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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Tue, 20 Oct 2020 23:18:37 +0200 in 0.0627 sec


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.