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Bachelorarbeiten 2021 Chemie

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Text of Bachelorarbeiten 2021 Chemie

Bachelor Booklet Chemie 2021Chemie
Sie haben Freude am Verbinden von Theorie und Praxis. Wir vermitteln Ihnen das Verständnis für die Entwicklung und Analyse von Substanzen und Verfahren.
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Perspektiven 48
Certificates of Advanced Studies (CAS) am Coffee Excellence Center 51
TEDD 52
ALUMNI ZHAW 54
ZHAW LSFM 55
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Wir sind sehr glücklich, dass unter den speziellen Bedingungen der Coronavirus-Krise die Chemiestudierenden des Abschlussjahrgangs wieder in gewohnter Manier in unseren Labors an ihren Bachelorarbeiten arbeiten konnten. In dieser Broschüre prä- sentieren wir Ihnen die gebündelten Ergebnisse der Absolventinnen und Absolventen, die sich sehen lassen können. Die Studierenden haben selbständig an angewandten Fragestellungen, meist in Zusammenarbeit mit der Industrie, geforscht und entwickelt. Ich wünsche Ihnen viel Spass beim Lesen.
Liebe Diplomandinnen und Diplomanden, mit dieser Broschüre halten Sie alle Bachelorarbeiten, also quasi die kondensierte Mühe Ihres Jahrgangs, in den Händen. Sie haben damit Ihr Ziel erreicht! Für mich persönlich sind die Bachelorar- beiten und die beeindruckenden Ergebnisse ganz klar der Höhepunkt im Kalenderjahr. In jeder Arbeit steckt auch immer eine gehörige Portion der Charaktere der Studieren- den und das ist schön so. Ich bin sicher, dieses Booklet gefällt Ihnen ebenso gut wie mir. Bewahren Sie es gut auf, denn ich bin überzeugt, dass Sie es immer wieder brau- chen können. Vielleicht brauchen Sie es, um den Namen eines Mitstudierenden oder des betreuenden Dozierenden nachzuschlagen, oder auch, um nach Forschungsthe- men des Instituts zu suchen. Sie finden in jedem Fall die ganze Breite von biologischen bis zu chemischen und auch technischen Fragestellungen abgedeckt.
Wir gratulieren Ihnen ganz herzlich zum erfolgreichen Abschluss Ihres Chemiestudiums und freuen uns mit Ihnen!
Ihr Achim Ecker
Vorwort
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Diplomandin Leandra Bergamini
Korrektoren ZHAW Prof. Dr. Michael Raghunath, Prof. Dr. Jack Rohrer
Durch die Entwicklung von 3D in vitro-Zell- modellen, wie z. B. Sphäroide, können Zell- Zell-Kontakte wesentlich besser in Kultur dar- gestellt werden. Allerdings wird den Zellen in Kultur ihre natürliche Umgebung, bestehend aus einem komplexen Netzwerk von Makro- molekülen, der extrazellulären Matrix (ECM), zunächst einmal genommen und durch ein wässriges Kulturmedium ersetzt. Durch die Technologie des macromolecular crowding (MMC) wird diese Umgebung durch Zugabe von Makromolekülen in das Kulturmedium simuliert. Somit werden biochemische Reak- tionen wie die supramolekulare Aggregation gefördert, was es den Zellen erlaubt, ihre eigene ECM in Kultur aufzubauen [1]. Dies wird bereits erfolgreich in der Pharmaindustrie angewendet [2, 3]. In dieser Arbeit wurde die Anwendung dieser Technik auf 3D-Kulturen untersucht. Damit würde ein Werkzeug zur Verfügung stehen, welches zur Wirkstoffent- wicklung und als Alternative zu Tiermodellen eingesetzt werden könnte.
Für diese Untersuchungen wurde MMC auf die sphäroidale Konfiguration von humanen Hepatomzellen (Hep-G2) sowie auf Monlayer- kulturen angewendet. Die ECM Deposition wurde durch immunhistologische Färbungen von Fibronektin und Kollagen IV analysiert. Zudem wurde ein allfälliges Differenzierungs- verhalten durch Färbungen der Leberzell-spe- zifischen Moleküle Vitronektin und Carbamoyl- phosphat Synthetase I untersucht. Es konnte beobachtet werden, dass die Sphäroide unter dem Einfluss von negativ geladenem Dex- transulfat Andeutungen einer Fibronektin Deposition zeigten. Die Monolayerkulturen verhielten sich weitaus anders und zeigten mit Dextransulfat und dem neutralen Makromole- kül FicollTM eine ECM Deposition und anders als die Sphäroide auch ein Differenzierungs- verhalten. Diese unterschiedlichen Ergebnisse verdeutli- chen die Notwendigkeit eines Kultursystems, welches die natürliche Physiologie der Zelle in vitro exakt darstellen kann. Um dies zu errei- chen, sind noch weitere Versuche und Ansätze nötig.
[1] Rashid et al., Novel Use for Polyvinylpyrrolidone as a Macromolecular Crowder for Enhanced Extracellular Matrix Deposition and Cell Proliferation. Tissue Engineering Part C: Methods, 2014, 20, 994 – 1002. [2] Chen et al., The Scar-in-a-Jar: Studying Potential Antifi- brotic Compounds from the Epigenetic to Extracellular Level in a Single Well, British Journal of Pharmacology, 2009, 158, 1196 – 1209. [3] Rønnow et al., Prolonged Scar-in-a-Jar: an in vitro screening tool for anti-fibrotic therapies using biomarkers of extracellular matrix synthesis, Respiratory Research, 2020, May 7, 21, 108.
Abb. 1: Kollagen IV (rot) und Fibronektin (grün) Deposition der Hep-G2 als Monolayerkultur (links) und als Sphäroid in toto (rechts) nach fünf Tagen MMC mit Dextransulfat.
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Diplomand Aleksandar Bilic
Korrektorin extern Dipl. Chem. Ing. Franziska Morganti
Untersuchungen des Blutes gehören zu den Standardverfahren der klinischen Eingangsdi- agnostik. Viele pathologische Veränderungen im Körper lassen sich bereits bei der Unter- suchung von Patientenblut feststellen. Dabei wird meist das Blut aus der Armvene des Menschen entnommen und mittels Zentrifu- gation behandelt. Dabei sinken die roten und weissen Blutzellen nach unten ab. Der Über- stand wird als Plasma bezeichnet. Im Plasma befinden sich wichtige Proteine, Nährstoffe und Gerinnungsfaktoren, welche einen Ein- fluss auf die Blutgerinnung haben und somit
bei der Wundheilung unterstützend wirken. Sowohl anhand der Zellbestandteile wie auch des Überstands können sehr hilfreiche Erkenntnisse über den Gesundheitszustand eines Menschen gewonnen werden. Um die Trennung dieser beiden Bestandteile zu ver- einfachen und um eine Rückvermischung zu verhindern, werden sogenannte Trenngele eingesetzt. Diese bilden eine undurchlässige Schicht zwischen den beiden Phasen und ver- einfachen dadurch die Blutuntersuchung. Unser Kooperationspartner ist ein mittelstän- disches Schweizer Unternehmen, das sich auf die Entwicklung, das Design und die Her- stellung von medizinischen Produkten spe- zialisiert hat. Die Firma stellt beispielsweise Teströhrchen mit solchen Trenngelen her, um die Blutuntersuchung zu vereinfachen und um die Wundheilung nach Operationen zu beschleunigen. Ziel dieser Arbeit war es – ausgehend von ihren bisherigen Gelen – eine Zusammensetzung zu finden, mit deren Hilfe sich die Proteine des Plasmas besser abtrennen lassen. Ein Teil dieser Proteine im Blutplasma sind auch Anti- körper, über welche in der derzeitigen Pande- mie medial wie auch wissenschaftlich enorm viel berichtet wird.
Abb. 1: Verwendete Apparatur
In silico-Studie zur Wechselwirkung der Dehalo- genase LinB und halogenierten Verbindungen
Diplomand Lucien Bion
Korrektor extern Dr. Markus Läubli
Betreuung extern Dr. Norbert Heeb, EMPA
Persistente organische Schadstoffe (POPs) sind schwer abbaubare und toxische chemi- sche Verbindungen, die sich in der Umwelt und in Lebewesen akkumulieren. Zu dieser Kategorie von Verbindungen zählen auch Hexabromcyclododecane (HBCDs). Bis 2013 wurden davon 22 000 t/J produziert und hauptsächlich als Flammschutzmittel in Poly- styrol verwendet [1]. Ähnliches gilt für kurzket- tige Chlorparaffine (SCCPs), die als Additive in Schmiermitteln und Schneideölen eingesetzt werden [2]. Trotz der Persistenz dieser Verbin- dungen gibt es Funde von Mikroorganismen, die mit bestimmten Enzymen diese Schad- stoffe mit Halogen-Atomen metabolisieren können. Zu diesen Mikroorganismen gehört Sphingobium paucimobilis UT26, welches mit dem Enzym LinB anhand einer postulierten SN2-ähnlichen Transformationsreaktion die Halogene Brom und Chlor der HBCDs bzw. der SCCPs durch eine Alkoholgruppe subs- tituiert. Grundlegend für eine solche Transformation ist die Positionierung der Liganden im akti- ven Zentrum. Eine wichtige Rolle spielt ins- besondere der Interaktionswinkel zwischen dem nukleophilen Aspartat-108 und dem elektrophilen Kohlenstoff. Im selben Ausmass ist auch die Geometrie des substituierten Halogen-Atoms an der Enzym-Bindestelle entscheidend. Die Art und Weise wie sich die Liganden HBCD und SCCP im aktiven Zentrum von LinB positionieren, wurde mit in
silico-Modeling bzw. Docking-Experimenten untersucht. Anhand der Position der Liganden und der entsprechenden Beurteilung von Geometrien wurden für einige Liganden Vorschläge für die Konfiguration der Transformationsprodukte gemacht. Ebenso konnte durch die in silico- Simulation beurteilt werden, welche Konfor- mationen der Liganden geeignetere Geome- trien bezüglich einer möglichen SN2-Reaktion verursachen. Anhand der Docking-Experi- mente konnte zudem die Stereo- und Regio- selektivität der Dehalogenase LinB bestätigt und erweitert werden.
[1] N. V. Heeb et al., Chemosphere, vol. 207, pp. 118 – 129, 2018. [2] S. Bayen et al., Environ. Int., vol. 32, no. 7, pp. 915 – 929, 2006. [3] N. V. Heeb et al., Chemosphere, vol. 90, no. 6, pp. 1911 – 1919, 2013.
Abb. 1: SN2-ähnlicher Mechanismus zur Katalyse haloge- nierter Verbindungen in LinB [3].
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Diplomandin Cindy Blatter
Korrektor ZHAW Dr. Marc Bornand
Korrektor extern Dr. Florian Schinle
Polyurethane wurden in den 1930er Jahren von Otto Bayer erfunden, was als einer der Meilensteine in der Entwicklung der Polymer- chemie gilt [1]. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit konnten sie viele andere Materialien erset- zen, was zur Entwicklung von Produkten für zahlreiche Anwendungen führte. Heutzutage finden Polyurethane im täglichen Leben breite Verwendung wie beispielsweise in Möbeln, Autos, Kleidung und Matratzen [2]. Aber die weltweit wachsende Produktion von Polyurethanschäumen generiert zunehmende Mengen an Abfällen, deren Entsorgung nicht nur ein ökonomisches, sondern auch ein ökologisches Problem darstellt [3]. Da Polyur- ethane nicht thermoplastisch sind, gewinnen vor allem chemische Recyclingmethoden an Relevanz und werden auch wirtschaftlich inte- ressant. Diese Arbeit hatte das Ziel, verschiedene Recyclingprozesse im Labor durchzuführen und einen Zusammenhang zwischen der Qua- lität verschiedener Recyclingprodukte und
den Ausgangsmaterialien herzustellen. Es sollten geeignete Messmethoden entwickelt werden, mit denen diese Qualität quantifi- ziert und die Recyclate charakterisiert werden können. Aufgrund ihrer vergleichsweise ein- fachen Anwendung wurde dazu besonders die Einsatzmöglichkeit der Nahinfrarot-Spek- troskopie (NIR) untersucht. Unter Einsatz von chemometrischen Methoden konnte aus den NIR-Daten diverser Recyclate auf die mit anderen analytischen Methoden gemesse- nen Qualitätsmerkmale geschlossen werden. Durch weiteres Verfeinern der in dieser Arbeit entwickelten Verfahren, könnte zukünftig eine Qualitätsbeurteilung von Polyurethanrecyclaten nur mittels NIR-Spektroskopie möglich werden.
[1] D. Dieterich, «Polyurethane – nach 50 Jahren immer noch jung», Chemie in unserer Zeit, Bd. 24, Nr. 3, 135, 1990. [2] A. Cornille et al., «A perspective approach to sustainable routes for non-isocyanate polyurethanes», Eur. Polym. J., Bd. 87, 535, 2017. [3] Y. Deng et al., «Reviewing the thermo-chemical recycling of waste polyurethane foam», J. Environ. Manage., Bd. 278, 111527, 2021.
Abb. 1: Hergestellte und untersuchte Recyclingprodukte
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Diplomandin Michelle Alexandra Cadalbert
Korrektorin extern Dr. Susanne Widmer
Indigo ist das wohl älteste bekannte Färbe- mittel, welches bereits 2800 v. Chr. verwen- det wurde. Heutzutage wird das Pigment vor allem zum Färben der Blue Jeans eingesetzt. Durch die Ausbildung von 2D-Schichten und durch supramolekulare Selbstanordnung zeigt Indigo ein hohes Potential für elektronische Anwendungen wie der Photovoltaik und Feld- effekttransistoren. Ausgehend von der Hydro- phobie, der schlechten Benetzbarkeit und guten Leitfähigkeit der Indigo-Schichten wird im Rahmen eines aktuellen Innosuisse-Pro- jekts ein Einsatz als Gleitmittel für Wintersport- geräte untersucht. Auf per- und polyfluorierten Alkylverbindungen basierende Ski-Wachse zeigen die bislang besten Gleiteigenschaften, sind jedoch auf- grund ihrer Toxizität und der schlechten Abbaubarkeit problematisch. Die Isantin GmbH hat eine umweltschonende Alternative auf Basis von Indigo entwickelt. Um die bes- ten Gleiteigenschaften von Indigo zu erzielen, ist es erforderlich, dessen Reinheit zu optimie- ren. Bei der Indigosynthese entstehen Neben- produkte wie die aromatischen Amine Anilin und N-Methylanilin.
Das Bundesamt für Gesundheit schreibt einen Grenzwert von 0.1 Gew. % der toxischen Amine vor. In dieser Arbeit wurden verschie- dene Konzepte für die Aufreinigung von Indigo getestet und die Amine anschliessend mittels HPLC quantifiziert. Die aromatischen Amin- konzentrationen konnten um über 70 % redu- ziert werden. Um die Tribologie des Indigos zu untersuchen, wurden rastertransmissionselektronenmikros- kopische (STEM) Bilder aufgenommen.
Es ist erkennbar, dass es sich bei den Primär- partikeln um Plättchen handelt. Des Weiteren wurde das Agglomerationsverhalten dieser Primärpartikel untersucht. Die Resultate erlau- ben wertvolle Rückschlüsse auf die Nano- struktur der Indigo-Gleitflächen.
Abb. 1: Anilin und N-Methylanilin
Abb. 2: STEM-Aufnahme von Indigo-Partikeln
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Diplomand Matthias Eckl
Die Bedeutsamkeit molekularer Chiralität für die Wissenschaft benötigt heutzutage kaum noch eine Erklärung. Ein grosser Anteil von bekannten Substanzen besteht aus chiralen Molekülen und spätestens seit dem tragi- schen Contergan-Skandal sollte dies jedem/r Chemiker/in bekannt sein [1, 2]. Kleine chirale Moleküle wie das Halomethan Bromchlorflu- ormethan (CHBrClF) sind aufgrund ihres einfa- chen Aufbaus ideale Verbindungen zur Unter- suchung der absoluten Konfiguration und der molekularen Paritätsverletzung [3, 4].
Das Ziel dieser Bachelorarbeit war es, ein Racemat von Bromchlorfluormethan mithilfe von präparativer Gaschromatographie (GC) aufzutrennen und die einzelnen Enantiomeren- fraktionen zu sammeln. Hierbei wurden bereits in der Forschungsgruppe vorhandene wie
auch selbst hergestellte präparative Säu- len auf ihre enantioselektiven Eigenschaften getestet. Die Sammlung der Enantiomere mittels präparativer GC wurde über vier Tage mit 20 Injektio nen durchgeführt. Der chro- matographisch be stimmte Enantiomerenüber- schuss der Fraktion Peak 1 betrug 95.8 % und der chromatographisch bestimmte Enantio- merenüberschuss der Fraktion Peak 2 betrug 97.1 %. Des Weiteren wurde versucht, Bromchlorfluor- methan in enantiomerenreiner Form über die Derivatisierung einer Vorstufe, dessen Diaste- reomere anschliessend mittels Flash Chro- matographie aufgetrennt wurden, herzustellen [5, 6]. Hierbei konnte bei der Derivatisierung der Bromchlorfluoressigsäure noch kein Produkt isoliert werden, wodurch die Auftrennung der Diastereomere nicht getestet werden konnte.
[1] J. Gal in Differentiation of Enantiomers I, (Hrsg.: V. Schurig), Topics in Current Chemistry, Springer International Publishing, Cham, 2013, S. 1 – 20. [2] H.-U. Blaser, “Chirality and its Implications for the Pharmaceutical Industry”, Rend. Fis. Acc. Lincei 2013, 24, 213 – 216. [3] M. Pitzer et al., “Investigating Absolute Stereochemical Configuration with Coulomb Explosion Imaging”, Chimia 2018, 72, 384 – 388. [4] M. Quack, J. Stohner, “Parity Violation in Chiral Molecu- les”, Chimia 2005, 59, 530 – 538. [5] M. R. Mazenauer et al., “Synthetic Routes for a Variety of Halogenated (Chiral) Acetic Acids from Diethyl Malonate”, RSC Adv. 2017, 7, 55434 – 55440. [6] J. A. Thoma, Synthese von neuartigen, chiralen Selekto- ren und Enantiomerentrennung von kleinen, halogenierten Molekülen mittels Gaschromatographie im analytischen und präparativen Massstab, Masterarbeit, ZHAW Wädenswil, 2019.
Abb. 1: Enantiomere von CHBrClF.
Abb. 2: Chromatogramme zur Bestimmung der Enantio- merenüberschüsse: Peak 1 (links), Peak 2 (rechts).
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Diplomandin Rahel Ehrler
Korrektoren ZHAW Prof. Dr. Michael Raghunath, Prof. Dr. Jack Rohrer
In vivo befinden sich Zellen in einer makromo- lekülreichen, gedrängten (crowded) Umge- bung. Diese Bedingungen nehmen Einfluss auf enzymatische Reaktionen, Proteinfaltung und -Zusammenlagerung und führen daher zu einer verbesserten Deposition einer extrazellulären Matrix (ECM). Im Gegensatz zu Zellen in vivo bilden sich in Zellkultur nur geringe Mengen an ECM aus. Die makromolekular gedrängten Bedingungen, welche Zellen in vivo erfahren, können in Zellkultur durch Zugabe von Makro- molekülen in das Kulturmedium simuliert wer- den. Dadurch wird eine verstärkte ECM Depo- sition erzielt. Man spricht vom Macromolecular Crowding (MMC). Durch die verstärkte Deposi- tion einer ECM mittels MMC können Gewebe besser nachgestellt werden, um sie beispiels- weise für die Medikamentenforschung, in der Wundheilung oder Krebstherapie zu nutzen. Der Effekt von MMC auf eine verstärkte Depo- sition einer ECM wurde bislang nur in Mono- layer-Zellkulturen getestet. Im Rahmen des vor- liegenden Projektes wurde untersucht, ob eine verstärkte Deposition einer ECM durch MMC auch in Sphäroid-Kulturen nachgewiesen wer- den kann. Bei Sphäroiden handelt es sich um
3D-Zellkonstrukte ähnlich der Wachstumsform vieler Tumore. Das Wachstum als Sphäroid beeinflusst die Biologie der Zellen und simuliert ein verbessertes Modell der in vivo-Situation gegenüber Monolayer-Kulturen. Mit der Osteo- sarkom-Zelllinie SAOS-2 wurden Sphäroide gezüchtet und während 14 Tagen in Medien mit dem negativ geladenen Glukosepolymer Dex- transulfat 500 kDa unter MMC-Bedingungen kultiviert. Zusätzlich wurde dem Kulturmedium Ascorbinsäure (Vitamin C) zugesetzt, um die Sekretion von Kollagenmonomeren zu fördern. Nach der MMC-Phase wurde mittels Immun- fluoreszenzfärbung die Präsenz und Verteilung der ECM-Moleküle Kollagen I und Fibronektin dargestellt. Nach 14 Tagen Crowding konnte im Ansatz eine verstärkte Deposition von Fibro- nektin und Kollagen I in SAOS-2 Sphäroiden unter MMC gezeigt werden.
Abb. 1: SAOS-2 Osteosarkomzellen in Zellkultur: Monolayer- Kultur (links), Wachstum als Sphäroid (rechts).
Abb. 2: Immunfärbung von Kollagen I und Fibronektin in SAOS-2 Sphäroiden nach Kultivierung in Ascorbinsäure-halti- gem Crowding-Medium mit unterschiedlichen Konzentratio- nen an Dextransulfat 500 kDa (DxS). Bei 10 und 50 µg/ml zeigte sich eine verstärkte Deposition an Fibronektin (rot) und Kollagen I (grün).
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Diplomand Jonas Elsener
Der weltweite Fleischkonsum steigt jährlich. Da- mit rücken ethische und ökologische Aspekte wie die Massentierhaltung, Schlachtung von Nutztieren, Tierseuchen, erhöhter Ressourcen- verbrauch und Anstieg der Methanemission immer mehr in den Fokus. Es ist mittlerweile bekannt, dass eine Reduktion des persönlichen Fleischkonsums für gewisse Klimaziele unum- gänglich ist. Kultiviertes, im Labor gezüchtetes Fleisch bietet eine vielversprechende Alternative neben den bereits existierenden fleischlosen Ersatzprodukten, um besagte Aspekte anzu- gehen. Während Muskelzellen in grösseren Mengen bereits erfolgreich zu Burgerpatties zusammengesetzt werden konnten, sind noch einige Hürden zu bewältigen, bevor man die Textur eines konventionellen Fleischstücks im Labor nachahmen kann. In dieser Arbeit wurde mit zwei selbst isolierten primären Zelllinien gearbeitet, welche essenzi- elle Bestandteile von Muskelgewebe von Säu- getieren sind und somit auch zu den Hauptbe- standteilen von Fleisch gehören: Präadipozyten und Muskelvorläuferzellen (Satellitenzellen) von Rindern. Isolierte und mittels FACS sortierte Praädipozyten wurden zur Verfügung gestellt und die Induktion der Adiopogenese mittels freiem Fettsäure-Mix in 2D- und 3D-Kulturen durchgeführt. Bovine Satellitenzellen wurden im Labor aus Rindermuskelgewebe isoliert und weiterkultiviert. Die Myogenese wurde mittels Absenkung der Serumkonzentration in 2D- und 3D-Kulturen induziert. Die 3D-Kulturen wurden mittels Bioprinting und zwei unterschiedlichen
Biotinten gedruckt: eine selbst hergestellte Alginat-Gelatine-Biotinte und eine kommerzielle photopolymerisierbare Biotinte. Die gedruck- ten 3D-Gewebe wurden über die Dauer von 10 resp. 14 Tagen kultiviert und während und nach dem Versuch die Vitalität des Gewebes überprüft. Als Konzeptstudie geben die Resul- tate aus den durchgeführten Experimenten Aufschluss über die grundsätzliche Möglichkeit, primäre Vorläuferzellen in 3D-Geweben zu dru- cken, zu kultivieren und in spezifische Zelltypen, die im Fleisch enthalten sind, zu differenzieren.
Abb. 2: Induktion der Myogenese in Satellitenzellen in 2D: Zellkerne (blau), Actin (Cytoskelett, grün).
Abb. 1: Nahaufnahme des Druckprozesses
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Diplomandin Michèle Frey
Korrektor extern Dr. Markus Läubli
Die Herstellung von in vitro-3D-Hautmodellen ist seit den 1980er Jahren möglich und wird ständig weiterentwickelt. Jedoch mangelte es bisher an der Festigkeit von Gerüstmate- rialien und der Herstellung von Hautmodellen innert kurzer Zeit, d. h. wenige Tage bis zwei Wochen.
In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Methoden eruiert, um Nanofasermatten (NFM) aus Polyacrylnitril (PAN) oder einem Copolymer mit Methylacrylat P(AN-co-MA) als Gerüstma- terial elektrisch auf Rahmen zu spinnen. Diese wurden mit Zellen besiedelt und gestapelt. Die Stapeltechnik ist in Abbildung 1 gezeigt.
Als kritisch erwies sich die Verbindung zwi- schen den Zellschichten, doch es wurden zwei Wege gefunden, um besiedelte NFM zu verbinden und dadurch mehrere Schichten von Fibroblasten zu stapeln. So konnte die Zucht der Dermis verkürzt werden. Ausser- dem wurde eine Grundlage geschaffen, um in einem weiteren Schritt komplexe 3D-Hautmo- delle aus verschiedenen Zelltypen herzustellen. Durch Zugabe primärer Immunzellen könnten im Bereich der personalisierten Medizin, Test- substrate für Patienten mit profibrotischen Autoimmunkrankheiten für den klinischen All- tag entwickelt werden.
Abb. 1: Besiedlungsprozess: links sind Nanofasermatten (NFM) auf Rahmen dargestellt – schematisch und darüber eine REM-Aufnahme einer NFM aus 12 wt% P(AN-co-MA) in 10 000-facher Vergrösserung. Mittels Pipette wird die Zellsuspension zugetropft. Rechts sind die besiedelten NFM auf den Rahmen zu sehen.
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Diplomand Fabio Gaberell
Korrektor ZHAW Dr. Andri Schütz
Korrektor extern Dr. Christian Trindle
In dieser Arbeit wurde die Beladung sowie Desorption von klassischen Bestandteilen von Epoxidklebstoffen in mesoporösem Silikat untersucht. Silikate sind anorganische Verbin- dungen, die durch das Ausbilden komplexer Gerüststrukturen eine Vielzahl an möglichen Anwendungen in der Industrie finden. Durch ihre poröse Struktur besitzen die Materialien meistens eine sehr grosse Oberfläche von über 500 m²/g, wovon die innere Porenober- fläche den grössten Teil ausmacht. Durch diese grosse innere Oberfläche eignen sich Silikate ausgezeichnet zur Beladung mit orga- nischen Molekülen. Eine Verkapselung kann beispielsweise mittels Capillary Impregnation durchgeführt werden, wobei das zu ver- kapselnde Molekül (Adsorbat) als gesättigte Lösung zum Silikat gegeben wird, passend abgestimmt auf das Volumen der Silikatporen. Durch Kapillarkräfte wird diese Lösung in die Poren gezogen und das Lösungsmittel kann anschliessend abgedampft werden. Die Beladungsmenge kann durch verschie- dene Methoden bestimmt werden, wie etwa durch Thermogravimetrie (TGA). Das orga- nische Adsorbat zersetzt sich bei erhöhten Temperaturen und diffundiert aus den Poren. Durch die gemessene Massenabnahme kann auf die Beladungsmenge der organischen Moleküle geschlossen werden. Eine Methode, um die Lokalisierung des Adsorbats im Partikel zu bestimmen, bietet die konfokale Ramanmikrospkopie. Dabei wer- den auf unterschiedliche Ebenen fokussierte
Ramanspektren einer Probe aufgenommen und mit Lichtmikroskopaufnahmen (Abb. 1) verglichen. Die Intensität einer molekülspezifi- schen Bande kann dargestellt und so deren dreidimensionale Verteilung im Partikel analy- siert werden (Abb. 2).
Abb. 1: Lichtmikroskopische Aufnahme einer Ansammlung von beladenen Silikatpartikeln.
Abb. 2: Raman Bildgebung bestehend aus 320 000 Raman- spektren, Darstellung der Intensität einer Adsorbat-spezifi- schen Bande.
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Diplomand Jan Gattiker
Korrektor/-in ZHAW Dr. Sabina Gerber, Prof. Dr. Lars Fieseler
Die stark zunehmenden Antibiotikaresistenzen von pathogenen Bakterien hat in den letzten 30 Jahren zu einem erneuten Interesse an der Bekämpfung von Krankheitserregern mithilfe von Bakteriophagen (Phagen) geführt. Die enorme Fülle und Vielfalt von Phagen in der Natur stellt eine wertvolle Ressource dar, die für viele Anwendungen genutzt werden kann, wie z. B. der Kontrolle von Pathogenen in Lebensmitteln oder bei Infektionskrankheiten oder für die Detektion oder Diagnose. In der Medizin schränkt die limitierte Verfügbarkeit und Entwicklung neuer Antibiotika schon heute die Behandlungsmöglichkeiten für zuvor heilbare Infektionskrankheiten ein, weshalb Phagen als attraktive Alternative zu klassi- schen Antibiotika vermehrt erforscht werden. Für einen regulierten Einsatz von Phagen in der Medizin ist das Verständnis des moleku- laren Mechanismus der Infektion notwendig.
In dieser Bachelorarbeit wurden 21 verkürzte Varianten eines am Infektionsprozess beteilig- ten Tailspike-Proteins (TSP) aus einem Bak- teriophagen erfolgreich kloniert und rekombi- nant exprimiert. Anschliessend wurden zwei Assays für die Aktivitätsanalyse entwickelt.
In einem der Assays wurde die Umsetzung des O-Antigen-Substrats über einen Western Blot analysiert.
Die zweite Analyse zeigte den indirekten Ein- fluss der Varianten auf das Wirtszellsystem und auf die Infektion durch den Phagen in Zellkulturen.
Die essenziellen Proteindomänen für Protein- stabilität und Aktivität konnten durch beide Assays erfolgreich und übereinstimmend cha- rakterisiert werden.
Abb. 1: Hydrolyseaktivität der 21 TSP-Varianten.
Abb. 2: Wachstum des Wirtsorganismus nach Zugabe der Varianten und des Phagen.
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Diplomandin Sara Ghilardelli
In der Reifenindustrie werden viele Hilfsmittel wie Vulkanisationsbeschleuniger, Weichma- cher, Füllstoffe, Alterungsschutz und Kunst- stoffe eingesetzt [1]. Diese Reifenbestandteile tragen zur Mikroplastikverschmutzung bei, wobei ihnen jedoch bis vor Kurzem wenig Beachtung geschenkt wurde [2 – 4]. Einige dieser Inhaltsstoffe können sich teilwei- se in der Umwelt akkumulieren und toxische Wirkungen hervorrufen. Durch Reifenabrieb auf den Strassen gelangen sie durch den Regen in den Boden und ins Abwasser. Zur Analyse von solchen flüchtigen organi- schen Stoffen ist die Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) die Methode der Wahl, wie sie auch in dieser Arbeit verwendet wurde. Da die erwarteten Konzentrationen in Umweltproben sehr nied- rig waren, wurden die gesuchten Stoffe in Strassenabwasserproben mittels Festpha- senextraktion aufkonzentriert. Ausgewählte Reifenchemikalien wurden durch Referenz- standards quantitativ bestimmt. Zudem konnten dank der hochauflösenden Massen- spektrometrie auch bis jetzt noch nicht in der Literatur beschriebene Reifeninhaltsstoffe in einzelnen Umweltproben aufgespürt werden (Abb. 1). Nebst der direkten Injektion von Strassenabwasserproben ins GC-MS wurde auch die Injektion mit Thermal Separation Probe getestet, um feste und flüssige Pro- ben ohne aufwändige Extraktion injizieren zu können. Dabei wird eine Probe mit komplexer Matrix in einen Tiegel gegeben, welcher bis
400 °C im Injektor ausgeheizt werden kann. Die flüchtigen Verbindungen gelangen so auf die GC-Säule, werden chromatographisch getrennt und mittels hochauflösender Massen- spektrometrie analysiert. Mit dieser Technik konnten gemahlene Autoreifenproben semi- quantitativ auf die ausgewählten Reifenchemi- kalien untersucht werden.
[1] H. Stumpf, Handbuch der Reifentechnik, Springer, Wien, 1997. [2] T. Hüffer, S. Wagner, T. Reemtsma, T. Hofmann, Trends in Analytical Chemistry 2019, 113, 392 – 401. [3] L. J. Knight, F. N. F. Parker-Jurd, M. Al-Sid-Cheikh, R. C. Thompson, Environ Sci Pollut Res 2020, 27, 18345 – 18354. [4] B. Baensch-Baltruschat, B. Kocher, C. Kochleus, F. Stock, G. Reifferscheid, Science of The Total Environment 2021, 752, 141939.
Abb. 1: Die vier untersuchten Reifeninhaltsstoffe Benzothia- zol, 2-Morpholino-1,3-benzothiazol, N-Cyclohexyl-1,3-ben- zothiazol-2-amin und Hexamethoxymethylmelamin sowie die postulierte Chemikalie 1,2-Dihydro-2,2,4,-trimethylchi- nolin, welche in Strassenabwasser- und Reifenproben gefunden wurde.
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Diplomandin Sarah Grunwald
Korrektorin extern Carmen Effner
Tintenfrass beschreibt die Zersetzung der Cel- lulose des Papiers. Ausgelöst wird er durch die Verwendung von Eisengallustinte, in welcher Eisen(II)-Sulfat enthalten ist. Das Eisen verur- sacht einen oxidativen Abbau des organischen Materials. Das Sulfat reagiert zusammen mit Wasser und Sauerstoff zu Schwefelsäure, die eine saure Hydrolyse der Cellulosepolymere bewirkt. Infolge dieser beiden Reaktionen wer- den die Cellulosepolymere zerstört und das Papier zerfällt [1,2]. Betroffen sind beispiels- weise Kompositionen von Johann Sebastian Bach oder Manuskripte von Galileo Galilei. Ein Beispiel ist in Abbildung 1 zu sehen. Die weis- sen Stellen zeigen die Löcher, die durch den Tintenfrass entstanden sind [3].
Es existieren bereits verschiedene Methoden, um dem Tintenfrass entgegenzutreten. Aber bei diesen Verfahren kann die Tinte ausblu- ten oder die Papierstruktur verändert werden [2,4,5].
Das Ziel dieser Arbeit war es, eine weite- re Methode zur Entsäuerung der Papiere zu entwickeln, welche auf organischen Löse- mitteln basiert. Kommerziell erhältliche Cal- ciumhydroxid-Dispersionen mit Ethanol oder Isopropanol wurden dafür eingesetzt. Mit dem Auftragen von Eisengallustinte und dem künstlichen Alterungsprozess wurde der Tin- tenfrass ausgelöst, was einer Imitation von historischen Dokumenten entsprach. Mittels Titration wurde die benötigte Menge an basischen Nanopartikeln für die Neutralisa- tion ermittelt. Aufbauend auf den Resultaten der Titration wurde die Menge Calciumhydro- xid appliziert und es konnte eine Neutralisation der Papiere erreicht werden.
Quellen: [1] Xu, Q.; Poggi, G.; Resta, C.; Baglioni, M.; Baglioni, P., Grafted Nanocellulose and Alkaline Nanoparticles for the Strengthening and Deacidification of Cellulosic Artworks. Journal of Colloid and Interface Science, 2020, 576, 147 – 157. [2] Potthast, A.; Henniges, U.; Banik, G., Iron Gall Ink-In- duced Corrosion of Cellulose: Aging, Degradation and Stabilization. Part 1: Model Paper Studies. Cellulose, 2008, 15, 849 – 859. [3] Kolar, J.; Strli, M.; Sim, J., STABILISATION OF COR- ROSIVE IRON GALL INKS. Acta Chim. Slov., 2003, 9. [4] Andres, H.; Reist, M.; Beer, P.; Wälchli, M.; Vogelsanger, B., papersave swiss Massenentsäuerungsanlage – Erkennt- nisse und Erfahrungen aus 4 Jahren Betrieb. Internationales Symposium für Informationswissenschaft, 2004, 65 – 83. [5] Smith, A.W. Wässrige Entsäuerung von Papier. In Papier und Wasser – Ein Lehrbuch für Restauratoren, Konservie- rungswissenschaftler und Papiermacher; Banik, G.; Brückle, I., Eds.; Verlag Anton Siegl Fachbuchhandlung GmbH: München, 2015; pp. 419 – 468.
Abb. 1: Von Tintenfrass befallenes Manuskript von Galileo Galilei [3].
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Diplomand Brian Hermann Hutter
Korrektor/-in ZHAW Dr. Judith Krautwald, Prof. Dr. Achim Ecker
Mit Industrie 4.0 wurde ein neues Zeitalter für die Industrie eingeläutet. Durch Erfindun- gen wie das Internet of Things (IoT) steigt das Interesse an Sensoren und Geräten, die miteinander kommunizieren und sich anhand dieser ausgetauschten Informationen selbst konfigurieren und optimieren. Oft bieten aber Sensoren und Geräte im Labor keine Schnitt- stelle zum Internet. Mithilfe eines Raspberry Pi soll dies jedoch ermöglicht werden und so ein IoT-Netzwerk in einer Laborumgebung einge- richtet werden. Der Raspberry Pi ist aufgrund seines Preis-Leistungs-Verhältnisses die erste Wahl. In der vorliegenden Arbeit wurden von zwei Anlagen (Interkalator und Autoklav) alle Sen- soren und Geräte mit einem Raspberry Pi verbunden. Dazu gehörten zwei Thermostate, drei Drucktransmitter, eine Drehzahlmessung mit einem Hall Magnetfeld Sensor, eine Strom- messung mit SmartPi, ein Rührer, eine Pumpe und ein Photonendichtewellenspektrometer. Die Messdaten all dieser Sensoren konnten mithilfe des Message-Queue-Telemetry-Trans-
port-(MQTT)-Protokolls auf einem Raspberry Pi gesammelt werden. Diese wurden dann in der Open Source Datenbank InfluxDB abge- speichert und mithilfe des Open Source Tools Grafana in Echtzeit visualisiert. Durch eine graphische Benutzeroberfläche konnte die Sollwertänderung und das Ein- und Ausschal- ten an den Geräten realisiert werden. In einem zweiten Schritt konnte eine Schnittstelle zwi- schen einer Laborsteuerung von HiTec Zang und einem Raspberry Pi eingerichtet werden und somit diese ins IoT-Netzwerk integriert werden. In einem letzten Schritt wurde ein Partial Least Square (PLS) Regressionsmo- dell zur Online-Überwachung des Umsatzes der enzymkatalysierten Umesterung von Dimethyladipat zu Diisotridecyladipat anhand von Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie und Gaschromatographie (GC) als Referenzanaly- tik erstellt. Das Modell wurde mittels Kreuzva- lidierung überprüft und es wurde für die opti- male Datenvorverarbeitung ein mittlerer Fehler der Kalibrierung (RMSEC) von 1.01 % (vom Umsatz) bestimmt.
Abb. 1: Ausschnitt des Schemas des Prozessinformationssystems
PI P101
SI S101
SI S101
QI Q101
Diplomand Jules Hutter
Korrektorin ZHAW Dr. Susanne Kern
Korrektor extern Dr. Markus Läubli
Chlorparaffine (CPs) sind meist technische Mischungen aus polychlorierten n-Alkanen mit unterschiedlichen Kettenlängen (C10 – C30) [1]. Die Chlorierungsgrade variieren zwischen 30 und 72 Gewichtsprozenten. CP-Mischun- gen werden als Kühlschmierstoffe in der Metallverarbeitung oder als Weichmacher und Flammschutzmittel in Kunststoffen eingesetzt. Die kurzkettigen CPs (SCCPs, C10 – C13) wei- sen eine hohe Toxizität gegenüber Wasseror- ganismen auf, werden in Lebewesen akkumu- liert und stehen unter Verdacht, kanzerogene Eigenschaften zu besitzen. Sie wurden 2017 in die Stockholmer-Konvention über persis- tente organische Schadstoffe (POPs) aufge- nommen und verboten. Als Alternative werden nun vermehrt längerkettige CPs eingesetzt, die nach dem heutigen Stand der Wissen- schaft ähnlich wie die SCCPs mit der Umwelt interagieren. Um das Verhalten von langkettigen CPs (LCCPs, C≥18) in der Umwelt besser zu ver- stehen, wurden in dieser Arbeit abiotische
und biotische Transformationsprozesse an C18-CP-Standardmaterialien untersucht. Einer- seits wurden C18-Materialien einer Temperatur von 200 °C ausgesetzt und die thermische Zersetzung von CPs untersucht (Abb. 1 A). Andererseits wurden C18 – CPs in lebendem Klärschlamm der ARA Horgen exponiert (0 – 41 Tage) (Abb. 1 B). Das C18 -CP-Material und deren Transformationsprodukte wurden mit einem Flüssigchromatographie-System, gekoppelt mit einem hochauflösenden Mas- senspektrometer (Orbitrap), analysiert. Mit dem Orbitrap konnten die Signale der komplexen Chlor-Isotopenmuster direkt und interferenz- frei aus den Massenspektren ausgelesen wer- den [2]. Die Temperaturbehandlung führte zu einem abiotischen Abbau der CPs nach einer Kinetik erster Ordnung. Die Reaktionsge- schwindigkeit nahm mit steigendem Chlorie- rungsgrad zu. Auch bei der Klärschlamm-Ex- position wurde eine signifikante Abnahme der C18-CP-Homologen beobachtet. Auch unter biotischen Bedingungen erhöhte sich die Abbaugeschwindigkeit mit steigendem Chlo- rierungsgrad.
[1] Muir, Derek, Gary Stern, and Gregg Tomy. “Chlorinated paraffins.” Volume 3 Anthropogenic Compounds Part K (2000): 203 – 236. [2] Schinkel, Lena, et al., “Dealing with strong mass interferences of chlorinated paraffins and their transformation products: An analytical guide.” TrAC Trends in Analytical Chemistry 106 (2018): 116 – 124. [3] M. C. Knobloch, L. Schinkel, H.-P. E. Kohler et al., “Transforma- tion of short-chain chlorinated paraffins and ole-fins with the bacterial dehalogenase LinB from Sphingobium Indicum – Kinetic models for the homologue-specific conversion of reactive and persistent material.” Chemosphere (2021): submitted.
Abb. 1: Mögliche abiotische (A) und biotische (B) Transfor- mationsprozesse von C18-Chlorparaffinen (abgeleitet aus [3]).
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Korrektor extern Dr. Markus Läubli
Das Aroma von Kaffee setzt sich aus vielen Bestandteilen zusammen und ist von meh- reren Faktoren abhängig. Zum einen hat die Zusammensetzung der grünen Bohnen einen Einfluss auf das Aroma, aber auch die Art und Weise wie der Kaffee geröstet, extrahiert und zubereitet wird, hat enorme Auswirkun- gen auf den letztendlich wahrgenommenen Geschmack. Die chemische Zusammenset- zung von Kaffeebohnen wird von verschie- denen Faktoren beeinflusst. Die geografische Herkunft, Umweltfaktoren beim Wachstum von Kaffeebohnen sowie deren Verarbeitung nach der Ernte nehmen Einfluss und verän- dern die Zusammensetzung. Das Aroma von Kaffee bildet sich hauptsächlich während des Röstprozesses aus den Vorläufermolekülen. Zu diesen Vorläufersubstanzen gehören ver- schiedene Zucker, Proteine, Aminosäuren, Chlorogensäuren und Trigonellin. Um die Zu- sammenhänge zwischen Vorläufermolekülen und Aromastoffen besser zu verstehen, ist es wichtig, die Zusammensetzung der grünen Kaffeebohnen zu kennen.
Die Analysen in dieser Arbeit beschränkten sich auf die Schlüsselkomponenten Zucker, organische Säuren, Aminosäuren und Trigo- nellin in grünen Kaffeebohnen. Dafür wurden drei Analysemethoden entwickelt und validiert. Für die Zuckeranalyse wurde eine HPLC- ELSD Methode erarbeitet und für die Analyse der organischen Säuren wurde eine Metho- de am UPLC Q-ToF-MS validiert. Am UPLC
Q-ToF-MS wurde ausserdem eine weitere Methode entwickelt, um Aminosäuren und Trigonellin zu analysieren. Mit diesen Analyse- methoden wurden in verschiedenen Sorten von grünen Kaffeebohnen Zucker, organische Säuren, Aminosäuren und Trigonellin quan- tifiziert. Die grünen Kaffeebohnen stammten aus unterschiedlichen Ländern und wurden verschieden aufbereitet. Dadurch konnten sowohl geografische Einflüsse wie auch jene der nassen und trockenen Aufbereitung unter- sucht werden. Die Herkunftsländer der unter- suchten Kaffeebohnen werden in Abbildung 1 gezeigt.
Abb. 1: Weltkarte mit farblich markierten Ländern, aus denen die analysierten Kaffeebohnen stammen.
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Diplomand Alex Jud
Korrektor extern Dr. Samuel Derrer
Antibiotikaresistente Bakterien sind ein welt- weites Problem. Da herkömmliche Therapie- ansätze zunehmend keine oder nur schlechte Wirkungen zeigen, können sich Behandlun- gen von beispielsweise Tuberkulose (verur- sacht durch antibiotikaresistente Mycobacte- rium tuberculosis Bakterien) auf bis zu zwei Jahre hinausziehen. Darunter leidet sowohl das Wohlergehen der betroffenen Personen als auch das Gesundheitssystem erheblich. Die Resistenzentwicklung ist ein natürlicher Vorgang, welcher jedoch durch übermässigen bzw. missbräuchlichen Gebrauch von Antibio- tika in den Bereichen Medizin und Viehzucht künstlich beschleunigt wird [1]. Dies macht die Entwicklung neuer antibiotischer Wirkstoffe zu einem wichtigen Gebiet der aktuellen For- schung. Zur Entwicklung neuer Wirkstoffe
muss zuerst ein sinnvolles Ziel in der bakteri- ellen Zelle ausgewählt werden, welches dann angegriffen werden kann, ohne den Wirts- organismus des Bakteriums zu schädigen. Ein solches Ziel ist die bakterielle RNA-Poly- merase, ein Enzymkomplex, der im Herstel- lungsprozess von bakteriellen Proteinen eine Schlüsselrolle übernimmt. Angriffspunkte zur gezielten Inaktivierung der bakteriellen RNA- Polymerase sind schon diverse bekannt. Die 2017 entdeckte Substanz Pseudouridimycin offenbarte jedoch eine weitere Angriffsmög- lichkeit direkt im aktiven Zentrum [2]. In die- ser Arbeit wurden Substanzen hergestellt und gegen Bakterien getestet, welche einen ähn- lichen Wirkungsmechanismus wie Pseudouri- dimycin aufweisen sollten.
[1]: Chellat, M. F., Ragu, L., & Riedl, R., Targeting antibiotic resistance. Angewandte Chemie International Edition, 2016, 55(23), 6600 – 6626. [2]: Maffioli, S. I., Zhang, Y., Degen et al., Antibacterial nucleoside-analog inhibitor of bacterial RNA polymerase. Cell, 2017, 169(7), 1240 – 1248. [3]: Weixlbaumer, A., Leon, K., Landick, R. et al., Structural basis of transcriptional pausing in bacteria. Cell, 2013, 152(3), 431 – 441.
Abb. 1: Kristallstruktur der bakteriellen RNA-Polymerase (aus T. thermophilus) [3] mit der Molekülstruktur von Pseudouridimycin [2].
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Diplomandin Astrid Kammerer
Korrektor extern Dr. Markus Läubli
Die Quantifizierung von Aromastoffen des Kaffees kann hilfreich für das Verständnis von Aromabildungsreaktionen sein. Dadurch kön- nen Einflüsse durch Röstungsparameter, Was- sergehalt der Rohbohnen oder Lagerungsbe- dingungen untersucht werden.
Das Ziel dieser Arbeit war es, eine Methode für die Quantifizierung von flüchtigen Kaffee- aromaverbindungen zu entwickeln. Die Analy- se erfolgte über stable isotope dilution assay (SIDA) mittels Festphasen-Mikroextraktion (SPME) im Gasraum (HS) der Probe, durch- geführt auf einem Gaschromatographen mit Massendetektor (GC-MS). Vorteile der SIDA sind, dass sich die Moleküle des Stan- dards chemisch und physikalisch gleichen und somit gleiches Verhalten aufzeigen. Die Methode wurde anschliessend an gerösteten Kaffeebohnen mit demselben Röstgrad, aber unterschiedlichem Wassergehalt angewandt. Dadurch wurde der Einfluss des Wasseranteils der Bohne auf fünf ausgewählte Aromastoffe überprüft. Die SIDA-SPME-GC-MS-Methode wurde auf die flüchtigen Aromastoffe Acetal- dehyd, 2-Methylfuran, 3-Methylbutanal, Pen- tan-2,3-dion und 2-Methylpyrazin angewendet. Für die SIDA wurden deuterierte Isotope des jeweiligen Aromastoffes als interne Standards eingesetzt. Für die Untersuchung des Einflus- ses des Wasseranteils der grünen Kaffeeboh- nen auf das Aroma wurde Arabica-Kaffee aus Peru auf die Wasseranteile von 7.8 %, 8.9 %, 9.7 %, 10.8 %, 11.1 % und 14.1 % angepasst,
geröstet und mit der entwickelten SIDA-HS- SPME-GC-MS-Methode analysiert.
Mit der entwickelten Methode konnte kein Zusammenhang zwischen dem Wasseranteil des Rohkaffees und dem Gehalt der fünf Aro- mastoffe aufgezeigt werden. Neben der Ana- lyse des Aromas wurden der Chlorogensäure und Koffeingehalt mittels HPLC-DAD be- stimmt. Auch hier waren keine Unterschiede in Bezug auf den Wasseranteil nachweisbar. Einzig die Dauer und der Temperaturverlauf der Röstung zeigte Unterschiede auf.
Abb. 1: Verschiedene Kalibrationsverfahren mit der SPME-Technik. (I) zeigt das Verfahren mit einem stabilen isotopenmarkierten internen Standard mit gleicher Struktur wie der Analyt (SIDA). (II) zeigt das Verfahren mit einem internen Standard mit unterschiedlicher Struktur zum Analyten.
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Diplomandin Melanie Keusch
Korrektor extern Dr. Rolf Stettler
Biofilme gehören zu den am weitesten verbrei- teten Lebensformen auf der Erde. Ein Biofilm ist eine Aggregation von Mikroorganismen, welche in einer Matrix von extrazellulären poly- meren Substanzen eingebettet sind. Biofilme können sich nicht nur in oder auf Organismen bilden, sondern auch auf Implantaten oder auf medizinischen Geräten. Bakterien, wel- che in einem Biofilm vorkommen, sind bis zu 1000-mal resistenter gegenüber Antibiotika als planktonisch lebende Bakterien. Der Bedarf an neuen antimikrobiellen Substanzen sowohl gegen planktonische Bakterien als auch gegen Biofilme ist hoch [1]. Mikrobielle Sekundärmetabolite haben auf- grund ihrer positiven Auswirkung auf die menschliche Gesundheit grosse Aufmerk- samkeit erlangt. Über die Hälfte der bekannten Sekundärmetabolite werden von Actinomyce- ten produziert. Und ungefähr 75 % der kom- merziell erhältlichen Antibiotika werden von der dominierenden Gattung Streptomyces gebildet. Jedoch stagniert die Neuentdeckung von antimikrobiellen Sekundärmetaboliten aus Streptomyces [2]. Die Taskforce der American Academy of Microbiology wies darauf hin, dass Studien, welche Experimente an planktonischen Zellen aus Monokulturen durchführten und dann für Biofilme extrapoliert wurden, irreführend sind [3]. Denn die Lebensweise von Bakterien im Biofilm unterscheidet sich von der Lebenswei- se der freilebenden Bakterien [1]. Deshalb ist es wichtig, die Wirkung von antimikrobiellen
Substanzen an Systemen zu testen, welche die natürliche Situation am besten widerspie- gelt. Das Ziel dieser Arbeit war es, Suszeptibilitäts- tests zu modifizieren, damit der Einfluss von Streptomyceten auf pathogene Biofilmbildner untersucht werden konnte. Dafür erfolgte die Kultivation von Streptomyceten in Zellkultur- einsätzen in Multiwellplatten bei gleichzeitiger Kultivation der Biofilmbildner. Weiter wurden in der Flusszelle die Wechselwirkungen zwi- schen den Streptomyceten und den Biofilm- bildnern live beobachtet (Abb. 1).
[1] D. Bakkiyaraj et al., “In vitro and in vivo antibiofilm activity of a coral associated actinomycete against drug resistant Staphylococcus aureus biofilms”, Biofouling, vol. 26, no. 6, 2010. [2] P. Sharma et al., “Broad Spectrum Antimicrobial Activity of Forest-Derived Soil Actinomycete, Nocardia sp. PB-52”, Frontiers in Microbiology, vol. 7, 2016. [3] J. Costerton, “Introduction to biofilm”, International Journal of Antimicrobial Agents, vol. 11, no. 3 – 4, 1999.
Abb. 1: Co-Kultivation: Biofilm in Flusszelle nach 71.5 Stun- den bestehend aus Streptomyces Martin1_6 (seit Beginn) und E. coli (ab 46 Stunden). Vergrösserung: 200 ×.
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Diplomand Jan Kreuzer
Anthocyane gehören zu den wichtigsten Pflan- zenfarbstoffen, welche für die intensiven Blau-, Rot- oder Violettfärbungen in vielen Früch- ten und Gemüsen verantwortlich sind. Ihnen wird eine Vielzahl von gesundheitsfördernden Effekten wie entzündungshemmende und antioxidative Eigenschaften zugeschrieben. Als natürliche Farbstoffe für die Lebensmittel- industrie gewinnen sie industriell an Bedeu- tung. In dieser Arbeit wurden relevante Enzyme, die im Biosyntheseweg der Anthocyane impliziert sind, mittels Mutagenese-Studien genauer charakterisiert. Zu diesem Zweck wurden aus- gewählte Aminosäuren in den aktiven Taschen der Enzyme mutiert und die resultierende Akti- vität der Enzymvarianten überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass die gewählten Amino- säuren in allen Fällen eine ähnliche Aufgabe in der Substraterkennung übernehmen, obwohl die Wildtyp-Enzyme aus unterschiedlichen pflanzlichen Spezies stammten. Des Weiteren wurde ein Oligo Pool für die Klonierung von 50 Enzymvarianten verwen- det. Die Varianten wurden anhand computer- gestützter Stabilitätsberechnungen, welche mit dem Protokoll von «Cartesian ddg» von RosettaCommons durchgeführt wurden, aus- gewählt. Im Labor konnte gezeigt werden, dass destabilisierend-vorausgesagte Varianten keine biokatalytische Aktivität mehr hatten und das Substrat nicht umsetzten. Dies könn- te auf eine schlechte Expression der Enzyme oder aber auch auf eine zu geringe Stabilität
der Enzymstruktur zurückgeführt werden. Stabilisierende Varianten verloren zum Teil ihre biokatalytische Aktivität, was möglicherweise durch eine Rigidisierung der Enzymstruktur erklärt werden kann. Der hier vorgestellte Filter basierend auf Stabilitätsberechnungen kann in Zukunft bei der Planung von Enzymbiblio- theken eingesetzt werden. Der Filter wird es so möglicherweise erlauben, den Aufwand für Enzym Engineering im Labor zu senken, was Kosten, Zeit und Ressourcen spart.
Abb. 1: Violin-Plot der drei klonierten Enzymbibliotheken. Blau: Stabilisierend-vorausgesagte Varianten, Grün: Leicht destabilisierend-vorausgesagte Varianten und Orange: Stark destabilisierend-vorausgesagte Varianten.
Lib2 - Stabilisierend Lib3 - Leicht destabilisierend Lib1 - Stark destabilisierend
−0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
Korrektor extern Dr. Denis Planchenault
Nachleuchtpigmente sind aus der heutigen Zeit kaum mehr wegzudenken. Wenn man nicht gerade an einem Sicherheitsschild eines Notausgangs vorbeiläuft, welches ein charak- teristisches Nachleuchten erzeugt, trägt man eine Uhr am Handgelenk, welche die Zeit auch bei Dunkelheit anzeigen kann. Die Art der Anre- gung für die persistente Lumineszenz in der Uhrenindustrie erfolgte anfangs über Radiolu- mineszenz (α- und β-Strahlung) und wechselte später zu den heute verwendeten photolumi- neszenten, dotierten Strontiumaluminaten. Die Ziele der Arbeit waren die Verfahrensent- wicklung und die Optimierung der Herstellung dotierter Strontiumaluminate (SrAl²O4: Eu, Dy) mittels Hydrothermalsynthese anstatt Festpha- sensynthese inklusive umfassender Charakteri- sierung. Die zweistufige Synthese bestand aus der Hydrothermalsynthese der Nitrate zu den gefällten, schwerlöslichen Vorläufersubstanzen mit anschliessender reduktiver Sinterung zum
dotierten Strontiumaluminat. Die Fällung erfolg- te kontinuierlich aufgrund der in situ-Bildung von Carbonat- und Hydroxid-Ionen durch den thermischen Zerfall von Harnstoff in Was- ser. Aufgrund der verschiedenen Löslichkeiten der auszufällenden Salze wurde die passende Stöchiometrie der Edukte bei der Hydrother- malsynthese bestimmt, wobei die Analytik des Niederschlags über optische Emissionsspek- trometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) erfolgte. Dies erlaubte schon vor der Sinterung eine Aussage über die gefällte Stöchi- ometrie und half so, diese zu optimieren. Die gesinterten Strontiumaluminate wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie mit energiedis- persiver Elektronenmikrosonde (SEM-EDX) auf ihre Atomverhältnisse untersucht. Eine zu hohe Fremdphasenbildung erkannte man zusätzlich an einer Verschiebung im Fluoreszenz-Emis- sionsspektrum und an den Signalintensitäten im Röntgendiffraktogramm. Zur Bestimmung der Nachleuchtdichte wurden die Produkte mit einem Referenzmaterial verglichen, um so ihre Qualität einzuordnen.
Abb. 1: Vergleich der Hydrothermalsynthese zur klassischen Festphasensynthese anhand der Syntheseschritte.
Abb. 2: Hauptreaktionen (1–5) bei der Hydrothermalsyn- these zu den Vorläufersubstanzen inklusive Sinterung zum Strontiumaluminat (6).
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Diplomand Simon Lustenberger
Korrektorin extern Dr. Susanne Widmer
Geordnete mesoporöse Silicapartikel sind auf- grund ihrer grossen spezifischen Oberfläche und definierten Porensysteme für viele Appli- kationen von Interesse, wie z. B. als Wirkstoff- transporter, aber auch als Biokatalysator oder Sensor. Das zur Aufnahme von Gastspezies verfügbare Volumen kann durch die Verwen- dung von Partikeln mit einem hohlen Kern maximiert werden. Diese Kern-Schale-Partikel werden durch einen modifizierten Sol-Gel- Prozess synthetisiert [1]. Bei solchen Scha- lenaufbauprozessen wird Polyvinylpyrrolidon (PVP) verwendet, wobei der Einfluss dieses Polymers bezüglich Morphologie und Porosi- tät der Endprodukte bis heute unbekannt ist.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde die Rolle von PVP im Silica-Schalenbildungspro- zess kritisch betrachtet. Dazu wurde eine systematische Untersuchung der Schalenbil- dung auf unterschiedlichen Kernpartikeln (Stö-
ber-Partikel und Hämatit-Würfel) mit verschie- densten PVP–Molekülmassen und -mengen durchgeführt. Die hergestellten Kern-Schale- Partikel wurden mittels Stickstoffsorptions- messung bei 77 K sowie mittels Rasterelektro- nenmikroskop charakterisiert, und es wurden Einflüsse auf die Schalendicke, Porosität und Morphologie der Endprodukte nachgewiesen. Die Kernzugänglichkeit durch die 60 nm dicke poröse Schale wurde durch Fluoreszenz- löschungsexperimente unter Verwendung von fluoreszenzmarkierten Stöberpartikeln bestä- tigt.
[1] S. H. Gallagher, O. Trussardi, O. Lipp, D. Brühwiler, Hollow Silica Cubes with Customizable Porosity, Materials, 2020, 13, 2474.
Abb. 1: Elektronenmikroskopische (REM) Aufnahme der synthetisierten Hämatit-Würfel-Schale-Partikel.
Abb. 2: REM-Aufnahme der synthetisierten Stöber-Schale- Partikel.
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Die Bandbreite von mit Ionenchromatogra- phie analysierten Proben wird immer grösser und komplexer, vor allem in der Pharma- und Lebensmittelindustrie. Dies erfordert ein brei- tes Spektrum an Ionentauscher-Materialien. Die zunächst primär auf modifizierter Cellulose basierenden Säulenpackungen wurden im Laufe der Zeit durch alternative Materialien mit besserer mechanischer Stabilität, Selektivität und Auflösung ersetzt. Ein häufig verwende- tes Material zur Herstellung von Ionenchro- matographiesäulen ist Polystyrol-Divinylbenzol (PSDVB), da es eine hohe chemische und thermische Stabilität aufweist und in einem pH-Bereich von 1 bis 14 stabil ist. Ausgehend von PSDVB werden hoch funktionalisierte Partikel hergestellt, da die resultierenden chro- matographischen Eigenschaften stark von der Beschaffenheit der Partikeloberfläche abhän- gen. Durch den Aufbau mehrerer funktionaler Schichten entsteht so ein hochverzweigtes, hydrophiles Polymer (Abb. 1), welches das hydrophobe PSDVB-Partikel abschirmt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde nun – ausge- hend von den bestehenden Herstellungsme- thoden für Anionentauscherpartikel – versucht, durch schrittweises Aufbringen hydrophili- sierender Schichten aus Polysacchariden und anschliessender Funktionalisierung eine verbesserte Kontrolle bezüglich der Hydro- phobizität und der Selektivität der Beschich- tung zu erhalten. Dabei wurde das Wachs- tum der hochverzweigten Schichten mittels FT-IR-Spektroskopie charakterisiert. Die herge- stellten Anionentauscher wurden mittels Anio- nenaustauschchromatographie getestet und zeigten in Korrelation mit dem Wachstum der hochverzweigten Schichten eine Hydrophili- sierung der Chromatographiesäule (Abb. 2).
Abb. 1: Struktur eines hochverzweigten Polymers.
Abb. 2: Auftrennung von 7 Anionen durch einen herge- stellten Anionentauscher.
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Einfluss von Phagen auf die Anzahl Bakterien in Kühlschmierstoffen und auf deren bakterielle Zusammensetzungen
Diplomand Kamal Mettler
Korrektor extern Dr. Rolf Stettler
Kühlschmierstoffe (KSS) sind in der Verarbei- tung von Metallen unerlässlich. Um Werkstück und Werkzeug effektiv Schmieren und Kühlen zu können, kommen in der Fertigungstechnik oft wassermischbare KSS zum Einsatz. Da wässrige Emulsionen wie KSS auch einen Lebensraum für Organismen bieten, sind diese anfällig für Kontaminationen, was Qua- litätsverluste und gesundheitliche Risiken zur Folge haben kann [1]. Eine Methode, die die- sen Problemen entgegenwirkt, wurde von der Firma Blaser Swisslube AG entwickelt. Beim Blasocut Bio Konzept wird die KSS-Emul- sion bewusst mit einem nicht pathogenen Wasserkeim besiedelt, welcher in der Lage ist, unerwünschte Keime aus der Emulsion zu verdrängen und diese so zu schützen [2]. Ein noch kaum erforschtes Gebiet ist der Einsatz von Bakteriophagen (Phagen) in KSS-Emulsi- onen. Deren Auswirkungen und Funktionen im KSS sind noch wenig verstanden, weshalb sie genauer untersucht werden sollen.
In dieser Arbeit wird die Besiedlung von KSS-Emulsionen mittels verschiedener Mikro- organismen beschrieben, wobei im Gegenzug zu vorherigen Bachelorarbeiten die Mikro- organismen direkt in die KSS-Emulsion inoku- liert wurden. Dies mit dem Ziel, die Methode zu vereinfachen und eine bessere Reprodu- zierbarkeit zu erreichen. Weiter sollten von der Firma Blaser Swisslube isolierte Phagen auf ihre Infektiosität in Anwesenheit des KSS untersucht werden. Dafür wurden beimpfte KSS-Emulsionen zu verschiedenen Zeitpunk- ten mit unterschiedlichen Mengen ausgewähl- ter Phagen versetzt. Bestimmt wurden jeweils der pH-Wert, die KSS-Konzentration und die Anzahl koloniebildender Einheiten (KBE/ml). Insgesamt fünf Phagenisolate wurden getes- tet und einer davon verringerte auch im KSS deutlich die Keimzahlen. Welche Faktoren die Infektiosität der Phagen in der KSS-Emulsion beeinflussen, ist nicht bekannt und muss wei- ter untersucht werden.
[1] Kühni, M., Roger, B., Daniel, S., Alexandra, F., Michael, E., Jürg, S., Beat, F. (2009). Kühlschmierstoffe Wissen – kurz & bündig. (V. lubes, Hrsg.) Schweiz. [2] Firma Blaser Swisslube AG. (2004). Das 1x1 des Blaso- cut Bio-Konzepts.
Abb. 1: Mittels Spiralplattierer auf einer mit Bromthymolblau gefärbten TSA-Platte ausplattierte Reinkultur mit P. oleovorans.
Abb. 2: Untersuchung der Infektiosität eines ausgewählten Phagen gegen P. oleovorans mittels Plaque-Assay zur Bestimmung des Pha- gen-Titers.
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Diplomandin Kevin Mohammad Yar
Korrektorinnen ZHAW Prof. Dr. Rebecca Buller, Dr. Sumire Honda Malca
Die asymmetrische Reduktion von Ketonen zu sekundären Alkoholen ermöglicht die Herstel- lung von wichtigen Synthons in der pharma- zeutischen Industrie. Aufgrund nachhaltiger und wirtschaftlicher Aspekte der Prozessge- staltung besteht ein erhöhtes Interesse an Ketoreduktasen (KREDs), die unter milden Bedingungen und ohne den Einsatz von Schwermetallen eingesetzt werden können. Durch die zunehmende Menge an genomi- schen Daten können aus einem Start-Enzym, wie z. B. einer Ketoreduktase, mit interessan- ten katalytischen Eigenschaften, phylogene- tisch verwandte, sogenannte orthologe Enzy- me identifiziert werden. Das Ziel besteht nun darin, neue, unbeschriebene Enzyme mit höherer Aktivität, Selektivität und / oder Stabi- lität zu finden.
In dieser Arbeit wurde mit molekularbiologi- schen Methoden eine Enzymbibliothek aus den Sequenzen von 48 Enzymen aufgebaut, welche ortholog zu einer Start-KRED sind. Diese 48 Enzyme wurden auf ihre Aktivität für vier pharmazeutisch interessante Synthons charakterisiert. Die Aktivitätsverhalten der untersuchten Enzyme zeigten grundsätzlich einen Zusammenhang mit der phylogeneti- schen Verwandtschaft. Es konnte so gezeigt werden, dass die bioinformatische Analyse zur Bestimmung von orthologen Enzymen eine sehr effiziente Methode ist, um biokatalytisch interessante KREDs zu finden.
Abb. 1: Schema zur Vorgehensweise zum Aufbau einer Enzymbibliothek und der Analyse von orthologen Enzymen
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Diplomandin Elvira Alessandra Moretta
Der Eintrag von organischen Mikroverunrei- nigungen in Grund- und Oberflächenwasser und somit letztendlich in unser Trinkwasser stellt heute eine grosse Herausforderung dar. Der Zugang zu sauberem Trinkwasser und die Deckung des Trinkwasserbedarfs der Bevölkerung werden seit Jahren als globales Problem erkannt. Als Quelle von Pestiziden, Humanarzneimitteln oder Korrosionsschutz- mitteln kommen zum einen die Landwirtschaft und zum anderen kommunale und industrielle Abwässer in Betracht. In der vierten Reini- gungsstufe von Kläranlagen können gewisse Substanzen teilweise mit Verfahren auf Basis von Filtern in Kombination mit Aktivkohle, Ozonierung oder UV-Strahlung entfernt oder reduziert werden.
In dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten ver- schiedener Ionenaustauscher (stark / schwach sauer, stark / schwach basisch, chelatbildend, makroporös, mikroporös / gelartig) sowie poly- merer Adsorberharze ohne funktionelle Grup- pen für die Trinkwasseraufbereitung untersucht. Um den unterschiedlichen Wasserqualitäten Rechnung zu tragen und die Leistung der Ionenaustauscher unter verschiedenen Bedin- gungen zu charakterisieren, wurden Parame- ter wie Wasserhärte, Ionenzusammensetzung (Kationen, Anionen) und pH-Wert variiert sowie unterschiedliche Kontaktzeiten unter- sucht.
Die Wasserproben wurden mit Benzotriazol, Atrazin, DEET, Mecoprop Metoprolol, Venla- faxin und Clarithromycin aufgestockt und die Mischlösungen über die verschiedenen Ionen- austauscher geführt. Für jede Versuchsreihe wurden die Konzentrationen der organischen Substanzen in der Ausgangslösung mittels LC-MS bestimmt, anschliessend zu unter- schiedlichen Zeiten im Filtrat Muster gezogen, die Konzentrationen mittels LC-MS ermittelt und die prozentuale Reduzierung berechnet.
Fazit: Vertraulich Ergebnisse werden zu einem späteren Zeit- punkt publiziert.
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Diplomand Lukas Müller
Korrektor ZHAW Prof. Dr. Jürgen Stohner
Korrektor extern Prof. Dr. Robert Berger
Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese von 2-Fluoroxiran in racemischer und enantiome- renreiner Form. Enantiomere sind Moleküle, welche sich wie Bild und Spiegelbild verhalten und nur in der Interaktion mit anderer chiraler Materie unterscheidbar sind. Die Herstellung und Untersuchung von enantiomerenreinen Molekülen wie Wirkstoffen, Naturstoffen und Aminosäuren ist in der Chemie eine zentrale Aufgabe und ist auch in anderen wissenschaft- lichen Disziplinen wie der Biochemie und der Astronomie sehr wichtig. Die Analyse von chi- ralen Molekülen kann z. B. mit Schwingungs- zirkulardichroismus-Spektroskopie erfolgen, welche auch in dieser Arbeit verwendet wurde. Kleine chirale Moleküle wie 2-Fluoroxiran sind für die Untersuchung der molekularen Pari- tätsverletzung sowie für die Bestimmung der absoluten Konfiguration in der physikalischen Chemie interessant. In Abbildung 1 sind die Enantiomere von 2-Fluoroxiran dargestellt.
Für die mehrstufige Synthese von 2-Fluor- oxiran wurde 2-Chlor-2-fluoressigsäure (CFA) mit einem chiralen Alkohol zu einem Gemisch aus zwei diastereomeren Estern umgesetzt, welche durch präparative Säulenchromato- graphie mit einem Diastereomerenüberschuss von ca. 94 % getrennt werden konnten. Die aufgetrennten Diastereomere wurden zu den jeweiligen angereicherten Enantiomeren von 2-Chlor-2-fluorethanol umgesetzt. Die Synthese von enantiomerenreinem 2-Fluor- o xiran konnte jedoch nicht beendet wer- den. Racemisches 2-Fluoroxiran konnte aus 2-Chlor-2-fluorethanol durch eine basische Ringschlussreaktion hergestellt werden. Aus- serdem wurde die fraktionierte Kristallisation von CFA als weiterer Weg für die Anreiche- rung von Enantiomeren erfolgreich durchge- führt. Dabei wurde ein diastereomeres Salz mit einem chiralen Hilfsmolekül gebildet und zu einem Diastereomerenüberschuss von 96 % durch wiederholte Kristallisation angereichert, woraus anschliessend die chirale CFA freige- setzt werden konnte.
Abb. 1: Die Enantiomere von 2-Fluoroxiran: (R)-2-Fluoroxiran (links) und (S)-2-Fluoroxiran (rechts)
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Diplomand Daniel Pereira Foutinho
Die Qualität von Trinkwasser ist wichtig, nicht nur im Hinblick auf Schadstoffe, sondern auch auf den Geschmack. Durch festgelegte Grenzwerte wird die Qualität des Trinkwas- sers sichergestellt, damit keine Gefahr für die menschliche Gesundheit besteht. Mit ver- schiedenen Aufarbeitungsmethoden kann das Wasser von Schwermetallen und Mikroverun- reinigungen wie Humanarzneimittel und Pes- tiziden befreit werden. Auf der anderen Seite verschlechtern die Filtrations- / Adsorptionsver- fahren durch die Entfernung von Mineralsal- zen oftmals den Geschmack des Wassers. In dieser Arbeit wurden verschiedene neuartige Filterkerzen auf ihr Potential zur Entfernung von Schwermetallen und Spurenstoffen mit gleichzeitiger Mineralisierung des Trinkwas- sers getestet. Dafür wurden Wasserproben mit Blei und den Verbindungen Atrazin, 1H-Benzotriazol, DEET, Mecoprop, Metoprolol, Venlafaxin und Clarithromycin aufgestockt. Das aufgestockte Trinkwasser – Konzentration der Verunreinigun- gen jeweils 1 µg/L – wurde mittels Apparatur
durch die Filterkerzen filtriert und mineralisiert. Für die Untersuchungen der Blei- und Mik- roverunreinigungen wurde jeden zweiten Tag eine Probe entnommen und mit einer Fest- phasenkartuschenextraktion aufkonzentriert. Anschliessend wurden die Konzentrationen der Mikroverunreinigungen mittels LC-MS und die Bleikonzentrationen mittels ICP-OES bestimmt. Die Konzentrationsänderungen der Mineralstoffe Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium wurden mittels IC quantifiziert. Am Beispiel Mecoprop ist der zeitliche Verlauf der gemessenen Konzentrationen über die 10-tägige Versuchsdauer dargestellt (Abb. 2). Die Mikroverunreinigungen konnten durch die Filterkerzen immer > 90 % über die gesamte Laufleistung entfernt werden. Auch die ge- messenen Bleireduktionen sowie die ermittel- ten Mineralisierungswerte zeigten, dass diese Filterkerzen für den kommerziellen Einsatz geeignet sind und die Erwartungen seitens des Industriepartners erfüllt und z. T. sogar übertroffen wurden.
Abb. 2: Zeitlicher Verlauf der gemessenen Mecopropkon- zentrationen nach Filtration über die FilterkerzenAbb. 1: Grobes R&I-Fliessschema der verwendeten Anlage
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Diplomand Siriel Saladin
Korrektor extern Dr. Samuel Derrer
Matrix-Metalloprotease-13 (MMP-13) ist eine zinkhaltige Endopeptidase, welche den Abbau von collagenhaltiger extrazellulärer Matrix für den Gewebeumbau verantwortet und damit massgeblich in biologischen Vorgängen wie der Wundheilung, Embryogenese oder dem Tumorwachstum involviert ist [1]. MMP-13 ist einem komplexen, dynamischen Regulie- rungsmechanismus unterstellt, dessen Stö- rung (durch z. B. Überexpression) zu einem übermässigem Knorpelabbau führt. Dies wiederum fördert die Entstehung und das Fortschreiten verschiedener Krankheitsbilder wie rheumatoider Arthritis [2] oder Krebs [3]. Beides sind schwerwiegende Erkrankungen mit aktuell ungenügenden medizinischen Behandlungsmöglichkeiten. Diese pharma- zeutische Lücke könnte teilweise durch selek- tive MMP-13-Inhibitoren geschlossen werden.
Basierend auf den Erkenntnissen von jahre- langer MMP-13-Forschung an der ZHAW (Ab- bildung 1) konnten im Rahmen dieser Arbeit neue cyclische Pentapeptide synthetisiert werden. Dadurch konnte innerhalb der Fach- gruppe für Organische Chemie und Medizinal- chemie das breite Fachwissen über das struk- turbasierte de novo-Design von peptidischen MMP-13-Inhibitoren erweitert werden.
[1] H. Laronha, J. Caldeira, Cells 2020, 9, 1 – 18. [2] B. A. Moore, S. Aznavoorian, J. A. Engler, L. J. Windsor, Biochim. Biopys. Acta – Mol. Basis Dis. 2000,1502, 307 – 318. [3] C. Gialeli, A. D. Theocharis, N. K. Karamanos, FEBS J. 2011, 278, 16 – 27. [4] F. M. Gall, D. Hohl, D. Frasson, T. Wermelinger, P. R. E. Mittl, M. Sievers, R. Riedl, Angew. Chemie – Int. Ed. 2019, 58, 4051 – 4055.
Abb. 1: Links: Lineares Pentapeptid (grün) als Inhibitor von MMP-13 (katalytisch aktives Zink-Ion als goldene Kugel). Rechts: Durch Cyclisierung / Modifikation konnte der IC50- Wert des ursprünglichen Inhibitors um zwei Grössenord- nungen verbessert werden [4]. Die Verbindung rechts diente als Ausgangsmolekül für diese Bachelorarbeit.
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Diplomand Maruan Salim
Korrektor extern Dr. Samuel Derrer
Matrixmetalloproteasen, kurz MMPs, sind eine Gruppe von mehr als zwanzig verschie- denen, Zink enthaltenden Endopeptidasen, die in sämtlichen physiologischen Prozessen involviert sind, welche einen Umbau der extra- zellulären Matrix beinhalten. Ausserdem hän- gen sie mit der Regulation von verschiede- nen zellulären Signalwegen zusammen. Ihre Beteiligung an diversen Krankheiten, wie zum Beispiel Krebs, Arthritis und Sepsis, macht die Modulation der MMPs zu einem interessanten Ansatz für die Entwicklung von neuen Wirk- stoffen [1]. Eines der Probleme bisheriger Inhi- bitoren ist mangelnde Selektivität und damit verbunden diverse Nebenwirkungen. Daher sind Inhibitoren mit hoher Selektivität auch aktuell ein attraktives Forschungsfeld [2]. MMP-16 ist ein Vertreter der membrangebun- denen MMPs, der bei verschiedenen Krebs- arten im betroffenen Gewebe überexprimiert wird [3 – 5]. Weiter spielt MMP-16 auch eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von MMP-2, die auch ein mögliches Ziel gegen Krebs ist [3, 4]. Die katalytische Domäne der MMPs enthält in unmittelbarer Nähe zum katalytisch aktiven Zink-Ion eine hydrophobe Einbuchtung, die als S1’-Tasche bezeichnet wird. Dieser morphologisch stark variierenden Region kommt eine besondere Bedeutung zu, da sie zum Erreichen von Selektivitäten zwischen den verschiedenen MMPs ausgenutzt werden kann. Basierend auf zwei Verbindungen, die in vitro inhibitorische Aktivität gegenüber MMP- 16 zeigten, wurden verschiedene Derivate
synthetisiert, um Einblicke in die Struktur- / Wirkungsbeziehung zu gewinnen. Das Ziel war die Synthese von möglichst selektiven und wirksamen Inhibitoren, die als Leitstruktu- ren für die Entwicklung von neuen Wirkstoffen dienen.
[1] T. Fischer, R. Riedl, Expert Opinion on Drug Discovery 2020, 16, 75 – 88. [2] T. Fischer, N. Senn, R. Riedl, Chemistry – A European Journal 2019, 25, 7960 – 7980. [3] G. Murphy in Encyclopedia of Cell Biology, Bd. 1, Else- vier Inc., 2016, 621 – 629. [4] L. Cao, C. Chen, H. Zhu et al., Oncotarget 2016, 7, 51865 – 51874. [5] Y. Li, Y. Wang, L. Yu et al., Cancer Letters 2013, 339, 260 – 269. [6] H. Laronha, J. Caldeira, Cells 2020, 9, 1076.
Abb. 1: Katalytische Domäne von MMPs: Das katalytische Zink-Ion koordiniert drei Histidinreste [6].
Abb. 2: Hervorgehobene Oberfläche der S1’-Tasche von MMP-1 [6].
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Diplomand Dominic Michiel Schneiter
Eine der grössten aktuellen Bedrohungen für die Gesundheit der Menschheit stellt die schnell ansteigende Zahl von antibiotikaresis- tenten Bakterien dar. Die Entwicklung neuer Therapien ist dringend erforderlich, wodurch der mögliche Einsatz von Bakteriophagen (Phagen) aktuell wieder auf grosses Interesse stösst. Bakteriophagen infizieren und lysieren ihren bakteriellen Wirt auf hochspezifische Weise und sind für den Menschen unge- fährlich. In der Lebensmittelindustrie werden Phagen heutzutage schon zur Kontrolle von pathogenen Keimen eingesetzt. Essenziell für den Einsatz von Phagen in der Humanmedizin ist das fundierte Verständnis des Mechanismus der Infektion. Gewisse Pha- gen enthalten sogenannte Tailspike-Proteine (TSP), welche an der Infektion beteiligt sind.
Die TSP sind an die Basalplatte des Phagen geknüpft und zeigen in wenigen beschriebe- nen Fällen Hydrolase- oder Lyase-Aktivitäten. Während der Infektion bauen sie die O-Anti- gene auf der Oberfläche von gram-negativen Wirtszellen ab. Der Ablauf und Mechanismus der Infektion ist jedoch auf molekularer Ebene kaum beschrieben.
In dieser Bachelorarbeit wurde die Substrat- spezifität und das Aktivitätsprofil unterschied- licher TSPs charakterisiert. Weiter wurde ein Assay zur Quantifizierung der Hydrolyse-Rate eines TSP mit Spezifität für O-Antigene aus Salmonellen erfolgreich entwickelt. Die Raten wurden für das Wildtyp TSP und zwei seiner Mutanten gemessen.
Ausserdem wurde der Effekt von TSP in einer Wirtszellkultur analysiert. Die minimal nötige Voraussetzung für die Infektion konnte mittels aufgereinigtem TSP und dem Einsatz von Phagen näher beschrieben werden.
Abb. 2: Quantifizierung der hydrolytischen Aktivität eines Tailspike-Proteins und zwei Mutanten.
Abb. 3: Wachstum und Infektion eines Wirtsorganismus nach Zugabe von TSP oder dem Bakteriophagen.
Abb. 1: Kristallstruktur eines TSP (PDB 5w6s).
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Diplomand Miguel Sgier
Korrektor extern Dr. Roman Gerber
In den westlichen Industrienationen stellt Bluthochdruck, auch arterielle Hypertonie genannt, eine der häufigsten Erkrankungen dar [1]. Dabei können sowohl psychische als auch körperliche Anspannungen zu einem Blutdruckanstieg führen. Bei einem längerfris- tigen Bluthochdruck kann das Herz-Kreislauf- System geschädigt werden. Zusätzlich gilt die arterielle Hypertonie als Risikofaktor für Nie- renversagen, Herzinfarkt, Schlaganfall, chroni- sche Herzinsuffizienz oder periphere arterielle Verschlusskrankheit [2].
Chiralität stellt eine intrinsisch-universelle Eigenschaft von Molekülen dar, wobei vor allem beim Einsatz von synthetischen Arznei- mitteln die unterschiedliche Wirkung eines Enantiomerenpaars dramatisch sein kann. Da chirale Rezeptoren im menschlichen Körper nur mit Wirkstoffmolekülen einer bestimmten absoluten Konfiguration interagieren, können die beiden Enantiomere zu verschiedenen pharmakologischen Aktivitäten führen [3].
Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Intermediat eines aktiven pharmazeutischen Wirkstoffs (API), welcher zur Behandlung von arterieller Hypertonie eingesetzt wird, über drei Stufen herzustellen. Dabei sollte vor allem die dritte Stufe so optimiert werden, dass das ge - wünschte Enantiomer im Überschuss gebildet wird.
Das Intermediat wurde erfolgreich über drei Stufen hergestellt und mittels einer optimier- ten HPLC-Methode konnten einige Erkennt- nisse zum Verhältnis der Stereoisomere gewonnen werden. In einem nächsten Schritt könnte mit einer chiralen HPLC-Säule eine Methode entwickelt werden, um die Enantio- mere voneinander zu trennen. So könnte die dritte Synthesestufe bei verschiedenen Reak- tionsbedingungen durchgeführt werden, um die Ausbeute für das gewünschte Enantiomer zu optimieren.
[1] Fritz, A.; Arzt, M., Arterial Hypertension. Somnologie, 2014, 18 (1), 5 – 8. https://doi.org/10.1007/s11818-013-0647-4. [2] Girndt, M.; Sester, U.; Köllner, V., Patientenschulung arterielle Hypertonie; Elsevier GmbH, 2007. https://doi.org/10.1016/B978-3-437-24550-3.10002-8. [3] Noyori, R., Asymmetric Catalysis: Science and Opportunities (Nobel Lecture 2001). Adv. Synth. Catal., 2003, 345 (1 – 2), 15 – 32. https://doi.org/10.1002/adsc.200390002.
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Diplomand Michael Stüssi
Korrektor extern Dr. Roman Gerber
Opioide stellen in der Medizin immer noch eine wichtige Klasse von Medikamenten dar, da sie die einzigen Substanzen sind, welche auch gegen sehr starke Schmerzen noch effektiv wirken [1]. Neben den Opioiden werden häufig Opioid-Antagonisten eingesetzt, da sie gezielt gegen Endogene sowie gegen von aussen zugeführte Opioide wirken. Ein häufiges Ein- satzgebiet ist die Verringerung von Nebenwir- kungen während einer Opioid-Behandlung. So können spezifische Opioid-Antagonisten gegen Verstopfung, Bauchschmerzen, Blä- hungen, Übelkeit, Erbrechen, Juckreiz oder Harnverhaltung eingesetzt werden, ohne die schmerzlindernde Wirkung nennenswert zu beeinträchtigen [2]. Auch können Opioid-Ant- agonisten gegen eine Überdosierung von z. B. Heroin eingesetzt werden, da sie die Wirkung innerhalb von Sekunden aufheben können. Neben diesen Anwendungen können sie unterstützend bei einem Opioid- oder Alkohol- entzug helfen. Hier verringern sie Entzugser- scheinungen oder mindern den euphorisieren- den Effekt [2, 3]. Die Synthese dieser halbsynthetischen Opioid- Antagonisten gestaltet sich nach wie vor schwierig. So sind die Ausbeuten gering, die verwendeten Chemikalien weisen teils eine hohe Toxizität auf und sind teuer. Aufgrund des grossen kommerziellen Interesses wird noch aktiv an neuen Syntheserouten geforscht [4].
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Interme- diate von Opioid-Antagonisten synthetisiert, welche die Entwicklung von neuen Synthese- routen unterstützt. Neben den Intermediaten wurden bereits bekannte Synthesewege auf ihre Durchführbarkeit untersucht, um diese Erkenntnisse in die neue Entwicklung einflies- sen zu lassen. Das Ganze trägt dazu bei, in Zukunft ökologischere sowie ökonomischere Opioid-Antagonisten zu produzieren.
[1] E. Freye, Opioide in der Medizin, 8. Aufl., Springer Medizin Verlag, Heidelberg, 2010. [2] Y. S. Choi, J. A. Billings, Journal of Pain and Symptom Management 2002, 24, 71 – 90. [3] M. Soyka, Der Nervenarzt 2014, 85, 578 – 582. [4] T. Hudlicky, R. J. Carroll, H. Lalush, A. Machara, L. Werner, M. A. Endoma-Arias, US2011/0313163 A1, 2011.
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Diplomand Roman Syfrig
Korrektorin extern Dipl. Chem. Ing. Franziska Morganti
Toluoldiamin (TDA) ist in der Industrie ein weit verbreiteter Ausgangsstoff zur Synthese von Toluoldiisocyanat, welches für die Polyurethan- herstellung eingesetzt wird. Die Herstellung von TDA erfolgt durch katalytische Hydrierung von Dinitrotoluol (DNT). Für diese Hydrierung werden Nickel-Katalysatoren und Wasserstoff verwendet. Die Hydrierung von Dinitrotoluol zu Toluoldiamin wird bei Temperaturen durch- geführt, bei denen durch ungewollte Neben- reaktionen verschiedene Nebenprodukte oder stabile Zwischenprodukte entstehen, welche den Nickel-Katalysator deaktivieren. Um ver- schiedene Katalysatoren miteinander verglei- chen zu können, wurde die Deaktivierung der Katalysatoren anhand geeigneter Methoden untersucht. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer effizienten Methode zur Evaluation von heterogenen Katalysatoren im Labormassstab. Anstelle von Dinitrotoluol, das cancerogen ist und explosive Gemische bilden kann, wurde Sonnenblumenöl als Modellsubstanz hydriert. Die Überprüfung des Reaktionsfortschritts wurde mithilfe der Bestimmung der Iodzahl und des Wasserstoffverbrauchs durchgeführt. Im Laufe der Arbeit wurde die verwendete Hydrierapparatur in Betrieb genommen und für die Verwendung eine Arbeitsanweisung erstellt. Bei Hydrierungen besteht das Risiko, dass aus dem verwendeten Wasserstoff und aus Luftsauerstoff ein explosionsfähiges Luft-Wasserstoff-Gemisch gebildet wird. Um
einen sicheren Betrieb der Hydrierapparatur zu gewährleisten und eine Knallgasreaktion zu vermeiden, wurde eine Risikoanalyse durch- geführt, um Risiken zu finden und Massnah- men dafür zu definieren.
Abb. 1: Hydrierapparatur für die Hydrierung von Sonnen- blumenöl.
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Diplomand Krishnavanan Thayaparan
Korrektor extern Dr. Markus Läubli
Enzyme katalysieren eine Vielzahl von Reakti- onen. Möchte man diese Eigenschaft indus- triell einsetzen, ist eine Immobilisierung von Vorteil: Immobilisierte Enzyme können leicht aus dem Reaktionsgemisch entfernt und wiederverwendet werden. Besonders interes- sante Trägermaterialen sind nanostrukturierte Materialien wie mesoporöses Siliziumdioxid, Nanoröhren oder Nanofasern, denn sie unter- scheiden sich von herkömmlichen Trägern durch ein grosses Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Dies erlaubt einerseits eine hohe Immobilisierungsdichte, andererseits steht den Substraten eine grosse Oberfläche für Wechselwirkungen zur Verfügung. Nanofasern wurden bisher in Form von Nanofasermatten eingesetzt. Dabei können aus Nanofasermat- ten auch dreidimensionale hochporöse Nano- faserschwämme (NFS) hergestellt werden. Diese könnten sich aufgrund ihrer flexiblen Oberflächenchemie und grossen Porosität als ideale Träger für Enzyme erweisen. Das Ziel dieser Arbeit war es, Lipase B aus Candida antarctica (CaLB) auf NFS zu immo- bilisieren und in einem kontinuierlich betriebe- nen Reaktor einzusetzen. Als Trägermaterial wurden elektrogesponnene Nanofasermatten aus Poly(acrylnitril-co-methylacrylat) (P(AN-co- MA)) verwendet, welche durch Gefriergiessen und anschliessende thermische Quervernet- zung zu NFS überführt wurden. Die Oberflä- che wurde funktionalisiert, um eine kovalente Bindung zwischen den Nanofasern und dem Enzym zu erreichen. Eine relevante Eigenschaft
der immobilisierten Enzyme ist die Wieder- verwendbarkeit. In dieser Arbeit konnte nach 14 konsekutiven Zyklen von immobilisie rten NFS eine Restaktivität von 45 % nachgewie- sen werden. Die immobilisierten NFS wurden in einen Reaktor als feste Phase mit Subst- ratlösung als mobile Phase eingesetzt. Die- ser konnte ohne Aktivitätsverlust für 180 min betrieben werden.
Abb. 1: SEM-Aufnahmen eines P(AN-co-MA) NFS mit 100-facher Vergrösserung. Seine hierarchische Porenstruktur zeigt zelluläre Poren, deren Wände aus einem porösen Geflecht von Nanofasern bestehen.
Abb. 2: Einfluss der wiederholten Verwendung auf die Rest- aktivität der immobilisierten CaLB auf P(AN-co-MA) NFS.
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Diplomand Stephan Thomann
Korrektor extern Dr. Samuel Derrer
Sentrin-spezifische Proteasen (SENPs) sind für die posttranslationale Konjugation und Dekonjugation von Small Ubiquitin-Related Modifiers verantwortlich [1]. Über Studien zur Untersuchung von Prostatakrebs konnte fest- gestellt werden, dass SENP1 in präkanzerö- sen prostatischen intraepithelialen Neoplasien (NIP) und in Krebsgewebe hochreguliert ist, die Expression von SENP1 direkt mit der Aggressivität wie auch der Wahrscheinlichkeit des Wiederauftretens von Krebs korreliert und die Überexpression von SENP1 die Bildung, das Fortschreiten und das Metastasieren von Prostatakrebs fördert [1]. Dabei sind SENPs allgemein betrachtet SUMO-spezifische Pro- teasen, die zur Familie der Cystein-Proteasen gehören. Im menschlichen Körper gibt es 6 verschiedene SENPs. Diese teilen alle eine 20 – 60 %ige Sequenzidentität der katalyti- schen Domäne, welche für die Reifung von Pro-SUMOs (Precursor-SUMOs) zu SUMOs und die Dekonjugation der SUMOs von Ziel- proteinen verantwortlich sind [1, 2]. Die Kon- jugation und Dekonjugation von SUMOs ist für die Regulation von zellulären Prozessen wie Transkription, Replikation, Chromosom- Segregation, DNA-Reparatur, Zellprolifera- tion, Kerntransport und Signaltransduktion essenziell und wird auch SUMOylierung und DeSUMOylierung genannt. Die SUMOylierung findet im Zellkern statt und wird durch eine enzymatische Kaskade, an der drei Enzy- me beteiligt sind, durchgeführt (Abb. 1) [4].
SENPs sind daher für die Aufrechterhaltung der SUMO-Homöostase unerlässlich. Eine Dysregulation dieser kann dabei zu unter- schiedlichen Erkrankungen wie Diabetes, Ent- wicklungsstörungen, Entwicklungsdefekten, Herzerkrankungen und Krebs führen [4].
Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese von möglichen SENP1-Inhibitoren, welche aus einem in silico-Screening hervorgingen. Dabei sollte die Bindungsaffinität der Verbindungen untersucht werden, um Rückschlüsse auf ihre Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) zu ziehen.
[1] U. Lindenmann et al., ChemMedChem 2020, 15, 675 – 679. DOI: 10.1002/cmdc.202000067. [2] D. Bailey, P. O’Hare, J. Biol. Chem. 2004, 279, 692 – 703. https://doi.org/10.1074/jbc.M306195200. [3] L. Shen et al., Nat. Struct. Mol. Biol. 2006, 13, 1069 – 1077. DOI: 10.1038/nsmb1172. [4] Y. Jia, L. A. Claessens, A. C. O. Vertegaal, H. Ovaa, ACS Chem. Biol. 2019, 14, 2389 – 2395. https://doi. org/10.1021/acschembio.9b00402.
Abb. 1: SENPs reifen Pro-SUMO zu SUMO. SUMO wird anschliessend über eine enzymatische Kaskade mit Enzym E1, -2 und -3 an das Zielprotein gebunden. Die Dekonjuga- tion von SUMO vom Zielprotein wird ebenfalls von SENPs durchgeführt [4].
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Diplomand Andreas Tobler
In dieser Arbeit wurde versucht, ein Mono- mer mittels Friedel-Crafts-Alkylierung auf eine Poly(Styrol-co-dinvinylbenzen)-(PS/DVB)-Par- tikeloberfläche zu graften. Diese funktionali- sierten Partikel sollten anschliessend umge- setzt werden, um die funktionellen Gruppen durch Ammoniumgruppen zu ersetzen. Da- durch entstehen Partikel, welche als statio- näre Phase für die Ionenchromatographie ein- gesetzt werden können. Die verwendeten PS/ DVB-Partikel wurden mittels Dispersionspoly- merisation hergestellt, wodurch man mono- disperse, poröse Partikel, wie dies auch in der REM-Aufnahme in Abbildung 1 zu sehen ist, erhält. Die PS/DVB-Partikel wurden von der Metrohm AG zur Verfügung gestellt.
Mit den funktionalisierten Partikeln sollte ein 7-Standard-Ionen-Gemisch aufgetrennt wer- den, um die Kapazität der synthetisierten Partikel zu überprüfen. Das Ziel war es, hoch- kapazitive Partikel zu erhalten. Es wurde wäh-
rend dieser Arbeit keine Reaktionsbedingung für die Friedel-Crafts-Alkylierung gefunden, mit welcher eine genügend grosse Kapazität auf die Partikel gebracht werden konnte, um das Standard-Ionen-Gemisch aufzutrennen. Ein grosses Problem bei der Funktionalisierung war, dass sich oft Agglomerationen bildeten. Diese entstanden durch kovalente Bindungen zwischen den einzelnen Partikeln. Abbildung 2 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme von agglomerierten Partikeln. Durch solche Agglomerationen kann kein ideales Partikelbett in der Trennsäule erreicht werden, wodurch sich die Trenneffizienz ver- schlechtert. Zudem wurde ein Grossteil der funktionellen Gruppen für die kovalenten Bin- dungen zwischen den Partikeln benötigt, wes- halb zu wenige für eine Funktionalisierung zu Ammoniumgruppen vorhanden waren.
Abb. 1: REM-Aufnahme eines PS/DVB-Partikels. Aufge- nommen bei 20 kV und einer Spotgrösse von 3.0.
Abb. 2: Lichtmikroskopische Aufnahme von funktionalisierten Partikeln, welche Agglomerate bildeten. Vergrösserung: 100 ×
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Diplomand Fabian Walther
Zurzeit existieren keine Methoden in der Land- wirtschaft, um die auf dem Feld ausgebrach- ten Pestizidmengen quantitativ zu bestimmen. Das Beimischen eines Fluoreszenzfarbstoffes (FFS) mit grosser Stokes-Verschiebung würde sich für solche Quantifizierungen eignen. Farbstoffe mit grosser Stokes-Verschiebung weisen nur ein kleines Überlappungsintegral zwischen absorbierter und emittierter Strah- lung auf und somit findet bei Messungen keine Fluoreszenzlöschung durch Reabsorption der emittierten Photonen statt. Ein hohes «Signal zu Rauschen»-Verhältnis kann er