Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In der vorliegenden Arbeit wurde die Aufskalierung der 2-Photonen-Polymerisation anhand abstrahierter sinusoidaler Strukturen mit Materialien aus der Mikrosystemtechnik und der Biomedizintechnik erprobt. Mit speziell angefertigten Substraten aus SU-8, SUEX TDFS und UDMA wurde eine konkrete Anwendung für DLW-Erzeugnisse geschaffen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die die CAD/CAM-Programmierung hochkomplexer Strukturen für die experimentelle 2PP-Anlage zugänglich macht. Es konnten passende Parametersätze für erfolgreiches direktes Laserschreiben für alle eingesetzten Materialien ermittelt werden.
Synthese, Funktionalisierung und Charakterisierung lichtempfindlicher Donor-Acceptor Stenhouse Adducts und deren Verknüpfung mit Polycarbonatoberflächen. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Donor-Acceptor Stenhouse Adducts (DASAs) sind eine neue Klasse photochromer Moleküle, deren Photoisomerisation durch sichtbares Licht initiiert wird. Diese Stoffe verändern unter Lichteinwirkung sowohl ihre Farbe als auch ihre Polarität und damit ihr Löslichkeitsverhalten enorm, weshalb sie von großem Interesse für die organische Photochemie sowie die Materialchemie sind. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Synthesestrategie standardisiert zur Funktionalisierung von aktivierten Furanen, welche DASA-Vorläufer sind, mit verschiedenen Molekülen über eine Triazol-Verknüpfung. Mit dieser Strategie wurden zunächst aktivierte Furane durch Kondensation von Furfural mit Barbitursäurederivaten, die einen Alkinrest enthalten, synthetisiert. Anschließend wurden diese durch Kupfer(I)-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC) mit verschiedenen Aziden, einschließlich eines Biomolekül-Azids, verbunden. Die erhaltenen Moleküle wurden isoliert und unter Verwendung von Standard-Analysetechniken vollständig charakterisiert. Diese neuartigen aktivierten Furane konnten als DASAs an aminofunktionalisierte Polycarbonatoberflächen gebunden werden. Dabei wurde die Beladungskapazität des Polymers mit DASAs bestimmt, die photolithographische Strukturierbarkeit der Oberfläche demonstriert sowie die Benetzungseigenschaften der so gebildeten Materialoberflächen untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind nützlich, um bioaktive, auf äußere Reize reagierende Materialoberflächen zu entwickeln, auf denen die Zelladhäsion durch sichtbares Licht beeinflusst werden kann.
Versuche zur Optimierung der Kultivierung des Archaeons Sulfolobus solfataricus P2 zur fermentativen Gewinnung von Tetraetherlipiden. - Ilmenau. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Um die Bildung von Biofilmen auf Oberflächen zu verhindern, die sich im ständigen Kontakt zu Mikroorganismen befinden, gibt es verschiedene Wege. Eine neue Strategie beinhaltet den Einsatz von Tetraetherlipiden (TEL) als membrananaloges Spacersystem für Antifouling-beschichtungen. Diese Lipide sind Bestandteil der Zellmembranen von Archaeen, wie Sulfolobus solfataricus. Um das Haupt-TEL aus S. solfataricus zu gewinnen, wurde in dieser Arbeit das Standardmedium für deren Fermentation so angepasst, dass möglichst viel Biomasse in kurzer Zeit generiert werden kann. Nach dem Test einiger Basalmedien wurden verschiedene Hefeextrakte als Stoff- und Energiequelle getestet. Das beste Wachstum konnte dabei mit Hefeextrakten, bestehend aus kurzkettigen Peptiden erzielt werden. Zudem wurden unterschiedliche Zucker als zusätzliche Kohlenstoffquelle untersucht. Hierbei führten Stärke, Maltose, Malzextrakt und Saccharose zu den besten Ergebnissen. In Batch-Prozessen konnte durch Kombination des Hefeextrakts Ohly CPT und Saccharose die BTS, im Vergleich zum Standardmedium der DSMZ, mehr als verdoppelt werden auf 0,97 g/l. Zudem wurde das Maximum der OD600 bereits 26 Stunden vor der üblichen Fermentationsdauer erreicht, wodurch vor allem für Batch-Fermentationen im großen Maßstab ökonomische Vorteile entstehen. Das TEL wurde aus der Biomasse durch Soxhlet-Extraktion gewonnen und durch Flash-Chromatographie und Umkristallisation aufgereinigt. Anschließend wurde untersucht, ob das TEL durch Bakterien abgebaut wird. Dazu wurde es bis zu zwei Wochen einer E. coli-Kultur ausgesetzt. Ein Abbau des Lipids konnte dabei nicht festgestellt werden. Um ausschließen zu können, dass die Beschichtungen in der Praxis angegriffen werden, ist die Durchführung weiterer Tests über einen längeren Zeitraum und mit weiteren Mikroorganismen zu empfehlen. Zur Beschichtung von Oberflächen mit TEL wird eine Dispersion benötigt, in der die TEL flüssig kristalline Aggregate bilden. Es wurden Dispersionen aus verschiedenen TEL hergestellt. Um den Einfluss von Reinheit und Art der Lipide auf die Aggregatgröße zu ermitteln, wurden deren Durchmesser bestimmt. Es wurden zum Teil große Unterschiede zwischen den einzelnen Dispersionen festgestellt. Diese Untersuchungen sollen in Verbindung mit weiteren Tests zeigen, ob die Größe der Partikel die Qualität der von ihnen gebildeten Monolayer beeinflusst.
In vitro Transkription synthetischer DNA Konstrukte aus kombinatorisch verknüpften einzelsträngigen DNAs. - Ilmenau. - 44 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In der vorliegenden Arbeit wurden in Erweiterung zu den vorhergehenden Experimenten von Maxwell Kifack zusätzliche Oligonukleotide eingesetzt, welche die Promotorregion für die T7 RNA Polymerase aufweisen. Dabei sollten aus diesen Oligonukleotiden verschiedene Transkriptionstemplates durch PCR und Annealing gefolgt von Klenow Behandlung synthetisiert werden. Von diesen Versuchen war einer erfolgreich. Anschließend wurde untersucht, ob eine in vitro Transkription mit T7-RNA-Polymeraseaus diesem Transkriptionstemplate gelingen kann.
Nachweis der hepatozytären CYP3A4-Expression und -Induktion in einem Langzeit-Kokulturmodell der Leber. - Ilmenau. - 46 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die Leber hat einen großen Aufgabenbereich im menschlichen Körper. Zu ihren wichtigsten Aufgaben gehören die Entgiftung und der Abbau von Xenobiotika. Ein großer Teil dieser Stoffe wird durch das Protein CYP3A4, eine Monooxygenase aus der Familie der Cytochrome P450, verstoffwechselt. Diese Stoffe können jedoch auch induzierend oder inhibierend auf den Proteinhaushalt wirken, wodurch es zu Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Medikamenten kommen kann. Das Ziel der Arbeit bestand darin, unterschiedliche Kulturmodelle in ihrer Proteinexpression und -induktion zu untersuchen und zu vergleichen. Das dabei betrachtete Protein ist CYP3A4 und die betrachteten Modelle sind ein klassisches 2-D-Monolayermodell von Hepatozyten, eine 3-D-Kultur von Hepatozyten und eine Kokultur aus Hepatozyten und lebersinusoidalen Endothelzellen. Hierbei waren sowohl die Hepatozyten als auch die lebersinusoidalen Endothelzellen primäre upcyte®-Zellen. Die Kultivierungsmethode hatte einen großen Einfluss auf die Proteinexpression und -induktion, so konnten in der 3-D-Kultur und der Kokultur ein deutlicher Anstieg der Proteinmenge sowohl in den basalen, als auch in den induzierten Kulturen nachgewiesen werden. Weiterhin ergaben die Messungen, dass die Kokultur keine weitere Steigerung der untersuchten Parameter gegenüber der 3-D-Monokultur zeigte, wodurch sich das 3-D-Modell von Hepatozyten als beste Basis für die Untersuchungen von Wirkstoffinteraktionen eignet
Elektrokatalytische Umsetzung von CO2 an modifizierten stickstoffdotierten Multiwalled Carbon Nanotubes. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die direkte elektrokatalytische Reduktion von CO2 zu Kohlenwasserstoffen stellt eine vielversprechende Methode dar, mit welcher neben der Senkung des Kohlendioxidausstoßes auch die Herstellung von Grundchemikalien bzw. Energieträgern möglich ist. Um diese Methode auch wirtschaftlich effizient betreiben zu können, sind Verbesserung des Wirkungsgrades sowie der Selektivität zu bestimmten Kohlenwasserstoffen nötig. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen dieser Masterarbeit Elektroden auf Basis von stickstoffdotierten Carbon Nanotubes hergestellt und anschließend mit geeigneten Kupfer bzw. Kupfer(I)-Oxid-Katalysatoren modifiziert. In einer eigens für diesen Zweck designten elektrochemischen Zelle wurde die Performance dieser Elektroden in der elektrokatalytischen Reduktion von CO2 unter verschiedenen Versuchsparametern untersucht.
Cell-Sheet-Layer Systeme für eine 3D und gezielte Ko-Kultivierung von Leberzellen. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Masterarbeit befasst sich mit der Kultivierung von Zellen auf einer dreidimensionalen, faltbaren Struktur, einem Cell-Sheet-Layer, welche an den Feinbau der Leber angelehnt sind, sowie deren Einbringung in einen Bioreaktor. Ziel ist es, später eine automatisierte Kultivierung über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. So ist es möglich, Vitalität, Effizienz und Sensibilität des Systems zu überprüfen und unter Umständen mit dem In vivo Zustand zu vergleichen. Hintergrund ist die Relevanz von einfachen, menschlichen Testsystemen in der Medizin. Jährlich entstehen hohe Kosten durch zurückgerufene Medikamente durch unerwünschte Nebenwirkungen. Zu diesem Zweck wurden bei der Ko-Kultivierung von nicht-primären, menschlichen Hepatozyten (HepG2) und Endothelzellen (EA.hy926) auf Cell-Sheet-Layer verschiedene Parameter mittels Rasterelektronenmikroskop, Immunfluoreszenzfärbung, Lebend-Tod-Färbung und Albuminspezifischen ELISA untersucht. Es wurden geeignete Passagenzahlen der ausgesäten Zellen gefunden. Ein positiver Effekt konnte durch eine größere Zellzahl der ausgesäten Endothelzellen nachgewiesen werden, ebenso wie die Relevanz der Faltrichtung der Cell-Sheet-Layer und die Reihenfolge der Auftragung der Zelltypen. Darüber hinaus konnte mittels Immunfluoreszenzfärbung eine Charakterisierung der Zellen und eine räumliche Trennung der Zelltypen auf den Cell-Sheet-Layer gezeigt werden. Die Vitalität der auf den Cell-Sheet-Layer ko-kultivierten Zellen, sowie die Funktionalität der Hepatozyten wurden mittels einer Lebend-Tod-Färbung bzw. einer Bestimmung der produzierten Albuminmenge untersucht. Es wurde ebenfalls bestätigt, dass die ermittelten Parameter für die nicht-primären Zelllinien für eine Ko-Kultivierung von primären Hepatozyten (von Upcyte®) und Endothelzllen (Sinusendothelzellen der Leber von Upcyte®) genutzt werden können. Ebenso konnte mittels Immunfluoreszenzfärbung die Charakterisierung der Zellen und deren räumliche Trennung nachgewiesen werden. Aus den gewonnenen Erkenntnissen lässt sich schließen, dass die verwendeten Cell-Sheet-Layer und Bioreaktoren für eine Ko-Kultivierung von Hepatozyten und Endothelzellen geeignet sind. In zukünftigen Experimenten müssen die Ergebnisse weiter verifiziert und für eine Langzeituntersuchung angepasst werden.
Vernetzung von HRP-Molekülen mithilfe PEG-basierter Linker zur Herstellung ultrasensitiver Detektionskonjugate für Assaysysteme. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von ultrasensitiven HRP-Konjugaten für Assaysysteme. HRP-Moleküle wurden über PEG-basierte Vinylsulfon- und Amin-Linker miteinander vernetzt, um größere und damit leistungsstärkere Detektionsmoleküle zu synthetisieren. Dabei wurden die Reaktionsparameter pH-Wert, Verlinkungsreagenz, Reaktionszeit- und temperatur sowie Homogenisierungsmethode variiert und optimiert. Streptavidin konnte in situ direkt eingeführt werden, wodurch zeitraubende und verlust-bringende nachgestellte Reaktionen umgangen wurden. Untersuchungen zur sekundären und tertiären Vernetzung brachten große, leistungsstarke Konjugate hervor, die im Assay zu einer erheblichen Sensitivitätssteigerung führten. Die Produkte der Kopplung wurden mittels Größenausschlusschromatographie und Asymmetrischer Fluss Feld-Fluss-Fraktionierung, einer relativ neuen und auf diesem Gebiet noch kaum verwendeten Technologie, analysiert. Die Leistung im Immunoassay wurde anhand eines hCRP-ELISA getestet.
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.
Untersuchung einer möglichen Aktivierung und Charakterisierung der bakteriellen CRISPR-Region nach einer Infektion der Bakterien durch verschiedene Bakteriophagen. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Bakterien sind in der Lage sich mit Hilfe ihres Immunsystems vor Fremd - DNA zu schützen. Das CRISPR/Cas - System ist dabei ein fester Bestandteil der adaptiven und vererbbaren Immunabwehr, da es an eine Ziel-DNA spezifisch binden kann, um Doppelstrangbrüche zu erzeugen. Daher dient es als wirksames Werkzeug in der Gentechnik. Gegenstand dieser Arbeit war die Aktivierung der Typ I - Methode des CRISPR/Cas - Systems zum Aufrufen einer Immunabwehr eines E. coli - Stammes gegenüber mehreren Phagentypen (T4, T7, Qß), um ein besseres Verständnis der Koevolution zwischen Bakterien und Phagen sowie der Genregulation zu bekommen.