einer Negativkontrolle mit einer Dreifachprobe sowohl durch Fluoreszenzmikroskopie mit Färbung als auch anhand des Cell Counter CASY®untersucht. Liposomen bewirken eine Verringerung des Anteils der lebensfähigen Zellen um 24,7 %, was durch Fluoreszenzmikroskopiebilder bestätigt wurde. Aus den in dieser Masterarbeit gewonnenen Erkenntnissen kann im Wesentlichen geschlossen werden, dass die entwickelte Methode die Herstellung stabiler Liposomen mit der Fähigkeit, DNA aus dem T7-Bakteriophagen einzukapseln, zu schützen und in eine eukaryotischen Zelle der Hep-G2-Zelllinie zu transportieren und zu infizieren, gelungen ist.
Zur Synthese von neuartigen Biphenylen und Buchwald-Phosphanen. - Ilmenau. - 35 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Das Ziel dieser Bachelorarbeit war die Synthese von neuen BrettPhos-artigen Buchwald-Phosphanen (Dialkylbiarylphosphane). Die Synthese der Biphenyle erfolgte mittels einer Kupplungsreaktion von zwei Benzolderivaten durch die Reaktion eines Grignard-Reagenzes mit einem Arin, welches in situ hergestellt wurde. Anschließend wurden die Biphenyle mit einem Chlordialkylphosphin zu einem Buchwald-Phosphan umgesetzt.
Modellierung von in vivo Mikrotopografien durch folienbasierte Formenstrategien und Kokultivierung von Zellen. - Ilmenau. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, eine Methode zu entwickeln, die ein gezieltes Zellwachstum auf beiden Seiten eines mikrostrukturierten 3D-Zellgerüsts ermöglicht. Eine Seite wurde durch das Microcontactprinting strukturiert, während die Strukturierung der anderen Seite nach Auftrag des Zellrasens erfolgte. Die neue Methode des Wipings ermöglicht das gezielte Entfernen von Zellen auf höhergelegenen Bereichen eines Scaffolds. Sie wurde an Lines and Spaces-Strukturen, die aus einer porösen Polycarbonatfolie hergestellt und mit einer Kokultur aus EA.hy926- und HepG2-Zellen besiedelt wurden, ausgearbeitet. Es wurde das Wiping sowohl in der Mono- als auch in der Kokultur untersucht und etabliert. Mehrere fragliche Parameter, die das Ergebnis des Wipings beeinflussen, wurden optimiert. Zudem wurde neben der Schaffung der notwendigen fluidischen Randbedingungen ein einfaches Protokoll ausgearbeitet, dass reproduzierbare Ergebnisse in guter Qualität ermöglicht Als Nachweis eines erfolgreichen Wipings wurden Untersuchungen unter dem Lichtmikroskop, dem Rasterelektronenmikroskop und dem Laserscanningmikroskop vorgenommen sowie Life-Dead-, Immunfluoreszenz-, DAPI- und Aktinzytoskelett-Färbungen vorgenommen. Mit Ausblick auf weitere Untersuchungen wurde zudem probeweise eine wabenförmige Struktur ausgetestet.
Charakterisierung der Keanumycinbildung im Labormaßstab. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Pflanzenschutzmittel sind in der heutigen Zeit unumgänglich. Hierbei wird täglich nach neuen Mitteln gesucht, um Pathogene effektiv bekämpfen zu können ohne die Pflanzen zu schädigen. Dabei zeigten sich besonders die cyclischen Lipopeptide als vielversprechend. Ein Vertreter dieser Klasse ist das Keanumycin A, welches vom Bakterium Pseudomonas fluorescens produziert wird. Das Keanumycin A zeigt eine sehr starke antimykotische Wirkung. Somit eignet es sich gut für die landwirtschaftliche Anwendung. In dieser Bachelorarbeit wurde die Keanumycinproduktion unter Variation des Mediums, sowie der Verfahrenstechnik untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass eine Erhöhung der Kohlenstoffquelle sich positiv auf die Keanumycinproduktion ausübt. Bei erhöhter Kohlenstoffquelle im Batch-Ansatz konnte eine Steigerung von 254 % (3,23 mg/l) erreicht werden. Bei Verwendung eines Fed-Batch-Prozesses wurde eine Maximalkonzentration von 5,32 mg/l (419 %) erreicht. Schlagwörter: Antimykotisch, Cyclische Lipopeptide, Pseudomonas fluorescens, Keanumycin, Pflanzenschutzmittel
Etablierung des Comet-Assays zur Detektion von DNA-Schädigungen in Lungenzellen nach der Exposition mit TiO2-Nanopartikeln. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Die Desoxyribonukleinsäure (DNA) stellt den Träger der Erbinformation eines Organismus dar und ist für die Übertragung dieser Information zur nächsten Generation verantwortlich. Die Aufrechterhaltung der Stabilität und Integrität des Genoms ist daher eine unverzichtbare Voraussetzung für die Teilung und das Wachstum der Zellen. Täglich erfährt jede Zelle des menschlichen Körpers über zehntausende von DNA-Schäden. Infolge von unvollendeter oder ausbleibender Reparatur kann die Erhaltung des genetischen Materials und die Lebensfähigkeit einzelner Zellen sowie des gesamten Organismus gefährdet werden. Um Informationen über auftretende DNA-Schäden zu erhalten, ist die Etablierung und Entwicklung von zuverlässigen und schnellen Nachweismethoden erforderlich. In der vorliegenden Abschlussarbeit wurde die Etablierung einer solchen Nachweismethode, des Comet-Assays bzw. SCGE (single cell gel electrophoresis) unter Verwendung von A549-Lungenepithelzellen durchgeführt und mit verschiedenen DNA-schädigenden Substanzen getestet. Während Ausarbeitung der Positivkontrollen für den Assay mit den Substanzen Wasserstoffperoxid und Methylmethansulfonat wurden Konzentrations- und zeitabhängige DNA-Schäden erfolgreich induziert. Ebenfalls wurde die Möglichkeit untersucht, die Reparatur der DNA mittels Aphidicolin zu unterdrücken, um stärkere DNA-Schäden zu erwirken. Die verstärkte DNA-Schädigung konnte im Comet-Assay nachgewiesen werden. Die Zelltoxizität der verwendeten DNA-schädigenden Substanzen wurde mittels Alamar Blue®-Assay untersucht. Es wurde eine Veränderung der zellulären Lebensfähigkeit im Zusammenhang mit der Natur, Konzentration und Anwendungsdauer der angewandten Substanzen beobachtet, allerdings keine endgültige Korrelation zwischen dem Auftreten der DNA-Schädigung und zellulärer Lebensfähigkeit. Anschließend wurde der Einfluss von TiO2-Nanopartikel-Aerosolen unter zwei verschiedenen Expositionsbedingungen (air-liquid interface (ALI) und liquid-liquid interface (LLI)) auf die DNA-Integrität von MatriGrid®-kultivierten A549-Lungenepithelzellen untersucht. Dies wurde mit Hilfe eines im Fachgebiet Nanobiosystemtechnik entwickelten Lungen-Expositionssystems (MALIES) durchgeführt. Es konnte eine Schädigung der DNA beobachtet werden, wobei diese je nach Expositionsbedingungen (LLI oder ALI) sehr unterschiedlich war. Die Exposition unter physiologisch relevanten ALI-Kultivierungsbedingungen zeigte einen stärker ausgeprägten toxischen Effekt der TiO2-Nanopartikel auf die DNA der A549-Zellen als unter LLI-Bedingungen.
Stickstoff-dotierte Kohlenstoffnanoröhren für elektrochemische Sensoren. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Das Ziel der Bachelorarbeit war die Herstellung von Stickstoff-dotierten mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (auch als N-MWCNTs aufgeführt) durch chemische Zersetzung von Acetonitril (Kohlenstoff- und Stickstoffquellenmaterial) in Gegenwart von Ferrocen (Katalysator) mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Das Wachstum der N-MWCNTs fand auf einem Substrat statt, das entweder aus unmodifiziertem Platin, aus unmodifiziertem Silizium/Siliziumdioxid oder aus mit Gold/Palladium-Nanopartikeln bedecktem Silizium/Siliziumdioxid bestand. Einige hergestellte N-MWCNTs-Verbundfilme wurden dann elektrochemisch mit Kupfer-Nanopartikeln dekoriert (auch als N-MWCNTs/Cu bezeichnet). Die Morphologie der hergestellten Verbundfilme wurde unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Darüber hinaus wurde die elektrochemische Reaktion von N-MWCNTs- und N-MWCNTs/Cu-Verbundfilmen gegenüber dem Hexacyanoferrat(II)/Hexacyanoferrat(III)-Redoxpaar ([Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-) in wässrigen Lösungen von Kaliumchlorid untersucht mittels der Technik der zyklischen Voltammetrie (CV).
Optimierung und Validierung eines mikrofluidischen Photobioreaktors (µ-PBR) zur Untersuchung des Wachstums und der Sensitivität von Mikroalgen und Cyanobakterien gegen Effektoren unter verschiedenen Lichtkonditionen. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Mikroalgen und Cyanobakterien haben ein großes biotechnologisches Potenzial für die Herstellung von wertvollen Substanzen in verschiedenen Branchen, darunter Futtermittel-, Nahrungsergänzungsmittel-, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Bisher werden sie hauptsächlich im Makromaßstab kultiviert. Studien über Kultivierung in kleinerem Maßstab wurden in den letzten Dekaden durchgeführt, um bessere Durchsatzleistungen zu erzielen. Die vorliegende Arbeit erfasst die Optimierung und Validierung eines mikrofluidischen Photobioreaktors (µ-PBR) zur Untersuchung des Wachstums und der Sensitivität von Mikroalgen und Cyanobakterien gegenüber Effektoren unter verschiedenen Lichtkonditionen. Für die Endpunkte-Bestimmung wurde Multiparameter-Mikrodurchfluss-Photofluorimeter für die Detektion von Wachstum, Autofluoreszenz, Chlorophyll-a-Fluoreszenz eingesetzt. Außerdem wurde ein Protokoll zur neutralen Lipiddetektion mit Farbstoff Nilrot in nl-Segmenten etabliert. Der von uns entwickelte µ PBR ist modular aufgebaut. Er besteht aus 1) einer 4-Kanal-Beleuchtungseinheit, 2) einem mäanderförmig geführten PTFE-Inkubationsschlauch mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und einem Außendurchmesser von 1,0 mm und 3) einem Deckel, in dem passende Hohlräume für den Schlauch gefräst sind, damit die einzelnen Reihen optisch getrennt sind und individuell beleuchtet werden können. Zunächst wurde die Temperaturentwicklung des µ-PBR untersucht. Danach wurde die Auswahl des alternativen Trägermediums mit geringerer Verdunstungsrate getestet. FLUTEC PP10 (Perfluorperhydrofluoren) verweist eine geringere Verdunstungsrate als FLUTEC PP9 (Perfluormethyldecalin) und hat keinen negativen Einfluss auf das Wachstum von Mikroorganismen. Bei den Wachstumsuntersuchungen wurde festgestellt, dass Synechococcus elongatus UTEX2973 am besten unter Dauerbeleuchtung, während Chlorella vulgaris am besten unter einem 16:8 Hell-Dunkel-Zyklus wächst. Höhere Lichtintensität und die Absorption bestimmter Wellenlängen modifizieren die Pigmentzusammensetzung. Die Mikrodurchfluss-Multiparametersensoren ermöglichen die Optimierung der Wertstoffproduktion wie Biomasse und Pigmente in Cyanobakterien. Die Möglichkeit einem mikrofluidischen Dosis-Wirkungs-Screening von Chlorella vulgaris und Synechococcus elongatus UTEX2973 gegen Effektoren wie NaCl, Kupfer und Chrom unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen konnte in dieser Arbeit demonstriert werden.
Kinetische Studie zu Rhodiumvermittelten Carbonylierungen mittels Kernmagnetresonanzspektroskopie. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Untersuchung der Kinetik der lichtgetriebenen CO-Abspaltung aus Benzaldehyd, sowie der anschließenden Carbonylierung von Toluol mittels Rhodiumkatalysator durch NMR-Spektroskopie. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Präkatalysator [RhCl(CO)(PMe3)2]. Besonders der Einfluss der Lichtintensität auf die Reaktion und die Charakterisierung der auftretenden intermediären Katalysatorspezies werden untersucht.