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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Thu, 26 Nov 2020 23:18:41 +0100 in 0.0500 sec


Richter, Felix;
Einsatz der Mikrofluidsegmenttechnik zur Untersuchung der Pflanzenembryogenese am Beispiel von Brassica napus. - Ilmenau. - 102 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung von tropfenbasierter Mikrofluidik für die Kultivierung von Mikrosporen der Pflanzenart Brassica napus. Unter Stressbedingungen (z.B. hohe Temperaturen) können die Mikrosporen umprogrammiert und die sogenannte Androgenese eingeleitet werden. Auf diese Weise können Embryonen und später adulte, doppelt haploide Pflanzen ohne vorherige Befruchtung aus männlichen Geschlechtszellenvorläufern erzeugt werden. Dieser Prozess stellt eine wichtige Grundlage für die Pflanzenzucht dar und soll durch Miniaturisierung und Automatisierung weiter beschleunigt und optimiert werden. In ersten Versuchen zeigt diese Arbeit die Möglichkeit ein solches Vorhaben zu verwirklichen. Zunächst wurde dazu ein apparativer Aufbau zur Generation von Mikrofluidsegmenten mit definierten Zellzahlen etabliert. Damit konnten anschließend verschiedene Einflussfaktoren wie Zelldichte, Schlauchmaterial und -größe, Sauerstoffgehalt und Hitzeschockbedingungen im schlauchbasierten System untersucht werden. Weiterhin wurden die mikrofluidischen Methoden dynamische Kultivierung und nLZudosierung zur Verfahrensoptimierung evaluiert. Die Möglichkeit einer mikrofluidischen Dosis-Wirkungs-Untersuchung an den Mikrosporen mit guter Auflösung, konnte ebenfalls demonstriert werden. Zur Auswertung der Versuche wurde die Größenverteilung der Mikrosporen mit einem speziell dafür entwickelten KI-Zelldetektionsprogramm ermittelt sowie der prozentuale Anteil der gebildeten Embryonen im Verhältnis zur eingesetzten Gesamtmikrosporenzahl berechnet. Erwachsene Pflanzen aus den Embryonen wurden schließlich auf einem Gamborg B5 Agarmedium und später in Erde herangezogen. Die Anwendung der mikrofluidischen Methodik für die Mikrosporen wurde zudem auf ein tropfenbasiertes Chipsystem ausgeweitet, welches für Einzelzellstudien geeignet ist. Es wurde ein funktionierendes System im kleinen Maßstab etabliert, mit welchem Mikrosporen der Brassica napus in Mikrofluidsegmenten kultiviert und Embryonen mit einer, im Verhältnis zu klassischen Methoden, hohen Rate erzeugt werden konnten.



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.