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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

AG Dietzek
Prof. Dr. Benjamin Dietzek

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Weitere Themen


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

Vergleich von Raman-Mikrospektroskopie mit konventionellen Methoden zur Identifizierung von Bakterien

Im Rahmen der Bachelor-Arbeit sollen die Raman-spektroskopische Identifizierung mit anderen konventionellen Analysetechniken verglichen werden.

Identifizierung von Naphthalin-abbauenden Bakterien mittels Raman-spektroskopischer Analyse von stabilen Isotopen

Durch Isotopenmarkierungen sind Zielmoleküle in spektroskopischen Analysen lokalisierbar. Im Rahmen der Bachelor-Arbeit soll isotopenmarkiertes Naphthalin zum Einsatz kommen, um den Einfluss auf unterschiedliche Bakterien zu überprüfen.

Reaction mechanism and kinetics of CORM breakdown

Despite the extremely high toxicity of CO gas, it was found that at low concentrations, CO can cause beneficial physiological effects. To make use of these positive effects, CO-releasing molecules (CORMs) have been developed for conceivable applications as CO carriers to supply a definite amount of carbon monoxide at a predetermined location. However, only very little is known about the exact mechanism of CO release. Within this work, vibrational spectroscopic techniques, such as IR absorption spectroscopy and Raman spectroscopy shall be applied to study the CORM degradation and CO release. The results will be compared to the classical myoglobin assay, an indirect method which follows the conversion of deoxymyoglobin to myoglobin-CO by means of UV-absorption spectroscopy.
The work is embedded in the DFG research group "Heme and heme degradation" and will be performed at the Institute of Photonics Technology (IPHT) and the Center for Sepsis Control and Care (CSCC) at University Hospital.

Surface enhanced Raman spectroscopy of leukocytes

There are several different types of leukocytes which differ in shape, composition and function. Within this project, the potential of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) shall be investigated for the characterization and differentiation of those cells. In a first part, the uptake of metallic nanoparticles with different size and made from different materials (gold or silver) will be studied and an optimized protocol shall be developed. In a second step, the resulting SERS spectra will be analyzed.
The work will be performed at the ‘Clinical diagnostic spectroscopy’ in the Institute of Photonics Technology (IPHT) and Center for Sepsis Control and Care (CSCC) at University Hospital.

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.

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. 

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.

Detektion von Farbstoffen aus einer komplexen Matrix mittels SERS

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. In einer Bachalorarbeit 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.

Detection of drugs in simulated body fluids using the LOC-SERS technique

Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS), known for its high specificity and sensitivity, is combined with a droplet based microfluidic platform. This results in the minimization of the required sample volume and in the increase of the reproducibility of the measurements. The thesis will focus on the detection of drugs with narrow therapeutic range. For this, simulated body fluids mimicking the chemical composition of urine and blood will be employed.

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.

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.