Studienabschlussarbeiten am Institut

Als Mitglied der Allotrope des Kohlenstoffs werden Kohlenstoffnanoröhren in großem Umfang in der Elektronik, biomedizinischen Anwendungen, Strukturmaterialien, Katalysatoren, Luft- und Wasserfiltration, Fasern sowie Stoffen eingesetzt. Einzigartige Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren wie mechanische Festigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit haben zu zahlreichen Anwendungen und kontinuierlicher Forschung geführt. Diese Arbeit konzentriert sich auf das elektrochemische Verhalten von Kohlenstoffnanoröhren unter drei Brønsted-Säuren: Schwefelsäure, Salpetersäure und Perchlorsäure. Elektrochemische Analysen in dieser Forschung werden durch zyklische Voltammetrie, Chronopotentiometrie und gepulste galvanostatische Oxidation durchgeführt; begleitet von Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie. Es werden Vergleiche des elektrochemischen Verhaltens, der Oberflächenmorphologie und der elementaren Zusammensetzungen zwischen den drei Säuren durchgeführt. Die Peaks in den zyklischen Voltammogrammen haben gezeigt, dass Kohlenstoffnanoröhren effektiv als Arbeitselektrode arbeiten, da sie in der Lage sind, Oxidations- und Reduktionspeaks zu zeigen. Oxidations- und Reduktionspeaks treten bei unterschiedlichen Potentialen auf. Die Plateaus in Chronopotentiometrie und gepulsten galavnostatischen Ergebnissen stimmen mit den zyklischen Voltammogrammen überein. Die Ergebnisse der REM- und XPS-Analysen werden mit der elektrochemischen Analyse abgeglichen. SEM-Bilder zeigen, dass die Oxidation von Nanoröhren in Säuren die Struktur von CNTs verändert, die ursprünglich gerade und länger sind. Aus XPS-Spektren lässt sich ableiten, dass funktionelle Gruppen an die CNTs gebunden sind.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Kompatibilität von modifizierten Oligonukleotiden und Enzymen untersucht, welche sowohl für die Kopplung als auch für das Capping und die Polyadenylierung von RNA benötigt werden. Eingeordnet werden die Forschungen in ein Projekt zur Synthese stabilisierter mRNA aus chemisch modifizierten Oligonukleotiden. Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurden unmodifizierte und modifizierte Oligonukleotide hergestellt und enzymatisch gekoppelt. Diese Koppelung wurde mithilfe der Splinted Ligation durchgeführt, um danach das RNA Capping und die Polyadenylierung zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass chemisch modifizierte Oligonukleotide gekoppelt werden können und dass die Herstellung von einer chemisch modifizierten mRNA prinzipiell denkbar ist. Außerdem konnten Daten zur Kopplungseffizienz erhoben werden und es wurde der enzymatischer Abbau durch Modifikationen der RNA verringert, was eine Stabilisierung von mRNA durch modifizierte RNA Oligonukleotide nahelegt.

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.

In vorangegangenen Masterarbeiten wurden bereits verschiedene populationsgenetische Experimente mit den Bakteriophagen T4 und T7 durchgeführt. Diese Arbeit soll eine Erweiterung dieser Versuchsreihe darstellen, indem sie die Fitnessentwicklung von MS2 und PhiX, zwei einzelsträngigen Modell-Phagen, betrachtet. Dabei werden die Phagen mittels 40 Plaque to Plaque Passagen vermehrt und ihre Entwicklungen dokumentiert. Da in den früheren Arbeiten eine genetische Eigenschaftsänderung Restriktionsverdaus lediglich vermutet werden konnte, soll in dieser Arbeit zusätzlich eine alternative, hoch spezifische Amplifikationsmethode namens „LAMP“ (loop mediated isothermical amplification) untersucht werden. Dabei wird die Methode auf ihre Genom-Konzentrationsgrenzen sowie andere Faktoren untersucht und beurteilt. Schlussendlich soll die Fragestellung betrachtet werden, ob die Methode sich zum Nachweis von Phagen-Genomen eignet, bzw. worin ihre Vor- und Nachteile gegenüber der herkömmlichen PCR liegen.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Wärmeabfuhr in industriellen Semi-Batch Reaktorsystemen. Zur näheren Betrachtung wurden Ethoxylierungsreaktionen mit verschieden viskosen Produkten herangezogen.