Ausschreibungen

Entwicklung von biologischen Filtersystemen
Funktionalisierung von 3D-Chitin-Matrizen mittels Methoden der extremen Biomimetik
Funktionalisierung von 3D-Spongin-Matrizen anhand von Methoden der extremen Biomimetik


Entwicklung von biologischen Filtersystemen

  • Bachelor- oder Masterarbeit
  • Beginn: ab sofort
  • Die Arbeit eignet sich für eine Bachelor- oder Masterarbeit für Studenten der Angewandten Naturwissenschaft, Werkstoffwissenschaft, Biologie, Geoökologie oder vergleichbare Studienfächer.

Beschreibung des Themas und Inhalt der Arbeit:

Süßwasserschwamm auf metallischem Untergrund

Ziel der Qualifizierungsarbeit ist die Entwicklung von biologischen Filtersystemen unter Ausnutzung der Filterleistung von Süßwasserschwämmen. Dahingehend sollen der Haftmechanismus von Süßwasserschwämmen auf künstlichen Siedelsubstraten untersucht und eine technische Umsetzung erarbeitet werden.

Schwämme gehören zum Stamm Porifera innerhalb der vielzelligen Tiere (Metazoa) und umfassen 5000 lebende Arten, wobei sie zu den ältesten Tieren gezählt werden [1, 2, 3]. Schwämme leben im Wasser und ernähren sich aktiv filtrierend sowie phagocytierend durch das Heranstrudeln von gelösten Bestandteilen, Kleinstlebewesen und Bakterien. Dabei wirkt das Kanalsystem im Inneren der Schwämme als Siebsystem. Einige Arten sind durch einen aktiven Pumpvorgang in der Lage, das eingestrudelte Wasser im Schwammkörper bis zu 900mal pro Stunde auszutauschen [4]. Nur ein geringer Teil der Schwämme (200–250 Arten) lebt im Süßwasser [3]. Zu den in Deutschland verbreitetsten von ihnen zählen Spongilla lacustris, Ephydatia mülleri und Ephydatia fluiatilis, seltener Eunapius fragilis [1]. Sie leben fast ausschließlich sessil, bevorzugt auf harten Untergründen in aquatischen Umgebungen. Gewöhnlich halten sie sich dabei bis zu Wassertiefen von 1 m unter der Wasseroberfläche auf. Neben der Anhaftung an steinigen Untegründen bevölkern sie Holz, wie Wurzeln und Äste, sowie metallische Untergründe (z. B. Bootsanleger). Ihr Aussehen ist zumeist unscheinbar und sowohl standort- als auch symbiosepartnerabhängig.

Im Fokus der Arbeit steht die Ausnutzung der Filterleistung zur Reinigung von biologisch belasteten Gewässern wie Fischzuchtbecken und Teichen, um deren Wasserqualität zu verbessern. Es soll untersucht werden, wie sich die Süßwasserschwämme an das Hartsubstrat binden und die Erkenntnisse sollen zur Besiedlung von künstlichen Siedelssubstraten wie Metallgittern angewendet werden. Die Süßwasserschwämme sind besonders als Filter geeignet, da sie großen Filterumsatz und eine hohe Belastungstoleranz besitzen. Zudem sind die Filter nachhhaltig einsetzbar, da sich das Filtermaterial selbst generiert.

Literatur:

  1. N. Weissenfels: Biologie und mikroskopische Anatomie der Süßwasserschwämme (Spongillidae), Gustav Fischer Verlag, 1989.
  2. R. Manconi, R. Pronzato: Global diversity of sponges (Porifera: Spongillina) in freshwater, in: Freshwater Animal Diversity Assessment, Serie: Developments in Hydrobiology 198, Springer, 2008.
  3. R. W. M. van Soest, N. Boury-Esnault, J. Vacelet, M. Dohrmann, D. Erpenbeck, N. J. de Voogd, N. Santodomingo, B. Vanhoorne, M. Kelly, J. N. A. Hooper: Global Diversity of Sponges (Porifera), PLoS ONE 7 (2012) e35105.
  4. D. A. Ludeman, M. A. Reidenbach, S. P. Leys: The energetic cost of filtration by demosponges and their behavioural response to ambient currents, Journal of Experimental Biology 220 (2017) 995–1007.

Methoden, die bei der Bachelor- oder Masterarbeit angewandt werden:

  • Licht- und Fluorezenzmikroskopie
  • Rasterelektronenmikroskopie (REM) und EDX
  • XPS, FT-IR, Raman

Das Projekt soll in den Laboren des Instituts für Experimentelle Physik unter Leitung von Prof. Hermann Ehrlich (Professur für Bomineralogie und Extreme Biomimetik) durchgeführt werden.

Betreuer und Kontakt:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Hermann Ehrlich
Tel.: +49 3731 39 2867
E-Mail: Hermann [dot] Ehrlichatphysik [dot] tu-freiberg [dot] de


Funktionalisierung von 3D-Chitin-Matrizen mittels Methoden der extremen Biomimetik

  • Bachelor- oder Masterarbeit
  • Beginn: ab sofort
  • Die Arbeit eignet sich für eine Bachelor- bzw. Masterarbeit auf den Gebieten der anorganischen Chemie, technischen Chemie, Werkstoffwissenschaft oder der Naturwissenschaft.

Beschreibung des Themas und Inhalt der Arbeit:

Marine Schwämme weisen eine nahezu unbegrenzte Vielfalt dreidimensionaler skelettartiger Strukturen auf. Diese Strukturen bestehen bei einigen Arten aus dem faserartigen Polysaccharid Chitin. Dieses Polysaccharid ist in Säuren und Laugen schwerlöslich und zeigt eine ungewöhnliche Thermostabilität bis zu 400 °C. Diese Eigenschaften stimulieren die Entwicklung der sogenannten extremen biomimetischen Materialsynthese. Erfolgreiche Vorversuche zur Metallisierung, der aus Chitin bestehenden 3D-Matrizen, wurden bereits durchgeführt und die erforderlichen Methoden etabliert. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der katalytischen Eigenschaften von Chitin-basierten Gerüsten, die mit nanostrukturierten Metallbeschichtungen funktionalisiert wurden.

Kontaktierter Schwamm im Labor Modell eines metallisierten Chitin-Schwammes

Methoden, die bei der Bachelor- oder Masterarbeit angewandt werden:

  • Licht- und Fluorezenzmikroskopie
  • Rasterelektronenmikroskopie (REM) und EDX
  • XPS, FT-IR, Raman

Das Projekt soll in den Laboren des Instituts für Experimentelle Physik unter Leitung von Prof. Hermann Ehrlich (Professur für Bomineralogie und Extreme Biomimetik) durchgeführt werden.

Betreuer und Kontakt:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Hermann Ehrlich
Tel.: +49 3731 39 2867
E-Mail: Hermann [dot] Ehrlichatphysik [dot] tu-freiberg [dot] de


Funktionalisierung von 3D-Spongin-Matrizen anhand von Methoden der extremen Biomimetik

  • Bachelor- oder Masterarbeit
  • Beginn: ab sofort
  • Die Arbeit eignet sich für eine Bachelor- bzw. Masterarbeit auf den Gebieten der anorganischen Chemie, technischen Chemie, Werkstoffwissenschaft oder der Naturwissenschaft.

Beschreibung des Themas und Inhalt der Arbeit:

Marine Schwämme weisen eine nahezu unbegrenzte Vielfalt dreidimensionaler skelettartiger Strukturen auf. Diese Strukturen bestehen bei einigen Arten aus faserartigem Protein namens Spongin. Dieses Biopolymer ist in Säuren schwerlöslich und zeigt eine, für die Biopolymere, ungewöhnliche Thermostabilität bis zu 300 °C. Diese Eigenschaften stimulieren die Entwicklung der sogenannten extremen biomimetischen Materialsynthese. Erfolgreiche Vorversuche zur Metallisierung, der aus Spongin bestehenden 3D-Matrizen, wurden bereits durchgeführt und die erforderlichen Methoden etabliert. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der katalytischen Eigenschaften von Spongin-basierten Gerüsten, die mit nanostrukturierten Metallbeschichtungen funktionalisiert wurden.

Fasern im REM Beschichtete Fasern im REM (coloriert)

Methoden, die bei der Bachelor- oder Masterarbeit angewandt werden:

  • Licht- und Fluorezenzmikroskopie
  • Rasterelektronenmikroskopie (REM) und EDX
  • XPS, FT-IR, Raman

Das Projekt soll in den Laboren des Instituts für Experimentelle Physik unter Leitung von Prof. Hermann Ehrlich (Professur für Bomineralogie und Extreme Biomimetik) durchgeführt werden.

Betreuer und Kontakt:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Hermann Ehrlich
Tel.: +49 3731 39 2867
E-Mail: Hermann [dot] Ehrlichatphysik [dot] tu-freiberg [dot] de