Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Wed, 17 Apr 2024 23:10:17 +0200 in 0.0848 sec


Prasetija, Nadia Davina;
Optimierung und Validierung eines mikrofluidischen Photobioreaktors (µ-PBR) zur Untersuchung des Wachstums und der Sensitivität von Mikroalgen und Cyanobakterien gegen Effektoren unter verschiedenen Lichtkonditionen. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Mikroalgen und Cyanobakterien haben ein großes biotechnologisches Potenzial für die Herstellung von wertvollen Substanzen in verschiedenen Branchen, darunter Futtermittel-, Nahrungsergänzungsmittel-, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Bisher werden sie hauptsächlich im Makromaßstab kultiviert. Studien über Kultivierung in kleinerem Maßstab wurden in den letzten Dekaden durchgeführt, um bessere Durchsatzleistungen zu erzielen. Die vorliegende Arbeit erfasst die Optimierung und Validierung eines mikrofluidischen Photobioreaktors (µ-PBR) zur Untersuchung des Wachstums und der Sensitivität von Mikroalgen und Cyanobakterien gegenüber Effektoren unter verschiedenen Lichtkonditionen. Für die Endpunkte-Bestimmung wurde Multiparameter-Mikrodurchfluss-Photofluorimeter für die Detektion von Wachstum, Autofluoreszenz, Chlorophyll-a-Fluoreszenz eingesetzt. Außerdem wurde ein Protokoll zur neutralen Lipiddetektion mit Farbstoff Nilrot in nl-Segmenten etabliert. Der von uns entwickelte µ PBR ist modular aufgebaut. Er besteht aus 1) einer 4-Kanal-Beleuchtungseinheit, 2) einem mäanderförmig geführten PTFE-Inkubationsschlauch mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und einem Außendurchmesser von 1,0 mm und 3) einem Deckel, in dem passende Hohlräume für den Schlauch gefräst sind, damit die einzelnen Reihen optisch getrennt sind und individuell beleuchtet werden können. Zunächst wurde die Temperaturentwicklung des µ-PBR untersucht. Danach wurde die Auswahl des alternativen Trägermediums mit geringerer Verdunstungsrate getestet. FLUTEC PP10 (Perfluorperhydrofluoren) verweist eine geringere Verdunstungsrate als FLUTEC PP9 (Perfluormethyldecalin) und hat keinen negativen Einfluss auf das Wachstum von Mikroorganismen. Bei den Wachstumsuntersuchungen wurde festgestellt, dass Synechococcus elongatus UTEX2973 am besten unter Dauerbeleuchtung, während Chlorella vulgaris am besten unter einem 16:8 Hell-Dunkel-Zyklus wächst. Höhere Lichtintensität und die Absorption bestimmter Wellenlängen modifizieren die Pigmentzusammensetzung. Die Mikrodurchfluss-Multiparametersensoren ermöglichen die Optimierung der Wertstoffproduktion wie Biomasse und Pigmente in Cyanobakterien. Die Möglichkeit einem mikrofluidischen Dosis-Wirkungs-Screening von Chlorella vulgaris und Synechococcus elongatus UTEX2973 gegen Effektoren wie NaCl, Kupfer und Chrom unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen konnte in dieser Arbeit demonstriert werden.



Suleman, Kevin Pannananda;
Electrostatic coupling of functionalized polymer microparticles for multilevel particle architectures. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Die Forschung an Nano- und Mikropartikeln ist aufgrund ihrer Eigenschaften und Funktionen in verschiedenen Bereichen vielversprechend. Die große Oberfläche und die einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Nanopartikeln bieten ein großes Potenzial für Innovation und technologische Anwendung. Trotz der Vorteile, die es bietet, ist die Herstellung von Multilevel-Partikelverbunden aufgrund der zahlreichen Prozesse schwierig. Es ist entscheidend, den Montageprozess gut zu kontrollieren, um dichte und homogene Baugruppen zu erhalten. Partikeloberflächeneigenschaften und Montagestrategien sind ebenfalls wichtig für die Bildung homogener Anordnungen. Darüber hinaus haben auch die Inkubationszeit der Funktionalisierung und das Mischen der Partikel, die Konzentration der Funktionalisierungsmittel sowie der Spülprozess einen großen Einfluss auf die Qualität der gebildeten Verbunde. Das Schicht-für-Schicht-Verfahren wurde verwendet, um die Oberflächeneigenschaften der PTPGDA-Partikel zu modifizieren, um homogene mehrschichtige Partikelverbunde zu bilden. Zwei Arten von Spülprozessen wurden auch getestet, um die Wirkung der Verwendung von pH-spezifischer Pufferlösung auf den Zusammenbauzustand von funktionalisierten PTPGDA-Partikeln und PMMA-Partikeln zu beobachten. Obwohl der Pufferspülprozess die Montagequalität von funktionalisierten PTPGDA-Partikeln und PMMA-Partikeln nicht erhöht, trägt er dazu bei, zusätzliche Kontrolle über die Oberflächeneigenschaften von PTPGDA-Partikeln während des Funktionalisierungsprozesses zu erlangen.Zuerst wurden Poly(tripropylenglycoldiacrylat)(PTPGDA)-Partikel mit Poly(methylmethacrylat)(PMMA)-Partikeln in einer Charge gemischt, um eine Anordnung zu bilden. Die optimale Inkubationszeit wurde ermittelt, indem die PMMA/TPGDA-Arrays unterschiedlich lang (3/6/18 Stunden und 3 Tage) inkubiert wurden. Das Mischen wurde dann unter einem Fluoreszenzmikroskop beobachtet, um die Qualität der Anordnungen zu überwachen. Als nächstes wurden PTPGDA-Partikel mit unterschiedlichen Konzentrationen von Poly(natrium-4-styrolsulfonat) (PSSS) und Polydiallyldimethylammoniumchlorid (PDADMAC) funktionalisiert. Dann wurden funktionalisierte PTPGDA-Partikel erneut mit PMMA-Partikeln gemischt, um die optimale Konzentration und Wirkung des Funktionalisierungsmittels für die besten Anordnungen zu beobachten. Die Ergebnisse zeigen, dass die besten homogenen Partikelverbundstoffe durch Mischen von oberflächenaktiven PDADMAC-PTGDA-Mikropartikeln und positiv geladenen (Zeta-Potential 50,7 mV) PMMA-Nanopartikeln erhalten wurden. Durch Beobachtung der Ergebnisse dieses Experiments kann die beste Kopplungsbedingung erreicht werden, indem PDADMAC-oberflächenfunktionalisierte PTPGDA-Mikropartikel und PMMA-Nanopartikel gemischt werden. PTPGDA-Partikel mit PDADMAC-Oberfläche zeigen konsistent sehr dichte und homogene Anordnungen, wenn sie sowohl mit positiv als auch mit negativ geladenen PMMA-Partikeln gekoppelt werden.



Wang, Hanqing;
Influence of electrical field on binding characteristics of SARS-CoV-2 spike protein. - Ilmenau. - 46 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Einfluss des elektrischen Feldes auf die Bindungseigenschaften des SARS-CoV-2-Spike-Proteins.



Scheller, Friederike Marie;
Methodenentwicklung zur Analyse von PFAS in Oberflächenwasser. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) finden vielseitige Anwendung in Industrie und Verbraucherprodukten wie Feuerlöschschäumen und Lebensmittelverpackungen. Aufgrund ihrer persistenten Eigenschaften akkumulieren sie in der Umwelt und gefährden die Natur und die menschliche Gesundheit. Daher wird der Einsatz einiger PFAS durch die Stockholmer Konvention reguliert. Zur Überprüfung von Gewässern auf PFAS-Kontaminationen werden regelmäßig Proben von Oberflächengewässern analysiert und auf Grundlage der Oberflächengewässerverordnung hinsichtlich ihrer Unbedenklichkeit bewertet. In Thüringen übernimmt diese Aufgabe das Thüringer Landesamt für Umwelt, Bergbau und Naturschutz (TLUBN). Die dort etablierte umkehrphasenchromatographische LC-MS TOF Methode zur Analyse von PFAS in Oberflächenwasser basiert auf der Norm DIN 38407 42:2011 03. Schwächen dieser Methode bestehen jedoch in hohen systemischen Blindwerten sowie einem limitierten Analysespektrum. Daher bestand ein Bedarf zur Optimierung der Methode. Aufgrund des wachsenden Bewusstseins bezüglich der schädlichen Effekte von PFAS ist eine künftige Verschärfung der Grenzwerte zu erwarten, weshalb auch eine Senkung der Nachweis- und Bestimmungsgrenzen angestrebt wurde. Während der Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Applikationen und Einflussfaktoren getestet, um eine verbesserte Methode zur Analyse von PFAS zu entwickeln. Basierend auf der bereits am TLUBN etablierten Methode konnte durch Anpassungen an Säule, Laufmittelgradient und Fluss erfolgreich eine neue umkehrphasenchromatographische Methode etabliert und verifiziert werden. Diese stellt eine relevante Verbesserung zur Ausgangsmethode dar. Durch Einsatz einer vorgeschalteten Delay-Säule konnten die Blindwerte der Analyten minimiert oder sogar vollständig eliminiert werden. Des Weiteren konnten sowohl die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen aller Analyten herabgesetzt als auch das Analysenspektrum um die zwei Analyten PFPeA und PFDA erweitert werden. Mittels der Etablierung einer zusätzlichen Methode basierend auf der Hydrophilen Interaktionschromatographie (HILIC) konnten darüber hinaus Verbesserungen bezüglich der Peakform des zuvor nicht analysierbaren kurzkettigen Analyten PFBA erzielt werden. Diese HILIC-Methode konnte aufgrund auftretender Matrixeffekte jedoch noch nicht verifiziert werden. Die Anpassungen der Methode zur PFAS-Analyse im Rahmen dieser Arbeit können damit größtenteils als Erfolg gewertet werden, es besteht jedoch weiterhin ein Bedarf zur Optimierung.



Xie, Ting;
Mikrofluidische Untersuchungen zum mikrobiellen Abbau von synthetischen Polymeren und Polymerpartikeln. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Anwendung von segmentbasierten Mikrofluidtechnik, bei der etablierten optischen Messtechniken, MTP-Kulturtechniken und moderne molekularbiologische Methoden (NGS, 16S rRNA-Gensequenzen) kombiniert werden, um neue Isolate aus Bodenproben von speziellen Standorten zu gewinnen und zu identifizieren, die in der Lage sind, synthetische wasserlösliche Polymere (Polyvinylpyrrolidon PVP, Polyacrylamid PAM und Polyethylenglykol PEG) und PMMA-Polymerpartikel abzubauen. Zur Bewertung des Bakterienwachstums innerhalb des 500 nl-Segments wurde die Kombination von mikrofluidischen Segmenten mit einem miniaturisiertem Durchfluss-Photo-Fluorimeter verwendet. Es wurden Serien von sub-µl-Segmenten erzeugt, die Bodenbakteriengemeinschaften enthielten und verschiedenen wasserlösliche Polymeren und Polymerpartikel ausgesetzt wurden. Die segmentbasierte mikrofluidische Technik liefert äußerst detaillierte Dosis-Wirkungs-Beziehungen und eignet sich gut für die Umsetzung des Prinzips der "reduzierten Gemeinschaften". Sie ermöglicht die Identifizierung charakteristischer Reaktionsmuster von mikrobiellen Bodengemeinschaften als Reaktion auf verschiedene wasserlösliche Polymere oder Polymerpartikel und die Klassifizierung mikrobieller Gemeinschaften verschiedener Böden. Mit dieser Strategie könnten 84 Isolate aus den Polymer-Experimenten und 20 Isolate aus den PMMA-Polymerpartikel-Experimenten gewonnen werden, wobei die meisten Isolate zu den Phyla Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes gehörten. Anschließende wurden 8 Isolate, darunter Achromobacter spanius, Advenella kashmirensis, Pseudarthrobacter siccitolerans und Priestia aryabhattai ausgewählt, um eine phänotypische Charakterisierung gegen synthetische Polymere mittels Mikrofluidtechnik durchzuführen. Durch hochauflösendes Dosis-Wirkungsscreening konnte gezeigt werden, dass Achromobacter spanius das Potential zum Abbau von PVP, PEG und PAM besitzt. Das Einzelwirkungsscreening der Co-Kultur von Pseudarthrobacter siccitolerans und Priestia aryabhattai gegen PVP zeigte, dass PVP in Co-kultivierten mikrofluidischen Kulturen schneller abgebaut wurde als in Einzelkultur. Das Einzelwirkungsscreening von Pseudarthrobacter siccitolerans gegen PMMA-Partikel zeigte, dass PMMA-Partikel als Kohlenstoffquelle eingesetzt werden können. Ein Kombinationswirkungsscreening von Advenella kashmirensis gegen binäre Gemische aus PEG und PVP zeigte eine stärkere Autofluoreszenz als beim Screening gegenüber den Einzelsubstanzen.



Jaster, Jonas;
Synthese von N-Hydroxyalkyl Derivaten von fotoschaltbarer DASA Farbstoffe und Untersuchung deren solvatochromen Eigenschaften. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Donor-Acceptor Stenhouse Addukte, kurz DASA, sind eine Gruppe photoschaltbarer Moleküle. Im Rahmen der Arbeit wurde versucht neuartige Derivate der Familie der DASA Farbstoffe darzustellen. Hierbei gelang es Synthesen für alle Derivate auf Basis von Methylbarbitursäure und 1,3-Dimethylbarbitursäure in Kombination mit Diethylamin, Diethanolamin, Bis(2-hydroxypropyl)amin oder 2-(Methylamino)ethanol zu verwirklichen. Im Anschluss wurde mit der Vermessung des Schaltvorganges begonnen. Hierbei wurde der Einfluss von eingebrachter Polarität auf die Aktivierungsenergie untersucht. Desweiteren wurde versucht eine neuartige tetraene-DASA Variante zu verwirklichen. Dies wurde durch Öffnung des aktivierten Furanringes mittels eines Enamines ermöglicht. Anhand von NMR Messungen konnte die Struktur und der Schaltmechanismus dieser neuen Variante geklärt werden.



Tanuputri, Angeline;
Droplet-based spectroscopic investigation of the solvatochromic behavior in ternary solvent mixtures. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Das Gebiet der tröpfchenbasierten Mikrofluidik gewinnt in vielen biologischen und chemischen Forschungen große Anerkennung und großes Interesse. In dieser Arbeit wurde ein tröpfchenbasierter Aufbau optimiert, um die Lösungsmittelpolarität von binären und ternären Lösungsmittelgemischen zu untersuchen. Daher wurde die Absorption von Reichardts Farbstoff als solvatochrome Sonde verwendet, um das fluidische System sowie die Verfahrensschritte zu optimieren. Der Aufbau bestand aus einem Tröpfchengenerator, der an ein computergesteuertes Spritzenpumpensystem angeschlossen war. Spektroskopische Daten wurden mit einem angeschlossenen Durchflussspektrometer aufgezeichnet. Zwei verschiedene fluidische Betriebsmethoden zur Erzeugung der Lösungsmittelgemische wurden untersucht und ihre Genauigkeit untersucht: 1.) Kontinuierlicher Fluss und Stoppflussmodi wurden verwendet, um die Genauigkeit der empfangenen Lösungsmittelgemische für binäre Phasen zu optimieren, und 2.) Ein Vergleich zwischen "mäanderförmigen" und "spiralförmigen" fluidischen Methoden wurde durchgeführt, um die Unterschiede im Sequenzmodus des Screenings ternärer Phasen durch verschiedene fluidische Verfahren zu untersuchen. Der kontinuierliche Fluss war zeiteffizienter und zeigte keinen signifikanten Unterschied im Vergleich zum Stopp des Flusses, daher wird er in der ternären Phase verwendet. Nach der Optimierung wurde die lösungsmittelabhängige Absorption von photoschaltbaren DASA-Derivaten in Gemischen aus 1,4-Dioxan, Methanol und Dimethylformamid (DMF) untersucht. Die Verschiebung der Spektralbanden (max) bei maximaler Absorption des Reichardt-Betains als solvatochromer Farbstoff mit starker Solvatochromie und photoschaltbaren DASA-Derivaten mit geringer solvatochromer Wirkung wurde untersucht. Die DASA-Derivate zeigen eine Verschiebung des Spektrums um etwa 20 nm. Im Vergleich zum Reichardt-Betain mit Verschiebungen bis zu 200 nm ist die DASA-Solvatochromie gering. Die Analyse zwischen Spiral- und Mäandermethode zeigte einen ähnlichen Trend, aber die präzise Spirale ergab ein näheres Ergebnis als der manuell gemessene Binärdatensatz als Referenz. Der Photo-Switching-Effekt wirkt auf beide untersuchten DASA-Verbindungen (Nr. 6 und 2.2) und wurde in 1,4-Dioxan, jedoch nicht in polareren Lösungsmitteln wie Methanol oder DMF beobachtet. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung und Optimierung des fluidischen Systems, der Prozessparameter und Datenanalysemethoden, um das System im Allgemeinen als Werkzeug zur Untersuchung der solvatochromen Wirkungen ternärer Lösungsmittelgemische zu beweisen. Schlüsselwort: DASA (Donor-Acceptor Stenhouse Adducts), Mikrofluidsystem, Reichardt-Farbstoff, Solvatochromes Verhalten, UV-Vis-Spektroskopie



Meyne, Lucas;
Entwicklung eines mikrofluidischen Systems für das seedbasierte, anisotrope Wachstum von Silbernanoprismen. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Ziel der Masterarbeit war die Entwicklung eines mikrofluidischen Systems zur optimierten Synthese von Silber-Nanoprismen. Optimiert werden sollte die Reproduzierbarkeit sowie die Prismenausbeute. Als Basis diente die Batchsynthese nach Aherne 2008, sowie die mikrofluidische Seedsynthese von Thiele 2013. Es stand eine Vielzahl mikrofluidischer Systemkomponenten zur Verfügung, wobei die Aufgabe in der Auswahl und Anordnung sowie der Prozessführung des Systems bestand. Im Verlauf der Masterarbeit wurden mehrere mikrofluidische Systeme getestet, um eine optimale Methode für den Wachstumsschritt der Prismensynthese zu erzielen. Dabei wurden Referenzen synthetisiert, ein Basiskonzept erstellt und die einzelnen Parameter überprüft. Das Synthesekonzept durchlief verschiedene Optimierungsschritte. Zuerst wurde ein einfaches Ein-Mischer-System (4.3 - S. 25) mit zwei Edukteingängen getestet. Ascorbinsäure, Wasser und Seeds wurden in der Versuchsvorbereitung gemischt und über einen Dean-Flow-Mischer mit Silbernitrat versetzt. Das anschließende Wachstum fand im segmentierten Fluss mit Tetradecan statt. Aufgrund der geringen Intensität der Produkte wurde ein zusätzlicher Edukteingang durch einen weiteren Dean-Flow-Mischer angelegt. In dem Zwei-Mischer-System (4.4 - S. 27) wurden die Edukte Ascorbinsäure, Seeds und Silbernitrat über getrennte Spritzen dosiert. Die 5 ml Wasser wurden in der Versuchsvorbereitung auf die Edukte aufgeteilt. Mit diesem System konnte die Intensität der Prismen im UV-Vis Spektrometer gesteigert werden. Jedoch war die Prismenausbeute noch nicht optimal. Daher wurden der Einfluss der Ascorbinsäurekonzentration sowie des Tetradecans auf das Wachstum untersucht. Die Auswertung ergab, dass die Parameter diesbezüglich zufriedenstellend eingestellt waren. Eine Untersuchung der Eduktstabilität ergab, dass durch die Verdünnung der Seeds deren Stabilität beeinträchtigt wurde. Eine Änderung des Versuchsablaufs mit unverdünnten Seeds ergab jedoch nur eine geringfügige Verbesserung. Daher wurde ein neue Systemaufbau geplant. Das nachfolgende System umfasste 4 Mischer (4.5 - S. 36). Jedes Edukt wurde über eine einzelne Spritzen dosiert. Um die großen Volumenstromunterschiede auszugleichen wurde der Wasserstrom durch ein T-Stück aufgeteilt, sodass die Verdünnung in zwei Stufen erfolgte. Neben einem Split&Recombine Mischer, für die Mischung der Ascorbinsäure und Seeds bei geringen Flussraten, wurden drei Dean-Flow-Mischer für die stufenweise Verdünnung und die Mischung mit Silbernitrat verwendet. Das Wachstum fand im segmentierten Fluss mit Tetradecan statt. Über eine Kinetikmessung konnte ermittelt werden, dass nach 3,2 Minuten ˜87 % der maximalen Extinktion erreicht wurden. Das Wachstum war nach 11,2 Minuten vollständig abgeschlossen. Im anschließenden Versuch wurden die Parameter des segmentierten Flusses (SF) hin zu einer stabileren Segmentbildung überarbeitet. Durch Variation der Flussraten wurde eine optimierte Prismenausbeute bei höheren Flussraten festgestellt. Jedoch stand dies im Gegensatz zu einer möglichst langen Verweilzeit und einem stabilen segmentierten Fluss. Als Alternative zum SF wurde eine 96-Well-Platte zur räumlichen Trennung der Reaktionssegmente ohne Tetradecan genutzt. Hierbei ist die Verweilzeit unabhängig vom Produktvolumenstrom und kann beliebig erweitert werden. Um eine Oxidation der Prismen durch Sauerstoff zu minimieren wurde die 96-Well-Platte vor der Synthese mit Argon geflutet und nach der Synthese mit einem Deckel abgedeckt. Es zeigte sich, dass hiermit eine Prismensynthese bei einer hohen Produktflussrate in Kombination mit einer langen Verweilzeit möglich ist. Anschließend wurde der Einfluss der mikrofluidischen Mischer und Verweilschlaufen untersucht. Zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit wurde die Wasserteilung entfernt. Zudem konnte bei kritischer Hinterfragung ein positiver Einfluss der Eduktverweilschleife nicht festgestellt werden. Im Folgenden wurde auch diese ausgebaut. Das so entstandene Drei-Mischer-System (4.6 - S. 43) stellt das Endkonzept für das Prismenwachstum dar. Es besteht aus einem S&R-Mischer für die Mischung der Ascorbinsäure mit den Seeds. Anschließend erfolgt eine Verdünnung mit Wasser und daraufhin die Zugabe von Silbernitrat in jeweils einem DF-Mischer. Das Wachstum findet in einer mit Argon gefluteten 96-Well-Platte statt. Die letzten zwei Versuchsreihen dienten der Überprüfung der Reproduzierbarkeit sowie der Größeneinstellbarkeit. Es wurde die Prismenausbeute und die Größenverteilung ermittelt. Die Übereinstimmung zweier Proben bei identischen Syntheseparametern konnte durch die mikrofluidische Synthese sichtbar verbessert werden. Die rechnerische Auswertung der Halbwertsbreite ergab eine deutliche Optimierung der Größenverteilung, sodass die Peakbreite jeder mikrofluidischen Probe geringer ausfiel als die Peakbreite der optimierten (computergesteuerten) Batchproben. Der Vergleich mit weiteren, normalen Batchreferenzen bestätigte dies, wobei die Unterschiede noch deutlicher ausfielen. Kritisch betrachtet ist das wichtigste Maß der Synthesequalität die Prismenausbeute. Bei einem Seedvolumen von 120 [my]l konnte nur eine kleinere Verbesserung der mikrofluidischen Prismenausbeute ([my] = Ø 36 % gegenüber b = Ø 33 %) festgestellt werden. Bei einem Seedvolumen von 60 [my]l beträgt die mikrofluidische Prismenausbeute 64 % und zeigt somit eine deutlichere Verbesserung gegenüber der Batchreferenzsynthese mit 51 %. Prismenausbeute.



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.