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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

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Zheng, Xuejiao;
Polymernanopartikel mit funktionalisierter großer Oberfläche zum Aufbau von Kompositpartikeln für Anwendungen in der Sensorik und Katalyse. - Ilmenau. - 71 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Synthese von Polymerpartikeln mit einer möglichst großen Oberfläche unter Verwendung einer tropfenbasierten Mikrofluidtechnik. Darüber hinaus wird die Änderung des Zeta-Potentials der Polymerpartikel durch ionische Monomere und polyionische Makromoleküle sowie die Assemblierung der Polymerpartikel mit Metallnanopartikeln durch elektrostatische Wechselwirkungen untersucht. Von diesen Komposit-Partikeln wird erwartet, dass sie eine Signalverstärkung für die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) erzielen können. Die Polymerpartikel wurden in einem Mehrphasensystem synthetisiert. In der organischen Phase wurden Monomere - Divinylbenzol(DVB) oder Methacrylsäuremethylester(MMA), thermische Initiatoren - Azobis(isobutyronitril) AIBN oder Kaliumperoxodisulfat (KPS) in Toluol zugegeben. In der wässrigen Phase wurden verschiedene Tenside wie Span20, Brij52, SDS oder Polyelektrolyte wie Natrium-Polystyrensulfonat (PSS), Polydiallyldimethylammoniumchlorid (PolyDADMAC) eingesetzt. Es konnte festgestellt werden, dass die Morphologie und die Größe der Oberfläche der Polymerpartikel von vielen Parametern, wie unterschiedlichen Tenside, Durchflussratenverhältnissen der wässrigen Phase und organischen Phase, Massenverhältnissen innerhalb der organischen Phase sowie Reaktionstemperatur und zeit, beeinflusst werden. Mit der Zugabe der polyionischen Makromoleküle PolyDADMAC oder PSS kann das Zeta-Potential der Partikel gezielt geändert werden. Zusammen mit der vergrößerten Oberfläche eignen sich die Polymerpartikel dazu, Metallnanopartikel durch elektrostatische Wechselwirkungen anzulagern.



Kharboutli, Tamam;
Etablierung einer Fluoreszenz basierten Zellvitalitätsanalyse für tropfenbasierte mikrofluidische Anwendung. - Ilmenau. - 93 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die tropfenbasierte Mikrofluidik ermöglicht die Isolierung und die Manipulation von einzelnen Zellen und Reagenzien innerhalb von dispergierten Kompartimenten. Diese moderne Technologie bietet umfangreiche Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen der Chemie, der Biologie und der Medizin. Im Rahmen der Masterarbeit wurde die Funktionalität eines tropfenbasierten Mikrofluidik-Systems für die Etablierung eines alamarBlue®-Assays untersucht. Es wurden in einem tropfenbasierten Mikrofluidik-System Kompartimente mit unterschied-licher Verdünnung einer U-87MG Zellsuspension erzeugt. Darüber hinaus wurde den Tropfen ein definiertes Volumen des alamarBlue®-Farbstoffs zugegeben. Die Zugabe erfolgte mit einem mikrofluidischen Zudosiermodul. Durch die metabolische Aktivität der vitalen U-87MG Zellen wurde die nichtfluoreszierende Form des alamarBlue®-Farbstoffs, das Resazurin, in die fluoreszierende Form Resorufin umgewandelt. Die Vitalität der Zellen im Tropfen ist hierbei proportional zum Fluoreszenzsignal des einzelnen Tropfens. Für eine quantitative Fluoreszenzmessung von Tropfen in einem Schlauch, wurde ein Analysemodul bestehend aus einer Lichtquelle, einem Fluidikmodul und einer Detektionseinheit (Spektrometer oder PMT), aufgebaut und optimiert. Als Lichtquelle diente eine Laserdiode (525 nm) die über Lichtleiter mit dem speziell für tropfenbasierte Anwendungen entwickelten Analysemodul gekoppelt wurde. Die Messung der Fluoreszenz erfolgte entweder mit einem Spektrometer oder mit einem Photomultiplier (PMT). Der Fokus der Untersuchungen lag auf der Steigerung der Sensitivität. Desweitern wurden im Rahmen der Arbeit alle Komponenten des tropfenbasierten Mikrofluidik-Systems und des Analysemoduls charakterisiert und optimiert. Die Validierung des Mikrofluidik-Systems basierte auf der Ermittlung der Zellvitalität mittels alamarBlue®-Assay. Mit Hilfe der Vitalitätsanalyse wurde z.B. ermittelt, ob ein zuvor erzeugter Zellgradienten effizient und zuverlässig mit dem tropfenbasierten Mikrofluidik-System generiert werden kann. Letztendlich wurden die Messergebnisse, die mit dem Spektrometer und dem Photomutliplier erfasst wurden gegenübergestellt und diskutiert.



Frey, Henning;
Entwicklung und Optimierung einer Methode zur HPLC-gekoppelten Size-Exclusion Chromatographie zur Untersuchung von Antikörperaggregaten sowie mit Peroxidase markierten Antikörpern. - Ilmenau. - 51 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Ziel der Bachelorarbeit war es eine möglichst universell anwendbare Methode zur Qualitätskontrolle von Antikörpern und auf antikörperbasierenden Produkten, insbesondere perxodasemarkierte Antikörper, mittels HPLC-gekoppelter Größenausschlusschromatographie zu entwickeln. Hierzu wurden zunächst allgemeine Versuchsparameter, wie z.B. Laufpufferzusammensetzung und Flussgeschwindigkeit, untersucht. Anwendung fand die entwickelte Methode letzten Endes bei der Überprüfung, ob die Peroxidasemarkierung eines a-MRP14 Antikörpers vollständig abgelaufen ist, was durch Spiken einer Lösung, welche peroxidasemarkierte Antikörper enthält, mit unmarkiertem Antikörper simuliert wurde. Hier zeigt sich ein durchaus geeignetes Anwendungsgebiet der Methode, was sich anhand der geringen nachweisbaren Mengen von unmarkiertem Antikörper zeigen lässt. Ein weiteres Anwendungsgebiet war die Untersuchung der Stabilität von FP72 Antikörpern in unterschiedlichen Matrizes, wobei, aller Wahrscheinlichkeit nach, aufgrund der bereits stark aggregierten Antikörper Ergebnisse erzielt wurden, welche gängigen Theorien, zumindest zum Teil, widersprechen.



Fosso Mofang, Roseline;
Herstellung anisotroper bimetallischer Nanopartikel für die Bioanalytik. - Ilmenau. - 98 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

In dieser Arbeit wurden drei Themengebiete bearbeitet. Zum einen die Entwicklung eines mikrofluidischen System zum Wachstum von form-anisotropen Edelmetall-Nanopartikeln aus Silber, zum anderen eine kontinuierliche mikrofluidische Metallisierung mit Palladium und andere Metalle von der Platin Gruppe. Zum Schluss erfolgte der Test dieser bimetallischen Nanopartikel für die biosensorische Analytik. Dabei wurde der Einfluss der Metallisierung auf die Bulk Sensitivität der Partikel mittels LSPR Messung bestimmt. Es wurde erstens bei der Wachstumsphase im Batch bessere Ergebnisse bei einer langsamen Zugabegeschwindigkeit von den Silberionen festgestellt. Dann wurde ein kontinuierliches mikrofluidisches System entwickelt, das ein effektives Wachstum von Silber-Nanopartikeln ermöglichte. Die Implementierung der Mikrofluidik in den Syntheseprozess von Metallnanopartikeln hat viele Vorteile, sowohl für die Qualität der Ausbeute der gewonnenen Endprodukte, als auch für die Herstellung des Herstellungsprozess selbst. In der Tat hat der Einsatz von Mikromischern eine bessere Kontrolle der Reaktionszeiten, eine deutliche Reduzierung der Diffusionswege und eine kontinuierliche Synthese ohne Mengenbegrenzung ermöglicht. Der Dean-Flow-Mischer mit seiner geometrischen Struktur führte durch Bildung von Verwirbelung zum guten Mischen von Lösungen vor allem bei sehr schnellen Flussraten. Diese Vorteile haben es ermöglicht, die Anforderungen an Geschwindigkeit und Effizienz beim Mischen der Lösungen zu erfüllen, die die reproduzierbare Synthese von Silber-Nanopartikeln ermöglicht haben. Als ein wichtiges Ergebnis wurde festgestellt, dass die Qualität der synthetisierten Prismen von vielen Synthesen beteiligter Parameter abhängt. Zunächst zeigte ein Vergleich zwischen den mikrofluidischen und den Batch Seeds, dass die mikrofluidischen Seeds durch bessere Ausbeute der Prismen bessere Keime für das sekundare Wachstum sind als die im Batch hergestellten Seedsb sind. Darüber hinaus führte der Aufbau eines Synthesesystems unter Verwendung von Mischer ohne Verweiler zur Herstellung einer Prismenlösung mit niedrigen Partikelgrößenverteilung und einer erheblichen Farbänderung der Lösung innerhalb eines Zeitintervalls von 2 Minuten (nach der Mischung). Durch die Verwendung eines Verweilers mit definierten Längen (für die Einstellung der Reaktionsdauer), erhielt man eine Prismenlösung, die eine bessere Partikelgrößenverteilung der Partikel aufweist. Ein weiterer Faktor, der die Qualität der synthetisierten Prismen stark beeinflusst hatte, war die Konzentration der verwendeten Ascorbinsäure-Lösung in dem Wachstumsschritt. Die Verwendung einer Konzentration von 50 mM führte zu Prismen mit höherem Durchmesser und einen wahrscheinlich hohen Anteil an sphärische Partikel. Die Reduzierung der Konzentration auf einen Wert von 20 mM führt zur erheblichen Verringerung der Peak der Intensität der maximalen Absorptionswellenlänge bei 400 nm und resultiert in dünneren Nanoprismen. Im Hinblick auf die Sekundärmetallisierung von Silber-Nanoprismen mit Palladium wurde zuerst als Modelsystem Vorversuche mit immobilisierten Gold-Nanopartikel durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass es eine sehr unregelmäßige Prismen-Wachstum mit Bildung von vielen Nebenprodukten stattfindet. Darüber hinaus könne man eine Erhöhung der Dicke des zweiten Metallschichts bei verringerter Reduktionsmittelskonzentration (AS) feststellen. Batch Vorversuche der Metallisierung von den Silberprismen zeigten eine Art Koaleszenz über die gesamte Prismen Oberfläche. Zwei Methoden wurden dafür verglichen, insbesondere die Batch-Methode gegen die mikrofluidische-Methode. Im Fall der Batch-Methode war eine Blau-Verschiebung des Absorptionsspektrums zu verzeichnen, während die Mikrofluidischen-Methode eine Rot-Verschiebung ihres Absorptionsspektrums zeigte. Hier wurde eine Wachstumsphase mittels eines Dean Flow Mischer, jedoch auf Basis von Polycarbonat, als Mischstruktur für diese Sekundärmetallisierung eingesetzt. Basierend auf dem gleichen Funktionsprinzip wie der aus Glas, hatte dieser die Besonderheit, mehr Einlässe zu haben und ermöglichte das gleichzeitige Mischen mehreren Edukten. Darüber hinaus lieferte er interessantere Ergebnisse, wenn die Mengen zwischen den Prismen- und Palladiumsalz variiert wurden. Wenn kleine Mengen Palladium (Verhältnis 1:100) mit den Prismen vermischt wurden, kam es zu einer globalen Aggregation auf der Oberfläche der Prismen, jedoch führte eine Erhöhung der Konzentration von Palladium (Verhältnis 1:10) zu einer fast vollständigen Zerstörung der Prismen durch Löcher, so dass die dreieckige Form nahezu verloren wurde. Die Sekundärmetallisierung mit Metallen der Platingruppe zeigte am Beispiel von Platin bei der photochiemischen Abscheidung, die Bildung von kleineren Partikeln auf der Oberfläche der Prismen. Die so erhaltenen bimetallischen Partikel wurden dann charakterisiert. Je nach Größe des verwendeten Prismas ihre Stabilität angesichts einer möglichen Agglomeration unterschiedlich beibehalten. Es konnte leider keine aussagekräftigen Schlussfolgerungen geliefert werden, da es an detaillierten weiteren Untersuchungen mangelte. Schließlich hat die Bestimmung des Einflusses der Metallisierung auf Silber-Nanoprismen für die Sensitivität (durch Brechungsindex Messung) gezeigt, dass trotz Ihres höheren LSPR, waren die mit Palladium metallisierten Silbernanopartikeln weniger empfindlich auf Änderungen des Brechungsindex der Umgebung im Vergleich zu reinen Silbernanopartikeln.



Conradi, Philipp;
Entwicklung digital mikrofluidischer Assays für die Identifizierung Biopolymer-verwertender Mikroorganismen und mikrobieller Konsortien am Beispiel des Biopolymers Pektin. - Ilmenau. - 59, 32 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Die vorliegende Bachelorthesis beschäftigt sich mit der Entwicklung, Erprobung und Analyse von mikrofluidischer Assays für die Identifizierung von sich bildender mikrobieller Konsortien unter nährstofflimitierenden Bedingungen. Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung dieser Konsortien in den generierten Tropfen. Dazu wurden Pektinverwertende Organismen aus einer Bodenprobe isoliert und unter mikrofluidischen Bedingungen kultiviert. Um eine Konsortienbildung zu garantieren, wurden die isolierten Hefestämme in eine Co-Kultivierung mit einem Zusatz der in der Bodenprobe enthaltenen Mikroorganismen gebracht. Die Hefezellen degradieren das Pektin und versorgen so innerhalb des Tropfens die in der Erdprobe befindlichen Mikroorgansimen mit einer minimalen kontinuierlichen Zufuhr an Nährstoffen. Durch das geringe Nährstoffangebot wird gleichzeitig eine Überprofilierung einzelner, schnell wachsender Spezies unterdrückt. Das Ergebnis dieser Arbeit bestätigt, dass eine Co-Kultivierung und damit verbundener mikrobieller Konsortienbildung möglich und diese optisch auswertbar ist.



Groth, Martin;
Etablierung des alamarBlue®-Assays für die Vitalitätsanalyse von KG-1 Zellen auf Basis tropfenbasierter mikrofluidischer Verfahren. - Ilmenau. - 164 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Mit Hilfe tropfenbasierter mikrofluidischer Verfahren können Hochdurchsatz-Screenings bis auf das Einzelzellniveau durchgeführt werden. Dieser moderne Ansatz bietet ungeahnte Möglichkeiten insbesondere im Bereich der Individualmedizin. Ziel dieser Masterarbeit war es, einen alamarBlue®-Assay in einem tropfenbasierten Mikrofluidik-System durchzuführen. Hierfür sollten die verwendeten KG-1 Suspensionszellen innerhalb des tropfenbasierten Mikrofluidik-Systems zunächst definiert verdünnt werden. Anschließend wurden Probentropfen generiert, wobei die Zellkonzentration in diskreten Schritten stetig erhöht wurde. Danach erfolgte die Zudosierung eines dem alamarBlue®-Farbstoff vergleichbaren Farbstoffs in die Tropfen. Die vitalen KG-1 Zellen metabolisierten diesen in eine fluoreszierende Substanz und gaben sie in das Zellkulturmedium ab. Nach einer Inkubation von 4 bzw. 22 h wurde die Fluoreszenz der einzelnen Probentropfen gemessen, damit eine quantitative Aussage zur vitalen Zellzahl getroffen werden konnte. Um eine spektroskopische Analyse im Schlauch durchzuführen, musste ein spektroskopisches Analysesystem aus mehreren Komponenten zusammengestellt und optimiert werden. Hierfür wurden eine Hochleistungslichtquelle, ein Kühlmodul, ein Spektroskopiemodul sowie ein Spektrometer mit Lichtleitern verbunden. Außerdem wurden Bandpassfilter und Kollimatorlinsen in den Strahlengang integriert. Der Fokus lag dabei auf einer hochsensitiven Fluoreszenzmessung zur Zellvitalitätsanalyse. Zusätzlich sollte das spektroskopische Analysesystem eine breite Anwendungsmöglichkeit bieten, sodass zukünftig auch Absorptionsspektren von chemischen Synthesen durchgeführt werden können. Abschließend wurde das optimierte Analysesystem mittels Kalibriergeraden charakterisiert. Im Anschluss wurde das spektroskopische Analysesystem in das tropfenbasierte Mikrofluidik-System implementiert. Im Zuge dessen wurden die Prozessschritte, die zur Durchführung eines alamarBlue®-Assays notwendig sind, etabliert. Darunter zählen die Generierung eines Konzentrationsgradienten, die Ermittlung der optimalen Parameter zur Farbstoffzudosierung sowie die Optimierung von Inkubation und Analysevorgang. Als letzter Schritt erfolgte die Charakterisierung des schlauchbasierten alamarBlue®-Assays und ein Vergleich mit etablierten Analysemethoden auf Basis der Mikrotiterplatten-Technologie.



Lian, Qilin;
Untersuchung zum Einfluss der Materialsteifigkeit und biochemischen Komposition von Scaffolds auf die Differenzierung von o-MSC in 3D-Zellkulturen. - Ilmenau. - 91 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Biomaterialien werden zunehmend im medizinischen Bereich eingesetzt. Die Entwicklung neuer, optimierter Biomaterialien ist daher sehr wichtig. Oberflächeneigenschaften, Steifigkeit und Struktur des Biomaterials spielen eine wichtige Rolle bei der Adhäsion, dem Wachstum, der Proliferation und der Differenzierung der Zellen. Durch Ändern der Oberflächeneigenschaften, z.B. Die Steifigkeit und die Struktur, kann dieser Effekt erhöht oder verringert werden. In dieser Arbeit wurde die Biokompatibilität eines Materials (LCM) in verschiedenen Formen (Rund- und Gerüstbau) und mit unterschiedlichen Oberflächenmodifikationen durchgeführt. Die Oberflächeneigenschaften wurden durch die Benetzbarkeit und Oberflächenladung sowie die Bestimmung der Steifigkeit durch die Lockerung eines Feststoffs charakterisiert. Die Untersuchung der physikochemischen Einflüsse von Biomaterialien auf das Zellverhalten wurde durch mehrere Verfahren durchgeführt, z.B. Zellzahlbestimmung, Mikroskopie (CLSM) und qualitative Kollagen- und Kalziumbestimmung. Diese Methoden wurden verwendet, um das Wachstum, die Adhäsion und die Differenzierung von Stammzellen (o-MSCs) zu untersuchen. Der Einfluss des Materials zeigte deutlich, dass steifer Material für die Ausbreitung der o-MSC gut war. Die Oberflächenladungen zwischen Material und Kollagen unterscheiden sich kaum, aber der Grund für diesen Effekt ist nicht bekannt. Es wurde durch die Zellzahlbestimmung gezeigt, dass eine Kollagenbeschichtung die beste Oberflächenmodifikation des LCM3-Materials war. Die Kollagenbeschichtung hatte den Einfluss des Materials kompensiert und die Wachstumsrate der o-MSC erhöht. Es konnte auch gezeigt werden, dass die 3D-Struktur des Materials einen ähnlichen Einfluss auf das Zellverhalten hatte. Dies führte zu der Schlussfolgerung, dass Gerüste und Kollagen in vitro für o-MSC gut geeignet sind. Diese Schlussfolgerung könnte auch durch die visualisierten Bilder (CLSM) bestätigt werden. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zur Zelldifferenzierung durchgeführt. Der Einfluss von Beschichtung und Steifigkeit auf die Genexpression von Zellen variierte in den verschiedenen Strukturen. In der 2D-Struktur beeinflusste die Kollagenbeschichtung die Zelldifferenzierung nicht und das weiche Material verlangsamte die Zelldifferenzierung. Bei der Kultivierung in der 3D-Struktur unterstützten sowohl die Kollagenbeschichtung als auch das weiche Material die Differenzierung. Die Zelldifferenzierung in Kombination mit der Zellproliferation zeigte, dass 3D-Gerüste sowie eine Kollagenbeschichtung optimale Bedingungen für das Zellverhalten zeigten. Für eine statistische Sicherung der in den Genexpressionsstudien gefundenen Trends sind weitere Untersuchungen mit wesentlich höheren Probenzahlen erforderlich. Eine weitere wünschenswerte Studie ist die quantitative Analyse der Kalzium- und Kollagenproduktion. Die Methoden, die in dieser Arbeit verwendet wurden, waren nur für eine qualitative Bewertung geeignet, für die quantitative Analyse waren die Mengen an mineralisiertem Calcium und Kollagen zu niedrig. Die dynamische Kultivierung, die ähnliche Bedingungen wie in der biomimetischen Umgebung von Zellen hat, könnte in der künftigen Arbeit durchgeführt werden. Da die 3D-Struktur analog zu natürlichem Gewebe ist, haben Designer-Gerüste ein hohes Potenzial für die Etablierung im Tissue Engineering, z.B. Um ein beschädigtes Gewebe- oder Gewebedefekt ohne Spenderorgane zu ersetzen oder zu regenerieren. In dieser Arbeit wurden knochenzellfreundliche Materialien (LCM) verwendet. Sie eignen sich hervorragend für Knochengewebetechnik. Gerüste sind auch kostspielig und zeitaufwändig wegen ihres schwierigen Herstellungsprozesses. Die 2D-Struktur hat daher auch ihre Vorteile. Die Messung der Wechselwirkung zwischen Zellen und Materialien ist sinnvoll in der 2D-Struktur zu bestimmen, da der Zellkontakt mit Materialien sehr groß ist. Wenn die Materialien Drogen enthalten, könnte das Medikament die Zielzellen effektiv beeinflussen. LCM-Gerüste können speziell für die entsprechenden Anwendungen und Bedingungen im Tissue Engineering mit der 2PP-Technologie und der präsentierten LCM-Plattform entwickelt werden. TPMS sorgen für ein hohes Flächen-zu-Volumen-Verhältnis und keine Totvolumina. Im Vergleich zu anderen Anwendungen ist das LCM3-Gerüst ideal für die Zellproliferation. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die These, dass LCMs für den Einsatz im Tissue Engineering sehr geeignet sind, bestätigt werden kann. Gerüste können im Körper (in vivo Tissue Engineering) sowie im Labor (in vitro Tissue Engineering) aufgrund ihrer 3D-Struktur erfolgreich eingesetzt werden.



Yang, Lin;
Einsatz der Mikrofluidsegmenttechnik für hochaufgelöste und zweidimensionale Dosis/Wirkungs-Screenings an schwermetalltoleranten Isolaten von Bodenbakterien aus Altbergbauarealen. - Ilmenau. - 90 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Im Fachgebiet "Miniaturisierte Biotechnologie" wird mit großem Erfolg die Mikrofluidsegmenttechnik in Bezug auf die Miniaturisierung und Automatisierung der Dosis-Wirkungs-Untersuchung an Mikroorganismen auf unterschiedliche Wirksubstanzen eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Verbesserung eines Mikrofluidsystems durch den Einsatz eines neuen, chipbasierten Segmentgenerators (Lab-Disk-Modul C DG500) und eines Mikrodurchfluss-Impedanzsensors, sodass die Einzel- sowie Kombinationswirkung von Schwermetallen auf Bodenbakterien anhand der hochauflösenden Dosis-Wirkungs-Untersuchungen ermittelt werden können. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Schwermetallsalze Cu2+, Ni2+ und Co2+ auf verschiedene Streptomyces-Strains und Rhodococcus-Strains als Testbakterien untersucht, die jeweils aus Böden aus Altbergbauarealen in Thüringen isoliert wurden. Die gewählten Bodenisolate wurden aus Arealen entnommen, die möglicherweise eine erhöhte Schwermetall-Konzentration im Boden aufweisen und daher potentiell eine erhöhte Schwermetalltoleranz besitzen. Mit dem, in dieser Arbeit entwickelten, Mikrofluidsystem konnten hochaufgelöste Einzelwirkungs-Screenings an unterschiedlichen Bodenisolaten durchgeführt werden. Durch den Einsatz eines optischen und eines Impedanz-Sensors konnte Dosis-Wirkungs-Diagramme für die entsprechenden Schwermetallsalze erstellt und daraufhin analysiert werden. Neben den optischen Messparameter (Photometrie und Fluorimetrie) lieferte elektrische Impedanzmessung zusätzliche Informationen über das Wachstumsverhalten der Bodenisolate. Die Farbstoff-Verifikation zeigt, dass mit dem Lab-Disk-Modul C DG500 im Vergleich zu dem 7-Port-Manifold eine höhere Genauigkeit für zweidimensionale Segmenterzeugung erreichbar und somit besser für die Untersuchung der 2D-Dosis-Wirkungs-Screenings geeignet ist. Abschließend wurde ein 2D-Kombinationswirkungs-Screening von Cu2+ und Ni2+ auf Bodenisolate mit dem totvolumenarmen Lab-Disk-Modul C DG500 durchgeführt. Damit konnte eine hohe Reproduzierbarkeit nachgewiesen und die daraus resultierende additive Wirkung von Schwermetallsalzen auf Rhodococcus-Strains ermittelt werden. Aufgrund der Versuchsergebnisse wird deutlich, dass durch den Einsatz der beiden neuen Bauelemente in den angewendeten Mikrofluidsystemen die Charakterisierung des Wachstumsverhaltes der Bodenisolate Streptomyces und Rhodococcus verbessert werden kann. Dadurch wird eine Basis geschaffen, um fundierte Aussagen über die Schwermetall-Toleranz von Ökosystemen zu treffen. Schlagwörter: Mikrofluidik, Schwermetall, Streptomyces, Rhodococcus, Impedanz, Lab-Disk (Chip), Dosis-Wirkung-Beziehung



Schmidt, Daniel;
Organisch-chemische Synthesestudien in der Mikrofluidik und im Batch. - Ilmenau. - 70 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Die Masterarbeit befasst sich mit dem Einsatz der Mikrofluidik für organisch-chemische Synthesen. Es wurde im besonderen Maße auf eine nachhaltige Produktbildung Wert gelegt ("Green Chemistry"). Dies beinhaltete den Einsatz möglichst geringer Lösungsmittel- und Eduktmengen, sowie die Nutzung vorwiegend wässriger Komponenten während der Synthese. Zwei der drei Synthesen waren "Bulk"-Chemikalien, also Stoffe, deren Einsatzmöglichkeiten den pharmazeutischen, kosmetischen oder Agrochemikalienbereich abdecken. Der Hintergrund der Synthese eines Azofarbstoffes lag in dessen besonderer Eigenschaft der cis-trans-Isomerie begründet. Durch diese ist es möglich, die Konfiguration und die Eigenschaften des Moleküls zu ändern, so dass es als photoschaltbares Oberflächenmolekül die Benetzungseigenschaften auf Oberflächen in Anwesenheit von UV- oder sichtbarem Licht zu ändern vermag. Für diese Synthese wurden neben den herkömmlichen analytischen Methoden (HPLC, GC-MS) auch zwei speziell für die mikrofluidischen Module integrierte "On-Line" Detektionsplattformen verwendet, die photometrische und mikrowellensensorische Methoden beinhalteten. Es konnte gezeigt werden, dass bei der Synthese des Styrolderivats 1,2-Dichlorethylbenzol aus Styrol mit dem Oxidationsmittel Oxone® (KHSO5 &hahog; KHSO4 &hahog; K2SO4) und NaCl bzw. NH4Cl als Chlorquelle (wässrige Phase) die mikrofluidische Plattform gegenüber der Batch-Synthese, bei bestimmten Synthesebedingungen höhere Produktumsatzraten erzielte. Solche Phasentransferreaktionen, bei der eine Reaktionskomponente von einer in eine andere Phase durch Diffusion überführt wird, lässt sich auch sehr gut auf die Synthese von Azofarbstoffen übertragen. Der zweistufige Synthesemechanismus beruht auf der Mills-Reaktion, bei der zunächst durch die Oxidation eine aromatische Amino- in eine Nitroso-Komponente überführt wird. Anschließend erfolgt eine Kondensationsreaktion zwischen dem Nitroso-Aromat und einem Anilin zum entsprechenden Azofarbstoff. Zur Analyse der jeweiligen Produkte standen sowohl ein HPLC als auch ein Standard UV-VIS-Spektrometer zur Verfügung. Ergänzt wurden die Methoden durch externe GC-MS Messungen und einer im Institut für Bioprozess- und Analysemesstechnik (iba e.V. Heiligenstadt) entwickelten mikrofluidischen Photometerkammer für Absorptionsmessungen im UV-VIS- Bereich. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit umfasste erste Voruntersuchungen für eine chemo-enzymatische Synthese. Diese bezogen sich auf das Verhalten des Enzyms der Alkohol Dehydrogenase aus dem Organismus Lactobacillus Kefir (LK-ADH) in verschiedenen Lösungsmitteln (Rapsöl, Butylacetat, Ethylacetat und Methyl-tert-butylether), die für die Synthese eingesetzt werden sollten. Letztendlich konnten zwei der Lösungsmittel (Butylacetat und Ethylacetat) für die Synthese verwendet werden und zeigten erste positive Ergebnisse.



Raithel, Kirstin;
Untersuchungen zum impedimetrischen Monitoring der Biofilmbildung. - Ilmenau. - 67 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Biofilme spielen im Leben des Menschen eine entscheidende Rolle, da sie häufig eine gesundheitliche Gefährdung für den Menschen darstellen. Da die Biofilmbildung innerhalb von Stunden geschieht und deren Beseitigung später schwierig ist, soll die Adhäsion der Bakterien schnellstmöglich detektiert werden. Im Zuge dieser Arbeit wurde die Biofilmbildung mittels kontinuierlichem, nichtinvasivem impedimetrischem Monitoring aufgezeichnet und beobachtet. Um unterschiedliche Oberflächeneigenschaften zu erzielen, wurden diese mit drei verschiedenen Beschichtungen (PEI, PDADMAC, ConA) chemisch modifiziert. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass die physiochemische Veränderung der Oberfläche deutliche Auswirkungen auf die Biofilmdicke und den Besiedlungsgrad der jeweiligen Oberfläche hatte. Mittels Impedanzversuche konnte detektiert werden, dass die Biofilmbildung auf PDADMAC-beschichteten Elektroden am optimalsten war und die Biofilmdicke mit der Zeit zunahm. Auch konnte aufgrund der Impedanzspektroskopie gezeigt werden, dass PEI eine bakterizide Wirkung auf Bakterien hatte und eine Unterscheidung zwischen lebenden und toten Biofilmen ermöglichte. Auf Grundlage von optischen Methoden, CLSM- und Weißlichtinterferometermessungen, war dies nicht möglich. Die Biofilmdicke wurde zusätzlich mit Hilfe des Weißlichtinterferometers und dem CLSM aufgenommen. Anschließend wurden die Messungen ins Verhältnis zu der jeweiligen relativen Änderung |Z| gesetzt. Hierdurch konnte eine Korrelation zwischen dem Ansteigen und Abfallen der Impedanzwerte und der Biofilmdicke nachgewiesen werden. Bei der Nutzung von PDAMAC sowie ConA wurde bei CLSM- und Weißlichtinterferometeraufnahmen ein höherer Besiedlungsgrad festgestellt als bei der Nutzung von PEI. Auch wurde bei den CLSM-Aufnahmen die bakterizide Wirkung von PEI bei direktem Kontakt mit den Bakterien ersichtlich. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit die Zugabe von Antibiotikum Auswirkungen auf einen bereits bestehenden Biofilm und einen sich bildenden Biofilm hatte. Sowohl impedimetrisch als auch bei CLSM- und Weißlichtinterferometermessungen konnte detektiert werden, dass die Biofilmentstehung dadurch nur gehemmt stattfand. Auch konnte der Einfluss von Antibiotika auf einen bereits bestehenden Biofilm gezeigt werden, da sich die Biofilmdicke und der Bedeckungsgrad reduzierten.



Bahner, Nicole;
Charakterisierung eines Aptamer-basierten Biosensors für die Detektion von Doxorubicin mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie. - Ilmenau. - 63 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Die Kontamination des Trink- und Grundwassers mit Medikamentenrückständen stellt ein zunehmend auftretendes Umweltproblem dar, sodass das Monitoring der Gewässerbelastung zukünftig eine bedeutendere Rolle spielt. Im Zuge dieser Arbeit wurde ein Aptamer-basierter Biosensor (Aptasensor) für die Detektion des Anthracyclins Doxorubicin entwickelt. Hierzu wurde eine mikrofluidische Messkammer mit einer Drei-Elektroden-Anordnung aufgebaut und charakterisiert. Das Daunorubicin-Aptamer konnte erfolgreich immobilisiert werden und es wurde eine Belegungsdichte von 1,3*10+13 ± 2,4*10+12 DNA-Moleküle/cm^2 erreicht. Die Bindung des Doxorubicin als auch die von Daunorubicin an das auf eine Goldoberfläche immobilisierte Aptamer konnte mit der elektrochemischen Impedanzspektroskopie erfolgreich detektiert werden. Aufgrund der hohen Sensitivität konnte eine Dissoziationskonstante KD von 64 nM und eine Nachweisgrenze LoD von 28,3 nM bestimmt werden. Dass es sich hierbei nicht um unspezifische Bindungen handelt, wurde anhand von Negativkontrollen überprüft. Die Signale der unspezifischen Bindungen lagen deutlich unter denen der spezifischen Bindungen. Im Hinblick auf die gezielte Verwendung des Aptasensors im Bereich des Gewässermonitorings wurde auch die Detektion von Doxorubicin in Realproben untersucht. Gespikte Flusswasserproben konnten jedoch bisher nicht signifikant von reinen Flusswasserproben unterschieden werden. Dies lag vermutlich an einer Konkurrenzreaktion zwischen Fremdionen bzw. -molekülen und Doxorubicin mit dem DRN-Aptamer. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit die Aptamer-Target-Bindung regenerierbar ist. Eine Regenerierung der Bindung mittels Hitze-Denaturierung kann anhand der gewonnenen Ergebnisse ausgeschlossen werden. In weiterführenden Arbeiten sollten weitere Methoden für die Regenerierung der Bindung untersucht werden. Schlussfolgernd konnte erfolgreich ein Aptasensor zur impedimetrischen Detektion von Doxorubicin und Daunorubcin im mittleren nanomolaren Bereich entwickelt werden. Für die praktische Anwendung sind weitere Untersuchungen notwendig. Das hohe Potenzial der Aptasensoren ist durch das fehlende Verständnis für die Aptamer-Target-Bindung begrenzt. Durch weitere Grundlagenforschung kann das Design der Aptasensoren den Bedürfnissen der Detektionsmechanismen angepasst werden.



Kuhfuß, Danja;
Synthese von Goldnanostäbchen mit einstellbarem Aspektverhältnis im mikrosegmentierten Durchflussverfahren. - 50 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Goldnanostäbchen werden in der Elektronik, Sensorik, Analytik und Medizin eingesetzt. Dabei werden ihre speziellen optischen Eigenschaften ausgenutzt, die stark vom Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Stäbchen (Aspektverhältnis) abhängen. In dieser Arbeit wurde eine mikrosegmentierte Durchflusssynthese zur Herstellung von Goldnanostäbchen entwickelt. Sie basiert auf dem nasschemischen, zweistufigen Batchverfahren. Dabei werden zunächst Kristallisationskeime durch Reduktion von Tetrachloroaurat erzeugt. In einem zweiten Reaktor wachsen diese sphärischen Partikel zu Stäbchen auf. Charakterisiert wurden die Partikel mittels UV-Vis-Spektrometrie, Zetaziser, differentieller Zentrifugation und Rasterelektronenmikroskopie. Durch Variation der Reaktionsparameter konnte das Aspektverhältnis der Stäbchen zwischen 1,9 und 4,1 variiert und die optischen Eigenschaften genau eingestellt werden. Eine Stäbchenform mit überwachsenen Ecken, sogenannte "dog-bones", konnte hergestellt und deren Aspektverhältnis variiert werden.



Walther, Oliver;
Elektrokoaleszenz von nl-Tropfen in einem mikrofluidischen Lab-on-a-Chip Bauelement. - 73 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Im Fachbereich der tropfenbasierten Mikrofluidik sind Elektrokoaleszenzvorgänge eine der vielversprechendsten Wege der Einflussnahme auf das Verhalten des mikrofluidischen Systems Die vorliegende Arbeit stellt einen Ansatz vor, mit dem in einem bestehenden mikrofluidischen System Elektrokoaleszenzvorgänge kontrolliert, reproduzierbar und zuverlässig eingeleitet und durchgeführt werden können. Hierzu werden flache Elektroden an der Außenseite des Systems in einer bestimmten Art und Weise angebracht. Auf Grund einer angelegten Spannung wirkt das elektrische Feld (gepulstes DC) auf das Innere des Kanals und löst dort die Verschmelzung von Tropfen aus. Die Elektroden stehen dabei nicht in direktem Kontakt mit den verwendeten Fluiden. Auf Grund der Vielzahl biologischer und medizinischer Anwendungen im Rahmen der Mikrofluidik ist es von besonderem Interesse, in wieweit sich die Zusammensetzung verschiedener wässriger Lösungen auf das Koaleszenzverhalten auswirkt. Die wässrige Phase wird daher in Ionenstärke, pH-Wert und Viskosität variiert und deren Einfluss untersucht. Dabei wird beobachtet, dass diese Größen über einen weiten Bereich verändert werden können, ohne dass sich dies bemerkbar auf das Koaleszenzverhalten auswirkt. Lediglich bei einem stark alkalischen Milieu der Lösung bei niedrigeren Spannungen von unter 450 V zeigt sich eine Verschlechterung der Koaleszenz. Diesem Effekt kann mit einer Erhöhung der Spannung entgegengewirkt werden. Allgemein konnte mit allen untersuchten Lösungen bei einer Arbeitsspannung von 450 V eine Koaleszenzrate von über 90 %, mit höheren Spannungen von 100 % erzielt werden. Darüber wird ein automatisiertes Verfahren vorgestellt, welches eine Anpassung der Elektrokoaleszenz an verschiedenen Flussraten erlaubt. Hiermit ist es möglich eine Vielzahl an Segmenten (im Mittel wurden 1600 getestet) kontrolliert, reproduzierbar, zuverlässig und voll automatisiert zu verschmelzen. Eine numerische Simulation ergänzt die experimentellen Betrachtungen. Schlagwörter: Elektrokoaleszenz, Lab-on-a-Chip, tropfenbasierte Mikrofluidik



Zich, Tobias;
Untersuchung des Einflusses der Biomaterialkomposition auf die Adhäsion und Proliferation von Tumorzellen. - 88 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Die mechanischen Eigenschaften der extrazellulären Matrix (ECM) und deren komplexe Wechselwirkungen mit Zellen spielen eine essentielle Rolle für die Tumorentstehung und progression. Vor diesem Hintergrund wurden methacrylierte Lactid-Caprolacton-Copolymere und z. T. Polyethylenglycol (PEG) mittels UV-Polymerisation zu dreidimensionalen Gelen mit unterschiedlichem Vernetzungsgrad fotovernetzt. Diese Gele wurden physikochemisch und mechanisch charakterisiert und anschließend hinsichtlich ihrer Biokompatibilität mit MDA-MB-231-Zellen untersucht. Eine Oberflächenfunktionalisierung mit Kollagen Typ I und deren Einfluss auf die Zellantwort wurde untersucht. Durch die Bestimmung der Einzelzellsteifigkeit wurde der Einfluss der Materialsteifigkeit auf die Zellantwort ermittelt. Abschließend erfolgte ein Prinzipnachweis der Strukturierbarkeit der Materialien mittels Zwei-Photonen-Polymerisation und der Besiedlung der hergestellten 3D-Scaffolds mittels Perfusion. Die Ergebnisse zeigen, dass das untersuchte Polymersystem biokompatibel und für eine Verwendung als Scaffold in 3D-in vitro-Tumormodellen geeignet ist. Durch die gezielte Einstellbarkeit der Mechanik ist eine flexible Anpassung an unterschiedliche Untersuchungsziele hinsichtlich Tumorzell-ECM-Wechselwirkungen möglich.



Drosten, Johannes;
Etablierung eines Niederdruckplasma-Verfahrens zur langzeitstabilen Hydrophobisierung von Polymer-Mikrofluid-Systemen sowie fluidische Untersuchung der Systeme für Life Science Applikationen. - 124 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine langzeitstabile, hydrophobe Beschichtung für den segmentierten Fluss in Polykarbonat-Chipsystemen zu erzeugen. Hierfür wird in einem Niederdruckplasma aus dem Präkursorgas Oktafluorocyclobutan ein transparentes Plasmapolymer mit PTFE-ähnlichen Eigenschaften generiert. Der Einfluss verschiedener Parameter bei der Polymerisation auf die entstehende Beschichtung wird untersucht und die Beschichtungen charakterisiert. Anhand festgelegter Mindestanforderungen wird die Funktion der Beschichtung nachgewiesen und ihre Vorteile sowie ihre Schwachpunkte herausgearbeitet.



Wenzel, Christin;
Einfluss von Oberflächentopographie und -Chemie auf das Wachstum und die Ausrichtung Osteoblasten-ähnlicher Zellen. - 96 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Eine Strategie die Osteointegration von Knochenimplantaten zu verbessern, ist die Übertragung von anisotropen Strukturen auf Implantatoberflächen. Die mikrostrukturierten Oberflächen beeinflussen die Zelladhäsion, -proliferation, -morphologie und die -ausrichtung. Zur chemischen, physikalischen und topographischen Mikrostrukturierung von Biomaterialoberflächen haben sich besonders Soft Lithographie-Techniken als geeignet herausgestellt. Zeil dieser Arbeit war es die Zellproliferation, -morphologie sowie -ausrichtung von Osteoblasten-ähnlichen Zellen in Abhängigkeit von verschiedenen topographisch mikrostrukturierten Oberflächen zu untersuchen. Dabei wurden zum einen Mikrostrukturen auf hydrophile Oberflächen aus Dextran (Titan beschichtet mit Dextran) und zum anderen auf hydrophobe Oberflächen aus Polydimethylsiloxan (PDMS) übertragen. Die Mikrostrukturen unterschieden sich hinsichtlich des Mustertyps und der Strukturgröße (Abmessungen). Die mikrostrukturierten PDMS- und Dextranoberflächen wurden mittels Replica Molding erzeugt und vor sowie nach dem Zelltest mit Osteosarkomzellen mittels Lichtmikroskop, Rasterelektronenmikroskop sowie konfokalem Laser Scanning Mikroskop charakterisiert. Vergleicht man die Zellzahlen von mikrostrukturierten Dextranoberflächen mit denen von PDMS-Oberflächen stellt man fest, dass die Zellzahlen bei PDMS-Oberflächen höher sind. Jedoch ist die Zellzahl für beide Materialien unabhängig von der Mikrostruktur. Das Aspektverhältnis der Osteosarkomzellen und der prozentuale Anteil ausgerichteter Zellen steigen je kleiner die Strukturgröße eines jeden Mustertyps ist. Die Linienmuster induzieren im Vergleich zu Rechteck- und Rautenmustern die höchste Anzahl gespreiteter und ausgerichteter Zellen. Des Weiteren stellte sich heraus, dass bei mikrostrukturierten Dextranoberflächen im Vergleich zu PDMS-Oberflächen der prozentuale Anteil ausgerichteter Zellen um bis zu 30 % höher war. Mit dieser Studie konnte gezeigt werden, dass die Zellproliferation, -spreitung und die -ausrichtung von Osteosarkomzellen durch die Mikrostrukturen und die Chemie des Materials kontrolliert und eingestellt werden kann. Durch die Verwendung der Replica Molding-Technik können Mikrostrukturen leicht auf Implantatoberflächen übertragen werden um diese zu funktionalisieren. Dies wurde in dieser Arbeit erfolgreich für Titanoberflächen gezeigt. Durch die Nachbildung der Knochengewebsstruktur auf Implantatoberflächen wird sich eine Erhöhung der Langzeitstabilität und demnach eine Verbesserung der Lebensqualität von Patienten erhofft.



Soh, Joanne Zi En;
Microsegmented flow-through synthesis of gold nanocubes. - 41 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Goldnanopartikel weisen einzigartige Eigenschaften auf, welche sie für ein großes Spektrum möglicher Anwendungen prädestinierten. Sie finden beispielsweise bereits als funktionelle Bestandteile in Sensoren, elektronischen Schaltungen oder in der heterogenen Katalyse Anwendung in verschiedenen Gebieten der Nanotechnologie. In dieser Arbeit wird ein segmentbasiertes Mikrodurchflussverfahren zur Herstellung einkristalliner Goldnanokuben als vorteilhafte Methode zur Syntheseführung, verglichen mit konventionellen Batch-Ansätzen, vorgestellt. Das Herstellungsverfahren basiert auf der nass-chemischen Reduktion von Au3+-Ionen aus Tetrachlorogoldsäure in Gegenwart des Ligands CTAC (Cetyltrimethylammoniumchlorid) und erfordert drei Syntheseschritte. Zunächst werden in einem Mikrodurchflussprozess seed-Partikel synthetisiert. Im Folgenden werden diese seed-Partikel in einem ersten Wachstumsschritt, welcher ebenfalls im segmentbasierten Mikrodurchflussverfahren ausgeführt wird, vergrößert. Das abschließende Wachstum im dritten Syntheseschritt erfolgt im klassischen Laborgefäß. Die kolloidalen Lösungen der Au-seed-Nanopartikel und der Au-Nanokuben wurden mithilfe differentieller zentrifugaler Sedimentationsspektroskopie (DCS), UV-Vis-Spektralphotometrie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Die aus den Experimenten erhaltenen Nanopartikel zeigten homogene Ensembleeigenschaften ohne Hinweise auf mögliche Aggregation. Die mikrofluidisch hergestellten Gold-seed-Nanopartikel hatten einen mittleren Teilchendurchmesser von 2,6 nm mit einer Halbwertsbreite der Größenverteilung von 1,5 nm. Aus diesen seed-Nanopartikeln konnten Goldnanokuben mit, im Bereich zwischen 50 und 80 nm, einstellbaren Kantenlängen, bei jeweils schmalen Teilchengrößenverteilungen und hoher Ausbeute an gewünschter Form, hergestellt werden. Es wurde weiterhin gefunden, dass die Wachstumszeit der Partikel im letzten Syntheseschritt einen großen Einfluss auf die Partikelform hat. Ein Zeitintervall von 8 Minuten war ausreichend zur Ausbildung der gewünschten kubischen Form. Mit Hilfe der Mikroreaktionstechnik gelang die reproduzierbare Herstellung homogener Nanopartikel mit schmalen Teilchengrößenverteilungen. Entsprechend der Analysedaten kann geschlussfolgert werden, dass die Synthesemethode unter Anwendung des Prinzips des mikrosegmentierten Flusses dazu verhalf, die Produktqualität aufgrund vorteilhafter Mischbedingungen durch die segmentinterne Konvektion und damit einhergehenden kürzeren Nukleationsintervallen, zu verbessern.



Pose, Willi;
Aufbau eines interferometrischen Messplatzes zur Untersuchung der Kondensationskinetik von Wasserdampf auf Siliziumnitrid anhand der Tropfenbildung. - 71 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Kondensation von Wasserdampf auf Festkörperoberächen ist ein Prozess, der Bedeutung in Themenfelder wie z.B. dem Wasserhaushalt in der Landwirtschaft, der technischen Trinkwassergewinnung, der chemischen Reaktionstechnik, dem Eiswachstum oder der meteorologischen Messtechnik, Bedeutung hat. Diese Arbeit behandelt Kondensationsprozesse auf Siliziumnitridoberächen Si 3 N 4 als Schichtmaterial von Streufeldfeuchtesensoren in der einfachen Feuchtemesstechnik. Ein interferometrischer Messplatz wurde aufgebaut, um die Kondensationstropfen an Oberächen in Zeit und Höhe zu vermessen. Es wurden Messungen mit 2 K, 4 K und 10 K unterhalb vom Taupunkt durchgeführt. Die Taupunkte lagen im Bereich von 7˚ C bis 12˚ C. Die Reinigung der Siliziumnitridproben erfolgte entweder mit Seifenlauge, Ethanol oder mit partikelfreiem Wasser. Der Einuss der Reinigung auf den Tropfenwachstum ist untersucht worden. Darüberhinaus wurden Kondensationsprozesse von Wasser auf Objektträgerglas untersucht. Die Höhenzunahmen der Tropfen auf den Si 3 N 4 -Oberächen liegen im Bereich zweistelligen Nanometer pro Sekunde. Die Belegungsmenge von Kondenswasser war im Bereich von 10 -5 bis 10 -4 [my] l / mm 2 . Seifengereinigtes Siliziumnitrid zeigte gleichmäßiges und schnelles Tropfenwachstum und ebenso Verdunstung, während Reinigung mit Ethanol hemmend wirkte. Die Reinigung mit partikelfreiem Wasser hatte keine besonderen Einuss auf die Proben. Es zeigte sich, dass Strukturelemente der Si 3 N 4 -Schicht großen Einuss auf das Tauverhalten haben.



Wünsche, Erik;
Immobilisierung von Silbernanopartikel an AFM-Spitzen im elektrischen Wechselfeld für die spitzenverstärkte Ramanspektroskopie (TERS). - 92 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die Herstellung von neuartigen Sonden für die spitzenverstärkte Ramanspektroskopie (TERS) ist in der Tat immer noch eine herausfordernde Aufgabe. Ein Grund dafür sind unter anderem die wenigen Methoden, welche im Moment angewendet werden und damit einhergehend die Reproduzierbarkeit der Spitzenherstellung, sowie die Kosten, als auch die hohen Geräte abhängigen Voraussetzungen. Diese Arbeit zeigt einen neuen und leichten Weg auf, wie kommerzielle Silbernanopartikel im elektrischen Wechselfeld in Lösung immobilisiert werden können, indem eine AFM-Spitze als Elektrode verwendet wird. Dieser Umstand führt zur Ausbildung eines inhomogenen elektrischen Feldes zwischen der AFM-Spitze und einer planaren Gegenelektrode, welche im Besonderen die dielektrophoretische Kraft begünstigt. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass in Abhängigkeit der Frequenz, aber auch in Abhängigkeit eines DC-überlagerten Feldes, andere Kräfte zu unterschiedlichen Bedeckungsarten der Spitzen führen, wie ein elektrochemisches Partikelwachstum oder eine elektrophoretische Anlagerung. Eine Motivation dieser Arbeit besteht darin, die Spitzenbedeckung auf nur wenige Partikel exakt am Apex der Spitze zu reduzieren. Dies kann erreicht werden, indem das elektrische Feld über die Spannung oder den Elektrodenabstand verändert wird, oder über die Präparationsdauer. Es wird gezeigt, dass dieses Ziel sehr schwer erreichbar ist und basiert wohl auf Problemen der Partikel-Apex Bindung und ist unmöglich zu erreichen, sofern die Bedeckungsart von Natur aus homogen durch Partikelwachstum ist. Trotz allem kann gezeigt werden, dass dichte homogen bedeckte AFM-Spitzen ohne Probleme als TERS-Sonden benutzt werden können.



Schaupp, Joachim;
Chemisches Verhalten und elektronische Eigenschaften mikrofluidisch synthetisierter Silber-Nanoprismen. - 116 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Das Vorliegen der Silber-Nanoprismen als ein Ensemble mit relativ einheitlichen Eigenschaften ermöglichte die Detektion geringer Veränderungen der Nanoprismen in Gegenwart des Fe(III) mittels zyklischer zeitaufgelöster UV/VIS-Spektrophotometrie. Anhand dieser Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass das Verhalten der Silber-Nanoprismen bei einer systematischen Erhöhung der zugegebenen Fe(III)-Konzentration in drei Bereiche zu unterscheiden ist. Geringe Konzentrationen des Fe(III) lösen keine signifikanten Veränderungen an den Silber-Nanoprismen aus. Das zugegebene Fe(III), in einem moderaten Konzentrationsbereich, löst hingegen Prozesse an oder in den Nanoprismen aus, welche vermutlich auf elektronischen Effekten beruhen. Eine weitere Erhöhung der Fe(III)-Konzentration bedeutet das Erreichen einer kritischen Konzentration, welche einen vermutlich oxidativen Ätzprozess an den Nanoprismen auslöst. Das beobachtete Verhalten der untersuchten Silber-Nanoprismen entspricht hier dem aus der Literatur bekannten Verhalten von Silber-Nanoprismen in Gegenwart verschiedener Effektoren bei einer ablaufenden Transformation der Nanoprismen zu Nanodiscs. Eine entsprechend hohe Konzentration des Fe(III) führt zu einer Auflösung der Silber-Nanoprismen. Neben dem Absorptionsverhalten wurde auch das Zetapotential der Nanopartikellösungen bestimmt, welches bei einer zunehmenden Effektorkonzentration ansteigt und damit die Verringerung der kolloidalen Stabilität wiedergibt. Es konnte außerdem festgestellt werden, dass die elektronischen Effekte bei moderaten Konzentration des Fe(III) wie auch der daran anschließende oxidative Ätzprozess eine Konzentrationsabhängigkeit aufweisen. Hierbei bedeutet eine höhere Effektorkonzentration eine zunehmende Rate der Änderung der Absorption. Es besteht zusätzliche eine Abhängigkeit zwischen der Partikeldichte der Silber-Nanoprismensuspension und der Fe(III)-Konzentration. Außerdem konnte gezeigt werden, dass der Einfluss des Molekulargewichts des PSSS nicht nur zu verschieden großen Nanoprismen führt, sondern auch, dass das Verhalten dieser in Gegenwart von Fe(III) ebenfalls gewisse Unterschiede aufweist.



Rickmeyer, Christiane;
Optimierung des GSH-Chemoassays zur Analyse der Peptidreaktivität organischer Elektrophile mit der HPLC-MS/MS. - 100 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Gegenstand dieser Arbeit ist es, den photometrischen GSH-Chemoassay nach Böhme et al zur Analyse von Peptidreaktivitäten organischer Elektrophiler mithilfe der HPLC-MS/MS zu optimieren. Dazu wurde zunächst Glutathion quantifiziert und fragmentiert und mit einer entwickelten LC-MS/MS-Methode kombiniert. Mit dieser Methode wurden für verschiedene GSH-Keton-Verhältnisse Adduktprofile aufgenommen und zu Erstellung von Strukturvorschlägen eine Fragmentierung der GSH-Keton-Addukte vorgenommen. Weiterhin konnten erfolgreich Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten mit der HPLC-MS/MS für die fünf untersuchten Ketone bestimmt werden.



Hässelbarth, Robert;
Untersuchungen zur Extraktion und Detektion von Humanpathogenen in fluidischen Systemen. - 78 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

In den vergangenen Jahren kam es zu einem verstärkten Auftreten von Infektionskrankheiten, welche durch Legionella pneumophila (p.) oder einer der anderen einundzwanzig bekannten humanpathogenen Legionella Spezies verursacht wurden. In den Jahren zwischen 2005 und 2011 lag die durchschnittliche Anzahl dieser Infektionen insgesamt in Deutschland im mittleren dreistelligen Bereich mit einer zunehmenden Tendenz [SM12]. Diese Fälle verliefen mit einer Letalität von 4,3 bis 8,1 Prozent [SM12]. In der Europäischen Union (EU) stieg die Infektionsrate an Legionellosen in den Jahren 1993 bis 2008 von 4,1 Erkrankungen je einer Million Einwohner auf 11,8 [JR+10]. Dieser Umstand führte in der EU zum Überdenken des gängigen Standards. Die daraus resultierende Testpflicht für alle Warmwasseranlagen ab 400 Liter Speichervolumen gehört zu den weitreichendsten Änderungen der Trinkwasserverordnung in den vergangen Jahren. Um den daraus resultierenden Anforderungen zu entsprechen und einen immensen Kostenanstieg durch die stark gestiegene Anzahl der Beprobungen zu vermeiden, ist es notwendig, eine schnelle Aussage vor Ort zu einer möglichen Gesundheitsgefährdung durch Pathogene, zu ermöglichen. Die alleinige Bestimmung der Anzahl an Genomkopien in der Probe ist für die Trinkwasseranalytik und für die darauf aufbauende Sanierungsüberwachung jedoch nicht ausreichend. Nur eine Aussage über die Vermehrungsfähigkeit der Mikroorganismen ermöglicht endgültige Entscheidungen, ob ein Gesundheitsrisiko für die Nutzer der Hauswasserinstallation besteht. Heutzutage gängige Systeme, wie zum Beispiel auf Antigenen beruhende, sind nicht oder nur unzureichend in der Lage, lebende von toten Erregern zu unterscheiden und erreichen oftmals nicht die geforderte Nachweisgrenze [JFA+06, RLL+02]. Die Verfahren, welche die geforderte Nachweisgrenze realisieren können, sind im Regelfall Zellkulturverfahren. Diese sind aber langwierig und kostenintensiv [WBW01]. Es angestrebt, eine Schnellnachweismethode für die Detektion, Klassifizierung und Aktivitätsanalyse zu entwickeln. Für diesen Zweck ist eine molekularbiologische Methode wie eine Reverse Transkriptase (RT) Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die in ein fluidisches System implementiert und als Kartusche ausgeführt werden kann, angedacht. Die gestellten Anforderungen an das neue System könnten durch die Kombination einer chipbasierten RT-PCR mit einem elektrochemischen Array umgesetzt werden. Im System integriert ist eine vorgeschaltete Separation mittels modifizierter Partikel (Beads) oder Systemoberflächen denkbar.



Schmehling, Daniela;
Charakterisierung und Optimierung eines miniaturisierten Testverfahrens und -systems zur Viruslastbestimmung am Modellsystem HI-Virus aus humanem Blutplasma. - 112 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Durchführung einer Machbarkeitsstudie für Nukleinsäureamplifikationstests (NAT) am Ort des Geschehens (Point-of-Care) anhand einer HI-Viruslastbestimmung aus humanem Blutplasma. Hintergrund ist die dezentrale Bestimmung der Viruslast aus 1 ml Blutplasma über eine Einwegkartuschen basierte Diagnostik-Plattform (Alere Q HIV ). Diese Einwegkartusche wurde von Alere Technologies GmbH entwickelt, um dem internationalen Standard für HIV-NAT gerecht zu werden. Ziel dieser Arbeit war sowohl die Charakterisierung und Optimierung der bestehenden Kartusche als auch die Durchführung eines kompletten Nukleinsäuretests innerhalb der Kartusche zu zeigen. In der Einwegkartusche wurden zwei Varianten zur Probeaufnahme integriert und charakterisiert, eine direkte Befüllung der Kartusche über eine Pipette und eine indirekte, automatisierte Befüllung aus einem zuvor zentrifugierten Blutentnahmeröhrchen. Die Steuerung hierfür wurde über eine skriptbasierte Software für die Diagnosestation programmiert und optimiert. Die Isolation der Ziel RNA erfolgte in der Einwegkartusche mittels eines druckluftgesteuerten, fluidischen Ablaufs. Zum Schutz der Druckluftwege in der Einwegkartusche wurde ein Membranbauteil entwickelt und untersucht, welches aus einer hydrophoben Membran aus Acryl-Copolymer auf Polyamid und einem Trägerring aus Polypropylen (PP) besteht. Im fluidischen Prozess wurden verschiedene Abläufe, insbesondere die thermische Lyse, an das Flüssigkeitsvolumen angepasst. Über eine Echtzeit Amplifikationsreaktion konnte anschließend ein Prinzipnachweis der Quantifizierung über eine kompetitive Wechselwirkung von Reportermolekülen mit auf einem Array immobilisierten Sonden (CMA) erbracht werden. Dafür wurden die Ergebnisse von 30 Einwegkartuschen ausgewertet. Mit dieser Arbeit konnte die Machbarkeit mittels einer Einwegkartusche die HI-Viruslast in 1 ml Blutplasma zu quantifizieren, demonstriert werden. Bei der Optimierung zeigte sich, dass es sinnvoll ist für jede Probenaufnahme eine separate, spezifische Einwegkartusche zu verwenden.



Ehrhardt, Florian;
Etablierung einer Selektionsplattform im 96-Well-Format zur Erzeugung von Saccharomyces cerevisiae-Mutanten mittels EMS und MNNG mit anschließender Charakterisierung hinsichtlich Glutathion und oxidativem Stress. - 108 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Dieser Masterarbeit beschäftigte sich mit der Erzeugung, Selektion und Charakterisierung hinsichtlich des Wachstumsverhaltens, intrazellulären Glutathion sowie dem oxidativem Stress-Level von Saccharomyces cerevisiae-Mutanten. Der ausgewählte Wirts-Stamm wurde mit Hilfe der chemischen Agenzien MNNG und EMS mutiert und über verschiedene Selektionsdrücke in verschiedenen Konzentrationsbereichen selektiert. Die anschließende Charakterisierung der genannten Parameter erfolgte im 96-Well-Format, um eine möglichst große Anzahl an Mutanten untersuchen zu können. Mit den erfolgten Maßnahmen konnten Mutanten erzeugt werde, die bei vergleichbarem Wachstumsverhalten (BTS-Vergleich nach 72 h: Wirts-Stamm: 14,24 g/l; erzeugte Mutante Cerulenin III E-5: 15,66 g/l) eine gesteigerte GSH-Konzentration (relative GSH-Konzentration nach 72 h: Wirts-Stamm: 0,467; Mutante Cerulenin III E-5: 0,525) im Vergleich zum Wirts-Stamm aufwiesen. Dies entsprach einer Steigerung der relativen GSH-Konzentration der Mutante Cerulenin III E-5 um 12,4 % im Vergleich zum Wirt-Stamm und bedeutete somit die höchste erreichte Steigerung. Durch die ermittelten Korrelationskoeffizienten von 0,97 bzw. 0,95 nach 48 h bzw. 72 h konnte im Rahmen dieser Arbeit eine signifikante Korrelation zwischen der intrazellulären GSH-Konzentration und dem oxidativen Stress-Level der Mutanten gezeigt werden.



Lenke, Steffen;
Entwicklung eines kompakten Messaufbaus und -verfahrens für die Ermittlung von Dosis/Wirkungs-Funktionen an schwermetall-toleranten Bakterien in Mikrofluidsegmenten mittels SERS-Charakterisierung. - 140 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

In der vorliegenden Masterarbeit wurden nach Validierung des vorhandenen Raman-Kompaktaufbaus der Firma Raman Systems Inc. Änderungen und Modifikationen vorgenommen, um diesen für Raman- und SERS-Messungen im segmentierten Fluss zu optimieren. Ziel sollte es sein, von Mikroorganismen gebildete Sekundärmetabolite, wie z.B. Antibiotika, aufgrund von effektorspezifischen Konzentrationsänderung im SERS-Spektrum zu detektieren und im Idealfall zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden für den SERS-Effekt benötigte Polyacrylamid-Sensorpartikel in verschiedenen Größen hergestellt und sowohl innen als auch außen mit Silber verstärkt. Es wurde eine ideale Silberkonzentration ermittelt, welche den SERS-Verstärkungseffekt maximiert und somit bestmögliche Signale liefert. Es konnten unter anderem SERS-Spektren von Modellanalyten, Zellen, sowie Antibiotika aufgenommen und die minimal mit diesem Aufbau möglichen Detektionsschwellen ermittelt werden. Nach mehreren Optimierungen des Kompaktaufbaus war es anschließend möglich, Raman-Signale im segmentierten Fluss aufzunehmen. Während Testmessungen die problemlose Trennung von Analyt- und Trägerphase sowie die Durchführbarkeit eines Konzentrationsgradienten im segmentierten Fluss aufzeigten, war die Applizierung der silberverstärkten Sensorpartikel in den mikrofluidischen Aufbau nicht möglich, da aufgrund von Sedimentation und Aggregation der Partikel innerhalb der Spritze sowie im Schlauchsystem selbst, keine reproduzierbare Möglichkeit der Messung von SERS-Spektren offenlegte. Weiterhin wurden die Anforderungen an ein neues Raman-Kompaktsystem aufgezeigt und mit aktuell verfügbaren Kompaktsystemen verglichen, wodurch die hier durchgeführten Messergebnisse verbessert und eventuell einige der aufgetretenen Probleme gelöst werden könnten. Alle der hier aufgezeigten und durchgeführten Verbesserungen und Modifikationen lassen sich problemlos auf ein neues Raman-Kompaktsystem übertragen und sorgen damit für eine allgemeine Optimierungsmöglichkeit von handelsüblichen Raman-Kompaktgeräten, um diese für spezielle Aufgaben im mikrofluidischem Forschungsbereich zu etablieren.



Bokeloh, Frank;
Design and fabrication of a microfluidic platform for raman spectroscopy based cell diagnostics. - 91 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Lab-on-a-Chip Technologien haben aufgrund ihres Potentials für schnelle und kontrollierte Handhabung kleiner Probenmengen ein großes wissenschaftliches Interesse erlangt. Speziell für Anwendungen in der medizinischen Diagnostik bietet diese Technologie vielversprechende Möglichkeiten. Verschiedenste Strategien wurden entwickelt um Flüssigkeiten im mikrofluidischen System zu transportieren. Dazu gehören Druck betriebene Techniken, Elektroosmose oder auch Methoden die Kapillarkräfte nutzen. Eine weitere Technik bieten zentrifugal betriebene Plattformen (Lab-on-a-disc). In dem vorliegenden Bericht werden zwei Lab-on-a-disc Strategien vorgestellt, um potentielle pathogene Mikroorganismen an definierten Stellen im Chip einzufangen und damit für Raman Messungen zugänglich zu machen. Die erste Strategie nutzt einen Array bestehend aus V-förmigen Mikrostrukturen, in denen die Bakterien aus wässriger Lösung angereichert werden. Bei der zweiten Methode wurden die Bakterien auf einer Filtermembran aufgefangen. Auf diese Membran wurde zusätzlich eine Gitterstruktur aus einem SU-8 Polymer aufgebracht, so dass die Bakterien an bestimmten, wohl definierten Stellen aufkonzentriert wurden. Durch die Verwendung von Glasfenstern über der Fangstruktur, konnten sowohl in den V-förmigen Mikrostrukturen, als auch auf den Membranen mit Gitterstruktur die gefangenen Bakterien mittels Raman-Spektroskopie charakterisiert werden. Außerdem ermöglichen beide Strategien zusätzliche Inkubationsschritte mit Antibiotika und Waschschritte, ohne die eingefangenen Mikroorganismen zu verlieren.



Jin, Jing;
Automatisierung magnetpartikelbasierter Immunoassays auf zentrifugal-mikrofluidischem Lab-on-a-Chip System. - 115 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Automatisierung magnetpartikelbasierter Immunoassays zum Nachweis von Sepsis bei Neugeborenen auf einem zentrifugal-mikrofluidischen Lab-on-a-Chip System. Ausgangspunkt war ein bestehender magnetpartikelbasierter CRP Assay, der manuell auf einer 96-Wells-Mikrotiterplatte etabliert wurde. Zur Realisierung der Automatisierung wurde in den Vorarbeiten am IMTEK bereits eine Foliendisk (ELISA-Disk I) hergestellt, auf der jedoch noch kein CRP Assay experimentell erprobt wurde. Auf der Foliendisk können sämtliche Immunoreagenzien, sowie die Probe einpipettiert und inkubiert werden. Mit dem Prozessierungsgerät LabDisk Player kann die Durchführung eines magnetpartikelbasierten ELISAs auf der Foliendisk automatisiert werden. In den Vorarbeiten gab es zwei wesentliche Probleme auf der ELISA-Disk I. Ein Problem war die Kreuzkontamination zwischen den Kammern. Ein weiteres Problem war der Beadtransport. Die Effizienz des Beadtransports über einen Durchlauf von mehreren Kammern zu Beginn der Arbeit war fast 0%. Mit dem Ziel einer zuverlässigen mikrofluidischen Funktionsweise und der Optimierung des Beadtransports wurden in dieser Arbeit zwei Disklayouts (ELISA-Disk II und one step ELISA-Disk) mit geänderten Strukturen zur Automatisierung des CRP-Assays entwickelt. Bei der ELISA-Disk II und der one step ELISA-Disk wurden zwei Pinning-Kanten im Luftspalt zwischen den Kammern erstellt, um die Kreuzkontamination zu vermeiden. Die Optimierung des Beadtransports erfolgt durch Beschichtung der Disk und Erhöhung der Beadmenge. Auf der mit Blockpuffer beschichteten ELISA-Disk II erreicht die Transporteffizienz 90% über mehreren Kammern mit 2 myl Dynabeads® M-280 und 8 myl Dynabeads® M-450. Durch Entwicklung eines one step ELISAs konnten die Assayschritte reduziert und die Ablaufzeit deutlich verkürzt werden. In dieser Arbeit wurde ein automatisierter CRP Immunoassay im pathophysiologischen Konzentrationsbereich (0,33 - 81 ng/ml) von Neugeborenensepsis auf einer zentrifugal-mikrofluidischen LabDisk etabliert. Aktuell können auf einer one step ELISA-Disk drei Proben parallel untersucht werden. Da zum Zeitpunkt der Arbeit im LabDisk Player noch keine Absorptionsmessung zur Verfügung stand, wurden nach der Prozessierung die Partikel mit Waschpuffer aus der Disk in die Mikrotiterplatte überführt, wo die enzymatische Reaktion und Detektion stattfindet. Die Prozessierung einer Probe erfolgt binnen 20 Minuten. Die gesamte Ablaufzeit für drei Proben auf einer Disk beträgt 40 Minuten. Es bleibt zu zeigen, dass die Absorptionsmessung auf dem LabDisk Player umgesetzt werden kann. Weiter sollten noch weitere magnetische Partikel alternativer Hersteller getestet werden, um den Beadtransport auf 100% zu optimieren.



Thiele, Matthias;
Aufbau und Optimierung einer kontinuierlichen mikrofluidischen Durchflusssynthese von Silberseedpartikeln zur Generierung anisotroper Silbernanoprismen für die Bioanalytik. - 86 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Die Arbeit zielt auf die Umsetzung der klassischen Batchmethode zur kontinuierlichen mikrofluidischen Synthese von Silberprismen. Dabei konnte ein fluidisches System etabliert werden, welches unter den Vorteilen der Mikroreaktionstechnik die Qualität, die Ausbeute und die Prozessstabilität der Partikelherstellung gewährleistet und sogar verbessert. Die entstandenen Nanopartikel dienen als Grundlage für bioanalytische Nachweisverfahren und wurden mit konventionellen, im Batch hergestellten Partikeln verglichen um den Einflus der Synthesemethode festzustellen.



Budden, Matthias;
Entwicklung und Charakterisierung eines neuartigen Aktuatorprinzips zur aktiven Tropfenmanipulation über elektrische Felder für die digitale Mikrofluidik. - 127 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Im Zuge zunehmender Miniaturisierung in nahezu allen Bereichen von Wissenschaft und Technik ist es ein wichtiges Ziel der Mikrosystemtechnik, ein möglichst leistungsfähiges und vielseitig einsetzbares Chiplabor zu entwickeln. Hier ist zur Realisierung voneinander abgegrenzter Mikroreaktionsräume die tropfenbasierte Mikrofluidik besonders vielversprechend. Für automatisierte Vielparameteranalysen und -synthesen auf Chipebene sind Techniken erforderlich, die es erlauben, Flüssigkeitssegmente zu ihrem Bestimmungsort zu transportieren, sie mit anderen Kompartimenten zu vereinigen oder größere Segmente zu zerteilen. Ganz besonders wichtig aber ist die Möglichkeit einer gezielten Ansteuerung einzelner Segmente, die z.B. ein Sortieren der Reaktionsräume nach beliebigen Kriterien möglich macht. In dieser Arbeit wurde zunächst ein System entwickelt, dass eine schnelle und zuverlässige Aktuation einzelner Segmente innerhalb eines Mikrofluidikchips mit integrierten Elektroden über elektrische Felder ermöglicht. Die Segmente werden dazu in einem Mikrokanal zunächst optisch detektiert. Es wurde eine Software entwickelt, die das optische Signal in Echtzeit auswertet und über die Steuerung eines Hochspannungsmoduls eine Rückkopplung auf die Segmente erlaubt. Über Änderungen des elektrischen Feldes und seiner Polarität können die Segmente an einer Y-Kanalkreuzung reproduzierbar in den gewünschten Kanal gelenkt werden. Nach einer Optimierung der für die Aktuation günstigen Parameter konnte gezeigt werden, dass über dieses System Information in der Anordnung von Segmenten gespeichert werden kann. Mit Hilfe weiterer Experimente wurde der Schaltmechanismus besser charakterisiert. Es kann jetzt ausgeschlossen werden, dass rein elektrostatische, dielektrophoretische oder durch Elektrobenetzung hervorgerufene Kräfte für den Schalteffekt verantwortlich sind. Ein Modellexperiment mit frei fallenden Segmenten ermöglichte die Messung charakteristischer Relaxationszeiten und weiterer für die Aktuation wichtiger Parameter. Unterstützt durch Simulationen des elektrischen Feldes wird ein Modell vorgeschlagen, dass einige der beobachteten Effekte erklären kann. Es beschreibt die Tropfenbewegung über die temporäre Induktion einer Nettoladung an der Tropfengrenzfläche und anschließende elektrostatische Ablenkung. Zur Klärung aller Effekte, sind weitere Untersuchungen nötig.



Paulo, Julia;
Untersuchung des Einflusses von Leukozyten bei der Quantifizierung tumorassoziierter Transkripte nach Separation von zirkulierenden Tumorzellen. - 75 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Zirkulierende Tumorzellen bekommen immer mehr eine größere klinische Relevanz in der Prognose des Mamakarzinoms. Mit Hilfe der Kombination von immunmagnetischer Anreicherung und Multiplex-RT-PCR können CTC`s aus Vollblut isoliert und tumorspezifische Transkripte quantifiziert werden. Problematisch bei der Separation der CTC`s ist die Mitisolierung von kernhaltigen Blutzellen. Durch eine Charakterisierung und Quantifizierung der isolierten kernhaltigen Blutzellen soll der Einfluss dieser Zellen auf die Quantifizierung der tumorassoziierenden Transkripte untersucht werden.



Zink, Jan;
Konzeption und Umsetzung von miniaturisierten Teilmodulen zur dezentralen Detektion von zirkulierenden Tumorzellen. - 72 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Entwicklung und Optimierung einer fluidischen Kartusche für die magnetische Zellseparation von CTC's mit anschließender DNA-Isolierung. Außerdem wurden verschiedene Konzepte zur Etablierung eines LOC-Thermocyclers geprüft. Damit soll die Amplifikation von spezifischen Nukleinsäure-Markern aus den separierten CTC's möglich sein. Des Weiteren wurde getestet, ob es möglich ist PCR-nachgeschaltete Prozesse in die PCR-Chipkartusche zu integrieren.



Goldhan, Juliane;
Untersuchung der Coffein-Kompatibilität bei der Anwendung von Antibiotika mittels Mikrofluidtechnik. - 128 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Das Ziel dieser Bachelorarbeit bestand in der Untersuchung der Coffein-Kompatibilität bei der Anwendung von Antibiotika mit Hilfe der Technik der mikrosegmentierten Flüsse. Es sollten sowohl mögliche synergistische als auch antagonistische bzw. additive Effekte untersucht werden. Dabei wurde der Modellorganismus Escherichia coli ins Mikrofluidsystem eingebracht und in nur wenige Mikro- bis Nanoliter großen Fluidsegmenten kultiviert. Es wurden mehrdimensionale Konzentrationsfelder erzeugt, um neben den Einzelwirkungen verschiedener Chemikalien und Medikamente auch die Kombinationswirkung binärer bzw. ternärer Konzentrationsgemische zu untersuchen. Um eine Aussage über kritische Dosen in Abhängigkeit zur jeweiligen Coffein-Konzentration treffen zu können, wurden mehrere Versuche mit Escherichia coli im synthetischen Medium und mit verschiedenen Wirkstoffkombinationen durchgeführt. Durch die Integration eines optimierten Mikrodurchflussfotometers und -fluorimeters war ein kontinuierliches Monitoring der Segmente zu unterschiedlichen Kultivierungszeitpunkten möglich. Es konnten somit Datensätze zur Einzel- und Kombinationswirkung binärer bzw. ternärer Gemische gewonnen werden, welche wichtige Informationen über den Einfluss von Coffein auf die Wirkung verschiedener Arzneistoffe lieferten. Es ergaben sich gut reproduzierbare Dosis-Wirkungs-Beziehungen und in Bezug auf die Kombinationsscreenings sowohl antagonistische, als auch synergistische Effekte. Einige Substanzen beeinflussten sich in ihrer Wirkung gegenseitig nicht, während andere Substanzen es starke Abhängigkeiten aufwiesen.



Eisenhuth, Susanne;
Fluoreszenzbasierte Charakterisierung von zellulärem Scherstress in Chipsystemen unter Flussbedingungen. - 71 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die Kultivierung von eukaryotischen Zellen in der klassischen Zellkultur ist meist aufwändig, fehleranfällig und beruht auf statischen Messprinzipien. Die automatisierte Kultivierung von Zellen in mikrofluidischen Chipsystemen bietet eine Möglichkeit der Optimierung, da sie automatisierbar ist, eine bessere Kontrolle der Kultivierungsbedingungen bietet und dynamische Analyseanwendungen erlaubt. In der Arbeit wurde ein inkubatorunabhängiges, durchflussbasiertes Chipsystem entwickelt, welches mit einem Heizelement arbeitet und ohne CO2-Begasung eine stabile und sterile Wachstumsumgebung für die Zellen gewährleistet. Mit diesem System war das online Monitoring von im Chip, unter Flussbedingungen kultivierten Zellen vereinfacht möglich. Die in mikrofluidischen Chipsystemen wirkende Scherbelastung auf Zellen, welche zu zellulärem Stress und metabolischen und morphologischen Veränderungen führen kann, wird seit längerem intensiv untersucht. Hierbei hat sich gezeigt, dass der wirkende Scherstress über Veränderungen der Membranviskosität vermittelt wird. Aus diesem Grund wurde mit Hilfe von FCVJ, einem molekularen Rotor und viskositätssensitiven Fluorophor, welches eine hohe Affinität zu Zellmembranen aufweist, versucht den wirkenden Scherstress zu charakterisieren. Hierfür wurden zum einen die viskositätsabhängigen Eigenschaften von FCVJ untersucht. Zum anderen wurden Durchflussversuche im Chip an FCVJ-gefärbten Zellen gemacht. Die Viskositätsabhängigkeit der Fluoreszenzquantenausbeute von FCVJ konnte bestätigt werden, ebenso wie scherbedingte Änderungen der Membranviskosität von Zellen. Es konnte gezeigt werden, dass sich FCVJ als Werkzeug für Untersuchungen der Scherbelastung in mikrofluidischen Zellkultivierungs- und Testsystemen eignet.



Meierott, Stefan;
Einfluss von organischen Lösungsmitteln auf die Gestalt und optischen Eigenschaften von ZnO-Nanopartikeln bei der Mikrodurchflusssynthese unter hydrothermalen Bedingungen. - 47 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Diese Bachelorarbeit stellt sich der Aufgabe, die hydrothermale Synthese von Zinkoxid unter Anwesenheit von Monoethylenglycol (MEG) auf ein Mikrodurchflusssystem zu übertragen und die Einflüsse der Lösungsmittelkonzentration auf die Form, Größe und optischen Eigenschaften der Partikel quantitativ zu beschreiben. Zwei Ansätze mit unterschiedlichen Eduktlösungen, aber gleicher Prozessführung, werden diskutiert und mögliche Bildungsmechanismen qualitativ formuliert. Zur Herstellung wird die Technik des segmentierten Flusses in einem Mikrodurchflusssystem angewendet. Die Charakterisierung erfolgt über Rasterelektronenmikroskopie und UV/Vis-Spektroskopie. Die synthetisierten Partikel unterschieden sich je nach Ansatz in ihrer Größe und ihren optischen Eigenschaften. Unter Anwendung wässriger Eduktlösungen konnten inhomogene Partikel mit Durchmessern von 200 - 900 nm hergestellt werden. Bei Eduktlösungen mit MEG wurden Partikel um 100 nm synthetisiert. Es konnte ein linarer Zusammenhang von Größe und Wellenlänge der Extinktionsmaxima mit dem Volumenanteil des MEG an der Reaktionsphase vermutet werden. Die Wellenlänge des Extinktionsmaximums nahm mit (0,58 ± 0,08) nm/%Vol. ab, die Partikelgröße mit (2,4 ± 0,1) nm/%Vol. Die Form der Partikel variierte in beiden Ansätzen mit zunehmendem MEG-Anteil von blumenförmig nach sphärisch, die Standardabweichung der Mittelwerte der Partikeldurchmesser lag bei 20 %.



Zhi, Di;
Charakterisierung von Zellkulturen durch Energie-Transfer und pH-sensitive Chemochips. - 73 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zum Zell-Kultur-Monitoring. Es ermöglicht ein Monitoring der Zell-Kulturen unter Einsatz von Chemochips. Die Vorteile von Chemochips sind vor allem: Durch Anwendung des Fluoreszenz-Auslese-Prinzips können die hochempfindlichen Chemochips wegen ihrer parallele Bestimmung einer Vielzahl von Analyten weithin in der Biotechnologie verwendet werden. Aufgrund des leichten Herstellungsprozesses erfordern die Chemochips einen relativ geringen Aufwand bei der Instrumentierung. Trotz einer großen Anzahl von Forschungsarbeiten zum Zell-Kultur-Monitoring ist dieses Verfahren, ein Zell-Kultur-Monitoring mit Chemochips zu betreiben, bisher nicht bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neues Array-Format mit 4x4 Blocks bei Chemochips eingesetzt. Wegen der zeit-parallelen Messung kann das neue Array-Format die Messzeit verkürzen. Außerdem wurden in dieser Untersuchung die Mikrospott-Arrays mit Farbstoffen in binärer Kombination eingesetzt. Diese Arbeit dient dazu, Wechselwirkungen zwischen zwei Farbstoffen festzustellen, besonders durch die Energie-Übertragung zwischen ihnen und deren Einfluss auf die Fluoreszenzantwort während der Zell-Kultur zu untersuchen. Ein weiteres Ziel der Arbeit bestand darin, Chemochips zu entwickeln, die eine pH-Messung während der E. coli-Kultur in Echtzeit ermöglichen. Die Ergebnisse der Arbeit sind durch die Untersuchungsabfolge und die Hauptkomponentenanalyse in drei Schlussfolgerungen zu untergliedern: - Die Fluoreszenzantwort der Farbstoffe für die Probenlösungen während des E. coli-Kultur-Monitoring mit Chemochip entsprechen dem Verlauf des pH-Wertes, gemessen mit der konventionellen Glaselektrode und bezogen auf den bereits genannten Wachstumsprozess der E. coli-Kultur und der damit verbundenen Anreicherung von Säure-Metaboliten. - Der reine Farbstoff H110 weist im Vergleich zu den anderen reinen Farbstoffen, bezogen auf die Referenz-Elektrode, den günstigsten Verlauf der relativen Intensität auf. Alle Farbstoff-Kombinationen auf den Mikrospot-Arrays beeinflussen das Fluoreszenzverhalten und zeigen eine Überlagerung der Intensitäten bei den reinen Farbstoffen. - Die pH-Veränderung in der Anfangsphase der E. coli-Kultur, die durch die Farbstoffe in unterschiedlichem Maße angezeigt wird, ist von Störungsfaktoren, wie z. B. durch den anfänglichen Glucose-Gehalt verursacht. In der vorliegenden Arbeit sind pH- und Polarität-sensitive Farbstoffe in den Mikrospot-Arrays eingesetzt worden. die hochempfindlichen Fluoreszenzfarbstoffe sind deshalb verwendet worden, um einen leistungsfähigen Sensor für eine Analyse mittels Daten-Readout von Mikrospot-Arrays zu ermöglichen [27]. Doch kann die molekulare Fluoreszenz als ein sehr empfindliches Phänomen neben dem pH-Wert und der Polarität des Mediums durch mehrere Parameter beeinflusst werden. In der Zukunft können z.B. Glucose-sensitive Farbstoffe zusätzlich eingesetzt werden, um die Veränderung des Glucose-Gehalts im Verlauf der Zell-Kultivierung zu detektieren. Außerdem wird der Aufbau der Versuchsordnung in der Zukunft optimiert werden können. Eine automatische Versuchsordnung ist bei der weiteren Arbeit einzusetzen, um das online-Monitoring zu realisieren.



Katzmann, Julia;
Einfluss der Beschichtungsbedingungen auf die antibakterielle Wirkung von dünnen gesputterten Titandioxid-Schichten. - 39 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008

Mit UV-Licht bestrahltes Titandioxid zeigt bekannter weise die Fähigkeit zum photokatalytischen Abbau von organischen Substanzen. Eine weitere interessante Eigenschaft dieses Materials ist seine antimikrobielle Wirkung, welche Anwendungen als selbstdesinfizierende Oberflächen eröffnet. Im Rahmen dieser Arbeit wurden dünne TiO2-Sputterschichten mit einer SiO2-Barriereschicht zwischen Glassubstrat und TiO2 auf ihre Fähigkeit untersucht, das Darmbakterium Escherichia coli (E. coli) zu schädigen. Ziel war es, die antibakterielle Wirkung in Abhängigkeit von dem Abscheidedrücken während der Schichtherstellung zu messen. Dazu wurden während des Sputterprozesses sowohl der Sauerstoff- als auch der Argon-Partialdruck variiert sowie bei einem Teil der Proben eine Temperaturbehandlung bei 450 ˚C durchgeführt. Zur Bestimmung der antibakteriellen Wirkung wurden Suspensionen von E. coli in physiologischer Kochsalzlösung auf die Proben gegeben und nach Bestrahlung mit UV-Licht die Schädigung der Bakterien im Vergleich zum reinen Glassubstrat bestimmt. Hierfür kam ein Lumineszenz-Test (BacTiter-GloTM-Assay, Promega, Mannheim) zur Messung des bakteriellen Adenosintriphosphates (ATP), das mit Zellzahl und Niveau des Energiestoffwechsels korreliert, zum Einsatz. Es zeigte sich bei allen beschichteten Proben eine größere Abnahme des bakteriellen ATP-Gehaltes als bei reinem Glas. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass sich die antibakterielle Wirkung des Titandioxids bei niedrigen Abscheidedrücken durch das Tempern erhöht, bei hohen Drücken verringert wird - ein Verhalten, wie es auch bei der photokatalytischen Aktivität beobachtet wurde. Zudem wurde eine deutliche Zunahme der Aktivität mit der Schichtdicke gefunden.



Cao, Jialan;
Nanodiagnostik in Fluidsystemen : optische pH-Auslesung in Nanoliterfluidsegmenten. - 119 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Mikroreaktionstechnik stellt in der Biotechnologie das standard Reaktionssystem dar und ist sehr geeignet für eine Vielzahl von Screeningprozessen. Sie zeichnen sich besonders dadurch aus, dass sie einfach automatisiert werden können und enorme Platzvorteile bieten. Die nicht ausreichende Online-Analytik vor allem im dynamischen Betrieb stellt bisher einen Nachteil dar. Die Bestimmung des pH-Wertes ist eine der wichtigsten chemisch-analytischen Methoden überhaupt. Sie spielt eine wesentliche Rolle für Zellprozesse. Da Zellwachstum und Zellvermehrung oft mit der Änderung der intrazellulären H+-Konzentration verbunden sind. - Leider eine optische pH-Auslesung in der Nanoliterfluidsegementen ist bis heute nicht gegeben. Deshalb lag der Schwerpunkt dieser Arbeit in dem Aufbau und der Optimierung eines nicht-invasiven Messsystems zur optischen pH-Auslesung von pH-sensitive Sensorpartikeln in Nanoliterdurchflusssegmenten. Dafür wurde ein Nanoliterdurchflussfluorimeter aufgebaut. Zur Überprüfung des Systems, wurden verschiedene Kalibrierungen durchgeführt. Die Untersuchungen ergaben, dass der Einsatz von Farbstoff CF/p-HEMA also auch HPTS/p-HEMA in Mikrosegmenten möglich ist. - Wegen der Kompaktheit erweist sich der Messaufbau als ausreichend robust gegen Störeinflüsse, wie beispielsweise die Beleuchtung von außen. Das aufgebaute Fluorimeter bringt noch den zusätzlichen Vorteil, dass es an jedem beliebigen Ort eingesetzt werden kann. Dabei werden die Resultate vor Ort verfügbar gemacht und die Analysezeit zwischen Probennahme und Analyse verkürzt. Der Einsatz des aufgebauten Fluorimeters zur optischen pH-Auslesung in Nanolitersegementen lieferte reproduzierbare und mit anderen Methoden vergleichbare Ergebnisse. Während der Untersuchungen wurden verschiedene Parameter, welche die Fluoreszenzintensität beeinflussen bzw. Messfehler verursachen, systematisch charakterisiert und behoben. Die gewonnen Ergebnisse sind vergleichbar mit denen aus anderen Arbeiten der Universität Regensburg, Arbeitsgruppe unter Leitung von Prof. Wolfbeis. Hinsichtlich der Reproduzierbarkeit ist die Messwertqualität des in dieser Arbeit beschriebenen Aufbaus mit derjenigen des Fluoreszenzmikroskops vergleichbar und zeigt ein außerdem besseres Ergebnis im Hinblick auf Signal-Rausch-Verhältnis und Standardabweichung. Anschließend wurde in einem Anwendungsbeispiel für das kontinuierliche pH-Monitoring von sich in Segmenten abspielenden Bioprozessen am Beispiel des Wachstums von E.coli Bakterien gezeigt und diskutiert. Bei den Versuchen mit E.coli konnte für die eingesetzte Sensorbeadkonzentration keine Einschränkung bezüglich des Wachstums festgestellt werden. Die Ergebnisse vom Messaufbau stellten im Vergleich zu den mittels pH-Elektrode ermittelten Ergebnissen einen Erfolg dar. Der Einsatz des Messaufbaus für andere biologische und auch für chemische Anwendung kann vielseitig sein und durch flexible Änderung der Bauteile (z.B. Filter, Anregungsquellen etc.) einfach realisiert werden.



Held, Marie;
Examining the behaviour of fungal cells in microconfined mazelike structures. - 103 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Die Fadenpilze sind eine sehr große, entstehungsgeschichtlich erfolgreiche Organismengruppe. Sie besiedeln mikrostrukturierte Lebensräume wie zum Beispiel das Erdreich, Holz, Laub aber auch pflanzliches und tierisches Gewebe. Die wichtigste Untereinheit von Fadenpilzen sind Hyphen, die durch ein lineares Spitzenwachstum geprägt sind. Die anfängliche Wachstumsrichtung wird kontinuierlich beibehalten. In periodischen Abständen bilden sich Verzweigungen von denen wiederum Hyphen ausgehen, die sich jeweils in die am Verzweigungspunkt etablierte Richtung ausdehnen. Dieses Verzweigungsmuster erlaubt dem Pilzmyzel eine größtmögliche Erkundung und Ausbeutung von Nahrungsquellen. Der natürliche Lebensraum der Fadenpilze besteht jedoch hauptsächlich aus Hindernissen in der Größenordnung von Mikrometern, die das Wachstum beeinflussen. Verzweigungsabstände und -winkel gehören zu diesen beeinflussten Wachstumsparametern. Mikrofluidische Strukturen aus dem Polymer PDMS, abgeformt von Si Strukturen (hergestellt durch DRIE), werden genutzt um dreidimensionale Mikrokanäle herzustellen, die die natürliche Beschränkung nachahmen sollen. Das Verhalten und die Veränderung der Hyphen in diesen mikrofluidischen Strukturen werden untersucht und mit dem räumlich nicht eingeschränkter Hyphen verglichen. Weiterhin wird der Einfluss von Zylinder- und Pyramidenfeldern unterschiedlicher Dichte auf das Wachstum von N. crassa untersucht. Die Zylinder haben kaum Einfluss auf die Hyphen, gegensätzlich zu den Pyramiden, auf deren Spitzen sie "balancierenъ. Die gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass der Organismus Neurospora crassa Informationen parallel verarbeitet. Jede Pilzhyphe verhält sich entsprechend bestimmter Wachstumsalgorithmen, die dazu führen, dass eine Kolonie nicht nur den kürzesten oder längsten Weg durch ein Labyrinth findet sondern viel mehr Lösungen. Die Neigung zu Pyramidenspitzen bietet die Möglichkeit, dasWachstum von Hyphen sanft entlang festgelegter Pfade zu leiten ohne die Wachstumsparameter zu stark zu beeinflussen. Das Biocomputing wendet diese "natürlichenъ Algorithmen an, um Lösungen für komplexe mathematische Probleme zu finden.



Ritter, Kathrin;
Charakterisierung Metallnanopartikel-vermittelter Transformationseffekte an dünnen PMMA-Schichten und DNA unter Laserbestrahlung. - 58 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Metallnanopartikel bilden an der Oberfläche in Abhängigkeit von ihrer Größe, Form, dem Material, aus dem sie bestehen, sowie ihrer chemischen Umgebung Partikel-Plasmonen aus, die für die typischen Färbungen kolloidaler Lösungen verantwortlich sind. Ziel dieser Arbeit ist die Nutzung dieser charakteristischen optischen Eigenschaften der Metallnanopartikel, um Metallnanopartikel-markierte Moleküle spezifisch und parallel im sub-Wellenlängenbereich zu manipulieren. Die Metallnanopartikel dienen dabei als Nano-Antenne für Laserstrahlung und konvertieren die optische Energie des Laserlichtes in thermische Energie. Die Charakterisierung der thermischen Entwicklung der Nanopartikelumgebung erfolgte mit Hilfe thermosensitiver Schichten aus PMMA. Dabei wurde der Einfluss des Substratmaterials, der deponierten Laserenergie sowie der Partikelgröße untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die verwendeten Goldnanopartikel fs-Pulse mit einer Wellenlänge von 530 nm in Wärme konvertieren. Die Spezifität dieser Energiekonvertierung konnte nachgewiesen werden: Thermische Schädigungen an DNA-Molekülen traten nur in unmittelbarer Nachbarschaft zu Goldnanopartikeln auf, unmarkierte DNA-Moleküle blieben unverändert.



Leich, Martin;
Aufbau und Untersuchung eines Er:Yb-Faserlasers: Vergleich von Laserfasern mit unterschiedlichen Kern- und Claddingstrukturen. - 50 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Claddinggepumpte Er:Yb-dotierte Fasern für den Einsatz in Faserlasern und -verstärkern bei 1,55 æm profitieren von der Verfügbarkeit leistungsstarker Pumpdioden im Yb-Absorptionsbereich. Ein effizienter Energietransfer zu den Er-Ionen erfordert hohe Seltenerd- und Phosphorkonzentrationen, was mit einer starken Brechzahlerhöhung verbunden ist. Um trotzdem Fasern mit großem Kern und guter Strahlqualität (sogenannte Large Mode Area LMA-Fasern) zu realisieren, wurde eine Verringerung der effektiven Kern-NA angestrebt. Dies erfolgte mit zwei verschiedenen Konzepten: einer Multifilamentstrukturierung des Kerns bzw. dessen Einbettung innerhalb eines brechzahlerhöhten Rings. - Die neu entwickelten Fasern wurden hinsichtlich ihrer Pumplichtabsorption und Lasereffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Er:Yb-Multimodefasern untersucht. Mit Hilfe eines Raytracing- und Modensimulationsmodells wurde das Pumpabsorptionsverhalten verschiedener Claddinggeometrien modelliert und mit Messergebnissen verglichen. Zur Beurteilung des aktiven Verhaltens wurden die realisierten Fasern in einem Fabry-Perot-Laseraufbau untersucht. Laserkennlinien und spektren sowie gemessene Yb-Fluoreszenzlebensdauern dienen der Beurteilung der Energietransfereffizienz von Yb zum Er und dem Vergleich beider Faserkonzepte. - Aus den durchgeführten Simulationsrechnungen folgt, dass sich die Doppel-D-Form als Cladding gut eignet, jedoch durch Triple- bzw. Achteckform verbessert werden kann. Ebenso wird das MFC-Konzept bestätigt. Der direkte Vergleich von Simulation und Messung an einer hochabsorbierenden Faser spricht deutlich für die Verwendung von Raytracing zur Faserdimensionierung. Es konnten anhand der Sockelfasern hohe Pumpabsorptionen und Laseranstiegseffizienzen von bis zu 40% demonstriert werden. Diese Fasern zeigen einen effizienten Energietransfer, welcher bei der realisierten MFC-Faser wesentlich niedriger ist, jedoch durch eine höhere Dotierung verbessert werden.