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16.10.2007

DECHEMA-Studentenpreise 2007

Sechs Absolventen für effizienten Studienabschluss ausgezeichnet

Zum 14. Mal werden in diesem Jahr die DECHEMA-Studentenpreise an Absolventen der Diplom-Fachrichtungen Technische Chemie, Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen und Biotechnologie vergeben. Mit diesen Preisen werden hervorragende fachliche Leistungen und eine besonders kurze und damit effiziente Studiendauer ausgezeichnet.

Auf Beschluss des DECHEMA-Unterrichtsausschusses erhalten im Rahmen der ProcessNet-Jahrestagung am 16. Oktober 2007 im Eurogress Aachen die folgenden sechs Absolventen die DECHEMA-Studentenpreise 2007:

Für das Fachgebiet Technische Chemie
· Dipl.-Chem. Thomas Finke, Universität Karlsruhe (TH)
· Dipl.-Chem. Erik Schmidt, TU Dresden

Für das Fachgebiet Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen
· Dipl.-Ing. Franz Hauk, TU München
· Dipl.-Ing. Christoph Bayer, RWTH Aachen

Für das Fachgebiet Biotechnologie
· Dipl. Biotechn. Jana Bröcker, TU Berlin
· Dipl.-Ing. Wolfgang Kühnl, TU München

Die DECHEMA-Studentenpreise werden seit 1994 jährlich vergeben und sollen zur Effizienzsteigerung des deutschen Hochschulstudiums beitragen. Die meisten Preise gingen bisher an Studenten der Universität Halle/Wittenberg, gefolgt von der RWTH Aachen und der Universität Karlsruhe (TH) sowie den TUs Berlin, München und Darmstadt.

Vorschläge für die Studentenpreise 2008 können bis Mitte Januar 2008 bei der DECHEMA eingereicht werden. Vorschlagsberechtigt sind die Hochschullehrer der genannten Fachrichtungen.


DECHEMA-Studentenpreise 2007 - Kurzfassungen der Preisträgerarbeiten:

Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften keramischer Materialien
Thomas Finke, Universität Karlsruhe (TH)
Fachgebiet Technische Chemie

Die Eigenschaften von Ausgangsmaterialien sind bei der Herstellung keramischer Werkstoffe von großer Bedeutung. Sie beeinflussen sowohl die späteren Bauteileigenschaften als auch den gesamten Herstellungsprozess. Neben physikalischen Kenngrößen wie der Korngröße, der Stampfdichte oder der spezifischen Oberfläche sind auch chemische Kenndaten von erheblichem Interesse. Dazu zählen z.B. die Zusammensetzung der Pulverproben sowie deren Reinheit.

Vor dem Hintergrund der Gewährleistung einer erhöhten Prozesssicherung sowie angestrebten Optimierungen im Bereich der Prozessentwicklung erscheint die klassische Prozessausarbeitung mit empirischer Methodik für moderne R&D - Anforderungen als zunehmend unzureichend.

Im Gegensatz hierzu erlaubt die Charakterisierung und Bewertung spezifischer oberflächenchemischer Eigenschaften ein direktes Prozessdesign auf molekularer Ebene. Im Rahmen der Diplomarbeit wurden daher yttriumstabilisierte Zirkondioxidpulver untersucht und ihre Unterschiede bezüglich der Weiterverarbeitbarkeit auf chemische Eigenschaften zurückgeführt.

Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen die Charakterisierung der Oberflächengruppen und der Sorptionseigenschaften der eingesetzten Zirkondioxide. Die funktionellen Oberflächengruppen wurden mittels DRIFT- (Diffuse Reflexions Infrarot Fourier Transformation) Spektroskopie und GC/MS- (Gaschromatographie/ Massenspektronomie) Untersuchungen charakterisiert, während die Sorptionseigenschaften durch TPD- (Temperatur Program-mierte Desorption) Messungen erfasst wurden.

Die Diplomarbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Robert Bosch GmbH Stuttgart durchgeführt.


Synthese, Charakterisierung und katalytische Wirksamkeit von porösen Metallorganischen Koordinationsnetzwerken (MOF)
Erik Schmidt, TU Dresden
Fachgebiet Technische Chemie

Das Interesse an Metallorganischen Koordinationsnetzwerken (engl. metal-organic frameworks, MOF) hat vor allem im Bereich Adsorption/ Gasspeicherung seit den 1990er Jahren stark zugenommen. Publikationen über die Anwendungen von solchen Koordinati-onspolymeren in der heterogenen Katalyse stellen jedoch noch immer die Ausnahme dar. Daher wurde zur Synthese katalytisch aktiver MOFs ein neuartiger Ansatz verfolgt.

Die Generierung von katalytisch aktiven Zentren in den bekannten MOF-Strukturen wie MOF-2, MOF-5 und HKUST-1 wurde gezielt sowohl während der Direktsynthese als auch auf postsynthetischem Wege realisiert. Auf diese Weise ist es gelungen, nicht nur ausgeprägte katalytische Aktivität, sondern auch hohe Enantioselektivität in ausgewählten organisch-chemischen Modellreaktionen zu erzielen. Die für den katalytischen Prozess limitierende Langzeitstabilität der erhaltenen Katalysatorsysteme wurde durch verschiedene Desaktivierungversuche eingehend untersucht. Auf dieser Grundlage wurden mechanistische Vorstellungen zur Wirkungsweise von Katalysatoren entwickelt .

Die erzielten Ergebnisse belegen eindrucksvoll die Vorteile Metallorganischer Koordinationsnetzwerke und ihr Anwendungspotenzial für die heterogene Katalyse. Insbesondere die vielfältigen Möglichkeiten der gezielten chemischen Funktionalisierbarkeit der Linker-Moleküle sind vielversprechend und werden in naher Zukunft stärkere Beachtung finden.

Design and set-up of a high temperature flow loop for the investigation of a mixed convection regime flow of higher Prandtl number molten salt simulants
Franz Hauk, TU München
Fachgebiet Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen

Vor dem Hintergrund des ständig wachsenden Bedarfs an elektrischer Energie wird in vielen Staaten an der Entwicklung einer neuen Generation von Kernkraftwerken, der Generation IV, gearbeitet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein besonderer Vertreter dieser Gen IV, der Liquid-Salt Very High Temperature Reactor (LS-VHTR), untersucht.

Das Kühlmedium dieses Reaktors, Flibe (ein LiF - BeF2 - Gemisch), zeichnet sich durch eine hohe volumetrische Wärmekapazität, thermische Stabilität und exzellente nukleare Eigenschaften bei praktisch drucklosem Betrieb und Betriebstemperaturen von bis zu 900°C aus. Allerdings liegt bei Verwendung dieses Salzes der Betriebspunkt des Reaktors im Bereich der Mischkonvektion (erzwungene und freie Konvektion) und zugleich im Übergangsbereich zwischen laminarer und turbulenter Strömung.

Anhand einer umfangreichen Literaturrecherche wurde festgestellt, dass dieses komplexe Regime für Flüssigkeiten mit höheren Prandtl-Zahlen noch nicht untersucht worden ist. Es hat sich aber gezeigt, dass für Wasser in einer stark geheizten Aufwärtsströmung ein beträchtlicher, kritischer Einbruch des Wärmeübergangs auftreten kann. Für die experimentellen Untersuchungen musste zunächst ein geeignetes Modellfluid gefunden werden, welches Flibe bei niedrigeren Temperaturen simulieren kann. Ein synthetisches Wärmeträgeröl wurde als temperaturstabiles Versuchsfluid ausgewählt. Abschließend wurde ein Versuchsstand entwickelt, ausgelegt und gebaut, welcher in einem weiten Bereich die Untersuchung von Wärmeübergangskoeffizient und Druckverlust in einem simulierten Kühlkanal des Reaktorkerns ermöglicht.

Berechnung von Kontakt-Wärmeübergangskoeffizienten aus transienten Tempera-turmessungen mit der Methode der konjugierten Gradienten
Christoph Bayer, RWTH Aachen
Fachgebiet Chemische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen

Der Wärmetransport zwischen Bauteilen wird maßgeblich von thermischen Kontaktwiderständen bestimmt. Um thermisch bedingte Spannungen in Bauteilen vorherzusagen und minimieren zu können, ist eine genaue Beschreibung des Kontaktwärmeübergangs bzw. der Kontakt-Wärmeübergangskoeffizienten zwingend erforderlich.

Am Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung der RWTH Aachen von Prof. Reinhold Kneer ist ein Verfahren entwickelt worden, um nicht-invasiv transiente Temperaturverläufe aufzuzeichnen und hieraus auf die Kontakt-Wärmeübergangskoeffizienten zu schließen. Hierzu werden gemessene mit errechneten Temperaturverläufen verglichen und der Kon-takt-Wärmeübergangskoeffzient als Schätzgröße dahingehend optimiert, dass der Fehler zwischen rechnerischen und gemessenen Temperaturen minimal wird.
Im Rahmen der Diplomarbeit von Christoph Bayer ist ein Rechenprogramm zur Bestimmung der Kontakt-Wärmeübergangskoeffzienten auf der Basis des Konjugierte Gradienten - Verfahrens nach Alifanov entwickelt worden, das auch den Einfluss von Strahlungs- und Konvektionsverlusten auf die Temperaturverläufe berücksichtigt. Anhand von numerisch und analytisch erzeugten Messdaten wurde das Programm detailliert getestet, und es wurden Anhaltspunkte für die zielgerichtete Anwendung des Verfahrens abgeleitet.


Cell Cycle Re-Activation in Quiescent Cells by TAT-E2F2 Protein Transduction
Technique

Jana Bröcker, TU Berlin
Fachgebiet Biotechnologie

Der humane Transkriptionsfaktor E2F2 gehört zur Unterfamilie der „aktivierenden“ E2Fs und spielt eine zentrale Rolle in der Zellproliferation. Der Versuch, diesen zellulären Faktor als full-length-Version in das bakterielle Plasmid pTAT-HA zu klonieren, schlug fehl. Ein rekombinanter Expressionsvektor für das TAT-E2F2 Fusionsprotein wurde hingegen schnell und korrekt mit Hilfe des BD In-Fusion™ Dry-Down PCR Cloning Kit erhalten.

E2F2 kann mit hoher Ausbeute als rekombinantes TAT-Fusionsprotein in E. coli BL21(DE3)pLysS expremiert werden. Als optimal für die Induktion der Proteinexpression erwies sich eine IPTG Konzentration von 50 μM. Die denaturierende Aufbereitung via FPLC umfasste sowohl Affinitätschromatographie als auch Anionenaustausch und Gelfiltration. Unter Verwendung con 20 mM Imidazol im Bindungspuffer während des ersten Aufreinigungsschrittes ließen sich hochreine TAT-E2F2 Fusionsproteine gewinnen.

Das generierte TAT-E2F2 Protein erwies sich in vitro als biologisch aktiv. Darüber hinaus besitzt es eine hohe Transaktivierungskapazität und transduziert daher effizient in nahezu 100% der humanen, embryonalen Lungenfibroblasten IMR-90. Als Folge einer TAT-E2F2-Proteintransduktion mit 25 μg/ml des Fusionsproteins werden IMR-90 Zellen, welche sich in der G0-Phase befinden, induziert, den Zellzyklus zu reaktivieren.
Bemerkenswert ist, dass unter Serummangel kultivierte und damit in der G0-Phase gehaltene IMR-90 Fibroblasten massiv stimuliert werden in der S-Phase einzutreten, wenn sie rekombinantem TAT-E2F2 Fusionsprotein ausgesetzt sind.

Abschließend lässt sich sagen, dass das Augenmerk weiterhin auf die full-length TAT-E2F2 Proteintransduktion gelegt werden sollte, da die den Zellzyklus vorantreibende Fähigkeit des „aktivierenden“ E2F2 klinisch als neue Strategie zur Verbesserung der Herzfunktion sowie zur Behandlung von Herzinfarkt genutzt werden könnte.

Einfluss der Protein-Protein-Wechselwirkungen zwischen Eiklar- und Molkenprotei-nen auf das Gelbildungsverhalten
Wolfgang Kühnl, TU München
Fachgebiet Biotechnologie

Die Textur eines Lebensmittels zählt zu seinen wichtigsten verbraucherrelevanten Eigenschaften. Proteine sind auf Grund ihrer Funktionalität maßgeblich an der Strukturbildung in Lebensmitteln beteiligt. Dabei reicht eine Proteinquelle häufig nicht aus, um die gewünschten Textureigenschaften eines gelartigen Produktes zu erzielen. Daher wird zunehmend versucht, synergistische Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Proteinen auszunutzen. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Eiklarlösung mit Molkenproteinisolatpulver versetzt. Der Einfluss der Protein-Protein-Wechselwirkungen auf das Denaturierungsverhalten und die Gelbildungseigenschaften wurde in Abhängigkeit des Mischungsverhältnisses und des pH-Werts untersucht.

Es stellte sich heraus, dass insbesondere bei sauren pH-Werten die Thioldisulfid-Austauschreaktionen zwischen Eiklar- und Molkenproteinen zu einer Beschleunigung der Denaturierung führen. Durch Verknüpfung von kinetischen Daten und rheologischen Mes-sungen konnte gezeigt werden, dass für das Ausbilden eines Mischproteingelnetzwerks in Abhängigkeit der Prozessparameter weniger denaturiertes Protein nötig ist als bei Gelen aus den Einzelproteinen. Darauf aufbauend wurden die Geleigenschaften wie Festigkeit, Elastizität und Serumbindevermögen derartiger Produktsysteme untersucht und mit denen der Einzelproteinsysteme verglichen.

31/2007

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