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Bachelorarbeit

Verantwortliche

AG Popp:
apl. Prof. Dr. Michael Schmitt

AG Heintzmann:
Prof. Dr. Rainer Heintzmann

AG Deckert:
Prof. Dr. Volker Deckert

AG Gräfe:
Prof. Dr. Stefanie Gräfe

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Prof. Dr. Benjamin Dietzek

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Bachelor-Studiengang Chemie
Pflichtmodul BC 6.5
Praktikum (12 Wochen)
12 Leistungspunkte
Voraussetzung: mind. 120 Leistungspunkte


Inhalt

Praktisch oder theoretisch orientierte Arbeit auf chemischem Gebiet:

  • selbständige schriftliche Abschlussarbeit
  • Präsentation der Ergebnisse in einem Fachvortrag mit Diskussion

Der Kandidat kann Vorschläge bezüglich des Themas einbringen.

Lern- und Qualifikationsziele

Erlangung des akademischen Grades Bachelor of Science.

Die Studierenden lernen unter Anleitung eigenständig wissenschaftlich zu arbeiten und erlangen die Kompetenz, anhand einer konkreten Ziel- und Aufgabenstellung aus einem Arbeitsgebiet der Chemie wissenschaftliche Methoden anzuwenden. Sie sind in der Lage, Arbeitsergebnisse systematisch darzustellen, kritisch zu hinterfragen und ihre Ergebnisse als wissenschaftliche Arbeit sowie in einem Fachvortrag mit anschließender Diskussion zu präsentieren. Sie beherrschen das theoretische Themengebiet der Bachelorarbeit und verfügen über die erforderliche Basis, ihre wissenschaftlichen Kenntnisse im Rahmen eines Masterstudiums zu vertiefen.

Themen

Weitere Themen sind auf Nachfrage möglich.

AG Popp

Untersuchung des Einflusses von CO2 auf Bakterien mittels Raman-Spektroskopie

Die Raman-Spektroskopie erlaubt eine kultivierungsfreie Identifizierung von Bakterien. Da diese phänotypisch ist, müssen immer die Umgebungsparameter der einzelnen Datensätze beachtet werden. Für Lungen-assoziierte Bakterien ist dies das Lungenepithel. In diesem Zusammenhang sollen die Auswirkungen von verschiedenen Konzentrationen CO2 auf Bakterien und ihren Metabolismus mittels Raman-Spektroskopie erforscht werden.

Untersuchung der Einflüsse von Co-Kultivierung auf Bakterien und Epithelzellen mittels Raman-Spektroskopie

Die Raman-Spektroskopie erlaubt eine kultivierungsfreie Identifizierung von Bakterien. Da diese phänotypisch ist, müssen immer die Umgebungsparameter der einzelnen Datensätze beachtet werden. Für Lungen-assoziierte Bakterien ist dies das Lungenepithelmit dem entsprechenden Lungenmikrobiom. Dazu werden die Bakterien und Lungen-Epithelzellen in Co-Kultur gezüchtet. In diesem Zusammenhang sollen die wechselseitigen Einflüsse auf die prokaryotischen, sowie die eukaryotischen Zellen mittels Raman-Spektroskopie erforscht werden.

Shifted excitation Raman spectroscopy (SERDS) für die Bakterien-Identifizierung

Mittels Raman-Mikroskopie können einzelne Bakterien zerstörungsfrei analysiert werden. Allerdings stört das Auftreten von Fluoreszenz bei biologischen Proben die Messungen zum Teil signifikant. Aus diesem Grund soll die Verwendung von „Shifted-excitation Raman difference spectroscopy“ (SERDS) für die Raman-spektroskopische Untersuchungen von Bakterien getestet werden.

Raman-Spektroskopie zur Biofilm-Analyse

Biofilme sind in der Natur fast überall anzutreffen. Durch die Einbettung der Bakterien in einen Biofilm sind sie besser vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt. Zusätzlich ändert sich der Phänotyp der Bakterien durch die Anpassung an die neue Umgebung. Mittels Raman-Mikroskopie sollen unterschiedliche Biofilme zwei- und dreidimensional untersucht werden.

Validierung der Zentrifugation für die Raman-Spektroskopie

Mit Hilfe der Zentrifugation soll eine reproduzierbare Probenpräparation für die Raman-Spektroskopie etabliert werden. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf dem zerstörungsfreien Ansatz und der Reproduzierbarkeit der Methode. In dieser Arbeit soll die grundsätzliche Parameterauswahl der Zentrifugation für die Raman-Spektroskopie getestet werden.

Erforschung und Testung eines neuen Chipsystems zur schnellen Charakterisierung der Antibiotikaempfindlichkeit von Sepsis-Erregern.

Zur schnellen Identifizierung von multiresistenten Bakterien wurde am Leibniz-Insitut für Photonische Technologien ein Mikrofluidik-Chip entwickelt, der eine parallele Testung der Erreger auf verschiedene Antibiotika erlaubt. Dieser soll nun an klinischen Isolaten getestet werden. Die Forschungsarbeiten umfassen Probenpräparation, mikroskopische und Raman-spektroskopische Messungen und deren Auswertung.

Spektroskopische Charakterisierung der Aufnahme von Organometallkomplexen

(CO-freisetzende Moleküle) in biologische Zellen Im Rahmen der DFG-Forschergruppe "Häm und Hämabbauprodukte" erforschen wir neue Wege, das kleine Hämabbauprodukt und Signalmolekül CO gezielt in Zellen einzubringen. Die Aufnahme neuer CO-freisetzender Moleküle (engl. CO releasing molecules, CORM) in biologische Zellen soll mit Hilfe der Raman-spektroskopie (über ein Alkin-Tag) und mit Hilfe der Fluoreszenzspektroskopie (von fluoreszierenden CORMs) untersucht werden.

Untersuchung von ungesättigten Fettsäuren in Gewebeproben mit Raman- und FTIR-Imaging

Die Kombination von Raman- und Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie mit örtlicher Auflösung ist ein vielseitig einsetzbares Verfahren der molekularen Bildgebung. Spezifische Raman- und IR-Banden können ungesättigten Fettsäuren in Gewebedünnschnitten zugeordnet werden. Im Rahmen der Arbeit soll die Oxidation der Doppelbindung in Abhängigkeit von Protokollen für die Probenpräparation und Probenlagerung mittels Raman- und FTIR-Imaging untersucht werden.

Kalibrierung eines hochsensitiven Raman-on-chip-Systems

Am IPHT werden Raman-Spektrometer mit Faseroptik und Mikrofluidikchip kombiniert. Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll ein Prototyp kalibriert werden, um Ethanol, Harnstoff, Nikotin und zwei Varianten des Proteins Serumalbumin nachzuweisen. Dazu werden Proben präpariert, mehrere Mess-Serien von Raman-Spektren aufgenommen und mit chemometrischen Verfahren analysiert.

Erforschung neuartiger optischer Fasersensoren für die Chemo-/Bioanalytik

Neuartige mikrostrukturierte optische Hohlfasern stellen miniaturisierte chemische Reaktionsräume dar und kombinieren diesen Vorteil mit einer optimalen Licht-Analyt-Wechselwirkung (optimierte neuartige Küvetten). In der Bachelorarbeit sollen Eigenschaften von Fasersensoren für eine hochempfindliche Raman-spektroskopische Chemoanalytik erforscht werden.

Raman-spektroskopische Erforschung von pharmazeutischen Wirkstoffen

Die Raman-Spektroskopie hat ein einzigartiges Potenzial für eine chemische Identifizierung von pharmazeutischen Wirkstoffen sowie deren Interaktionen mit Targetmolekülen in biologischen Zellen. In der Bachelorarbeit sollen neuartige Wirkstoffe Raman-spektroskopisch erforscht werden.

Charakterisierung von biogenen Vorgängen mittels Gasanalyse

Komplexe Ökosysteme können mittels der Analyse von biogenen Gase und deren Umwandlungsprozessen charakterisiert werden. Neuartige Raman-Gassensoren sind sehr kompakt und erlauben eine in-situ-Charakterisierung verschiedener Gase und flüchtiger Verbindungen. Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen biogene Vorgänge mittels Raman-Gasanalyse (und ggf. GC-MS) untersucht werden.

Nachweis illegaler Farbstoffe in Lebensmittelproben mittels oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie

Um die Sensitivität der molekularspezifischen Raman-Spektroskopie um mehrere Größenordnungen zu erhöhen, kommt die sogenannte oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (surface-enhanced Raman spectroscopy - SERS) zum Einsatz. Diese Technik beruht auf der Anwendung metallischer Nanopartikel bzw. -strukturen. Es sollen Farbstoffmoleküle aus einer komplexen Matrix extrahiert werden und deren Nachweis mittels SERS erfolgen. Der Schwerpunkt kann hierbei auf der Probenvorbereitung oder der SERS-basierten Detektion liegen.

Anwendung mikrofluidischer Aufbauten zum Nachweis gesundheitsgefährdender Stoffe mit SERS

Die sogenannte oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (surface-enhanced Raman spectroscopy - SERS) verbindet die molekulare Spezifität der Raman-Spektroskopie mit einer deutlich erhöhten Sensitivität, die auf der Verwendung von metallischen Nanopartikeln bzw. -strukturen beruht. Schwerpunkt liegt dabei auf der Applikation eines mikrofluidischen Aufbaus in Kombination mit SERS zum quantitativen Nachweis von Analyten. Dabei sollen Metallkolloide oder elektronenstrahllithograpisch-hergestellte Strukturen als Oberfläche für SERS genutzt werden.

Erforschung kolloidaler Metallnanopartikel für die SERS-Anwendung

Die Grundlage der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS: Surface-enhanced Raman Scattering) sind metallische, nanostrukturierte Substrate. In diesem Projekt soll eine Synthese zur Herstellung von Metallkolloiden durch die Variation der Edukte und der Reaktionsparameter optimiert werden. Die Eigenschaften der resultierenden Nanopartikel werden mittels REM, UV/Vis und SERS untersucht. Zum Vergleich der Qualität werden unterschiedliche Analyten verwendet und die Verstärkungseigenschaften analysiert.

Erforschung eines vereinfachten Assays für den Vor-Ort-Nachweis von Pathogenen

Der Nachweis von Pathogenen soll mit einem vereinfachten Assay basierend auf DNA-Wechselwirkungen realisiert werden. In Hinblick auf ein vor Ort einsetzbares Analysesystem steht die Optimierung der einzelnen Reaktionsschritte und chemischen Komponenten im Fokus der Arbeiten. Darüber hinaus wird der Assay in eine mikrofluidische Plattform integriert und entsprechend validiert.

Partikelbasierte Probenvorbereitungsstrategien zur Anreicherung von Bakterien aus komplexen Matrices

Im Rahmen dieses Projektes werden Bakterien aus komplexen Matrices (z.B. Wasser, Boden, Urin,) unter Verwendung partikelbasierter Verfahren angereichert. Dazu werden verschiedene Partikeloberflächen und Anbindungsbedingungen wie Pufferzusammensetzung und pH-Wert getestet, um eine erfolgreiche Isolation der Bakterien zu gewährleisten. Die angereicherten Bakterien werden schließlich mit Hilfe chipbasierter bzw. optischer Methoden nachgewiesen.

Nichtlineare Raman-Mikrospektroskopie an Geweben

Nichtlineare Raman-Mikrospektroskopie bietet interessante neue Ansätze zur Untersuchung von Diagnosestrategien in der klinischen Diagnostik. Die Arbeit zielt auf die grundlegende Untersuchung einzelner Krankheitsbilder mittels nichtlinearer Raman-basierter Bildgebung ab.

Vergleich zwischen spektralem und örtlichem Filtern

Im Rahmen dieses Projektes sollen Unterschiede zwischen spektralem und örtlichem Filtern auf die Analyse von Raman-Bildern erforscht werden. Dazu sollen bekannte Filter wie z. B. Savitzky-Golay und Box-Filter zum Einsatz kommen. Das Thema ist rein theoretischer Natur.

AG Dietzek

  • Synthese und Charakterisierung von molekular funktionalisierten nanostrukturierten NiOx-Schichten
  • Synthese und spektroskopische Charakterisierung artifizieller, metallnanopartikelbasierter Reaktionszentren
  • Spektroskopische Untersuchung der chemischen Reduktion von einzelnen metallischen Nanopartikeln - Mechanistische Studien an artifiziellen Reaktionszentren
  • Fluoreszenzspektroskopische Charaktersierung von terpyridinbasierten Koordinationspolymeren
  • Spektroskopische Charakterisierung von DNA-interkalierten Ru-Polypyridin-Farbstoffen

AG Deckert

Die Themen finden Sie hier.

AG Gräfe

Quantenchemische Untersuchung photophysikalische Prozesse in Lichtsammelkomplexen

Übergangsmetallkomplexe sind aus einer Vielzahl von Anwendungen in der modernen Synthesechemie bis hin zur küstlichen Photosynthese nicht mehr zu entbehren. Am Beispiel eines Ruthenium(II)-Komplexes, der als Lichtsammelkomplex wirkt, sollen Aussagen über den Charakter der Banden im UV-Vis Spektrum getroffen werden, desweiteren soll das Verhalten nach Photoanregung untersucht werden. Dabei sollen Relaxationspfade vom spektroskopischen Zustand hin zum elektronischen Grundzustand ermittelt werden.

  1. Dies ist für zwei Protonierungsstufen des Ruthenium-Komplexes zu untersuchen.
  2. Die Betrachtung soll für verschiedene Triazol-basierte Liganden vorgenommen werden.

Berechnung der elektronischen Struktur, der Absorptions- und Resonanz-Raman-Spektren der reduzierten Spezies von Ru(II)-Lichtsammeleinheiten

Diese Ru(II)-Komplexe zeigen starke Redox- und katalytische Aktivität und haben sehr gute photophysikalische Eigenschaften. Diese Eigenschaften variieren, je nachdem, ob und wie die Liganden substituiert sind, in welchem Lösungsmittel sie aufgelöst sind, und welchen pH-Wert die Lösung hat. Um diese Eigenschaften besser zu verstehen, werden wir quantenchemische Rechnungen sowohl für den elektronischen Grund- als auch den angeregten Zustand durchführen. Aus den Orbitalen, der energetischen Position und der Geometrie (bzw. Geometrieänderung) lassen sich dann für das Experiment beobachtbare Größen herausarbeiten; typischerweise werden Absorptionsspektren und - da diese spezifischer sind - Resonanz-Raman Spektren berechnet.

Berechnung der elektronischen Struktur von Aggregaten (exzitonische Systeme)

Für uns sind Systeme von Interesse, die Energie bzw. Anregungszustände übertragen. Eine Klasse dieser Systeme sind Aggregate, bestehend aus Monomermolekülen, die sich zu Ketten zusammenlagern (nicht polymerisieren, keine chemische Bindung) und gemeinsame angeregte Zustände bilden. Während der Aggregation ändern sich deren Eigenschaften sehr deutlich, die Absoptionsbanden verschieben sich sehr stark. Auch hier spielt besonders der erste angeregte Zustand eine wichtige Rolle; dies kann man sehr gut mit Hilfe von quantenchemischen Methoden untersuchen: Man berechnet zunächst die elektronische Struktur (+ angeregte Zustände des Monomers) und untersucht dann, wie sich Struktur und elektronische Zustände ändern, wenn ein zweites Monomer in die räumliche Nähe gebracht wird, und sich ein Dimer zu formen beginnt.